EP0660436B1 - Répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence - Google Patents

Répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence Download PDF

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EP0660436B1
EP0660436B1 EP94402904A EP94402904A EP0660436B1 EP 0660436 B1 EP0660436 B1 EP 0660436B1 EP 94402904 A EP94402904 A EP 94402904A EP 94402904 A EP94402904 A EP 94402904A EP 0660436 B1 EP0660436 B1 EP 0660436B1
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EP
European Patent Office
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outputs
distributor
inputs
couplers
elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94402904A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0660436A1 (fr
Inventor
Thierry Dusseux
Philippe Brunet
Jean-Marie Saury
Mohamed c/o Université Paul Sabatier Masmoudi
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 Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel SA
Nokia Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel SA, Nokia Inc filed Critical Alcatel SA
Publication of EP0660436A1 publication Critical patent/EP0660436A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0660436B1 publication Critical patent/EP0660436B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

Definitions

  • the invention relates to a power distributor for microwave signals, including p signal inputs and n signal outputs (n and p being arbitrary) and a assembly of coupling elements connecting the p inputs to n outputs to distribute the signal strength input on the n outputs according to an amplitude law any orthogonal.
  • Such a distributor is primarily intended for equip a multi-source active concept antenna or passive, for which we seek to minimize the losses of power.
  • D1 DE-A-27 32 627 from Siemens, described on page 7 and figure 4 a distributor of power with n inputs and n outputs, with amplitudes which are likely to be equal because it uses Butler matrices as orthogonal elements of power each having n / 2 inputs and outputs (U1, U2, V1, V2).
  • the second document D2 GB-A-1 559 974 from Marconi Ltd. shown in Figure 2 and described on page 2, lines 36 to 51, a distribution device with orthogonal elements of power each having n / 2 inputs and outputs (U1, U2, V1, V2).
  • Figure 1 shows a power distributor of which the assembly of coupling elements is presented under the form of a Butler matrix with 8 inputs E1-E8 and 8 outputs S1-S8.
  • the elementary couplers 1 are 3dB equiamplitude couplers.
  • This matrix has phase shift elements that have a value multiple of +/- 45 °.
  • Butler's matrix presents the disadvantage of being limited to the equiamplitude laws on a number of outputs equal to a power of 2.
  • Figure 2 shows a Blass matrix having a any number of inputs E and outputs S (the number of entries being equal to or less than the number of exits). But this matrix induces power losses of the fact that the elementary couplers 1 of the row top of the matrix have an output connected to a adapted load.
  • Figure 3 shows a modified Blass matrix for avoid loss of power.
  • a matrix de Blass modified has the defect of being asymmetrical. Indeed, the number of elementary couplers 1 connecting a input E to output S varies depending on the position of entry and exit. It is then necessary to provide different line lengths depending on the paths followed by the input signals which complicates strongly the realization of the power distributor.
  • the object of the invention is to remedy the disadvantages above by offering a simple distributor to realize and who is likely to distribute the power of input signals on the outputs according to an amplitude law any. If we choose an amplitude law having a large number of zero amplitudes, the distributor behaves as a switching matrix. If we choose a law evenness, the advantages of the invention compared to prior art (Butler's Matrix) is not provided.
  • the invention relates to a distributor power for microwave signals according to claim 1 .
  • Particular achievements of the invention for distributors p inputs, n outputs, are defined in claims 2 to 4.
  • the invention relates to a distributor whose elements define a construction having a shape geometric which is repeated inside these elements by recurrence until obtaining elements in the form of orthogonal elementary couplers or simple divisors with achieve.
  • Figure 1 shows a Butler matrix
  • Figure 2 shows a Blass matrix
  • Figure 3 shows a modified Blass matrix.
  • Figure 4 shows a distributor with n inputs and n outputs, n even.
  • Figure 5 shows a distributor with n inputs and n outputs, n odd.
  • Figure 6 illustrates the technique of building the distributor of figure 4 or 5.
  • Figure 7 shows a distributor with 3 inputs and 3 exits.
  • Figure 8 shows a distributor with 4 inputs and 4 exits.
  • Figure 9 shows the general structure of a distributor with 8 inputs and 8 outputs.
  • Figure 10 shows the detailed structure of a distributor with 8 inputs and 8 outputs.
  • Figure 12 illustrates the technique of building the distributor of figure 11.
  • Figure 13 shows a distributor with 3 inputs and 29 exits in a first level of construction.
  • Figure 14 shows the distributor of Figure 13 in a second level of construction.
  • Figure 15 shows the distributor of Figure 13 in a third level of construction.
  • Figure 16 shows a distributor with p inputs and n outputs, n even and n> p> n / 2.
  • Figure 17 shows a distributor with p inputs and n outputs, n odd and n> p> n / 2.
  • Figure 18 illustrates the construction technique of the distributor of figure 16 or 17.
  • the power distributor according to the invention includes a set interface of couplers having a substantially position central in the distributor in relation to the inputs and sories of the dispatcher.
  • This set of couplers receives input signals on cross-linked links and / or provides signals on crossed links.
  • the brewing of input and / or output connections of the interface assembly of couplers defines a certain symmetry of construction of the dispatcher in relation to an axis defined by management signal propagation in the splitter. AT inside this interface module set, the signals that enter it, travel an identical number of couplers to the nearest unit.
  • the power distributor a n signal inputs and n signal outputs, n being even.
  • n inputs and n outputs are interconnected by an assembly of coupling elements.
