EP0617477B1 - Structure guide d'ondes en H formant un guide principal et deux guides secondaires pour transporter plusieurs ondes de fréquences distinctes. - Google Patents

Structure guide d'ondes en H formant un guide principal et deux guides secondaires pour transporter plusieurs ondes de fréquences distinctes. Download PDF

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EP0617477B1
EP0617477B1 EP94400524A EP94400524A EP0617477B1 EP 0617477 B1 EP0617477 B1 EP 0617477B1 EP 94400524 A EP94400524 A EP 94400524A EP 94400524 A EP94400524 A EP 94400524A EP 0617477 B1 EP0617477 B1 EP 0617477B1
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Societe Anonyme de Telecommunications SAT
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12Hollow waveguides
    • H01P3/123Hollow waveguides with a complex or stepped cross-section, e.g. ridged or grooved waveguides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide line with two symmetrical internal ribs, arranged to provide a median constriction in the guide and reduce the cut-off frequency of the guide, and to an excitation probe plunging into the constriction.
  • a missile On board a missile, for example, it can be used, which is also radiated at the end to serve as an antenna, between a transmitter, for example again, for telemetry or trajectography, and an orifice made in the skin of the missile. Telemetry is carried out in a frequency band around 2 GHz, trajectography in a band around 5 GHz.
  • a waveguide Since a waveguide has a cross section adapted to a single frequency range, as many radiation guides and orifices are needed as there are applications. It is an expensive and cumbersome solution because the orifices must be protected by materials transparent to radiation and often withstand heating. In addition, the radiation holes are very troublesome, because they can create a surface discontinuity and alter the aerodynamics of the craft.
  • the present invention therefore aims to propose a waveguide line adapted to at least two distinct frequency ranges.
  • the invention relates to a line of the type defined above in which two secondary split guides of cross section smaller than that of the waveguide line with two ribs, called primary, being thus formed on both sides.
  • other of the median constriction, constituting a median slot for the secondary guides there is provided a another excitation probe plunging into one of the two secondary guides.
  • the primary guide is designed to transmit a first frequency band, thanks to the fact that the constriction creates a primary guide with double groove and two lateral secondary guides.
  • Each secondary guide can transmit, without being disturbed, despite the constriction acting as a median slot, a second frequency in a second frequency band which is specific to it.
  • a rib makes it possible to reduce the section of the primary waveguide line for the same band of transmitted frequencies, or else, with a maintained section, to reduce the cut-off frequency.
  • each secondary guide has a smaller section than that of the primary guide, the frequencies of the band of the secondary guides are higher than those of the primary band.
  • the secondary guides are internally ribbed, with the advantages mentioned above.
  • the ribs of the primary guide can be shaped to constitute a rib in each ribbed secondary guide.
  • the cross section of the primary guide is a rectangle.
  • the line is open at one end, to form a waveguide antenna with radiation at the end.
  • the line guide of Figures 1 and 2 is a guide with a rectangular cross section. It has two internal ribs 4 and 6, T-shaped which extend over the entire length of the guide. Transversally, they extend, by their feet, from the middle of the long sides of the rectangle of the guide section.
  • the two ribs 4 and 6 are symmetrical with respect to a longitudinal median plane 10 of the guide and form between them a median longitudinal throttle 8.
  • the constriction 8, of rectangular section in FIG. 1, constitutes the central part of a cavity 12, forming a primary guide, which therefore comprises two secondary cavities 14 and 16 physically connected by the constriction 8.
  • the secondary cavities 14 and 16 are arranged symmetrically on either side of a plane of symmetry 11 of the ribs 4 and 6, thus than the guide.
  • Each secondary cavity 14 and 16 forms a secondary guide of generally rectangular cross section, the length of which extends parallel to the width of the cross section of the primary guide 12.
  • the ends of the bars of the T of the ribs 4 and 6 form, in each secondary guide 14 and 16, a pair of ribs, respectively 41, 61 and 42, 62.
