EP0243888B1 - Dispositif à joint tournant hyperfréquence - Google Patents

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EP0243888B1
EP0243888B1 EP87105976A EP87105976A EP0243888B1 EP 0243888 B1 EP0243888 B1 EP 0243888B1 EP 87105976 A EP87105976 A EP 87105976A EP 87105976 A EP87105976 A EP 87105976A EP 0243888 B1 EP0243888 B1 EP 0243888B1
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EP
European Patent Office
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accesses
coupled
main
guides
waveguide
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EP87105976A
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German (de)
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EP0243888A1 (fr
Inventor
Jean Claude Anne
Philippe Gourlain
Régis Lenormand
Gérard Raguenet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Espace Industries SA
Original Assignee
Alcatel Espace Industries SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
    • H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
    • H01P1/066—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation
    • H01P1/067—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation the energy being transmitted in only one line located on the axis of rotation

Definitions

  • the invention relates to a microwave rotating joint device.
  • the telecommunications antennas via relay satellite, must have very large orientation capacities, typically: 0 ⁇ ⁇ ⁇ 120 ° (elevation) 0 ⁇ ⁇ ⁇ 360 ° (azimuth)
  • the complete microwave transponder is located behind the antenna.
  • thermal control is very difficult to achieve; it significantly affects the satellite's power consumption budget.
  • the invention makes it possible to integrate the electronic transmission and reception equipment on the satellite platform, thanks to the use of a new microwave rotating joint device.
  • Rotary joint devices generally use the properties of symmetry of revolution of coaxial or cylindrical propagation modes. Therefore, they require the use of transitions between the access guides (inlets / outlets) operating according to a certain type of propagation (rectangular, cylindrical guides) and the rotating joint itself.
  • the adaptation conditions mean that the band of use does not then exceed a ratio of approximately 1.5.
  • the device of the invention does not have such frequency limitation.
  • US-A 3668567 describes a dual mode rotary microwave coupler which comprises a main circular guide consisting of two parts located in the extension of one another and movable in rotation one by relation to each other around their axis of symmetry, each of these two parts being provided with two accesses orthogonal to each other and orthogonal with the wall of the guide, and a hybrid input coupler having its two outputs coupled to the two accesses of the first part by means of two guides.
  • the invention provides a device in which low-pass filters are interposed between the hybrid couplers and the accesses to the two parts of the main guide, at these accesses, and in which two cut-off guides are arranged on either side of the main guide, each of these guides being provided with two accesses which are orthogonal to it and which are orthogonal to one another, an input hydride coupler having two outputs coupled to the accesses of the first of these guides, and an output hybrid coupler having its inputs coupled to the ports of the second of these guides, this first and this second guides being guides closed at their free ends.
  • the device of the invention comprises a main circular guide consisting of two parts 10 and 11 located in the extension of one another, and movable in rotation relative to each other about their axis of symmetry ⁇ .
  • Two accesses 12 and 13 to the first part 10 of the main guide are orthogonal thereto and orthogonal to each other. They are coupled to the outputs 14 and 15 of a first hybrid coupler 18 of 3dB coupling value via two guides 16 and 17. This coupler 18 is connected at the input to two guides 19 and 20.
  • These two accesses 12 and 13 are located at a distance d1 from a short-circuit plane 21 produced by a cut-off guide.
  • Two accesses 22 and 23 to the second part 11 of the main guide are orthogonal thereto and orthogonal to each other. They are connected to the inputs 24 and 25 of a second hybrid coupler 26 of 3dB coupling value via two guides 27 and 28. This coupler 26 is connected at the output to two guides 29 and 30.
  • These two accesses 22 and 23 are located at a distance d2 from a short-circuit plane 31 produced by a cut-off guide.
  • the short-circuit plane 21 is located at a distance d1 from the two accesses 12 and 13 such that all the energy propagates in the main guide from the first part 10 to the second part 11.
  • the short-circuit 31 is located at a distance d2 from the two slots 22 and 23 such that all of this energy which comes from the slots 12 and 13 propagates in the guides 27 and 28.
  • the guides which make the connection between the hybrid couplers 18 and 26 and the main guide 10, 11 are rectangular guides.
  • One of the two inputs of the hybribe coupler 18, numbered 19, receives a signal which is transmitted to the two guides 16 and 17 and which, by coupling with the main guide via the two ports 12 and 13, allows transmission in this one of a wave with circular polarization.
  • two main guides 35 and 36 are used on either side of the main guide 10, 11, shown in FIG. 1.
  • two accesses 37 and 38 to the guide 35 are orthogonal thereto and orthogonal to each other.
  • a hybrid coupler 39 connected at the input to two guides 40 and 41, has its two outputs connected to two guides 42 and 43 which are coupled to these two ports 37 and 38.
  • a hybrid coupler 45 connected at the output to two guides 46 and 47, has its two inputs connected to two guides 48 and 49 which are coupled to two ports 50 and 51 of the guide 36, these two ports being orthogonal to this guide 36 and orthogonal to each other.
  • the two cut-off guides 35 and 36 have their free ends 58 and 59 closed and located at a distance from the planes of the accesses 37, 38, and 50, 51 such that all the energy is transmitted from one part of the coupler 39, via ports 37 and 38, to the junction, then from the junction to coupler 45, via ports 50 and 51.
  • the excitation of the circular polarization wave of the main guide 10, 11 is done without obstacle in this main guide; it follows that if four filters 54, 55 and 56, 57 of the low-pass type are placed which bring a short-circuit plane into the plane of the accesses 12, 13 and 22, 23, the device can be used for another frequency band such that it can propagate within a diameter of the guide less than the diameter in the fictitious short-circuit planes 21 and 31 which are obtained by cut-off guides. For use at higher frequencies, the diameter of the guides 35 and 36 must therefore be less than the diameter of the guide when cut.
  • the low-pass filters 54 and 55 have short-circuit planes in the planes of the accesses 12 and 13, it is therefore possible to operate with a second frequency band.
  • each hybrid input coupler 18, 39 which corresponds respectively to a single output from each hybrid output coupler 26, 45 .
  • each hybric coupler of input its second input to convey a second signal at the same frequency as that conveyed by the first input.
  • the electrical contact between the two parts 10 and 11 of the central conductor can be made using a coupling device shown in FIG. 4.
  • the electrical junction in the P plane occurs at the bottom of a corrugation.
  • Such a type of junction makes it possible to obtain good electrical continuity without requiring very good mechanical contact.
  • this circular polarized wave can be done using a single access 22 (or 23) after having placed a polarizing device in the second part 11 of the main guide.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Description