  • This assembly consists of n / 2 couplers C1-Cn / 2 each having two orthogonal inputs and two outputs. These couplers are conventional. It also consists of four square orthogonal distributor elements V1, U1, V2, U2 which have each n / 2 inputs and n / 2 n / 2 outputs.
  • the inputs E1-En / 2, E'1-E'n / 2 of the distributor elements V1, V2 are the inputs of the distributor and the outputs S1-Sn / 2, S'1-S'n / 2 of the distributor elements U1, U2 are the outputs of this same distributor.
  • the outputs SV1.1-SV1.n / 2 of the distributor element V1 are connected respectively to the first inputs of n / 2 C1-Cn / 2 couplers.
  • the SV2.1-SV2.n / 2 outputs of the distributor element V2 are connected respectively to the second inputs of n / 2 C1-Cn / 2 couplers.
  • the inputs EU1.1-EU1.n / 2 of the distributor element U1 are connected respectively to the first outputs of n / 2 C1-Cn / 2 couplers.
  • the entries EU2.1-EU2.n / 2 of the element splitter U2 are connected respectively to the seconds outputs of the n / 2 couplers C1-Cn / 2.
  • the distributors in Figures 4 and 5 are square.
  • the distributor elements V1, V2, U1, U2 connected to couplers C1-Cn / 2 or C1-C (n-1) / 2 define a geometric shape, that is to say a wiring diagram.
  • This geometric shape is repeated, by recurrence, at the interior of each distributor element as illustrated in Figure 6 as long as the number of inputs or outputs of distributor elements V1, V2, U1, U2, at the deepest level recurrence, is greater than 2.
  • At the last level of recurrence we get two-way elements inputs and two outputs, i.e. couplers easy to perform. You have to understand that the manufacturing the distributor goes first through the determination of the wiring diagram corresponding to the level deepest recurrence.
  • FIG. 7 shows a 3-way power distributor inputs E1, E'1-E'2 and 3 outputs S1, S'1-S'2.
  • the distributor elements V1, U1 are only phase shifters.
  • Figure 8 shows a 4-way power distributor inputs E1-E2, E'1-E'2 and with 4 outputs S1-S2, S'1-S'2.
  • the four distributing elements V1, V2, U1, U2 are elementary couplers with 2 inputs and 2 simple outputs with achieve.
  • FIG 9 shows an 8-way power distributor inputs E1-E4, E'1-E'4 and 8 outputs S1-S4, S'1-S'4.
  • This distributor consists of 4 distributor elements V1, V2, U1, U2 and 4 couplers.
  • Each distributor element, for example V1 itself consists of 4 elements distributor V1 (V1), V2 (V1), U1 (V1), U2 (V1) connected between them by two couplers C1 (V1), C2 (V1) as visible on the figure 10.
  • the distributor according to the invention is suitable for distribute the power of n input signals over n outputs, n any, according to a law of any amplitude with a minimum number of couplers insofar as each coupler is adjusted for this purpose.
  • Each C1-Cp coupler has one of its two inputs ended on a load and therefore has only one only effective entry.
  • the p inputs E1-Ep of the distributor element V correspond to the dispatcher inputs.
  • the element distributor V also has p outputs SV1-SVp.
  • the distributor elements U1, U2 each have p inputs EU1.1-EU1.p and EU2.1-EU2.p respectively. They each have n / 2 outputs S1-Sn / 2 and S'1-S'n / 2 respectively.
  • the exits S1-Sn / 2, S'1-S'n / 2 of the two distributor elements U1, U2 correspond respectively to the outputs of the distributor.
  • the outputs SV1-SVp of the distributor element V are respectively connected to the effective inputs of the p C1-Cp couplers.
  • the inputs EU1.1-EU1.p of the distributor element U1 are connected respectively to the first outputs of the p couplers and element EU2.1-EU2.
  • p inputs splitter U2 are connected respectively to the seconds outputs of the p couplers.
  • the distributor is identical to that of figure 11 except that the distributor element U1 a (n-1) / 2 outputs S1-S (n-1) / 2 and the distributor element U2 a (n + 1) / 2 outputs S'1-S '(n + 1) / 2 as shown in dotted lines in Figure 11.
  • V (U1), U1 (U1), U2 (U1) denote the elements dispatcher that make up, at a first level of recurrence, the distributor element U1 of FIG. 11. From even, V (U2), U1 (U2), U2 (U2) denote the elements dispatcher that make up, at a first level of recurrence, the distributor element U2 of figure 11.
  • Figure 13 provides a better understanding of how the final structure of the distributor having p inputs and n outputs is determined.
  • This figure shows a power distributor with 3 inputs E1-E3 and 29 outputs S1 - S14; S'1 - S'15 and comprising three distributor elements V, U1, U2.
  • Figure 14 shows the same dispatcher for a first level of recurrence.
  • the distribution elements U1 and U2 have been replaced by distribution elements V (U1), U1 (U1), U2 (U1), V (U2), U1 (U2), U2 (U2).
  • Figure 15 shows the same distributor as Figure 14 for a second level of recurrence.
  • the distributor elements U1 (U1), U2 (U1), U2 (U2) and U2 (U2) are replaced by distributor elements V (U1 (U1)) ... U2 (U2 (U2).
  • the final structure of the distributor is such that the distribution elements U1 (U1 (U1)) ... U2 (U2 (U2)) are replaced by distribution elements in accordance with Figures 7 (3x3 distribution element) or 8 (3x4 distribution element).
