EP0668624B1 - Agencement de charge de puissance en hyperfréquence notamment pour dispositif guide d'ondes et isolateur à ferrite équipée d'un tel agencement - Google Patents

Agencement de charge de puissance en hyperfréquence notamment pour dispositif guide d'ondes et isolateur à ferrite équipée d'un tel agencement Download PDF

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EP0668624B1
EP0668624B1 EP19950400324 EP95400324A EP0668624B1 EP 0668624 B1 EP0668624 B1 EP 0668624B1 EP 19950400324 EP19950400324 EP 19950400324 EP 95400324 A EP95400324 A EP 95400324A EP 0668624 B1 EP0668624 B1 EP 0668624B1
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wave guide
arrangement according
guide member
load
resonators
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Gérard Forterre
Claude Rannou
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Tekelec Airtronic
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Tekelec Airtronic
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/24—Terminating devices
    • H01P1/26—Dissipative terminations
    • H01P1/262—Dissipative terminations the dissipative medium being a liquid or being cooled by a liquid

Definitions

  • the invention relates to a charging arrangement for microwave power, especially for devices waveguide, of the type described in the preamble to the claim 1.
  • Load arrangements comprising resonators shifted in the direction of the axis of the waveguide element, from a distance as well relatively large, have the disadvantage of being bulky and require an adjustment device with a multitude of adapter screws and metallic elements localized to be used in a sufficiently wide frequency band but operating in a relatively temperature range low, significantly lower than the useful range 10 to 60 ° C.
  • the object of the present invention is to provide a power load arrangement, which is compact and requires no adjustment in frequency and temperature ranges important imposed by the use which will be made of this arrangement.
  • the arrangement according to the invention includes the features which are set out in the characterizing part of the claim 1.
  • Figure 1 is a perspective view, with breakout, power load arrangement according to the present invention.
  • Figure 2 is a sectional view along line II-II of figure 1.
  • Figure 3 is a sectional view along line III-III in Figure 2.
  • Figure 4 shows four curves each representing at a temperature different from transmission losses of the adapted quadrupole of the larger water tube diameter, shown in the load arrangement according to Figures 1 to 3.
  • Figure 5 is similar to Figure 4, but shows the four transmission loss curves of the quadrupole in the adapted state representing the water tube the smallest diameter of the load arrangement according to Figures 1 to 3.
  • Figure 6 shows three curves each at a temperature different from the transmission losses of the quadrupole in the adapted state representing the two tubes of water from the charging arrangement according to FIGS. 1 to 3.
  • Figure 7 shows four curves each representing at a different temperature the power rates in return of the load arrangement according to FIGS. 1 to 3, depending on the frequency.
  • Figure 8 is a top view of an insulator equipped a charging arrangement according to the present invention.
  • Figure 9 is a view in the direction of arrow 9 of Figure 8.
  • the charging arrangement essentially comprises a waveguide element 1 closed at one end by a transverse wall 2 establishing a short circuit and open at its other end, configured to be connected to a waveguide device schematically indicated in 3, as well as the water charge 4.
  • This device comprises two water tubes 6 and 7 of different diameters and connected at one end to one another by an internal channel 8 formed in a projection portion 9 of the waveguide element.
