EP0330540A1 - Diviseur de puissance en guide d'ondes - Google Patents

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EP0330540A1
EP0330540A1 EP89400371A EP89400371A EP0330540A1 EP 0330540 A1 EP0330540 A1 EP 0330540A1 EP 89400371 A EP89400371 A EP 89400371A EP 89400371 A EP89400371 A EP 89400371A EP 0330540 A1 EP0330540 A1 EP 0330540A1
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EP
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waveguide
power
rectangular
mode
output waveguides
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Withdrawn
Application number
EP89400371A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Pierre Bergero
Claude Couasnard
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF 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
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a power divider in waveguide, for microwave power transmission circuit operating at high power.
  • the technique of millimeter and centimeter waves of great power is currently developing thanks to generators and amplifiers such as gyrotrons.
  • waveguide power dividers Two types have been widely developed, those in the form of Y and those in the form of T. These dividers consist of an input waveguide which gradually deforms in order to obtain two output waveguides.
  • the set has the form of the capital letter T or the capital letter Y.
  • These power dividers allow the power introduced into the input guide to be divided into two equal or unequal parts. It depends on the dimensions of the section of the waveguides making up the three branches of the T or Y. In the case where the three branches have the same section, the power transmitted in the two output waveguides will be half of the power injected at the input.
  • These power dividers are also called 3dB couplers.
  • the object of the present invention is to remedy these drawbacks by presenting a power divider as a waveguide which is not very bulky and making it possible to obtain in each of the n output waveguides a fraction of the power injected into the input waveguide, n being an integer greater than or equal to two. This number n is however limited to the quantity of output waveguides that it is possible to juxtapose mechanically.
  • This power divider allows the passage of high powers. It is produced by the juxtaposition of several waveguide sections. It has a particularly compact shape even if the number n of output waveguides is quite large. It operates in the TE10 rectangular mode, which is the fundamental mode of the rectangular section waveguides. This mode is frequently used in microwave energy transmission circuits.
  • the present invention provides: a waveguide power divider for a microwave power transmission circuit, operating at high power, in the rectangular TE10 mode, comprising: - a rectangular input waveguide operating in its fundamental mode, receiving at one of its ends the power to be divided and having another closed end; a circular waveguide, propagating the TM01 mode, having a first end connected to the input rectangular waveguide by a lateral opening placed in the long side of the rectangular waveguide, near its closed end, of such that the axes of the two guides are perpendicular; divider characterized in that it further comprises a group of n output waveguides operating in the TE10 rectangular mode, distributed in a ring in front of a second end of the circular waveguide so that at least one of their long sides are cut substantially perpendicularly by a radius of the cross section of the circular guide and so that they each transmit in TE10 mode a fraction of the power introduced into the rectangular input waveguide.
  • the waveguide power divider shown in FIG. 1 is of the Y type.
  • the input waveguide 20 is for example a rectangular waveguide. It propagates an electromagnetic wave in the TE10 rectangular mode.
  • This waveguide 20 is gradually deformed in order to obtain two output waveguides 21, 22.
  • the two output waveguides 21, 22 have the same section. They also have the same section as the input waveguide 20.
  • the power transmitted in each of the output waveguides 21, 22 will be half the power introduced into the input waveguide 20.
  • This assembly is a divider of power by two. By adding to the output of each of the two waveguides 21, 22 a power divider of type Y as described above, one would obtain a power divider by four. With this kind of assembly the power is always divided by a power of two.
  • FIG. 2 represents, in longitudinal section, a power divider according to the invention.
  • This power divider is made up of the juxtaposition of several waveguide sections.
  • the entry is made by a waveguide 1 of rectangular section, operating in its fundamental mode.
  • This rectangular waveguide 1 input is excited by a source of electromagnetic waves 12 placed at its upper end 2. Its lower end 3 is closed.
  • a first end of a waveguide of circular section 4 is connected to the rectangular waveguide 1 of entry by a lateral opening 10 placed in the long side of the rectangular waveguide 1 of entry near its end closed 3.
  • the axes of the two waveguides are perpendicular.
  • the waveguide 4 propagates the TM01 mode because the distribution of the magnetic field in the rectangular waveguide 1 input at the level of the opening 10 corresponds to that of the TM01 mode in the waveguide 4 of circular section .
  • the opening 10 in the rectangular waveguide 1 input is large, which allows operation at high powers.
  • This structure makes it possible to transform the rectangular TE10 mode into the circular TM01 mode.
  • the power injected into the rectangular waveguide 1 input is transmitted into the circular waveguide 4.
  • a group of n output waveguides 15 is disposed at the other end 9 of the circular waveguide 4. Their longitudinal axes are parallel to that of the circular guide 4 but not coincident with it.
  • n output waveguides 15 are distributed in a ring at the periphery of the circular waveguide 4.
  • Each of these n output waveguides 15 has a rectangular section or of similar shape: trapezoidal, elliptical, with angles rounded, etc ...
  • the number n of output waveguide 15 is arbitrary but however greater than or equal to two.
  • the power injected into the rectangular input waveguide 1 being P
  • each output waveguide 15 will transmit a quarter of the power injected into the rectangular input waveguide 1.
  • FIG. 3 represents, in section along the axis AA ′, the four output waveguides 15. The distribution of the electric field is indicated inside each of them.
  • the distribution of the electric field, in the circular waveguide 4, is also shown.
  • each of the output waveguides 15 propagates the rectangular TE10 mode. Indeed, the distribution of the electric field in the circular waveguide 4 propagating the TM01 mode is along the radii of its cross section. In the n output waveguides 15, this distribution corresponds to that of the rectangular TE10 mode.
  • the diameter of the circular waveguide 4, at the junction with the n output waveguides 15, can be different from the optimal diameter of the circular waveguide 4 used for the first transition, this is ie for the transformation of the TE10 rectangular mode into circular TM en mode.
  • a diameter transition must be incorporated between the circular waveguide 4 and the n output waveguides 15. This transition can be done by single jump as shown in 6 in FIG. 2, by successive jumps or gradually. In the latter case, a progressive fitting will be introduced.
  • FIGS. 4a to 4f represent various possible shapes of the cross section of the n output waveguides 15.
  • FIGS. 4a to 4c and 4f make it possible to place a maximum of output waveguides 15 at the periphery of the circular waveguide 4 because they are slightly trapezoidal.
  • the elements bearing the mark 7 in FIG. 1 are fixing flanges which make it possible to connect one waveguide to another.

