EP0520919A1 - Dispositif de filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans un guide d'ondes à symétrie de révolution, à tronçons de guides d'ondes de filtrage rectangulaires insérés - Google Patents

Dispositif de filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans un guide d'ondes à symétrie de révolution, à tronçons de guides d'ondes de filtrage rectangulaires insérés Download PDF

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EP0520919A1
EP0520919A1 EP92460018A EP92460018A EP0520919A1 EP 0520919 A1 EP0520919 A1 EP 0520919A1 EP 92460018 A EP92460018 A EP 92460018A EP 92460018 A EP92460018 A EP 92460018A EP 0520919 A1 EP0520919 A1 EP 0520919A1
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EP
European Patent Office
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filtering
rectangular
sections
waveguide
circular
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EP92460018A
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Christian Sabatier
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Orange SA
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France Telecom 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
    • H01P1/20—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
    • 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
    • H01P1/165—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation
    • H01P1/17—Auxiliary devices for rotating the plane of polarisation for producing a continuously rotating polarisation, e.g. circular polarisation

Definitions

  • the field of the invention is that of filtering in the electromagnetic waveguides. More specifically, the invention relates to a device for filtering waves circulating in waveguides with symmetry of revolution, such as circular waveguides or coaxial waveguides used in TE11 mode.
  • the invention applies in particular to dual-band filtering.
  • An important use of this invention is in fact the production of bi-band and bi-polarization duplexers, in particular when the accesses of the duplexers are in the same standard of rectangular guide. This is for example the case of the bands 10.95-12.5 GHz and 14-14.5 GHz in WR 75. In general, the horizontal and vertical polarizations of these duplexers are not identical in the two frequency bands considered.
  • FIG. 1 is a schematic representation of such a duplexer, of known type.
  • the high band 11 for example 14-14.5 GHz
  • low band 12 for example 10.95-12.5 GHz
  • the outlet 13 towards the radiating element is in circular waveguide.
  • the excitation is done by coupling using a slot in the duplexer 14, between the rectangular guide and the circular guide. So that there is propagation of the wave towards the radiating element and not towards the high band access II as a rectangular guide, it is necessary to place a rectangular to circular transition 15 and a polarization filter 16 between the access high band 11 and duplexer 14.
  • FIG. 2 shows a metal blade filter 21, and FIG. 3 a metal wire filter 31, 32, 33.
  • a 1 degree error in the positioning of this blade 21 or of these wires 31, 32, 33 leads to a decoupling (transmission of the electromagnetic wave from access 11 to access 12) maximum of 35 dB, which is generally insufficient.
  • the production of these devices therefore requires great precision in the placement and fixing of the blade 21 or of the wires 31, 32, 33 inside the circular guide 22.
  • the manufacture of such filters requires several steps successive and delicate.
  • the invention particularly aims to overcome the disadvantages of these polarization filters according to the prior art.
  • an objective of the invention is to provide a filtering device for waveguides with symmetry of revolution which is easily achievable, from the mechanical point of view, and in particular a filtering device not requiring the transfer of elements inside the waveguide.
  • Another objective of the invention is to provide such a filtering device providing satisfactory decoupling, of at least 40 to 45 dB.
  • a particular objective of the invention is to provide such a filtering device allowing the total reflection of one polarization, and the total transmission of the other polarization, in a given frequency band.
  • the invention also has the additional objective of providing such a device, making it possible to pass from a linear polarization to a circular polarization.
  • a device for filtering electromagnetic waves circulating in a main waveguide element with symmetry of revolution s' extending along an axis of symmetry said device comprising at least one rectangular waveguide section, inserted in substitution in said main waveguide element, each transition between said main waveguide element and each of said sections of filtering being formed by a metal wall substantially perpendicular to said axis of symmetry, the number and the geometric and / or dimensional characteristics of said rectangular waveguide sections being chosen so as to constitute a profile filter predetermined filtering.
  • These rectangular waveguide sections introduce an asymmetry into the main waveguide. According to their geometrical characteristics, their number and their spacing, they make it possible for example to obtain a filter having a reflection coefficient close to 1 for one of the polarizations, and a reflection coefficient close to 0 for the other polarization, in a given frequency band. For other dimensions, it is also possible that there is no longer any overlap between the filtered band and the bandwidth of the filter.