  • Such a distributor is adapted to a law of any amplitude for a minimum number of couplers.
  • FIG 16 shows a distributor at p inputs and n outputs with n> p> n / 2 and n even.
  • the distributor elements V1 and U1 each have n / 2 inputs and n / 2 outputs.
  • the distributor element U2 an / 2 inputs and n / 2 outputs.
  • the inputs E1-En / 2 and the inputs E'1-E'r of the distributor elements V1 and V2 are the inputs of the dispatcher.
  • S1-Sn / 2 outputs and S'1-S'n / 2 outputs distributor elements U1 and U2 are the outputs of the distributor.
  • the outputs of the distributor elements V1, V2 and the inputs of the distributor elements U1, U2 are connected to the inputs and outputs of couplers C1-Cn / 2 as described above for Figure 4.
  • the distributor elements V1 and U1 each have (n-1) / 2 inputs and (n-1) / 2 outputs.
  • the distributor element U2 has (n + 1) / 2 inputs and (n + 1) / 2 outputs.
  • the (n-1) / 2 inputs E1-E (n-1) / 2 of the element distributor V1 and r inputs E'1-E'r of the distributor element V2 are the inputs of the dispatcher.
  • the (n-1) / 2 outputs S1-S (n-1) / 2 of the distributor element U1 and the (n + 1) / 2 outputs S'1-S '(n + 1) / 2 of the distributor element U2 are the outputs of the dispatcher.
  • the outputs of the distributor elements V1, V2 and the inputs of the distributor elements U1, U2 are connected to the inputs and outputs of couplers C1-C (n-1) / 2 as described above for Figure 5.
  • distribution elements V1, U1, V2, U2 of the Figures 16 and 17 themselves consist of elements splitter by repeating a geometric shape like described below.
  • Each distributor element V1, U1 consists of elements distributor V1, U1, V2, U2 as described above with reference in FIG. 4 in the case of a distributor with n inputs and n outings with n even.
  • the distributor element U2 is composed distributor elements V1, U1, V2, U2 as described above in reference to FIG. 5 in the case of a distributor with n inputs and n outputs with odd n.
  • FIG 18 details the recurrence levels for construction of a distributor with 45 inputs and 54 exits.
  • the distributor is made up of 4 elements distributor V1 (27 outputs, 27 inputs), U1 (27 outputs, 27 inputs), V2 (27 outputs, 18 inputs) and U2 (27 outputs, 27 entries).
  • the distributor element V2 itself consists of four distribution elements U1 (13,13), U2 (14,14), V1 (13.13) and V2 (14.5) and so on. It is understood that the distributor elements V1, U1, U2 are made up of couplers like those shown in Figures 4 and 5.
  • the structure of the distributor is easily simplified in the following cases.
  • np 1, p being the number of inputs and n the number of outputs of the distributor, it suffices to eliminate any input of the distributor designed as described for FIG. 4 or 5, that is to say to finish it on a charge.
  • the couplers must of course be adjusted in function of the chosen amplitude law.
  • phase shifters at each connection or link between two elementary couplers. These phase shifters can be fixed or variable. For a distributor with n inputs and n outputs, there are n (n + 1) / 2 phase shifters to be provided. For a distributor with p inputs and n outputs, there are np-p (p-1) / 2 phase shifters to be provided.
  • Couplers with coupling values close to one or zero are replaced by two bonds direct crossed or not or by a direct link and a load which further simplifies the structure of the power distributor. It is understood that the number of suppressed couplers is all the more that one accepts a major error on the approximation of the law distribution amplitude. Once the simplification performed, the coupling and phase shift values may be easily readjusted according to the use of the distributor. Therefore, for a given precision of the distribution law, it is possible to increase the number of couplers to be eliminated which allows to eliminate more couplers difficult to manufacture.
  • this coupler can be replaced by a divider power which simplifies the realization of the distributor.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

L'invention porte sur un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence, comprenant p entrées de signaux et n sorties de signaux (n et p étant quelconques) et un assemblage d'éléments de couplage reliant les p entrées aux n sorties en vue de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les n sorties selon une loi d'amplitude quelconque orthogonale.
Un tel répartiteur est destiné en premier lieu à équiper une antenne multi-sources de concept actif ou passif, pour laquelle on recherche à minimiser les pertes de puissance.
On connaít déjà plusieurs types de répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence dans la littérature, par exemple dans les documents D1 = DE A 27 32 627 ; D2 = GB A 1 559 974 ; D3= US A 4 231 040.
Le premier document, D1 = DE-A-27 32 627 de Siemens, décrit sur la page 7 et la figure 4 un répartiteur de puissance avec n entrées et n sorties, avec des amplitudes qui sont vraisemblablement égales car il utilise des matrices de Butler comme éléments orthogonaux de puissance ayant chacun n/2 entrées et sorties (U1, U2, V1, V2).
Le deuxième document D2 = GB-A-1 559 974 de Marconi Ltd. montre sur sa figure 2 et décrit sur la page 2, lignes 36 à 51, un dispositif répartiteur avec des éléments orthogonaux de puissance ayant chacun n/2 entrées et sorties (U1, U2, V1, V2).
Le troisième document, D3 = US-A-231 040 de Walker (Motorola) montre qu'une construction semblable en n x n peut être réalisée avec n impair (voir figure 10). L'exemple de la figure 10 de ce document est pour n = 3.
La synthèse de l'enseignement de l'art anterieur peut être illustré avec l'aide des figures 1 à 3.