Landscapes

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

Abstract

La présente invention concerne un diviseur de puis­sance en guide d'ondes, pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence fonctionnant à puissance élevée dans le mode TE₁₀ rectangulaire.
Il est constitué par la juxtaposition :
- d'un guide d'ondes rectangulaire (1) d'entrée fonctionnant dans son mode fondamental recevant par l'une de ses extrémités (2) la puissance à diviser et dont l'autre extrémité (3) est fermée ;
- d'un guide d'ondes circulaire (4) propageant le mode TM₀₁ relié au guide rectangulaire (1) par une ouverture latérale (10) de façon à ce que les axes des deux guides soient perpendiculaires ;
- d'un groupe de n guides d'ondes de sortie (15), placés à la sortie du guide d'ondes circulaire (4) répartis en couronne devant son extrémité libre, fonctionnant dans le mode TE₁₀ et transmettant chacun une fraction de la puissance introduite à l'entrée.
Application aux circuits de transmission d'énergie hyperfréquence.

Description

  • La présente invention concerne un diviseur de puis­sance en guide d'ondes, pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence fonctionnant à puissance élevée. La technique des ondes millimétriques et centimétriques de grande puissance se développe actuellement grâce aux générateurs et amplificateurs tels que gyrotrons.
  • Il existe déjà des diviseurs de puissance en guide d'ondes. Deux types ont largement été développés ceux en forme de Y et ceux en forme de T. Ces diviseurs sont constitués d'un guide d'ondes d'entrée qui se déforme progressivement afin d'obtenir deux guides d'ondes de sortie. L'ensemble a la forme de la lettre T majuscule ou de la lettre Y majuscule.
  • Ces diviseurs de puissance permettent de diviser la puissance introduite dans le guide d'entrée en deux parties égales ou inégales. Cela dépend des dimensions de la section des guides d'ondes composant les trois branches du T ou du Y. Dans le cas où les trois branches ont la même section, la puis­sance transmise dans les deux guides d'ondes de sortie, sera la moitié de la puissance injectée à l'entrée. Ces diviseurs de puissance sont aussi appelés coupleurs à 3dB.
  • Dans le cas où l'on désire diviser la puissance introduite en entrée, en plus de deux parties égales, il faut assembler en série plusieurs diviseurs en T ou en Y. Ce genre de montage ne permet pas, toutefois de réaliser une division par un nombre impair, ni par un nombre pair autre qu'une puissance de deux. De plus les diviseurs de puissance de ce type sont généralement assez volumineux, surtout si l'on est obligé d'en assembler plusieurs, en série, pour obtenir une division par une puissance de deux.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en présentant un diviseur de puissance en guide d'ondes peu volumineux et permettant d'obtenir dans chacun des n guides d'ondes de sortie une fraction de la puissance injectée dans le guide d'ondes d'entrée, n pouvant être un nombre entier supérieur ou égal à deux. Ce nombre n est toutefois limité à la quantité de guides d'ondes de sortie qu'il est possible de juxtaposer mécaniquement.
  • Ce diviseur de puissance autorise le passage de puis­sances élevées. Il est réalisé par la juxtaposition de plusieurs tronçons de guide d'ondes. Il a une forme particulièrement compacte même si le nombre n de guides d'ondes de sortie est assez grand. Il fonctionne dans le mode TE₁₀ rectangulaire, qui est le mode fondamental des guides d'ondes de section rectangulaire. Ce mode est fréquemment employé dans les cir­cuits de transmission d'énergie hyperfréquence.
  • La présente invention propose :
    un diviseur de puissance en guide d'ondes pour circuit de trans­mission d'énergie hyperfréquence, fonctionnant à puissance élevée, dans le mode TE₁₀ rectangulaire, comportant :