  • each section is abrupt (that is to say, it consists of a wall substantially perpendicular to the axis of symmetry of the main guide). No particular element of progressive transition, or of adaptation, is necessary between the main waveguide and the filtering sections. These abrupt transitions are of course closed by a metallic conductor on the part of the transition where the two sections of the rectangular and circular guides do not coincide (otherwise, the waves would no longer be guided).
  • said main waveguide element is of the type of circular waveguides or of the type of coaxial waveguides in TE11 mode.
  • the width of said sections of rectangular waveguides is greater than or equal to the diameter of said main waveguide element.
  • said main waveguide element and said sections of rectangular guides are centered on said axis of symmetry.
  • the device of the invention comprises a set of at least two sections of rectangular waveguide inserted at spaced locations in said main waveguide element.
  • the number and the geometric and / or dimensional characteristics of said sections of rectangular waveguides are determined using modal analysis.
  • said linear polarization is advantageously parallel to a diagonal of the cross section of said sections of rectangular waveguides.
  • the invention also relates to the duplexers implementing a filtering device as described above.
  • the invention therefore relates in particular to a filtering device, produced by inserting rectangular sections of waveguides introducing asymmetry in a main waveguide with symmetry of revolution.
  • the main waveguide is a circular waveguide.
  • the main waveguide can also be, for example, a coaxial waveguide in TE11 mode. It is also possible to use, in conjunction with rectangular filter elements according to the invention, elements of guides of known type, said to be symmetric in revolution, provided that their symmetry is suppressed, for example by placing a dielectric strip along one of the polarizations.
  • FIG. 4 illustrates, according to a schematic perspective representation, a filter element according to the invention.
  • the circular main waveguide is separated into two parts 41 A and 41 B , between which a rectangular waveguide section 42 is inserted.
  • FIGS. 6A and 6B By combining several elements as shown in this FIG. 4, it is possible to produce a precise and effective filter, as illustrated in FIGS. 6A and 6B presented below.
  • the main waveguide 41 A , 41 B is connected to the rectangular section 42 by walls 44 A and 44 B which close the part of the transition on which the sections of the circular and rectangular guides do not coincide.
  • the walls 44 A and 44 A must be steep.
  • the walls 44 A and 44 B are substantially perpendicular to the axis of symmetry 45 of the main waveguide 41 A , 41 B. No transition element is inserted.
  • These walls 44 A and 44 B are metallic. They cannot of course be completely open (presence of air) or made of a dielectric. Otherwise, the wave could escape and would no longer be guided.
  • the circular guide 41 A is placed in the center of the rectangular guide 42, and the common section 43 of the two waveguides is circular.
  • the height of the rectangular guide 42 is therefore at least equal to the diameter of the circular guide 41 A.
  • all of the sections 41 A , 42, 41 B are centered on the same longitudinal axis, namely the axis of symmetry 45. In other applications, however, provision may be made for these sections are shifted.
  • the geometry of the rectangular guide section (height, width and thickness), as well as the number of sections and the spacing between these sections, depend on the characteristics desired for the filter. These different parameters can for example be determined according to the modal method.
  • the bandwidth can therefore be high (for example of the order of 10%).
  • the invention finds a preferred application in dual-band and bi-polarization duplexers such as that shown schematically in FIG. 1.
  • the polarization filter 16 must completely transmit the one of the polarizations, and reflect the other polarization.
  • the numerical example described below relates to such a filter, for the frequency band 12-13 GHz.
  • the polarization of the wave propagating in the circular guide can be placed along the diagonal of the rectangular guide.
  • the device of the invention can find numerous other applications, both in the field of filtering and in that of polarization.
  • FIG. 5 therefore presents the dimensions of a filter, the performance of which is illustrated by FIGS. 6A and 6B.
  • This filter consists of four sections of rectangular waveguides 51 A to 51 D , inserted in the circular waveguide 52.
  • the excitations are in TE11 mode in the circular waveguide 52.
  • this embodiment does not correspond to an optimized filter, but aims to allow the validation of a software calculation, as shown in FIGS. 6A and 6B.
  • FIG. 6A indeed shows the curve 61 A of the reflection coefficient of the filtering device of FIG. 5, when the polarization in TE11 mode in circular guide is perpendicular to the short side of the rectangular sections 51 A to 51 D.
  • the TE11 mode is completely transmitted on the frequency band 12-13 GHz, the reflection coefficient being close to 0.
