EP0235565B1 - Dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès - Google Patents

Dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès Download PDF

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EP0235565B1
EP0235565B1 EP87101095A EP87101095A EP0235565B1 EP 0235565 B1 EP0235565 B1 EP 0235565B1 EP 87101095 A EP87101095 A EP 87101095A EP 87101095 A EP87101095 A EP 87101095A EP 0235565 B1 EP0235565 B1 EP 0235565B1
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EP
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wave
waveguide
guide
polarization
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EP87101095A
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Philippe Gourlain
Régis Lenormand
Dominique Morin
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Alcatel Espace Industries SA
Original Assignee
Alcatel Espace Industries SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2131—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies with combining or separating polarisations

Definitions

  • the present invention relates to a three-port polarization and frequency duplexer.
  • the orthomode type duplexer which comprises a main guide, in the axis of which is placed a short-circuit blade, and another guide, called parallel access guide, orthogonal to the first and placed in a critical position with respect to this short circuit blade.
  • This very conventional device has the drawback of being limited to the use of a single frequency or frequency band.
  • a duplexing device is also known, as described in patent application EP-A1 0 992 986 filed on February 15, 1985, published later on the date of the ionity of the present application and which comprises a main guide transporting both the frequency or frequency band to be multiplexed and other frequency bands with two access guides orthogonal to the main guide and orthogonal to each other which are coupled to the main guide by resonant slots.
  • This embodiment is not compatible with the multisource implementation requirements.
  • European patent application EP-A-0098192 describes a multiplexing device for grouping two frequency bands.
  • This device intended for a multiband antenna comprises in series from the coupling access to the antenna: a common circular guide, allowing the passage of a high frequency band and a low frequency band, in which open, by two coupling holes offset relative to each other along the common circular guide, two orthogonal guides between them, which constitute the access points for the two orthogonal polarizations of the low band; a round guide-guide-round transition; a polarization duplexer for the high band.
  • In the coupling holes are arranged resonators which short circuit for the frequencies of the high band.
  • a first quasi-optical filter whose role is to reflect towards the first coupling hole the waves located in the low band and whose polarization is that of the wave intended to pass through the first hole and, between the second coupling hole and the transition, a second quasi-optical filter whose role is to reflect towards the second coupling the waves located in the low band and whose polarization is that of the wave intended to pass through the second hole.
  • the invention relates to a device for making and implementing much simpler with two low frequency accesses and a high frequency accesses and not the reverse.
  • the present invention relates to a device making it possible to extract or excite at a low frequency two orthogonal polarization planes of the fundamental mode and to extract or excite at a high frequency a polarization plane of the fundamental mode coplanar at l 'one of the low frequency polarization planes.
  • the present invention relates to a polarization and frequency duplexer device with three accesses comprising, on the one hand, in series with respect to a coupling access to an antenna: a common circular guide, allowing the passage of two orthogonal polarizations d 'a wave in a low frequency band and a polarization of a wave in a high frequency band parallel to one of the two orthogonal polarizations of the wave in low frequencies, a transition, a secondary guide, and d on the other hand, a first access guide for one of the two orthogonal polarizations of the low frequency wave opening, through a resonant slot, into the common guide, orthogonally thereto, a second access guide to the secondary guide, orthogonal to it, and which is coupled to it by a resonant slot, a short-circuit blade, for short-circuiting the part of the wave at high frequencies, intended for this second access guide , l free end of the secondary guide forming a third access guide or serial access guide,
  • the present invention has the great advantage of having two outputs located in the same plane and which are therefore easily accessible, which is very important in the space field.
  • the device of the invention is an excitation device at a low frequency F1, and a device for extracting or exciting a component of the fundamental mode corresponding to a high frequency F2.
  • This device comprises a main guide 1 corresponding to the fundamental mode of the frequency F1, an access guide 4 corresponding to the frequency F1 orthogonal to the main guide 1, a transition 5 between the main guide 1 and a rectangular guide 7 whose large side corresponds to the fundamental mode of the frequency F1, and the short side corresponds to the fundamental mode of the frequency F2 and an access guide 8 corresponding to the frequency F2 orthogonal to the long side of the rectangular guide 7.
  • Said rectangular guide 7 comprises a blade 10 short circuit parallel to its long side.
  • the orthogonal access 4 to the main guide 1 and the orthogonal access 8 to the rectangular guide 7 are co-planar.
  • Guide access 4 orthogonal to the main guide 1 is coupled thereto by a resonant slot 2.
  • Said access guide 4 comprises a filter 3 intended to select the frequency F1, said filter 3 being constructed so as to bring substantially onto the resonant slot 2 a short circuit for frequencies outside said frequency F1.