La figure 1 montre un répartiteur de puissance dont l'assemblage d'éléments de couplage se présente sous la forme d'une matrice de Butler à 8 entrées E1-E8 et 8 sorties S1-S8. Dans la matrice de Butler, les coupleurs élémentaires 1 sont des coupleurs équiamplitude 3dB. Cette matrice comporte des éléments de déphasage qui ont une valeur multiple de +/- 45°. La matrice de Butler présente l'inconvénient d'être limitée aux lois d'équiamplitude sur un nombre de sorties égal à une puissance de 2.
La figure 2 montre une matrice de Blass ayant un nombre d'entrées E et de sorties S quelconque (le nombre d'entrées étant égal ou plus petit que le nombre de sorties). Mais cette matrice induit des pertes de puissance du fait que les coupleurs élémentaires 1 de la rangée supérieure de la matrice ont une sortie connectée à une charge adaptée.
La figure 3 montre une matrice de Blass modifiée pour éviter les pertes de puissance. Cependant une telle matrice de Blass modifiée présente le défaut d'être dissymétrique. En effet, le nombre de coupleurs élémentaires 1 reliant une entrée E à une sortie S varie en fonction de la position de l'entrée et de la sortie. Il est nécessaire alors de prévoir des longueurs de lignes différentes en fonction des trajets suivis par les signaux d'entrée ce qui complique fortement la réalisation du répartiteur de puissance.
Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un répartiteur simple à réaliser et qui est susceptible de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les sorties selon une loi d'amplitude quelconque. Si l'on choisit une loi d'amplitude ayant un grand nombre d'amplitudes nulles, le repartiteur se comporte comme une matrice de commutation. Si l'on choisit une loi équiamplitude, les avantages de l'invention par rapport a l'art antérieur (Matrice de Butler) ne sont pas procurés.
A cet effet, l'invention a pour objet un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence selon la revendication 1.. Des réalisations particulières de l'invention pour des répartiteurs p entrées, n sorties, sont definies dans les revendications 2 à 4. Selon une variante avantageuse, l'invention concerne un répartiteur dont les éléments définissent une construction ayant une forme géométrique qui se répète à l'intérieur de ces éléments par récurrence jusqu'à obtenir des éléments sous la forme de coupleurs élémentaires orthogonaux ou de diviseurs simples à réaliser.
L'invention est décrite en détail ci-dessous en référence aux dessins.
La figure 1 montre une matrice de Butler.
La figure 2 montre une matrice de Blass.
La figure 3 montre une matrice de Blass modifiée.
La figure 4 montre un répartiteur à n entrées et n sorties, n pair.
La figure 5 montre un répartiteur à n entrées et n sorties, n impair.
La figure 6 illustre la technique de construction du répartiteur de la figure 4 ou 5.
La figure 7 montre un répartiteur à 3 entrées et 3 sorties.
La figure 8 montre un répartiteur à 4 entrées et 4 sorties.
La figure 9 montre la structure générale d'un répartiteur à 8 entrées et 8 sorties.
La figure 10 montre la structure détaillée d'un répartiteur à 8 entrées et 8 sorties.
La figure 11 montre un répartiteur à p entrées et n sorties, p<=n/2.
La figure 12 illustre la technique de construction du répartiteur de la figure 11.
La figure 13 montre un répartiteur à 3 entrées et 29 sorties dans un premier niveau de construction.
La figure 14 montre le répartiteur de la figure 13 dans un second niveau de construction.
La figure 15 montre le répartiteur de la figure 13 dans un troisième niveau de construction.
La figure 16 montre un répartiteur à p entrées et n sorties, n pair et n>p>n/2.
La figure 17 montre un répartiteur à p entrées et n sorties, n impair et n>p>n/2.
la figure 18 illustre la technique de construction du répartiteur de la figure 16 ou 17.
Les répartiteurs présentés sur les figures 4-10 constituent des exemples utiles à la compréhension de l'invention.
Le répartiteur de puissance selon l'invention, dans ces différents modes de réalisation, comprend un ensemble interface de coupleurs ayant une position sensiblement centrale dans le répartiteur par rapport au entrées et aux sories du répartiteur. Cet ensemble de coupleurs reçoit des signaux d'entrées sur des liaisons brassées et/ou fournit des signaux sur des liaisons brassées. Le brassage des liaisons en entrée et/ou en sortie de l'ensemble interface de coupleurs définit une certaine symétrie de construction du répartiteur par rapport à un axe défini par la direction de propagation des signaux dans le répartiteur. A l'intérieur de cet ensemble interface de coupleurs, les signaux qui y entrent, parcourent un nombre identique de coupleurs à une unité près.
Sur la figure 4, le répartiteur de puissance a n entrées de signaux et n sorties de signaux, n étant pair.
Ces n entrées et n sorties sont reliées entre-elles par un assemblage d'éléments de couplage.
Cet assemblage se compose de n/2 coupleurs C1-Cn/2 ayant chacun deux entrées et deux sorties orthogonales. Ces coupleurs sont classiques. Il se compose aussi de quatre éléments répartiteur orthogonaux carrés V1,U1,V2,U2 qui ont chacun n/2 entrées et n/2 n/2 sorties.
Sur la figure 4, les entrées E1-En/2,E'1-E'n/2 des éléments répartiteur V1,V2 sont les entrées du répartiteur et les sorties S1-Sn/2,S'1-S'n/2 des éléments répartiteur U1,U2 sont les sorties de ce même répartiteur.