  • the objective of this filter given by way of example is to provide a filtering result closest to that theoretically fixed by calculation for a given application, represented by a series 61A of + signs.
  • the curve 62 A of measured reflection shows that it is possible, with the device of the invention, to conform the filtering characteristics so precise. Indeed, it can be seen that the curve 62 A is very close to the desired results 61 A.
  • FIG. 6B shows the reflection coefficient of the same device, when the polarization of the TE11 mode in circular guide is parallel to the short side of the rectangular sections 51 A to 51 D. TE11 mode is then fully reflected for the frequency band 12-13 GHz. Indeed, the reflection coefficient close to 1, and the transmission is therefore zero.
  • the invention is of course not limited to the embodiment described above. It is in fact possible, for example, to produce filters using rectangular sections of different geometries. These different sections can then be joined or not, and separated by spaces of fixed or variable sizes.
  • the device of the invention can also be used for filtering a frequency band in a circular guide in TE11 mode, in the case of a rectilinear polarization.
  • Another application of the device of the invention is also the production of polarizers to transform a linear polarization into circular polarization.
  • a polarizer is a device which makes it possible to pass from a linear polarization to a circular polarization.
  • the linear polarization must be parallel to a diagonal of the rectangular guide.
  • a circular polarization is then obtained, the waves polarized horizontally and vertically not having the same phase speed in the rectangular guide.
  • a complete polarizer can be produced by combining several elements according to the invention or by combining them with other elements already known.

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

Le domaine de l'invention est celui du filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans des guides d'ondes à symétrie de révolution, notamment des guides d'ondes circulaires.
L'invention concerne un dispositif de filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans un élément de guide d'ondes principal (41A, 41B) à symétrie de révolution s'étendant selon un axe de symétrie (45), comprenant au moins un tronçon de guide d'ondes rectangulaire (42), inséré en substitution dans ledit élément de guide d'ondes principal (41A, 41B), chaque transition (44A, 44B) entre ledit élément de guide d'ondes principal (41A, 41B) et chacun desdits tronçons de filtrage (42) étant constituée par une paroi métallique sensiblement perpendiculaire audit axe de symétrie (45), le nombre et les caractéristiques géométriques et/ou dimensionnelles desdits tronçons de guide d'ondes rectangulaires (42) étant choisis de façon à constituer un filtre de profil de filtrage prédéterminé.
L'invention trouve une application privilégiée dans le filtrage bi-bande, par exemple pour la réalisation de duplexeurs bi-bandes et bi-polarisations.

Description

  • Le domaine de l'invention est celui du filtrage dans les guides d'ondes électromagnétiques. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de filtrage d'ondes circulant dans des guides d'ondes à symétrie de révolution, tels que les guides d'ondes circulaires ou les guides d'ondes coaxiaux utilisés en mode TE₁₁.
  • L'invention s'applique en particulier au filtrage bi-bandes. Une utilisation importante de cette invention est en effet la réalisation de duplexeurs bi-bandes et bi-polarisations, notamment lorsque les accès des duplexeurs sont dans le même standard de guide rectangulaire. C'est par exemple le cas des bandes 10,95-12,5 GHz et 14-14,5 GHz en WR 75. En règle générale, les polarisations horizontales et verticales de ces duplexeurs ne sont pas identiques dans les deux bandes de fréquence considérées.
  • La figure 1 est la représentation schématique d'un tel duplexeur, de type connu. Les accès bande haute 11 (par exemple 14-14,5 GHz) et bande basse 12 (par exemple 10,95-12,5 GHz) sont en guides d'ondes rectangulaires. La sortie 13 vers l'élément rayonnant est en guide d'ondes circulaire.
  • Pour la bande basse 12, l'excitation se fait par couplage à l'aide d'une fente dans le duplexeur 14, entre le guide rectangulaire et le guide circulaire. Pour qu'il y ait propagation de l'onde vers l'élément rayonnant et non vers l'accès bande haute Il en guide rectangulaire, il est nécessaire de placer une transition rectangulaire à circulaire 15 et un filtre de polarisation 16 entre l'accès bande haute 11 et le duplexeur 14.
  • On connaît déjà plusieurs types de filtres de polarisation, tels que ceux représentés en figures 2 et 3. La figure 2 présente un filtre à lame métallique 21, et la figure 3 un filtre à fils métalliques 31, 32, 33. Ces éléments métalliques 21 ou 31, 32 et 33, sélectivement placés dans le guide d'ondes 22, permettent d'éliminer une polarisation donc une bande de fréquence donnée.