  • the tubes are respectively connected to fittings 10 and 11, by means of internal channel portions 12 and 13 formed in another protrusion part 14 of the waveguide element.
  • the two tubes 6 and 7 are slightly offset in the axis XX of the waveguide. This small difference is indicated by a . It optimizes the rate of return power in the useful frequency band and throughout the useful temperature range.
  • tubes 6 and 7 are arranged at a short distance from the short-circuit wall 2 of the waveguide element 1.
  • the planes transverse location of tubes 6 and 7 are at distances respectively b and c from this wall 2. These distances constitute setting parameters load arrangement point, as will be explained further.
  • the two tubes are made of a material dielectric such as for example polypropylene.
  • Each tube 6, 7 is dimensioned so that it behaves as a lossy dielectric waveguide, seats of several more or less coupled and resonant modes.
  • the tubes have sections transverse circular, it is the choice of diameters tubes which is decisive for the invention.
  • the invention is based on the fact that, under these conditions, the losses of the dielectric that constitutes the water filling the tubes vary as a function of the temperature and the diameter of the tubes. This phenomenon is clearly illustrated by FIGS. 4 and 5. These figures represent, for the tubes 6 and 7 respectively of larger and smaller diameter, the transmission losses P T as a function of the frequency F for the temperatures of 10, 23, 45 and 60 ° C. In each case the measurements were made by considering the tube 6 or 7 considered as a quadrupole. The losses were measured selectively for each of the tubes in the absence of the other. In each figure, the useful frequency band ⁇ F and the central frequency Fc of this band have been indicated on the abscissa.
  • FIG. 4 which indicates the transmission losses P T measured thus for the tube of larger diameter 6, that the resonance frequencies F r of the four curves are lower than the central frequency F c so that the useful band ⁇ F is located on the right side of the downward slope of the resonance curves. It can also be seen that the resonance frequencies F r of the curves move away from the central frequency F c insofar as the temperature decreases, on the one hand, and, on the other hand, that the value of the vertex of the curves of reference increases with temperature. Considering the useful frequency band, the losses increase with temperature.
  • a third tube could be placed between tube 6 and 7 and would allow increase the absorption losses of the charge.
  • the invention is not limited when using cross-section tubes circular. On the contrary, it could be any other appropriate form.
  • the invention is not also not limited to the use of tubes crossed by water. Indeed, one could employ elements in the shape of massive stems provided that the dielectric material constituting them has a high permittivity and sufficient loss factor.
  • the load arrangement according to the invention as described above can be used in any application where it is a question of predicting at the exit of a waveguide track a load to absorb all the energy conveyed by this path.
  • the Figures 8 and 9 illustrate the application of the invention to a monobloc ferrite insulator 16.
  • the load arrangement is directly mounted in a path of a circulator by being integrated into its body, transforming this circulator into a load isolator integrated substantially without changing dimensions. This eliminates the assembly flange. We thus obtains a set having dimensions very reduced.
  • the short circuit wall is formed by an attached wall element.
  • the growths 9 and 11 can be produced in the form of added elements and produced in a material not attackable by water such as by example in stainless steel. Using seals 18 at the end of the tubes to prevent water from coming into contact with the material constituting the waveguide, such as aluminum.