    - un guide d'ondes rectangulaire d'entrée fonctionnant dans son mode fondamental, recevant par l'une de ses extrémités la puissance à diviser et ayant une autre extrémité fermée ;
    - un guide d'ondes circulaire, propageant le mode TM₀₁, ayant une première extrémité reliée au guide d'ondes rectangulaire d'entrée par une ouverture latérale placée dans le grand côté du guide d'ondes rectangulaire, près de son extrémité fermée, de telle manière que les axes des deux guides soient perpendiculaires ;
    diviseur caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe de n guides d'ondes de sortie fonctionnant dans le mode TE₁₀ rectangulaire, répartis en couronne devant une deuxième extrémité du guide d'onde circulaire de façon à ce qu'au moins un de leurs grands côtés soit coupé sensiblement perpendiculairement par un rayon de la section droite du guide circulaire et de façon à ce qu'ils transmettent chacun dans le mode TE₁₀ une fraction de la puissance introduite dans le guide d'ondes rectangulaire d'entrée.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, illustrée par les figures annexées qui représentent :
    • - la figure 1 : une coupe longitudinale d'un diviseur de puissance de type Y selon l'art antérieur ;
    • - la figure 2 : une coupe longitudinale d'un diviseur de puissance selon l'invention ;
    • - la figure 3 : une coupe transversale selon l'axe AA' de ce diviseur de puissance ;
    • - les figures 4a à 4f diverses sections possibles pour les n guides d'ondes de sortie.
  • Sur les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
  • Le diviseur de puissance en guide d'ondes représenté sur la figure 1 est du type Y.
  • Le guide d'ondes d'entrée 20 est par exemple un guide d'ondes rectangulaire. Il propage une onde électromagnétique dans le mode TE₁₀ rectangulaire.
  • Ce guide d'ondes 20 est progressivement déformé afin d'obtenir deux guides d'ondes de sortie 21, 22.
  • Dans notre exemple, les deux guides d'ondes de sortie 21, 22 ont la même section. Ils ont également la même section que le guide d'ondes d'entrée 20. La puissance transmise dans chacun des guides d'ondes de sortie 21, 22 sera la moitié de la puissance introduite dans le guide d'ondes d'entrée 20. Ce montage est un diviseur de puissance par deux. En ajoutant à la sortie de chacun des deux guides d'ondes 21, 22 un diviseur de puissance de type Y tel que décrit précédemment, on obtiendrait un diviseur de puissance par quatre. Avec ce genre de montage la puissance est toujours divisée par une puissance de deux.
  • La figure 2 représente, en coupe longitudinale, un diviseur de puissance selon l'invention. Ce diviseur de puis­sance est constitué par la juxtaposition de plusieurs tronçons de guide d'ondes.
  • L'entrée se fait par un guide d'ondes 1 de section rectangulaire, fonctionnant dans son mode fondamental. Ce guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée est excité par une source d'ondes électromagnétiques 12 placée à son extrémité supérieure 2. Son extrémité inférieure 3 est fermée. Une première extrémité d'un guide d'ondes de section circulaire 4 est reliée au guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée par une ouverture latérale 10 placée dans le grand côté du guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée près de son extrémité fermée 3.
  • Les axes des deux guides d'ondes sont perpendiculaires.
  • Le guide d'ondes 4 propage le mode TM₀₁ car la répartition du champ magnétique dans le guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée au niveau de l'ouverture 10 correspond à celle du mode TM₀₁ dans le guide d'ondes 4 de section circulaire. L'ouverture 10 dans le guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée est de grande dimension, ce qui autorise le fonctionnement aux puissances élevées.
  • Cette structure permet de transformer le mode TE₁₀ rectangulaire dans le mode TM₀₁ circulaire.
  • La puissance injectée dans le guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée se transmet dans le guide d'ondes circulaire 4.