Les sorties SV1.1-SV1.n/2 de l'élément répartiteur V1 sont connectées respectivement aux premières entrées des n/2 coupleurs C1-Cn/2.
Les sorties SV2.1-SV2.n/2 de l'élément répartiteur V2 sont connectées respectivement aux secondes entrées des n/2 coupleurs C1-Cn/2.
Les entrées EU1.1-EU1.n/2 de l'élément répartiteur U1 sont connectées respectivement aux premières sorties des n/2 coupleurs C1-Cn/2.
Enfin, les entrées EU2.1-EU2.n/2 de l'élément répartiteur U2 sont connectées respectivement aux secondes sorties des n/2 coupleurs C1-Cn/2.
Maintenant sur la figure 5, dans le cas où n est impair, la configuration du répartiteur est identique à celle de la figure 4 sauf qu'une sortie SV2.(n+1)/2 de l'élément répartiteur V2 est directement connectée à l'entrée EU2.(n+1)/2 de l'élément répartiteur U2. Le nombre de coupleurs est égal à (n-1)/2.
Les répartiteurs des figures 4 et 5 sont carrés. Dans ces répartiteurs, les éléments répartiteur V1,V2,U1,U2 connectés aux coupleurs C1-Cn/2 ou C1-C(n-1)/2 définissent une forme géométrique, c'est à dire un schéma de cablâge. Cette forme géométrique est répétée, par récurrence, à l'intérieur de chaque élément répartiteur comme illustré sur la figure 6 tant que le nombre d'entrées ou de sorties des éléments répartiteur V1,V2,U1,U2, au niveau le plus profond de récurrence, est supérieur à 2. Au dernier niveau de récurrence, on obtient des éléments répartiteur à deux entrées et deux sorties c'est-à-dire des coupleurs élémentaires faciles à réaliser. Il faut comprendre que la fabrication du répartiteur passe d'abord par la détermination du schéma de câblage correspondant au niveau le plus profond de récurrence.
La figure 7 montre un répartiteur de puissance à 3 entrées E1,E'1-E'2 et 3 sorties S1,S'1-S'2. Dans ce cas, les éléments répartiteur V1,U1 ne sont que des déphaseurs.
La figure 8 montre un répartiteur de puissance à 4 entrées E1-E2,E'1-E'2 et à 4 sorties S1-S2,S'1-S'2. Dans ce cas, les quatre éléments répartiteur V1,V2,U1,U2 sont des coupleurs élémentaires à 2 entrées et 2 sorties simples à réaliser.
La figure 9 montre un répartiteur de puissance à 8 entrées E1-E4,E'1-E'4 et à 8 sorties S1-S4,S'1-S'4. Ce répartiteur est composé de 4 éléments répartiteur V1,V2,U1,U2 et de 4 coupleurs. Chaque élément répartiteur, par exemple V1, se compose lui-même de 4 éléments répartiteur V1(V1), V2(V1), U1(V1), U2(V1) connectés entre eux par deux coupleurs C1(V1), C2(V1) comme visible à la figure 10.
La méthode de construction des éléments répartiteur décrite ci-dessus est facilement généralisable pour des éléments répartiteur ayant un nombre d'entrées et de sorties supérieur à 8. De façon générale, le nombre de coupleurs c(n) nécessaires à la réalisation d'un répartiteur de puissance ayant n entrées et n sorties, que n soit pair ou impair, est donné par la relation suivante: c(n) = n.(n-1)/2.
Par rapport à un répartiteur agencé selon une matrice de Butler, le répartiteur selon l'invention est adapté pour répartir la puissance de n signaux d'entrée sur n sorties, n quelconque, selon une loi d'amplitude quelconque avec un nombre de coupleurs minimum dans la mesure où chaque coupleur est ajusté à cet effet.
Sur la figure 11, le répartiteur de puissance comprend p entrées E1-Ep de signaux et n sorties S1-Sn/2 et S'1-S'n/2 de signaux avec p<=n/2 et n pair.
Il se compose d'abord de p coupleurs C1-Cp ayant chacun deux entrées et deux sorties orthogonales, d'un premier élément répartiteur V et de deux seconds éléments répartiteur U1,U2. Chaque coupleur C1-Cp a une de ses deux entrées terminée sur une charge et ne possède donc qu'une seule entrée effective.
Les p entrées E1-Ep de l'élément répartiteur V correspondent aux entrées du répartiteur. L'élément répartiteur V a aussi p sorties SV1-SVp.
Les éléments répartiteur U1,U2 ont chacun p entrées respectivement EU1.1-EU1.p et EU2.1-EU2.p. Ils ont chacun n/2 sorties respectivement S1-Sn/2 et S'1-S'n/2. Les sorties S1-Sn/2, S'1-S'n/2 des deux éléments répartiteur U1,U2 correspondent respectivement aux sorties du répartiteur.
Les sorties SV1-SVp de l'élément répartiteur V sont connectées respectivement aux entrées effectives des p coupleurs C1-Cp.
Les entrées EU1.1-EU1.p de l'élément répartiteur U1 sont connectées respectivement aux premières sorties des p coupleurs et les entrées EU2.1-EU2.p de l'élément répartiteur U2 sont connectées respectivement aux secondes sorties des p coupleurs.
Maintenant, dans le cas où n est impair, le répartiteur est identique à celui de la figure 11 sauf que l'élément répartiteur U1 a (n-1)/2 sorties S1-S(n-1)/2 et l'élément répartiteur U2 a (n+1)/2 sorties S'1-S'(n+1)/2 comme représenté en pointillés à la figure 11.