  • L'invention concerne un dispositif à joint tournant hyperfréquence. Pour les satellites à défilement, les antennes de télécommunication, via satellite relais, doivent présenter des capacités d'orientation très importantes, typiquement :
       0 ≦ ϑ ≦ 120° (élévation)
       0 ≦ φ ≦ 360° (azimut)
  • L'implantation des équipements électroniques d'émission et de réception s'établit autour de deux types de réalisation :
  • Dans un premier type, le transpondeur hyperfréquence complet est situé derrière l'antenne.
  • Dans un second type, l'utilisation des fréquences intermédiaires permet de ne laisser derrière l'antenne que les éléments de puissance hyperfréquences à l'émission, les récepteurs faibles bruits et les convertisseurs de fréquence à la réception.
  • Dans ces deux types de réalisation, le contrôle thermique est très difficile à réaliser ; il grève de manière importante le budget de consommation de puissance du satellite.
  • Pour résoudre ce problème, l'invention permet d'intégrer les équipements électroniques d'émission et de réception sur la plate-forme du satellite, grâce à l'utilisation d'un nouveau dispositif à joint tournant hyperfréquence.
  • Les dispositifs à joint tournant utilisent généralement les propriétés de symétrie de révolution de modes de propagation coaxiale ou cylindrique. De ce fait, ils nécessitent l'utilisation de transitions entre les guides d'accès (entrées/sorties) fonctionnant selon un certain type de propagation (guides rectangulaires, cylindriques) et le joint tournant lui-même.
  • Les conditions d'adaptation font que la bande d'utilisation ne dépasse pas alors un rapport d'environ 1,5. Par contre, le dispositif de l'invention ne présente pas de telles limitation de fréquences.
  • Ainsi un document de l'art connu, le brevet US-A 3668567 décrit un coupleur hyperfréquence rotatif bimode qui comprend un guide circulaire principal constitué de deux parties situées dans le prolongement l'une de l'autre et mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre autour de leur axe de symétrie, chacune de ces deux parties étant munie de deux accès orthogonaux entre eux et orthogonaux avec la paroi du guide, et un coupleur hybride d'entrée ayant ses deux sorties couplées aux deux accès de la première partie par l'intermédaire de deux guides.
  • L'invention propose en effet un dispositif à joint tournant hyperfréquence, comprenant un guide circulaire principal constitué de deux parties situées dans le prolongement l'une de l'autre et mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre autour de leur axe de symétrie, chacune de ces deux parties étant munie de deux accès orthogonaux entre eux et orthogonaux avec la paroi du guide, et un coupleur hybride d'entrée ayant ses deux sorties couplées aux deux accès de la première partie par l'intermédiaire de deux guides, caractérisé en ce qu'il comprend un coupleur hybride de sortie ayant ses deux entrées couplées aux deux accès de la deuxième partie du guide principal par l'intermédiaire de deux guides, et en ce que les deux parties du guide principal ont leur extrémités extérieures qui sont des guides à la coupure pour former des plans de court-circuit ;
    • le premier plan de court-circuit étant situé à une première distance des deux accès de la première partie, telle que toute l'énergie se propage dans le guide principal de la première partie vers la deuxième partie,
    • le second plan de court-circuit étant situé à une seconde distance des deux accès de la deuxième partie telle que toute l'énergie qui provient des accès de la première partie se propage dans les guides qui sont couplés à la deuxième partie.