  • the distance separating the ribs 4 and 6 being relatively small compared to the length of the walls 7 and 9, the ribs of each secondary guide can be considered as adjacent, as if the constriction did not exist.
  • the probe 23 is arranged to excite the primary waveguide line in linear polarization at a first frequency, of a value chosen so that the corresponding electromagnetic wave propagates in the guide line using the entire volume of the primary guide 12.
  • the secondary guide 14 has a bore 24 formed in the wall 7 in the median plane 10.
  • the waveguide lines radiate at their ends opposite to that of the excitation probes 23 and 25.
  • the two electromagnetic waves generated by the probes 23 and 25 propagate perpendicular to the plane of FIG. 1, in the direction of the radiation end close to the cross section shown in FIG. 2.
  • the wave at the first frequency propagates occupying the entire volume of the primary guide 12.
  • the wave at the second frequency propagates with a polarization orthogonal to that of the first wave, so that there is absence of coupling and corresponding loss. Measurements have shown that decoupling exceeds 40 decibels. The direction of the polarization of the wave at the second frequency prevents a transfer of energy from this wave from the first secondary guide 14 to the other secondary guide 16 through the throttle 8.
  • the end of the constriction 8 opening into the secondary guide 14 constitutes a slot extending along the length of the secondary guide line, perpendicular to the plane of the figures.
  • the slot described above is located in the median plane 10.
  • a slot of this kind does not cause losses as long as its width is small relative to the length of the wall in which it is formed, which is the case here.
  • the radiating opening of the waveguide line forms an antenna, shown in cross section in Figure 2, the other end of the line being closed.
  • the upper bar of the T of each rib 4 and 6 has a central notch 65, 66, here rectangular, between its ends, respectively 41, 42 and 61, 62, which widens the constriction 8 in the central part of its cross section, while keeping the width of the constriction 8 constant at its outlet forming a slot in each secondary guide 14 and 16.
  • the depth of the notch indicated above is all the greater the closer the section considered is to the radiating opening.
  • the modification of the shape of the throttle 8 has the effect of adapting the characteristic line impedance to that presented by the load at the end of the line, that is to say the air.
  • the progressiveness of the transition avoids the creation of significant parasitic reflections, the report standing waveform being less than 1.5 in the vicinity of the central frequency of the primary guide 12.
  • the modification of the shape of the constriction 8 exposed above is only a particular example and other modifications of shape are possible. In particular, they can also bear on the shape of the ribs 41, 42, 61 and 62 of the secondary guides 14 and 16.
  • the secondary guides 14, 16 could comprise a second rib, like that (63, 64) s' extending along the wall 7, 9 opposite the slot 8, and shown in broken lines in Figure 1, for example in one piece with the associated wall.

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Description

  • La présente invention concerne une ligne guide d'ondes à deux nervures internes symétriques, agencées pour ménager un étranglement médian dans le guide et diminuer la fréquence de coupure du guide, et à une sonde d'excitation plongeant dans l'étranglement.
  • A bord d'un missile, par exemple, on peut en utiliser, qu'on fait d'ailleurs rayonner en bout pour servir d'antenne, entre un émetteur, par exemple encore, de télémesure ou de trajectographie, et un orifice ménagé dans la peau du missile. La télémesure est effectuée dans une bande de fréquences autour de 2 GHz, la trajectographie, dans une bande autour de 5 GHz.
  • Comme un guide d'ondes a une section adaptée à une seule plage de fréquences, il faut autant de guides et d'orifices de rayonnement que d'applications. C'est une solution coûteuse et encombrante car les orifices doivent être protégés par des matériaux transparents aux rayonnements et souvent résister à l'échauffement. En outre, les orifices de rayonnement sont très gênants, car ils peuvent créer une discontinuité de surface et altèrent l'aérodynamisme de l'engin.