  • Une erreur de 1 degré dans le positionnement de cette lame 21 ou de ces fils 31, 32, 33 entraîne un découplage (transmission de l'onde électromagnétique de l'accès 11 à l'accès 12) maximum de 35 dB, ce qui est en règle générale insuffisant. Mécaniquement, la réalisation de ces dispositifs demande donc une grande précision dans le placement et la fixation de la lame 21 ou des fils 31, 32, 33 à l'intérieur du guide circulaire 22. Par ailleurs, la fabrication de tels filtres nécessitent plusieurs étapes successives et délicates.
  • L'invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de ces filtres de polarisation selon l'art antérieur.
  • Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif de filtrage pour guides d'ondes à symétrie de révolution qui soit aisément réalisable, du point de vue mécanique, et notamment un dispositif de filtrage ne nécessitant pas le report d'éléments à l'intérieur du guide d'ondes.
  • Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif de filtrage fournissant un découplage satisfaisant, d'au moins 40 à 45 dB.
  • Un objectif particulier de l'invention est de fournir un tel dispositif de filtrage permettant la réflexion totale d'une polarisation, et la transmission totale de l'autre polarisation, dans une bande de fréquence donnée.
  • L'invention a également pour objectif complémentaire de fournir un tel dispositif, permettant de passer d'une polarisation linéaire à une polarisation circulaire.
  • Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un dispositif de filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans un élément de guide d'ondes principal à symétrie de révolution s'étendant selon un axe de symétrie, ledit dispositif comprenant au moins un tronçon de guide d'ondes rectangulaire, inséré en substitution dans ledit élément de guide d'ondes principal, chaque transition entre ledit élément de guide d'ondes principal et chacun desdits tronçons de filtrage étant constituée par une paroi métallique sensiblement perpendiculaire audit axe de symétrie, le nombre et les caractéristiques géométriques et/ou dimensionnelles desdits tronçons de guide d'ondes rectangulaires étant choisis de façon à constituer un filtre de profil de filtrage prédéterminé.
  • Ces tronçons de guide d'ondes rectangulaires introduisent une dissymétrie dans le guide d'ondes principal. Selon leurs caractéristiques géométriques, leur nombre et leur espacement, ils permettent par exemple d'obtenir un filtre ayant un coefficient de réflexion proche de 1 pour l'une des polarisations, et un coefficient de réflexion voisin de 0 pour l'autre polarisation, dans une bande de fréquence donnée. Pour d'autres dimensions, il est également possible qu'il n'y ait plus de recoupement entre la bande filtrée et la bande passante du filtre.
  • La transition entre chaque tronçon est abrupte (c'est-à-dire qu'elle est consitutée d'une paroi sensiblement perpendiculaire à l'axe de symétrie du guide principal). Aucun élément particulier de transition progressive, ou d'adaptation, n'est nécessaire entre le guide d'ondes principal et les tronçons de filtrage. Ces transitions abruptes sont bien sûr fermées par un conducteur métallique sur la partie de la transition où les deux sections des guides rectangulaire et circulaire ne coïncident pas (dans le cas contraire, les ondes ne seraient plus guidées).
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, ledit élément de guide d'ondes principal est du type des guides d'ondes circulaires ou du type des guides d'ondes coaxiaux en mode TE₁₁.
  • De façon préférentielle, la largeur desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires est supérieure ou égale au diamètre dudit élément de guide d'ondes principal.
  • Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit élément de guide d'ondes principal et lesdits tronçons de guides rectangulaires sont centrés sur ledit axe de symétrie.
  • Avantageusement, le dispositif de l'invention comprend un jeu d'au moins deux tronçons de guide d'ondes rectangulaires insérés en des emplacements espacés dans ledit élément de guide d'ondes principal.
  • Il apparaît en effet que la qualité du filtrage est fonction du nombre de tronçons rectangulaires mis en oeuvre. On notera par ailleurs qu'il est tout à fait envisageable d'utiliser des tronçons rectangulaires selon l'invention en combinaison avec d'autres éléments de types connus, tels que les filtres à plaque ou fils métalliques.
  • Dans un mode de réalisation avantageux, le nombre et les caractéristiques géométriques et/ou dimensionnelles desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires sont déterminés à l'aide de l'analyse modale.