  • Dans une variante de réalisation, l'invention propose un dispositif dans lequel des filtres passe-bas sont interposés entre les coupleurs hybrides et les accès aux deux parties du guide principal, au niveau de ces accès, et dans lequel deux guides à la coupure sont disposés de part et d'autre du guide principal, chacun de ces guides étant muni de deux accès qui lui sont orthogonaux et qui sont orthogonaux entre eux, un coupleur hydride d'entrée ayant deux sorties couplées aux accès du premier de ces guides, et un coupleur hybride de sortie ayant ses entrées couplées aux accès du deuxième de ces guides, ce premier et ce second guides étant des guides fermés à leur extrémités libre.
  • Dans une forme de réalisation particulière l'invention propose un dispositif qui comprend un dispositif de jonction, situé entre les deux parties du guide circulaire principal, muni de part et d'autres de la jonction :
    • d'une partie corruguée ;
    • d'une transition corruguée-lisse ;
    • et d'une partie lisse.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
    • La figure 1 représente schématiquement et en vue latérale le dispositif de l'invention ;
    • La figure 2 représente schématiquement et en vue latérale une variante du dispositif de l'invention ;
    • La figure 3 représente une vue partielle en perspective du dispositif représenté à la figure 2 ;
    • La figure 4 représente une vue partielle en coupe d'une variante du dispositif de l'invention.
  • Le dispositif de l'invention comprend un guide circulaire principal constitué de deux parties 10 et 11 situées dans le prolongement l'une de l'autre, et mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre autour de leur axe symétrie Δ.
  • Deux accès 12 et 13 à la première partie 10 du guide principal sont orthogonaux à celui-ci et orthogonaux entre eux. Ils sont couplés aux sorties 14 et 15 d'un premier coupleur hybride 18 de valeur de couplage 3dB par l'intermédiaire de deux guides 16 et 17. Ce coupleur 18 est relié en entrée à deux guides 19 et 20.
  • Ces deux accès 12 et 13 sont situés à une distance d1 d'un plan de court-circuit 21 réalisé par un guide à la coupure.
  • Deux accès 22 et 23 à la deuxième partie 11 du guide principal sont orthogonaux à celui-ci et orthogonaux entre eux. Ils sont connectés aux entrées 24 et 25 d'un deuxième coupleur hybride 26 de valeur de couplage 3dB par l'intermédiaire de deux guides 27 et 28. Ce coupleur 26 est relié en sortie à deux guide 29 et 30.
  • Ces deux accès 22 et 23 sont situés à une distance d2 d'un plan de court-circuit 31 réalisé par un guide à la coupure.
  • Le plan de court-circuit 21 est situé à une distance d1 des deux accès 12 et 13 telle que toute l'énergie se propage dans le guide principal de la première partie 10 vers la deuxième partie 11. Par contre, le court-circuit 31 est situé à une distance d2 des deux fentes 22 et 23 telle que toute cette énergie qui provient des fentes 12 et 13 se propage dans les guides 27 et 28.
  • Au niveau du plan de jonction P, la continuité électrique est assurée de manière classique par contact mécanique au niveau des extrémités en regard des parties 10 et 11 du conducteur principal.
  • Les guides qui effectuent la jonction entre les coupleurs hybrides 18 et 26 et le guide principal 10, 11 sont des guides rectangulaires.
  • L'une des deux entrées du coupleur hybribe 18, numérotée 19, reçoit un signal qui est transmis aux deux guides 16 et 17 et qui, par couplage avec le guide principal par l'intermédiaire des deux accès 12 et 13, permet la transmission dans celui-ci d'une onde à polarisation circulaire.
  • Dans une variante du dispositif de l'invention représentée à la figure 2, on utilise de part et d'autre du guide principal 10, 11, représenté à la figure 1, deux guides à la coupure 35 et 36.
  • De manière analogue au dispositif représenté à la figure 1, deux accès 37 et 38 au guide 35 sont orthogonaux à celui-ci et orthogonaux entre eux.
  • Un coupleur hybride 39, relié en entrée à deux guides 40 et 41, a ses deux sorties reliées à deux guides 42 et 43 qui sont couplés à ces deux accès 37 et 38.