Landscapes

  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Constitution Of High-Frequency Heating (AREA)

Description

L'invention concerne un agencement de charge de puissance en hyperfréquence, notamment pour dispositif guide d'ondes, du type décrit dans le préambule de la revendication 1.
Un agencement de ce type est connu par le document GB-A-A 164 945. Dans cet agencement, les deux résonateurs sont placés dans l'élément guide d'ondes à une distance l'un de l'autre dans l'axe longitudinal de celui-ci, qui est égal à un multiple de λ/4, λ étant la longueur d'onde dans l'air de l'énergie micro-onde propagé dans l'élément guide d'ondes.
Des agencements de charge comportant des résonateurs décalés dans la direction de l'axe de l'élément guide d'ondes, d'une distance ainsi relativement importante, présentent l'inconvénient d'être encombrants et de nécessiter un dispositif de réglage comportant une multitude de vis d'adaptation et des éléments métalliques localisés pour pouvoir être utilisés dans une bande de fréquence suffisamment large mais fonctionnant dans une gamme de température relativement faible, nettement inférieure à la gamme utile 10 à 60° C.
Autres agencements de charge de puissance sont connus, qui utilisent des tubes à eau qui s'étendent avec une faible inclinaison par rapport à l'axe de l'élément guide d'ondes et présentent ainsi l'inconvénient majeur d'être longs et donc très encombrants.
La présente invention a pour but de proposer un agencement de charge de puissance, qui est d'un faible encombrement et ne nécessite aucun réglage dans des gammes de fréquences et de températures importantes imposées par l'emploi qui sera fait de cet agencement.
Pour atteindre ce but, l'agencement selon l'invention comporte les caractéristiques qui sont énoncées dans la partie caractérisante de la revendication 1.
D'autres caractéristiques de l'invention sont indiquées dans des revendications dépendantes.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaítront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels.
La figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement, d'un agencement de charge de puissance selon la présente invention.
La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.
La figure 4 montre quatre courbes représentant chacune à une température différente des pertes en transmission du quadripôle adapté du tube d'eau de plus grand diamètre, représenté dans l'agencement de charge selon les figures 1 à 3.
La figure 5 est similaire à la figure 4, mais montre les quatre courbes de pertes en transmission du quadripôle à l'état adapté représentant le tube d'eau du plus faible diamètre de l'agencement de charge selon les figures 1 à 3.
La figure 6 montre trois courbes chacune à une température différente des pertes de transmission du quadripôle à l'état adapté représentant les deux tubes d'eau de l'agencement de charge selon les figures 1 à 3.
La figure 7 montre quatre courbes représentant chacune à une température différente les taux de puissance en retour de l'agencement de charge selon les figures 1 à 3, en fonction de la fréquence.
La figure 8 est une vue de dessus d'un isolateur équipé d'un agencement de charge selon la présente invention.
La figure 9 est une vue en direction de la flèche 9 de la figure 8.
En se référant aux figures, on décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un agencement de charge de puissance en hyperfréquence selon l'invention, dans son mode de réalisation utilisant l'eau comme diélectrique à pertes.
Comme il ressort clairement des figures 1 à 3, l'agencement de charge selon l'invention comprend essentiellement un élément guide d'ondes 1 fermé à une extrémité par une paroi transversale 2 établissant un court-circuit et ouvert à son autre extrémité, configuré pour être relié à un dispositif guide d'ondes schématiquement indiqué en 3, ainsi que la charge à eau 4. Ce dispositif comprend deux tubes d'eau 6 et 7 de diamètres différents et reliés à une extrémité l'un à l'autre par un canal interne 8 pratiqué dans une partie d'excroissance 9 de l'élément guide d'ondes. A leur autre extrémité, les tubes sont reliés respectivement à des raccords 10 et 11, par l'intermédiaire de portions de canal internes 12 et 13 pratiquées dans une autre partie d'excroissance 14 de l'élément guide d'ondes. Comme on le voit notamment sur la figure 2, les deux tubes 6 et 7 sont légèrement décalés dans l'axe X-X du guide d'ondes. Ce faible écart est indiqué par a. Il permet d'optimiser le taux de puissance en retour dans la bande de fréquences utile et dans toute la gamme de température utile.