  • Le dispositif de l'invention peut notamment être utilisé pour l'une au moins des applications suivantes :
    • filtrage d'une bande de fréquence dans un élément de guide d'ondes circulaire en mode TE₁₁ ;
    • filtrage d'une polarisation horizontale ou verticale dans un élément de guide d'ondes circulaire en mode TE₁₁ ;
    • transformation d'une polarisation linéaire en polarisation circulaire.
  • Lorsque le dispositif de l'invention est destiné à la transformation d'une polarisation linéaire en une polarisation circulaire, ladite polarisation linéaire est avantageusement parallèle à une diagonale de la section transversale desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires.
  • L'invention concerne également les duplexeurs mettant en oeuvre un dispositif de filtrage tel que décrit ci-dessus.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est la représentation schématique d'un duplexeur pouvant mettre en oeuvre un dispositif de filtrage selon l'invention ;
    • les figures 2 et 3 représentent deux types de filtres de polarisation de types connus, respectivement à lame métallique et à fils métalliques reportés à l'intérieur du guide d'ondes, déjà décrits en préambule ;
    • la figure 4 est une représentation schématique d'un élément de filtrage selon l'invention, à tronçon rectangulaire inséré en substitution dans un guide d'ondes principal circulaire ;
    • la figure 5 présente les dimensions du dispositif de filtrage décrit à titre préférentiel, comprenant quatre éléments de filtrage tels que représentés en figure 4 ;
    • les figures 6A et 6B illustrent les coefficients de réflexion du dispositif de la figure 5 lorsque les polarisations du mode TE₁₁ en guide circulaire sont respectivement parallèle et perpendiculaire au petit côté des tronçons de guide rectangulaire.
  • L'invention concerne donc notamment un dispositif de filtrage, réalisé par insertion de tronçons rectangulaires de guides d'ondes introduisant une dissymétrie dans un guide d'ondes principal à symétrie de révolution.
  • Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous en détail, le guide d'ondes principal est un guide d'ondes circulaire.
  • Il est clair toutefois que l'invention peut être aisément généralisée à d'autres types de guides d'ondes. Ainsi, le guide d'ondes principal peut également être, par exemple, un guide d'ondes coaxial en mode TE₁₁. On peut également utiliser conjointement avec des éléments de filtrage rectangulaires selon l'invention des éléments de guides de type connu, dits à symétrie de révolution, à condition de supprimer leur symétrie, en plaçant par exemple une lame diélectrique suivant l'une des polarisations.
  • La figure 4 illustre, selon une représentation schématique en perspective, un élément de filtrage selon l'invention. Le guide d'ondes principal circulaire est séparé en deux parties 41A et 41B, entre lesquels un tronçon de guide d'ondes rectangulaire 42 est inséré.
  • En associant plusieurs éléments tels que représentés sur cette figure 4, il est possible de réaliser un filtre précis et efficace, ainsi que l'illustrent les figures 6A et 6B présentées plus loin.
  • Le guide d'ondes principal 41A, 41B est connecté au tronçon rectangulaire 42 par des parois 44A et 44B qui ferment la partie de la transition sur laquelle les sections des guides circulaire et rectangulaire ne coïncident pas.
  • Selon l'invention, les parois 44A et 44A doivent être abruptes. En d'autres termes, les parois 44A et 44B sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de symétrie 45 du guide d'ondes principal 41A, 41B. Aucun élément de transition n'est inséré. Ces parois 44A et 44B sont métalliques. Elles ne peuvent bien sûr pas être complètement ouvertes (présence d'air) ni constituées d'un diélectrique. Sinon, l'onde pourrait s'échapper et ne serait plus guidée.
  • On constate donc que l'usinage d'un tel filtre est très simplifié, par rapport aux filtres représentés en figures 2 et 3. En effet, il n'y a aucun élément à placer à l'intérieur du guide circulaire ni aucune transition particulière à définir. Il suffit de fixer les uns aux autres les différents tronçons ou bien de réaliser le filtre en deux demi-coquilles.
  • Avantageusement, le guide circulaire 41A est placé au centre du guide rectangulaire 42, et la section commune 43 aux deux guides d'ondes est circulaire. Dans ce cas, la hauteur du guide rectangulaire 42 est donc au moins égale au diamètre du guide circulaire 41A.