  • De même un coupleur hybride 45, relié en sortie à deux guides 46 et 47, a ses deux entrées reliées à deux guides 48 et 49 qui sont couplés à deux accès 50 et 51 du guide 36, ces deux accès étant orthogonaux à ce guide 36 et orthogonaux entre eux.
  • Les deux guides à la coupure 35 et 36 ont leurs extrémités libres 58 et 59 fermées et situées à une distance des plans des accès 37, 38, et 50, 51 telle que toute l'énergie soit transmise d'une part du coupleur 39, via les accès 37 et 38, vers la jonction, puis de la jonction vers le coupleur 45, via les accès 50 et 51.
  • L'excitation de l'onde de polarisation circulaire du guide principal 10, 11 se fait sans obstacle dans ce guide principal ; il en résulte que si on place quatre filtres 54, 55 et 56, 57 du type passe-bas qui ramènent un plan de court-circuit dans le plan des accès 12, 13 et 22, 23, on peut utiliser le dispositif pour une autre bande de fréquence telle qu'elle puisse se propager dans un diamètre du guide inférieur au diamètre dans les plans de court-circuits fictifs 21 et 31 qui sont obtenus par des guides à la coupure. Pour l'utilisation aux fréquences supérieures le diamètre des guides 35 et 36 doit donc être inférieur au diamètre du guide à la coupure.
  • Si les filtres passe-bas 54 et 55 présentent des plans de court-circuit dans les plans des accès 12 et 13, on peut donc avoir un fonctionnement avec une deuxième bande de fréquence.
  • Le fonctionnement du dispositif de l'invention et de sa variante n'a été décrit précédemment qu'en utilisant une entrée de chaque coupleur hybride d'entrée 18, 39 qui correspond respectivement à une seule sortie de chaque coupleur hybride de sortie 26, 45.
  • Mais on peut utiliser, pour chaque coupleur hybrique d'entrée sa deuxième entrée pour véhiculer un second signal à la même fréquence que celui véhiculé par la première entrée.
  • Ainsi avec le dispositif représenté à la figure 1, on peut véhiculer deux canaux à la même fréquence, et avec le dispositif représentée aux figures 2 et 3, deux canaux à une première fréquence, et deux canaux à une seconde fréquence.
  • Le contact électrique entre les deux parties 10 et 11 du conducteur central peut être réalisée à l'aide d'un dispositif de couplage représenté à la figure 4.
  • Ce dispositif de couplage comprend de part et d'autre du plan de couplage P, trois parties :
    • une partie corruguée 60, 61 ;
    • une transition corrugué-lisse 62, 63 ;
    • une partie lisse 64, 65.
  • La jonction électrique dans le plan P se fait au fond d'une corrugation.
  • Un tel type de jonction permet d'obtenir une bonne continuité électrique sans nécessiter un très bon contact mécanique.
  • 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.
  • Il est ainsi possible de décaler les deux accès qui sont couplés au même guide de λ g 2
    Figure imgb0001
     , λ g étant la longueur d'onde guidée dans ce guide, ce qui permet d'obtenir une meilleur performance de découplage entre ces deux accés.
  • Il est possible d'obtenir, dans le dispositif représenté à la figure 1, une onde polarisée circulairement en n'employant qu'un accès 12 (ou 13) en disposant un obstacle polariseur dans la première partie 10 du guide principal.
  • De même l'extraction de cette onde polarisée circulaire peut se faire en utilisant un seul accès 22 (ou 23) après avoir placé un dispositif polariseur dans la seconde partie 11 du guide principal.
  • Dans ce schéma de fonctionnement avec polariseurs, il est immédiat d'étendre les possibilités à deux accès par fréquence en utilisant simuItanément les accès 12 et 13 ainsi que 22 et 23.
  • Il est possible de généraliser la transmission de deux fois deux canaux à deux fréquences différentes réalisées par le dispositif représenté à la figure 2, à n fois deux canaux à n fréquences différentes, en réalisant aux extrémités libres du guide central, n fois des jonctions du type de celles (10, 35 et 11, 36) représentées à la figure 2.