La forme géométrique du répartiteur de la figure 11 se répète, par récurrence, à l'intérieur des éléments répartiteur U1,U2 comme illustré sur la figure 12 tant que les éléments répartiteur U1,U2 obtenus, pour un niveau de récurrence donné, ont un nombre d'entrée p et un nombre de sorties n vérifiant la relation p<=n/2. Sur la figure 12, on comprend que V(U1), U1(U1), U2(U1) désignent les éléments répartiteur qui composent, à un premier niveau de récurrence, l'élément répartiteur U1 de la figure 11. De même, V(U2), U1(U2), U2(U2) désignent les éléments répartiteur qui composent, à un premier niveau de récurrence, l'élément répartiteur U2 de la figure 11.
La figure 13 permet de mieux comprendre la façon dont est déterminée la structure finale du répartiteur ayant p entrées et n sorties. Cette figure montre un répartiteur de puissance à 3 entrées E1-E3 et 29 sorties S1 - S14 ; S'1 - S'15 et comprenant trois éléments répartiteur V,U1,U2. La figure 14 montre le même répartiteur pour un premier niveau de récurrence. Les éléments répartiteur U1 et U2 ont été remplacés par des éléments répartiteur V(U1), U1(U1), U2(U1), V(U2), U1(U2), U2(U2). La figure 15 montre le même répartiteur que la figure 14 pour un second niveau de récurrence. Les éléments répartiteur U1(U1), U2(U1), U2(U2) et U2(U2) sont remplacés par des éléments répartiteur V(U1(U1))...U2(U2(U2). La structure finale du répartiteur est telle que les éléments répartiteur U1(U1(U1))...U2(U2(U2)) sont remplacés par des éléments répartiteur conformes aux figures 7 (élément répartiteur 3x3) ou 8 (élément répartiteur 3x4). De façon générale, le nombre de coupleurs c(p,n) nécessaires à la réalisation d'un répartiteur de puissance ayant p entrées et n sorties avec p<=n/2, que n soit pair ou impair, est donné par la relation suivante: c(p,n) = np - p(p+1)/2.
Dans le cas p=3 et n=29, c(3,29) est égal à 81.
Là encore, un tel répartiteur est adapté à une loi d'amplitude quelconque pour un nombre minimum de coupleurs.
Maintenant, la figure 16 montre un répartiteur à p entrées et n sorties avec n>p>n/2 et n pair.
Il se compose de n/2 coupleurs élémentaires C1-Cn/2 connectés à quatre éléments répartiteur V1,V2,U1,U2. Les éléments répartiteur V1 et U1 ont chacun n/2 entrées et n/2 sorties. L'élément répartiteur U2 a n/2 entrées et n/2 sorties. L'élément répartiteur V2 a r entrées et n/2 sorties où r est donné par la relation r = p-n/2.
On comprend que la distribution des entrées entre les éléments V1 et V2 s'établit à partir de la construction d'une matrice carrée ayant n entrées et n sorties, la segmentation des entrées de la matrice en deux, attribution de n/2 entrées à l'élément répartiteur V1, élimination des entrées superflues parmi les n/2 entrées restantes attribuées à l'élément répartiteur V2.
Sur la figure 16, les entrées E1-En/2 et les entrées E'1-E'r des éléments répartiteur V1 et V2 sont les entrées du répartiteur. Les sorties S1-Sn/2 et les sorties S'1-S'n/2 des éléments répartiteur U1 et U2 sont les sorties du répartiteur.
Les sorties des éléments répartiteur V1,V2 et les entrées des éléments répartiteur U1,U2 sont connectées aux entrées et aux sorties des coupleurs C1-Cn/2 comme décrit plus haut pour la figure 4.
Dans le cas d'un répartiteur, montré figure 17, à p entrées et n sorties avec n>p>n/2 et n impair, on retrouve (n-1)/2 coupleurs et quatre éléments répartiteur V1,U1,V2,U2.
Les éléments répartiteur V1 et U1 ont chacun (n-1)/2 entrées et (n-1)/2 sorties. L'élément répartiteur U2 a (n+1)/2 entrées et (n+1)/2 sorties. L'élément répartiteur V2 a r entrées et (n+1)/2 sorties avec r donné par la relation r = p - (n-1)/2.
Les (n-1)/2 entrées E1-E(n-1)/2 de l'élément répartiteur V1 et r entrées E'1-E'r de l'élément répartiteur V2 sont les entrées du répartiteur. Les (n-1)/2 sorties S1-S(n-1)/2 de l'élément répartiteur U1 et les (n+1)/2 sorties S'1-S'(n+1)/2 de l'élément répartiteur U2 sont les sorties du répartiteur.
Les sorties des éléments répartiteur V1,V2 et les entrées des éléments répartiteur U1,U2 sont connectées aux entrées et aux sorties des coupleurs C1-C(n-1)/2 comme décrit plus haut pour la figure 5.
Maintenant, les éléments répartiteur V1,U1,V2,U2 des figures 16 et 17 se composent eux-mêmes d'éléments répartiteur par répétition d'une forme géométrique comme décrit ci-dessous.
Chaque élément répartiteur V1,U1 se compose d'éléments répartiteur V1,U1,V2,U2 comme décrit ci-dessus en référence à la figure 4 dans le cas d'un répartiteur à n entrées et n sorties avec n pair. L'élément répartiteur U2 se compose d'éléments répartiteur V1,U1,V2,U2 comme décrit ci-dessus en référence à la figure 5 dans le cas d'un répartiteur à n entrées et n sorties avec n impair.