On constate en outre que les tubes 6 et 7 sont disposés à une faible distance de la paroi de court-circuit 2 de l'élément guide d'ondes 1. Sur la figure 2, les plans transversaux d'emplacement des tubes 6 et 7 se trouvent à des distances respectivement b et c de cette paroi 2. Ces distances constituent des paramètres de mise au point de l'agencement de charge, comme il sera expliqué plus loin. Les deux tubes sont réalisés en un matériau diélectrique tel que par exemple du polypropylène.
On exposera ci-après, en se référant aux figures 4 à 7, les considérations qui permettent de choisir les différents paramètres du dispositif de charge à eau 4 de l'invention, tels que notamment les diamètres des deux tubes d'eau 6 et 7 et leur écart de la paroi de court-circuit 2 de l'élément de guide d'ondes.
Chaque tube 6, 7 est dimensionné pour qu'il se comporte comme un guide d'ondes diélectrique à pertes, sièges de plusieurs modes plus ou moins couplés et résonnants. Comme dans l'exemple de réalisation de l'invention qui est représenté, les tubes ont des sections transversales circulaires, c'est le choix des diamètres des tubes qui est déterminant pour l'invention.
L'invention est fondée sur le fait que, dans ces conditions, les pertes du diélectrique que constitue l'eau remplissant les tubes varient en fonction de la température et du diamètre des tubes. Ce phénomène est illustré clairement par les figures 4 et 5. Ces figures représentent pour les tubes respectivement 6 et 7 de plus grand et de plus faible diamètre les pertes en transmission PT en fonction de la fréquence F pour les températures de 10, 23, 45 et 60°C. Dans chaque cas les mesures ont été faites en considérant le tube 6 ou 7 considéré comme un quadripôle. Les pertes ont été mesurées sélectivement pour chacun des tubes en l'absence de l'autre. Sur chaque figure on a indiqué sur l'abscisse la bande de fréquence utile ΔF et la fréquence centrale Fc de cette bande.
On constate sur la figure 4 qui indique les pertes en transmission PT mesurées ainsi pour le tube de plus grand diamètre 6, que les fréquences de résonance Fr des quatre courbes sont inférieures à la fréquence centrale Fc de façon que la bande utile ΔF soit située sur le flanc de droite de la pente descendante des courbes de résonance. On constate en outre que les fréquences de résonance Fr des courbes s'éloignent de la fréquence centrale Fc dans la mesure où la température diminue, d'une part, et, d'autre part, que la valeur du sommet des courbes de référence augmente avec la température. En considérant la bande de fréquence utile, les pertes augmentent avec la température.
Dans le cas de la figure 5 qui indique les pertes en transmission mesurées pour le tube de plus faible diamètre 7, les fréquences de résonance Fr des différentes courbes sont supérieures à la fréquence centrale Fc de la bande utile ΔF, ce dernier étant situé sur les pentes descendantes des courbes de résonance situées à gauche des fréquences de résonance. En considérant la bande de fréquence ΔF, on constate que les pertes en transmission diminuent avec la température.
Il ressort des deux figures 4 et 5, que les variations des pertes évoluent avec des tendances inverses selon que le diamètre des tubes est plus grand ou plus faible. Il s'est avéré dans le cadre de l'invention qu'en juxtaposant les deux tubes de diamètres différents 6 et 7 dans un même plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément de guide d'ondes 1, ou avec un faible décalage axial, on obtient un ensemble dans lequel les pertes en transmission dans la bande utile sont relativement stables, c'est-à-dire varient relativement peu en fonction de la température, grâce à une compensation des variations produites par chaque tube. La figure 6 montre les pertes en transmission αT pour les températures de 10, 23, 45 et 60°, αT étant défini par l'expression αT = 10 log PT / Pi où PT et Pi sont respectivement les puissances transmise et incidente.
Pour réaliser un agencement de charge ayant les propriétés illustrées par la figure 6, qui est en mesure d'absorber toute la puissance véhiculée par le guide d'ondes 3, il convient de placer la paroi de court-circuit 2 par rapport aux deux tubes 6 et 7 de façon que la puissance réfléchie par la paroi 2 se présente à l'entrée du dispositif de charge 4 en opposition de phase de la puissance réfléchie à cette entrée pour obtenir un effet d'annulation optimal. La figure 7 montre les taux de puissance en retour RL du dispositif de charge 4 pour les différentes températures retenues, RL étant défini par l'expression RL = 10 log Pr / Pi, où Pr et Pi sont respectivement les puissances réfléchie et incidente. On constate que cette puissance Pr est inférieure à 20db par rapport à la puissance incidente Pi dans la gamme de température comprise entre 10 et 60°.