Claims (4)

1. Dispositif à joint tournant hyperfréquence, comprenant un guide circulaire principal constitué de deux parties (10, 11) situées dans le prolongement l'une de l'autre et mobiles en rotation l'une par rapport à l'autre autour de leur axe de symétrie (Δ), chacune de ces deux parties (10, 11) étant munie de deux accès (12, 13 et 22, 23) orthogonaux entre eux et orthogonaux avec la paroi du guide, et un coupleur hybride d'entrée (18) ayant ses deux sorties (14, 15) couplées aux deux accès (12, 13) de la première partie (10) par l'intermédiaire de deux guides (16, 17), caractérisé en ce qu'il comprend un coupleur hybride de sortie ayant ses deux entrées (24, 25) couplées aux deux accès (22, 23) de la deuxième partie (11) du guide principal par l'intermédiaire de deux guides (27, 28), et en ce que les deux parties (10, 11) du guide principal ont leur extrémités extérieures gui sont des guides à la coupure pour former des plans de court-circuit (21, 31) ;
- le premier plan de court-circuit(21)étant situé à une première distance (d1) des deux accès (12 et 13) de la première partie (10), telle que toute l'énergie se propage dans le guide principal de la première partie (10) vers la deuxième partie (11),
- le second plan de court-circuit (31) étant situé à une seconde distance (d2) des deux accès (22 et 23) de la deuxième partie (11) telle que toute l'énergie gui provient des accès (12 et 13) de la première partie (10) se propage dans les guides (27 et 28) gui sont couplés à la deuxième partie (11).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des filtres passe-bas (54, 55 et 56, 57) sont interposés entre les coupleurs hydrides et les accès (12, 13 et 22, 23) aux deux parties (10, 11) du guide principal, au niveau de ces accès ; en ce que deux guides à la coupure (35, 36) sont disposés de part et d'autre du guide principal, chacun de ces guides (35, 36) étant muni de deux accès (37, 38 et 50, 51) qui lui sont orthogonaux et gui sont orthogonaux entre eux, un coupleur hydride d'entrée (39) ayant deux sorties couplées aux accès (37, 38) du premier de ces guides (35), et un coupleur hydrique de sortie (45) ayant ses entrées couplées aux accès (50, 51) du deuxième de ces guides (36).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier (35) et le second (36) guides couplés au guide principal sont des guides fermés à leurs extrémités libres.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de jonction, situé entre les deux parties (10, 11) du guide circulaire principal, et muni de part et d'autres de la jonction :
- d'une partie corruguée (60, 61) ;
- d'une transition corruguée-lisse (62, 63) ;
- et d'une partie lisse (64, 65).
EP87105976A 1986-04-28 1987-04-23 Dispositif à joint tournant hyperfréquence Expired - Lifetime EP0243888B1 (fr)

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FR8606127A FR2598034B1 (fr) 1986-04-28 1986-04-28 Dispositif a joint tournant hyperfrequence
FR8606127 1986-04-28

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EP0243888A1 EP0243888A1 (fr) 1987-11-04
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EP87105976A Expired - Lifetime EP0243888B1 (fr) 1986-04-28 1987-04-23 Dispositif à joint tournant hyperfréquence

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US (1) US4757281A (fr)
EP (1) EP0243888B1 (fr)
CA (1) CA1260082A (fr)
DE (1) DE3775261D1 (fr)
ES (1) ES2027988T3 (fr)
FR (1) FR2598034B1 (fr)
GR (1) GR3003863T3 (fr)

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