Pour ce qui est de l'élément répartiteur V2 de la figure 16 ou de la figure 17, deux cas sont à distinguer. Si pour un niveau de récurrence, le nombre d'entrées p' et de sortie n' de l'élément répartiteur V2 vérifient la relation p'>n'/2, alors la forme géométrique de la construction, définie par les éléments répartiteur V1,U1,V2,U2 connectés aux coupleurs telle qu'elle apparaít à la figure 16 ou à la figure 17 selon que p' est pair ou impair, est répétée à l'intérieur de l'élément répartiteur V2. Dans le cas contraire (cas où p'<=n/2), l'élément de répartition V2 est identique au répartiteur montré à la figure 11.
La figure 18 détaille les niveaux de récurrence pour la construction d'un répartiteur ayant 45 entrées et 54 sorties. Au départ, le répartiteur se compose de 4 éléments répartiteur V1 (27 sorties, 27 entrées), U1 (27 sorties, 27 entrées), V2 (27 sorties, 18 entrées) et U2 (27 sorties, 27 entrées). L'élément répartiteur V2 se compose lui-même de quatre éléments répartiteur U1 (13,13), U2 (14,14), V1 (13,13) et V2 (14,5) et ainsi de suite. Il est entendu que les éléments répartiteur V1,U1,U2 se composent de coupleurs comme ceux montrés aux figures 4 et 5.
La structure du répartiteur se simplifie facilement dans les cas suivants.
Si n-p=1, p étant le nombre d'entrées et n le nombre de sorties du répartiteur, il suffit d'éliminer n'importe quelle entrée du répartiteur conçu comme décrit pour la figure 4 ou 5, c'est-à-dire de la terminer sur une charge. Dans ce cas, le nombre de coupleurs élémentaires constituant le répartiteur est donné par la relation: c(n-1,n)=c(n,n).
Maintenant si n-p=2, il suffit d'éliminer deux entrées du répartiteur conçu comme décrit pour les figures 4 ou 5. Cela permet de supprimer un coupleur élémentaire et le nombre de coupleurs élémentaires constituant le répartiteur est donné par la relation: c(n-2,n)=c(n,n)-c(2,2)= c(n,n)-1.
Les coupleurs doivent bien entendu être ajustés en fonction de la loi d'amplitude choisie.
Il faut prévoir aussi des déphaseurs à chaque connexion ou liaison entre deux coupleurs élémentaires. Ces déphaseurs pourront être fixes ou variables. Pour un répartiteur à n entrées et n sorties, il y a n(n+1)/2 déphaseurs à prévoir. Pour un répartiteur à p entrées et n sorties, il y a np-p(p-1)/2 déphaseurs à prévoir.
Les coupleurs présentant des valeurs de couplage proches de un ou de zéro sont remplacés par deux liaisons directes croisées ou non ou par une liaison directe et une charge ce qui simplifie encore plus la structure du répartiteur de puissance. Il est entendu que le nombre de coupleurs supprimés est d'autant plus grand que l'on accepte une erreur importante sur l'approximation de la loi d'amplitude du répartiteur. Une fois la simplification réalisée, les valeurs de couplage et de déphasage pourront être facilement réajustées en fonction de l'utilisation du répartiteur. Par conséquent, pour une précision donnée de la loi de répartition, il est possible d'augmenter le nombre de coupleurs à éliminer ce qui permet d'éliminer davantage de coupleurs difficiles à fabriquer.
Lorsqu'un coupleur possède une seule entrée effectivement utilisée (l'autre étant terminée sur une charge), ce coupleur peut être remplacé par un diviseur de puissance ce qui simplifie la réalisation du répartiteur.

Claims (6)

  1. Un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence, comprenant p entrées (E) de signaux et n sorties (S) de signaux où 2<=p<=n/2 et n pair supérieur ou égal à 4, et un assemblage d'éléments de couplage reliant les p entrées aux n sorties en vue de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les n sorties selon une loi d'amplitude, caractérisé en ce que l'assemblage d'éléments de couplage est constitué par p coupleurs élémentaires (C1-Cp) ayant chacun une entrée et deux sorties, un premier (V) élément répartiteur orthogonal de puissance ayant p entrées et p sorties, un second (U1) et un troisième (U2) éléments répartiteur orthogonal de puissance ayant chacun p entrées et n/2 sorties, les entrées (E1-Ep) du premier (V) élément répartiteur correspondant respectivement aux entrées du répartiteur, les sorties (S1-Sn/2;S'1-S'n/2) du second et troisième éléments répartiteur correspondant respectivement aux sorties du répartiteur, les sorties (SV1-SVp) du premier (V) élément répartiteur étant connectées respectivement aux entrées des coupleurs (C1-Cp), les entrées (EU1.1-EU1.p) du second (U1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières sorties des coupleurs (C1-Cp) et les entrées (EU2.1-EU2.p) du troisième (U2) élément répartiteur étant connectées respectivement aux secondes sorties des coupleurs (C1-Cp).