  • Dans le mode de réalisation décrit, l'ensemble des tronçons 41A, 42, 41B sont centrés sur un même axe longitudinal, à savoir l'axe de symétrie 45. Dans d'autres applications, toutefois, on peut prévoir que ces tronçons soient décalés.
  • La géométrie du tronçon de guide rectangulaire (hauteur, largeur et épaisseur), de même que le nombre de tronçons et l'espacement entre ces tronçons, sont fonction des caractéristiques voulues pour le filtre. Ces différents paramètres peuvent par exemple être déterminés selon la méthode modale.
  • Il n'y a aucune limitation sur les dimensions des côtés du guide rectangulaire, tant que celles-ci sont supérieures au diamètre du guide d'ondes circulaire. La bande passante peut donc être élevée (par exemple de l'ordre de 10 %).
  • Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, l'invention trouve une application privilégiée dans les duplexeurs bi-bandes et bi-polarisations tels que celui représenté schématiquement en figure 1. Dans ce cas, le filtre de polarisation 16 doit transmettre totalement l'une des polarisations, et réfléchir l'autre polarisation. L'exemple chiffré décrit ci-dessous concerne un tel filtre, pour la bande de fréquence 12-13 GHz.
  • Les dimensions du guide rectangulaire étant plus grandes que le diamètre du guide circulaire, la polarisation de l'onde se propageant dans le guide circulaire peut être placée suivant la diagonale du guide rectangulaire.
  • La bande passante étant élevée, il est nécessaire de connecter un guide circulaire en sortie (13) du polariseur.
  • Il est clair par ailleurs que le dispositif de l'invention peut trouver de nombreuses autres applications, tant dans le domaine du filtrage que dans celui de la polarisation.
  • La figure 5 présente donc les cotes d'un filtre, dont les performances sont illustrées par les figures 6A et 6B. Ce filtre est constitué de quatre tronçons de guides d'ondes rectangulaires 51A à 51D, insérés dans le guide d'ondes circulaire 52.
  • Le guide d'ondes circulaire a un diamètre : c = 17,5 mm ;
  • Les tronçons rectangulaires ont les dimensions suivantes :
    • largeur : a = 28,5 mm ;
    • hauteur : b = 21,26 mm ;
    • longueur : d = 10 mm.
  • L'espacement entre deux tronçons rectangulaires est : e = 15,8 mm.
  • Les excitations se font en mode TE₁₁ dans le guide d'ondes circulaire 52.
  • Il est à noter que ce mode de réalisation ne correspond pas à un filtre optimisé, mais vise à permettre la validation d'un calcul logiciel, ainsi que le présentent les figures 6A et 6B.
  • La figure 6A montre en effet la courbe 61A du coefficient de réflexion du dispositif de filtrage de la figure 5, lorsque la polarisation en mode TE₁₁ en guide circulaire est perpendiculaire au petit côté des tronçons 51A à 51D rectangulaires.
  • Dans ce cas, le mode TE₁₁ est complètement transmis sur la bande de fréquence 12-13 GHz, le coefficient de réflexion étant voisin de 0.
  • L'objectif de ce filtre donné à titre d'exemple est de fournir un résultat de filtrage le plus proche de celui fixé théoriquement par calcul pour une application donnée, représenté par une série 61A de signes +.
  • La courbe 62A de réflexion mesurée montre qu'il est possible, avec le dispositif de l'invention, de conformer les caractéristiques de filtrage de façon précise. On constate en effet que la courbe 62A est très proche des résultats souhaités 61A.
  • La figure 6B présente le coefficient de réflexion du même dispositif, lorsque la polarisation du mode TE₁₁ en guide circulaire est parallèle au petit côté des tronçons 51A à 51D rectangulaires. Le mode TE₁₁ est alors réfléchi totalement pour la bande de fréquence 12-13 GHz. En effet, le coefficient de réflexion proche de 1, et la transmission est donc nulle.
  • A nouveau, on constate que la courbe 62B mesurée suit de très près les caractéristiques voulues calculées 61B.
  • Avec ce dispositif de filtrage, des découplages de l'ordre 40 à 45 dB sont obtenus, ce qui correspond aux valeurs obtenues avec les filtres classiques à fils ou à lames, lorsque ces éléments sont bien placés. L'invention permet donc de réaliser des filtres au moins aussi efficaces que ceux de types connus, de façon beaucoup plus facile, du point de vue de la fabrication.