  • the access guide 8 orthogonal to the rectangular guide 7 is coupled to the rectangular guide 7 by means of a resonant slot 9 and placed in a determined position relative to the short-cut blade 10.
  • the waves of frequency F1 propagate in the main guide 1 according to its fundamental mode and according to two orthogonal polarizations.
  • the first polarization of the first frequency F1 is located in the plane of the figure and the second polarization is orthogonal to this plane.
  • the distance between the short-circuit plane 6 and the radiating slit 2 is adjusted so that a maximum of reflected waves is absorbed by the guide 4 .
  • the component of the second frequency F2 propagates in the main guide 1 without being derived by the coupler 2, which also presents itself vis-à-vis this frequency as a short circuit, then in the transition 5 to continue its route in the rectangular guide 7. It is partly directed towards the guide 8 through the resonant slot 9 dimensioned to resonate at this frequency F2.
  • the distance between the short-circuit blade 10 and the radiating slot 9 is adjusted, in a manner known to those skilled in the art, so that a maximum of reflected waves is absorbed by the access guide 8.
  • the second frequency component F1 orthogonal to the plane of the slot 2 propagates in the main guide in the transition 5 and in the guide 7 without being derived either by the coupler 2, nor by the coupler 9, nor by the short blade circuit 10, and goes to access 11 called "serial access".
  • the device which has just been described is capable of a large number of interesting applications. For example, it is possible to use this device in a primary source of multisource antenna.
  • This aerial operates according to three accesses: for example with two reception accesses, a transmission access, and vice versa; or with a transmission access, a reception access, and a deviation access.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès.
  • En matière de duplexeur de polarisation, on connaît le duplexeur de type orthomode qui comporte un guide principal, dans l'axe duquel est placée une lame court-circuit, et un autre guide, dit guide d'accès parallèle, orthogonal au premier et placé dans une position critique par rapport à cette lame court-circuit. Ce dispositif très classique présente l'inconvénient d'être limité à l'utilisation d'une seule fréquence ou bande de fréquences.
  • On connaît par ailleurs un dispositif de duplexage, tel que décrit dans la demande de brevet EP-A1 0 992 986 déposée le 15 février 1985, publiée fosté- rieurement à la date de l'ionité de la frésente demande et qui comporte un guide principal transportant aussi bien la fréquence ou bande de fréquences à multiplexer que d'autres bandes de fréquences à deux guides d'accès orthogonaux au guide principal et orthogonaux entre eux qui sont couplés au guide principal par des fentes résonantes.
  • Ce mode de réalisation n'est pas compatible avec les exigences d'implantation multisources.
  • La demande de brevet européen EP-A-0098192 décrit un dispositif de multiplexage pour grouper deux bandes de fréquences. Ce dispositif destiné à une antenne multibande, comporte en série à partir de l'accès de couplage à l'antenne : un guide commun circulaire, permettant le passage d'une bande de fréquences hautes et d'une bande de fréquences basses, dans lequel débouchent, par deux trous de couplage décalés l'un par rapport à l'autre le long du guide commun circulaire, deux guides orthogonaux entre eux, qui constituent les accès pour les deux polarisations orthogonales de la bande basse ; une transition guide rond-guide-rond ; un duplexeur de polarisation pour la bande haute. Dans les trous de couplage sont disposés des résonateurs qui font court-circuit pour les fréquences de la bande haute. Dans le guide commun circulaire sont disposés, vu de l'accès de couplage à l'antenne, entre le premier et le second trou de couplage un premier filtre quasi-optique dont le rôle est de réfléchir vers le premier trou de couplage les ondes situées dans la bande basse et dont la polarisation est celle de l'onde destinée à passer par le premier trou et, entre le second trou de couplage et la transition, un second filtre quasi-optique dont le rôle est de réfléchir vers le second trou de couplage les ondes situées dans la bande basse et dont la polarisation est celle de l'onde destinée à passer par le second trou.
  • Par rapport à ce dispositif de l'art connu, l'invention a pour objet un dispositif de réalisation et de mise en oeuvre beaucoup plus simples avec deux accès fréquence basse et un accès fréquence haute et non l'inverse.
  • La présente invention se rapporte à un dispositif permettant d'extraire ou d'exciter à une fréquence basse deux plans de polarisation orthogonaux du mode fondamental et d'extraire ou d'exciter à une fréquence haute un plan de polarisation du mode fondamental coplanaire à l'un des plans de polarisation de la fréquence basse.
  • La présente invention a pour objet un dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès comportant, d'une part, en série par rapport à un accès de couplage à une antenne : un guide commun circulaire, permettant le passage de deux polarisations orthogonales d'une onde dans une bande de fréquences basses et d'une polarisation d'une onde dans une bande de fréquences hautes parallèle à l'une des deux polarisations orthogonales de l'onde en fréquences basses, une transition, un guide secondaire, et d'autre part, un premier guide d'accès pour l'une des deux polarisations orthogonales de l'onde en fréquence basse débouchant, par une fente résonante, dans le guide commun, orthogonalement à celui-ci, un deuxième guide d'accès au guide secondaire, orthogonal à celui-ci, et qui lui est couplé par une fente résonante, une lame de court-circuit, pour faire court-circuit à la partie de l'onde en fréquences hautes, destinée à ce deuxième guide d'accès, l'extrémité libre du guide secondaire formant un troisième guide d'accès ou guide d'accès série, caractérisé en ce que le guide secondaire est un guide rectangulaire dont le petit côté est parallèle à la deuxième polarisation de l'onde en fréquences basses, et dont le grand côté est parallèle à la polarisation de l'onde en fréquences hautes, en ce que le premier guide d'accès au guide commun comporte un filtre destiné à sélectionner l'onde en fréquences basses en ramenant au niveau de la fente résonante un court-circuit pour l'onde en fréquences hautes, et en ce que le deuxième guide d'accès est orthogonal au grand côté du guide secondaire et constitue l'accès pour ladite polarisation de l'onde en fréquences hautes.