  • Un groupe de n guides d'ondes de sortie 15 est disposé à l'autre extrémité 9 du guide d'ondes circulaire 4. Leurs axes longitudinaux sont parallèles à celui du guide circulaire 4 mais non confondus avec lui.
  • Ces n guides d'ondes de sortie 15 sont répartis en couronne à la périphérie du guide d'ondes circulaire 4. Chacun de ces n guides d'ondes de sortie 15 a une section rectangulaire ou de forme voisine : trapézoïdale, elliptique, avec angles arrondis, etc...
  • Ils sont placés de façon à ce que leurs grands côtés 13 soient coupés sensiblement perpendiculairement par un rayon de la section droite du guide d'ondes circulaire 4.
  • Ils sont choisis monomodes, ils ont tous la même longueur et sont alimentés en phase.
  • Le nombre n de guide d'ondes de sortie 15 est quelconque mais toutefois supérieur ou égal à deux.
  • Dans notre exemple, on a représenté quatre guides d'ondes de sortie 15, qui ont la même section rectangulaire.
  • La puissance injectée dans le guide d'ondes rectangulaire d'entrée 1 étant P, la puissance transmise dans chacun des n guides d'ondes de sortie 15 sera p = P/n , si les n guides d'ondes de sortie 15 ont la même section.
  • Dans l'exemple choisi, chaque guide d'ondes de sortie 15 transmettra un quart de la puissance injectée dans le guide d'ondes rectangulaire 1 d'entrée.
  • La figure 3 représente, en coupe selon l'axe AA', les quatre guides d'ondes de sortie 15. La répartition du champ électrique est indiquée à l'intérieur de chacun d'entre eux.
  • La répartition du champ électrique, dans le guide d'ondes circulaire 4, est aussi représentée.
  • Dans chacun des guides d'ondes de sortie 15 se propage le mode TE₁₀ rectangulaire. En effet, la répartition du champ électrique dans le guide d'ondes circulaire 4 propageant le mode TM₀₁ est suivant les rayons de sa section droite. Dans les n guides d'ondes de sortie 15, cette répartition correspond à celle du mode TE₁₀ rectangulaire.
  • Afin d'obtenir un fonctionnement optimum, on peut être amené, à réaliser un compromis d'une part, entre les dimen­sions des n guides d'ondes de sortie 15 et celles du guide d'ondes circulaire 4, et d'autre part entre la distance séparant chaque axe des n guides d'ondes 15 de l'axe du guide d'ondes circulaire 4.
  • C'est pourquoi le diamètre du guide d'ondes circulaire 4, à la jonction avec les n guides d'ondes de sortie 15, peut être différent du diamètre optimal du guide d'ondes circulaire 4 utilisé pour la première transition, c'est-à-dire pour la trans­formation du mode TE₁₀ rectangulaire en mode TM₀₁ circulaire.
  • Dans ce cas une transition de diamètre doit être incorporée entre le guide d'ondes circulaire 4 et les n guides d'ondes de sortie 15. Cette transition peut se faire par saut unique comme représenté en 6 sur la figure 2, par sauts successifs ou progressivement. Dans ce dernier cas, on introduira un raccord progressif.
  • Les figures 4a à 4f représentent diverses formes possi­bles de la section droite des n guides d'ondes de sortie 15.
  • Ces sections peuvent être en secteur de couronne (fig. 4a) trapézoïdales (fig. 4b), trapézoïdales à coins arrondis (fig. 4c), elliptiques (fig. 4d), rectangulaires à quatre côtés bombés (fig. 4e), trapézoïdales à quatre côtés bombés (fig. 4f). D'autres formes encore peuvent être utilisées.
  • Les sections représentées sur les figures 4a à 4c et 4f permettent de placer un maximum de guides d'ondes de sortie 15 à la périphérie du guide d'ondes circulaire 4 car elles sont légèrement trapézoïdales.
  • Cela permet d'obtenir une division de la puissance par un nombre assez important.
  • Les sections représentées sur les figures 4d à 4f autoriseront le passage d'une puissance plus importante à cause de leurs côtés bombés.
  • Les éléments portant le repère 7 sur la figure 1 sont des brides de fixation qui permettent de raccorder un guide d'ondes à un autre.