  • L'article de J.E. STORER et al., paru dans IRE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, vol. 3, no 2, Mars 1961, New-York (US), pages 116 à 123, intitulé "TEM impedance and cross-coupling for small circular center conductors in a double ridged waveguide" propose une structure guide d'ondes à étranglement médian, c'est-à-dire un guide en H, dans laquelle un conducteur central est disposé dans chacun des espaces situés de part et d'autre de l'étranglement de manière à transmettre des signaux en mode TEM.
  • En outre, le brevet américan US-A-4 119 967 décrit une structure de couplage par sonde introduite dans l'étranglement d'un guide d'ondes en H.
  • La présente invention vise donc à proposer une ligne guide d'ondes adaptée à au moins deux plages de fréquences distinctes.
  • A cet effet, l'invention concerne une ligne du type défini ci-dessus dans laquelle deux guides fendus secondaires de section transversale inférieure à celle de la ligne guide d'ondes à deux nervures, dite primaire, étant ainsi formés de part et d'autre de l'étranglement médian, constituant une fente médiane pour les guides secondaires, il est prévu une autre sonde d'excitation plongeant dans l'un des deux guides secondaires.
  • On soulignera que, pour l'homme de métier, c'étaient la forme et la taille d'un guide d'ondes qui déterminaient, dans le mode fondamental, l'unique plage des fréquences pouvant être transmises et qu'il apparaissait donc a priori exclu de vouloir transmettre plusieurs plages de fréquences dans un même guide.
  • Ainsi, le guide primaire est prévu pour transmettre une première bande de fréquences, grâce au fait que l'étranglement crée un guide primaire à double rainure et deux guides secondaires latéraux.
  • Chaque guide secondaire peut transmettre, sans être perturbé, malgré l'étranglement faisant office de fente médiane, une deuxième fréquence dans une deuxième bande de fréquences qui lui est propre.
  • Une nervure permet de réduire la section de la ligne guide d'onde primaire pour une même bande de fréquences transmises, ou bien, à section maintenue, de diminuer la fréquence de coupure.
  • Comme chaque guide secondaire a une section inférieure à celle du guide primaire, les fréquences de la bande des guides secondaires sont plus élevées que celles de la bande primaire.
  • Avantageusement, les guides secondaires sont intérieurement nervurés, avec les avantages ci-dessus mentionnés.
  • En particulier, les nervures du guide primaire peuvent être conformées pour constituer une nervure dans chaque guide secondaire nervuré.
  • Avantageusement, la section transversale du guide primaire est un rectangle.
  • Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, la ligne est ouverte à un bout, pour constituer une antenne guide d'ondes à rayonnement en bout.
  • L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée de la ligne-antenne de l'invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
    • la figure 1 est une vue en coupe transversale de la ligne guide d'ondes de l'invention, selon un plan proche de son extrémité d'excitation et
    • la figure 2 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 1, mais dans un plan proche de son extrémité de rayonnement.
  • Le guide de la ligne des figures 1 et 2 est un guide à section transversale rectangulaire. Il comporte deux nervures internes 4 et 6, en forme de T qui s'étendent sur toute la longueur du guide. Transversalement, elles s'étendent, par leur pied, depuis le milieu des grands côtés du rectangle de la section du guide. Les deux nervures 4 et 6 sont symétriques par rapport à un plan médian longitudinal 10 du guide et ménagent entre elles un étranglement longitudinal médian 8.
  • L'étranglement 8, de section rectangulaire sur la figure 1, constitue la partie centrale d'une cavité 12, formant un guide primaire, qui comporte donc deux cavités secondaires 14 et 16 reliées physiquement par l'étranglement 8. Les cavités secondaires 14 et 16 sont disposées symétriquement de part et d'autre d'un plan de symétrie 11 des nervures 4 et 6, ainsi que du guide. Chaque cavité secondaire 14 et 16 forme un guide secondaire de section transversale globalement rectangulaire, dont la longueur s'étend parallèlement à la largeur de la section transversale du guide primaire 12. Les parois 7 et 9, disposées chacune selon une largeur de la section transversale du guide primaire 12, forment respectivement deux parois des deux guides secondaires 14 et 16 et constituent des longueurs des sections transversales des guides secondaires.