  • Les caractéristiques géométriques de ce filtre ont été déterminées selon la méthode modale. D'autres modes de calculs peuvent également être envisagés. Avantageusement, la mise au point expérimentale d'un filtre selon l'invention se fait à l'aide d'un logiciel d'optimisation, mettant en oeuvre par exemple cette méthode modale.
  • L'invention n'est bien sûr pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. On peut en effet réaliser par exemple des filtres mettant en oeuvre des tronçons rectangulaires de géométries différentes. Ces différents tronçons peuvent alors être accolés ou non, et séparés par des espaces de tailles fixes ou variables.
  • Il est également possible d'utiliser conjointement des tronçons rectangulaires selon l'invention et des dispositifs de filtrage classiques, par exemple à lame ou fils métalliques.
  • Outre le filtrage d'une polarisation (horizontale ou verticale) dans un guide circulaire en mode TE₁₁, dans le cas où coexiste les deux polarisations linéaires, le dispositif de l'invention peut également être utilisé pour le filtrage d'une bande de fréquence dans un guide circulaire en mode TE₁₁, dans le cas d'une polarisation rectiligne.
  • Une autre application du dispositif de l'invention est également la réalisation de polariseurs pour transformer une polarisation linéaire en polarisation circulaire.
  • Un polariseur est un dispositif qui permet de passer d'une polarisation linéaire à une polarisation circulaire. Dans le cas de l'invention, la polarisation linéaire doit être parallèle à une diagonale du guide rectangulaire. En sortie, on obtient alors une polarisation circulaire, les ondes polarisées horizontalement et verticalement n'ayant pas la même vitesse de phase dans le guide rectangulaire. Un polariseur complet peut être réalisé en associant plusieurs éléments selon l'invention ou bien en les associant avec d'autres éléments déjà connus.

Claims (9)

  1. Dispositif de filtrage d'ondes électromagnétiques circulant dans un élément de guide d'ondes principal (41A,41B;52) à symétrie de révolution s'étendant selon un axe de symétrie (45),
    caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tronçon de guide d'ondes de filtrage rectangulaire (42 ; 51A à 51D), inséré en substitution dans ledit élément de guide d'ondes principal (41A,41B ; 52),
    chaque transition (44A,44B) entre ledit élément de guide d'ondes principal (41A, 41B ; 52) et chacun desdits tronçons de filtrage (42 ; 51A à 51D) étant constituée par une paroi métallique sensiblement perpendiculaire audit axe de symétrie (45), le nombre et les caractéristiques géométriques et/ou dimensionnelles desdits tronçons de guide d'ondes rectangulaires (42 ; 51A à 51D) étant choisis de façon à constituer un filtre de profil de filtrage prédéterminé.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de guide d'ondes principal (41A,41B ; 52) est du type des guides d'ondes circulaires ou du type des guides d'ondes coaxiaux en mode TE₁₁.
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la largeur desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires (42; 51A à 51D) est supérieure ou égale au diamètre dudit élément de guide d'ondes principal (41A,41B; 52).
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit élément de guide d'ondes principal (41A,41B ; 52) et lesdits tronçons de guides rectangulaires (42; 51A à 51D) sont centrés sur ledit axe de symétrie (45).
  5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu d'au moins deux tronçons de guide d'ondes recrtangulaires (42; 51A à 51D) insérés en des emplacements espacés dans ledit élément de guide d'ondes principal (41A,41B ; 52).
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, du type destiné à la transformation d'une polarisation linéaire en une polarisation circulaire, caractérisé en ce que ladite polarisation linéaire est parallèle à une diagonale de la section transversale desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires (42 ; 51A à 51D).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le nombre et les caractéristiques géométriques et/ou dimensionnelles desdits tronçons de guides d'ondes rectangulaires (42 ; 51A à 51D) sont déterminés par analyse modale.
  8. Utilisation d'un dispositif de filtrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, pour l'une au moins des applications suivantes :
    - filtrage d'une bande de fréquence dans un élément de guide d'ondes circulaire en mode TE₁₁ ;
    - filtrage d'une polarisation horizontale ou verticale dans un élément de guide d'ondes circulaire en mode TE₁₁ ;
    - transformation d'une polarisation linéaire en polarisation circulaire.
  9. Duplexeur bibande, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif de filtrage (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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