  • La présente invention a le grand avantage de présenter deux sorties situées dans un même plan et qui sont donc facilement accessibles, ce qui est très important dans le domaine spatial.
  • Les carctéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence à la figure unique annexée qui représente une vue en perspective partiellement éclatée du dispositif de l'invention.
  • Le dispositif de l'invention est un dispositif d'excitation à une fréquence basse F1, et un dispositif d'extraction ou d'excitation d'une composante du mode fondamental correspondant à une fréquence haute F2.
  • Ce dispositif comporte un guide principal 1 correspondant au mode fondamental de la fréquence F1, un guide d'accès 4 correspondant à la fréquence F1 orthogonal au guide principal 1, une transition 5 entre le guide principal 1 et un guide rectangulaire 7 dont le grand côté correspond au mode fondamental de la fréquence F1, et le petit côté correspond au mode fondamental de la fréquence F2 et un guide d'accès 8 correspondant à la fréquence F2 orthogonal au grand côté du guide rectangulaire 7. Ledit guide rectangulaire 7 comporte une lame 10 de court-circuit parallèle à son grand côté. L'accès 4 orthogonal au guide principal 1 et l'accès 8 orthogonal au guide rectangulaire 7 sont co-planaires. Le guide d'accès 4 orthogonal au guide principal 1 est couplé à celui-ci par une fente résonante 2. Ledit guide d'accès 4 comporte un filtre 3 destiné à sélectionner la fréquence F1, ledit filtre 3 étant construit de manière à ramener substantiellement sur la fente résonante 2 un court-circuit pour les fréquences extérieures à ladite fréquence F1. Le guide d'accès 8 orthogonal au guide rectangulaire 7 est couplé au guide rectangulaire 7 au moyen d'une fente résonante 9 et placé dans une position déterminée par rapport à la lame 10 de court-circucit.
  • Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant :
  • En provenance de l'aérien de réception, auquel est reliée, par exemple, le dispositif de l'invention, arrivent, d'une part deux ondes de polarisations orthogonales à une première fréquence F1, par exemple de 12 GHz, et d'autre part une onde à une deuxième fréquence F2, par exemple de 18 GHz, de polarisation parallèle à l'un des plans de polarisation à la fréquence F1. Les ondes de fréquence F1 se propagent dans le guide principal 1 selon son mode fondamental et selon deux polarisations orthogonales.
  • La première polarisation de la première fréquence F1 est située dans le plan de la figure et la seconde polarisation est orthogonal à ce plan.
  • Au moment où la composante parallèle au plan de la fente 2 arrive au niveau de cette fente de couplage, une première partie de celle-ci est dérivée par la fente de couplage 2 vers le filtre 3 et donc vers le guide d'accès 4.
  • La partie de cette composante qui n'est pas dirigée vers le guide 4 continue à se propager dans le guide 1 puis dans la première partie de la transition 5 dans laquelle celle-ci se réfléchit à l'endroit du plan de court-circuit 6 pour revenir vers la fente de couplage 2 qui la dirige alors vers le guide 4, comme expliqué précédemment. Une partie de l'onde, d'ailleurs négligeable dans la pratique, qui n'est pas dirigée à ce moment-là vers le guide 4 est alors réfléchie vers l'élément rayonnant.
  • Bien évidemment, de manière connue de l'homme de l'art, la distance entre le plan de court-circuit 6 et la fente rayonnante 2 est ajustée de manière à ce qu'un maximum d'ondes réfléchies soit absorbé par le guide 4.
  • La composante de la deuxième fréquence F2 se propage dans le guide principal 1 sans être dérivée par le coupleur 2, qui se présente d'ailleurs vis-à- vis de cette fréqence comme un court-circuit, puis dans la transistion 5 pour continuer sa route dans le guide rectangulaire 7. Elle est en partie dirigée vers le guide 8 à travers la fente résonante 9 dimensionnée pour résonner à cette fréquence F2.
  • La partie de cette composante qui n'est pas dirigée vers le guide 8 continue à se propager dans le guide 7 dans lequel elle se réfléchit sur la lame de court-circuit 10 pour revenir vers la fente de couplage 9.
  • Une partie de l'onde, d'ailleurs négligeable dans la pratique, qui n'est pas dirigée à ce moment-là vers le guide 8 est alors réfléchie vers l'élément rayonnant.
  • Bien évidemment, la distance entre la lame de court-circuit 10 et la fente rayonnante 9 est ajustée, de manière connue de l'homme de l'art, pour qu'un maximum d'ondes réfléchies soit absorbé par le guide d'accès 8.
  • La deuxième composante de fréquence F1 orthogonale au plan de la fente 2 se propage dans le guide principal dans la transition 5 et dans le guide 7 sans être dérivée ni par le coupleur 2, ni par le coupleur 9, ni par la lame de court-circuit 10, et se dirige vers l'accès 11 dit "accès série".
  • Le dispositif qui vient d'être décrit est susceptible d'un grand nombre d'application intéressantes. Par exemple il est possible d'utiliser ce dispositif dans une source primaire d'antenne multisource. Cet aérien fonctionne selon trois accès : par exemple avec deux accès réception, un accès émission, et réciproquement ; ou avec un accès émission, un accès réception, et un accès écartométrie.
  • Il est possible de placer un élément absorbeur dans le guide d'accès 11. En polarisation linéaire quelconque, la composante reçue, orthogonale à la composante extraite, sera absorbée par l'élément absorbeur sur les deux bandes de fréquences et ainsi ne perturbera pas le fonctionnement de la source.
  • Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention.
  • Lorsque l'on parle de fréquences F1 et F2, il s'agit, bien entendu, de deux bandes de fréquences basse et haute.