  • Les extrémités des barres des T des nervures 4 et 6 forment, dans chaque guide secondaire 14 et 16, une paire de nervures, respectivement 41, 61 et 42, 62. La distance séparant les nervures 4 et 6 étant relativement faible par rapport à la longueur des parois 7 et 9, les nervures de chaque guide secondaire peuvent être considérées comme voisines, comme si l'étranglement n'existait pas.
  • Un alésage 22, traversant le pied de la nervure 4, sensiblement dans le plan 11, reçoit une sonde d'excitation 23 disposée perpendiculairement au plan médian 10 et dont l'extrémité plonge dans l'étranglement 8. La sonde 23 est agencée pour exciter la ligne guide d'ondes primaire en polarisation linéaire à une première fréquence, de valeur choisie pour que l'onde électromagnétique correspondante se propage dans la ligne guide en utilisant la totalité du volume du guide primaire 12.
  • Le guide secondaire 14 comporte un alésage 24 ménagé dans la paroi 7 dans le plan médian 10. Une sonde d'excitation 25, traversant l'alésage 24 perpendiculairement à la paroi 7 et plongeant dans le guide secondaire 14, transmet à celui-ci une excitation électromagnétique en polarisation linéaire à une deuxième fréquence dont la valeur permet la propagation de l'onde électromagnétique correspondante le long de la seule ligne guide secondaire 14.
  • Dans le présent exemple, les lignes guides d'ondes rayonnent par leur extrémité opposée à celle des sondes d'excitation 23 et 25.
  • Le fonctionnement des lignes guides d'ondes est le suivant.
  • Les deux ondes électromagnétiques engendrées par les sondes 23 et 25 se propagent perpendiculairement au plan de la figure 1, en direction de l'extrémité de rayonnement voisine de la section transversale représentée sur la figure 2.
  • L'onde à la première fréquence se propage en occupant la totalité du volume du guide primaire 12.
  • Dans le guide secondaire 14, l'onde à la deuxième fréquence se propage avec une polarisation orthogonale à celle de la première onde, si bien qu'il y a absence de couplage et de perte correspondante. Des mesures ont prouvé que le découplage dépasse 40 décibels. La direction de la polarisation de l'onde à la deuxième fréquence empêche un transfert d'énergie de cette onde du premier guide secondaire 14 vers l'autre guide secondaire 16 à travers l'étranglement 8.
  • L'extrémité de l'étranglement 8 débouchant dans le guide secondaire 14 constitue une fente s'étendant selon la longueur de la ligne guide secondaire, perpendiculairement au plan des figures. Dans le plan de celles-ci, la fente décrite ci-dessus est située dans le plan médian 10. Comme cela est connu, une fente de ce genre n'est pas cause de pertes tant que sa largeur est faible par rapport à la longueur de la paroi dans laquelle elle est ménagée, ce qui est le cas ici.
  • Pour la clarté de l'exposé, il n'a pas été prévu de transmettre une troisième fréquence dans le guide secondaire 16.
  • L'ouverture rayonnante de la ligne guide d'ondes, primaire ou secondaire, forme une antenne, représentée en coupe transversale sur la figure 2, l'autre bout de la ligne étant fermé. A la différence de ce qui est représenté sur la figure 1, la barre supérieure du T de chaque nervure 4 et 6 comporte une échancrure centrale 65, 66, ici rectangulaire, entre ses extrémités, respectivement 41, 42 et 61, 62, ce qui élargit l'étranglement 8 dans la partie centrale de sa section transversale, tout en maintenant constante la largeur de l'étranglement 8 à son débouché formant fente dans chaque guide secondaire 14 et 16. Pour d'autres sections de ligne guide parallèles à celle de la figure 2 et voisines de celle-ci, la profondeur de l'échancrure indiquée ci-dessus est d'autant plus grande que la section considérée est proche de l'ouverture rayonnante.