Claims (4)

1. Diviseur de puissance en guide d'ondes pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence fonctionnant à puis­sance élevée, dans le mode TE₁₀ rectangulaire, comportant :
- un guide d'ondes rectangulaire (1) d'entrée fonctionnant dans son mode fondamental, recevant par l'une de ses extrémités (2) la puissance à diviser et ayant une autre extrémité (3) fermée
- un guide d'ondes circulaire (4), propageant le mode TM₀₁, ayant une première extrémité reliée au guide d'ondes rectangulaire d'entrée par une ouverture latérale (10) placée dans le grand côté du guide d'ondes rectangulaire (1) près de son extrémité fermée (3), de telle manière que les axes des deux guides d'ondes soient perpendiculaires ;
diviseur caractérisé en ce qu'il comporte en outre un groupe de n guides d'ondes de sortie (15) fonctionnant dans le mode TE₁₀ rectangulaire, répartis en couronne devant une deuxième extrémité (9) du guide d'onde circulaire (4) de façon à ce qu'au moins un de leurs grands côtés (13) soit coupé sensiblement perpendiculairement par un rayon de la section droite du guide circulaire (4) et de façon à ce qu'ils transmettent chacun dans le mode TE₁₀ une fraction de la puissance introduite dans le guide d'ondes rectangulaire (1) d'entrée.
2. Diviseur de puissance en guide d'ondes pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section droite des n guides d'ondes de sortie (15) est rectangulaire ou de forme voisine.
3. Diviseur de puissance en guide d'ondes pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les n guides d'ondes de sortie (15) sont identiques.
4. Diviseur de puissance en guide d'ondes pour circuit de transmission d'énergie hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisé en ce que les n guides d'ondes de sortie (15) transmettent un nième de la puissance introduite dans le guide d'ondes rectangulaire (1) d'entrée.
EP89400371A 1988-02-23 1989-02-09 Diviseur de puissance en guide d'ondes Withdrawn EP0330540A1 (fr)

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