Claims (1)

  1. Dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès comportant, d'une part, en série par rapport à un accès de couplage à une antenne : un guide commun (1) circulaire, permettant le passage de deux polarisations orthogonales d'une onde dans une bande de fréquences basses (F1) et d'une polarisation d'une onde dans une bande de fréquences hautes (F2) parallèle à l'une des deux polarisations orthogonales de l'onde en fréquences basses (F1), une transition (5), un guide secondaire (7), et, d'autre part, un premier guide d'accès (4) pour l'une des deux polarisations orthogonales de l'onde en fréquences basses (F1) débouchant, par une fente résonante (2), dans le guide commun (1), orthogonalement à celui-ci, un deuxième guide d'accès (8) au guide secondaire (7) orthogonal à celui-ci, et qui lui est couplé par une fente résonante (9), une lame de court-circuit (10) pour faire court-circuit à la partie de l'onde en fréquences hautes (F2) destinée à ce deuxième guide d'accès (8), l'extrémité libre du guide secondaire (7) formant un troisième guide d'accès (11), caractérisé en ce que le guide secondaire (7) est un guide rectangulaire dont le petit côté est parallèle à la deuxième polarisation de l'onde en fréquences basses (F1), et dont le grand côté est parallèle à la polarisation de l'onde en fréquences hautes (F2), en ce que le premier guide d'accès (4) au guide commun (1) comporte un filtre (3) destiné à sélectionner l'onde en fréquences basses (F1) en ramenant au niveau de la fente résonante (2) un court-circuit pour l'onde en fréquences hautes (F2), et en ce que le deuxième guide d'accès (8) est orthogonal au grand côté du guide secondaire (7) et constitue l'accès pour ladite polarisation de l'onde en fréquences hautes (F2).
EP87101095A 1986-01-28 1987-01-27 Dispositif duplexeur de polarisation et de fréquences à trois accès Expired - Lifetime EP0235565B1 (fr)

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