  • La modification de la forme de l'étranglement 8 a pour effet d'adapter l'impédance caractéristique de ligne à celle présentée par la charge en bout de ligne, c'est-à-dire l'air. La progressivité de la transition évite la création de réflexions parasites importantes, le rapport relevé d'onde stationnaire étant inférieur à 1,5 au voisinage de la fréquence centrale du guide primaire 12.
  • La modification de la forme de l'étranglement 8 exposée ci-dessus n'est qu'un exemple particulier et d'autres modifications de forme sont envisageables. En particulier, elles peuvent aussi porter sur la forme des nervures 41, 42, 61 et 62 des guides secondaires 14 et 16. De même, les guides secondaires 14, 16 pourraient comporter une deuxième nervure, comme celle (63, 64) s'étendant le long de la paroi 7, 9 opposée à la fente 8, et représentée en tirets sur la figure 1, par exemple d'une seule pièce avec la paroi associée.

Claims (9)

  1. Ligne guide d'ondes à deux nervures internes (4,6) symétriques, agencées pour ménager un étranglement médian (8) dans le guide et diminuer la fréquence de coupure du guide, et à une sonde d'excitation (23) plongeant dans l'étranglement (8), caractérisée par le fait que, deux guides fendus secondaires (14,16) de section transversale inférieure à celle de la ligne guide d'ondes à deux nervures, dite primaire (12), étant ainsi formés de part et d'autre de l'étranglement médian (8) constituant une fente médiane pour les guides secondaires, il est prévu une autre sonde d'excitation (25) plongeant dans l'un des deux guides secondaires (14).
  2. Ligne selon la revendication 1, dans laquelle les deux guides secondaires (14,16) sont aussi intérieurement nervurés (41,61,63 ; 42,62,64).
  3. Ligne selon l'une des revendications 1 et 2, dans laquelle les nervures (4,6) du guide primaire (12) sont conformées pour constituer une nervure (41,61 ; 42,62) dans chaque guide secondaire nervuré (14,16).
  4. Ligne selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle les deux sondes (23,25) sont disposées pour engendrer respectivement deux champs orthogonaux.
  5. Ligne selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle l'étranglement (8) du guide primaire (12) a une épaisseur relativement faible par rapport aux dimensions de sa section transversale (7).
  6. Ligne selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle la section transversale du guide primaire est un rectangle.
  7. Ligne selon la revendication 6, dans laquelle l'étranglement (8) du guide primaire (12) s'étend parallèlement à la longueur dudit rectangle.
  8. Antenne guide d'ondes à rayonnement en bout, caractérisée par le fait qu'elle est constituée par la ligne guide d'ondes selon l'une des revendications 1 à 7, en outre ouverte à un bout.
  9. Antenne selon la revendications 8, dans laquelle les nervures des guides nervurés primaire (12) et secondaires (14,16) de la ligne ouverte à un bout sont conformées pour adapter les impédances à l'ouverture de la ligne.
EP94400524A 1993-03-23 1994-03-10 Structure guide d'ondes en H formant un guide principal et deux guides secondaires pour transporter plusieurs ondes de fréquences distinctes. Expired - Lifetime EP0617477B1 (fr)

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FR9303301A FR2703189B1 (fr) 1993-03-23 1993-03-23 Ligne guide d'ondes.

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EP0617477A1 EP0617477A1 (fr) 1994-09-28
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EP0617477A1 (fr) 1994-09-28
DE69403530T2 (de) 1998-01-29
FR2703189A1 (fr) 1994-09-30
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