  2. Un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence, comprenant p entrées (E) de signaux et n sorties (S) de signaux où 2<=p<=(n-1) /2 et n impair supérieur ou égal à 5, et un assemblage d'éléments de couplage reliant les p entrées aux n sorties en vue de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les n sorties selon une loi d'amplitude, caractérisé en ce que l'assemblage d'éléments de couplage est constitué par p coupleurs (C1-Cp) ayant chacun une entrée et deux sorties orthogonales, un premier (V) élément répartiteur orthogonal de puissance ayant p entrées et p sorties, un second (U1) et un troisième (U2) éléments répartiteur orthogonal de puissance, le second (U1) élément répartiteur ayant p entrées et (n-1)/2 sorties, le troisième (U2) élément répartiteur ayant p entrées et (n+1)/2 sorties, les entrées (E1-Ep) du premier (V) élément répartiteur correspondant respectivement aux entrées du répartiteur, les sorties (S1-S(n-1)/2;S'1-S' (n+1)/2) du second (U1) et troisième (U2) éléments répartiteur correspondant respectivement aux sorties du répartiteur, les sorties (SV1-SVp) du premier (V) élément répartiteur étant connectées respectivement aux entrées des coupleurs (C1-Cp), les entrées (EU1.1-EU1.p) du second (U1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières sorties des coupleurs (C1-Cp) et les entrées (EU2.1-EU2.p) du troisième (U2) élément répartiteur étant connectées respectivement aux secondes sorties des coupleurs (C1-Cp).
  3. Un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence, comprenant p entrées (E) de signaux et n sorties (S) de signaux avec n>p>n/2 et n pair supérieur ou égal à 4, et un assemblage d'éléments de couplage reliant les p entrées aux n sorties en vue de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les n sorties selon une loi d'amplitude, caractérisé en ce que l'assemblage d'éléments de couplage est constitué par n/2 coupleurs élémentaires (C1-Cn/2) ayant chacun deux entrées et deux sorties, un second (U1) et un quatrième (U2) éléments répartiteur orthogonal de puissance ayant chacun n/2 entrées et n/2 sorties, un premier (V1) et un troisième (V2) éléments répartiteur orthogonal de puissance ayant respectivement r1,r2 entrées (r1+r2=p) et n/2 sorties, les entrées (E1-Er1;E'1-E'r2) du premier (V1) et troisième (V2) éléments répartiteur correspondant respectivement aux entrées du répartiteur, les sorties (S1-Sn/2;S'1-S'n/2) du second (U1) et quatrième (U2) éléments répartiteur correspondant respectivement aux sorties du répartiteur, les sorties (SV1.1-SV1.n/2) du premier (V1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières entrées des coupleurs (C1-Cn/2) et les sorties (SV2.1-SV2.n/2) du troisième (V2) élément répartiteur étant connectées respectivement aux secondes entrées des coupleurs (C1-Cn/2), les entrées (EU1.1-EU1.n/2) du troisième (U1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières sorties des coupleurs (C1-Cn/2) et les entrées (EU2.1-EU2.n/2) du quatrième élément répartiteur (U2) étant connectées respectivement aux secondes sorties des coupleurs (C1-Cn/2).
  4. Un répartiteur de puissance pour signaux hyperfréquence, comprenant p entrées (E) de signaux et n sorties (S) de signaux avec n>p>(n-1)/2 et n impair supérieur ou égal à 3, et un assemblage d'éléments de couplage reliant les p entrées aux n sorties en vue de répartir la puissance des signaux d'entrée sur les n sorties selon une loi d'amplitude, caractérisé en ce que l'assemblage d'éléments de couplage est constitué par (n-1)/2 coupleurs élémentaires (C1-C(n-1)/2) ayant chacun deux entrées et deux sorties, un premier (V1) et un second (U1) éléments répartiteur orthogonal de puissance ayant respectivement r1,(n-1)/2 entrées (avec r1<=(n-1)/2) et (n-1)/2 sorties, un troisième (V2) et un quatrième (U2) éléments répartiteur orthogonal de puissance, le troisième (V2) élément répartiteur ayant r2 entrées (avec r1+r2=p) et (n+1)/2 sorties, le quatrième (U2) élément répartiteur (U2) ayant (n+1)/2 entrées et (n+1)/2 sorties, les entrées (E1-Er1/2;E'1-E'r2) du premier (V1) et troisième (V2) éléments répartiteur correspondant respectivement aux entrées du répartiteur, les sorties (S1-S(n-1)/2;S'1-S' (n+1)/2) du second (U1) et quatrième (U2) éléments répartiteur correspondant respectivement aux sorties du répartiteur, les sorties (SV1.1-SV1.(n-1)/2) du premier (V1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières entrées des coupleurs (C1-Cn/2) et les sorties (SV2.1-SV2.(n-1)/2) sauf une (SV2.(n+1)/2) du troisième (V2) élément répartiteur étant connectées respectivement aux secondes entrées des coupleurs (C1-Cn/2), les entrées (EU1.1-EU1.(n-1)/2) du second (U1) élément répartiteur étant connectées respectivement aux premières sorties des coupleurs (C1-C(n-1)/2) et les entrées (EU2.1-EU2.(n-1)/2) sauf une (EU2.(n+1)/2) du quatrième (U2) élément répartiteur étant connectées respectivement aux secondes sorties des coupleurs (C1-C(n-1)/2),la sortie (SV2.(n+1)/2) non connectée à un coupleur du troisième (V2) élément répartiteur étant connectée directement à l'entrée (EU2.(n+1)/2) non connectée à un coupleur du quatrième (U2) élément répartiteur.
  5. Le répartiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque élément répartiteur est remplacé par l'un des répartiteurs selon les revendications 1 à 4 .
  6. Le répartiteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel certains coupleurs sont remplacés par des diviseurs ou des lignes parallèles ou des lignes croisées.
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