Les courbes représentées aux figures 5 à 7 ont été établies pour un agencement de charge utilisant un élément guide d'ondes du type WR 340, deux tubes en polypropylène ayant le même diamètre extérieur de 16 mm et des diamètres internes de respectivement 12 et 10 mm. La distance c du tube 7 de la paroi de court-circuit est de l'ordre de 10,6 mm et l'écart a est de 1,4 mm. Dans ces conditions, on obtient une bande passante utile comprise entre 2425 MHz et de 2475 MHz.
Bien entendu il est évident que le procédé de dimensionnement des tubes diélectriques qui ressort de la description qui vient d'être faite en se référant aux figures permet de réaliser des agencements de charge adaptés à d'autres gammes de fréquence. Il conviendrait alors d'établir des courbes du type représenté aux figures 4 et 5 pour une série de tubes de diamètres différents et de choisir au moins deux tubes qui permettent d'obtenir l'effet de compensation optimal dans la bande de fréquence utile. Les diamètres des deux tubes seront définis en fonction de l'absorption moyenne nécessaire pour obtenir une énergie transmise compatible avec l'énergie en retour du quadripôle formé par les deux tubes. Puis il faut ajuster le taux de puisance en retour en choisissant de façon appropriée la distance entre les tubes et la paroi de court-circuit en fonction de la valeur de réflexion maximale admissible.
Dans le cadre de l'invention on pourrait également utiliser plus de deux tubes sans que le procédé de dimensionnement des tubes disposés approximativement dans un même plan soit changé. Un troisième tube pourrait être placé entre le tube 6 et 7 et permettrait d'augmenter les pertes par absorption du dispositif de charge. On pourrait aussi prévoir plusieurs plans de tubes décalés dans l'axe de l'élément de guide d'ondes, à des distances de λg/4, λg étant la longueur d'onde de propagation dans le guide d'ondes. Cette disposition permet d'élargir la bande de fréquences utiles. D'autre part, les tubes pourraient être inclinés par rapport à l'axe de l'élément guide d'ondes en étant parallèles ou non, pour obtenir des résultats sensiblement identiques.
Il est encore à noter que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de tubes de section transversale circulaire. Au contraire, celle-ci pourrait être de toute autre forme appropriée. L'invention n'est également pas limitée à l'utilisation de tubes parcourus par de l'eau. En effet, on pourrait employer des éléments en forme de tiges massifs à condition que le matériau diélectrique les constituant ait une permittivité élevée et un facteur de pertes suffisant.
D'autre part, l'agencement de charge selon l'invention telle que décrite ci-avant est utilisable dans toute application où il s'agit de prévoir à la sortie d'une voie de guide d'ondes une charge devant absorber l'ensemble de l'énergie véhiculée par cette voie. Les figures 8 et 9 illustrent l'application de l'invention à un isolateur monobloc à ferrite 16. Dans ce cas l'agencement de charge est directement monté dans une voie d'un circulateur en étant intégré à son corps, transformant ce circulateur en un isolateur à charge intégrée sensiblement sans changement de dimensions. Ceci permet de supprimer la bride d'assemblage. On obtient ainsi un ensemble ayant des dimensions très réduites. Dans ce cas la paroi de court-circuit est formée par un élément de paroi rapporté.
En se reportant aux figures 1 à 3, il est encore à noter que les excroissances 9 et 11 peuvent être réalisés sous forme d'éléments rapportés et réalisés en un matériau non attaquable par l'eau tel que par exemple en INOX. En utilisant des joints 18 au bout des tubes on évite que l'eau vienne en contact avec le matériau constituant le guide d'ondes, tel que de l'aluminium.

Claims (9)

  1. Agencement de charge de puissance en hyperfréquence, notamment pour dispositif guide d'ondes, du type comprenant un élément guide d'ondes (1) fermé à une extrémité par une paroi de court-circuit (2) et ouvert à l'autre qui est configurée pour être reliée audit dispositif guide d'ondes et un dispositif formant charge (4) en un matériau diélectrique à pertes, placé dans l'espace interne de l'élément guide d'ondes (1) à une certaine distance de la paroi de court-circuit, le dispositif de charge (4) étant configuré pour fonctionner en mode de résonance et comprenant au moins deux résonateurs (6,7) qui ont des pertes diélectriques différentes et sont placés dans l'élément guide d'ondes décalés l'un de l'autre dans la direction perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément guide d'ondes (1), caractérisés en ce que les résonateurs (6, 7) sont disposés à une distance l'un de l'autre dans la direction de cet axe longitudinal, qui ne constitue au maximum qu'un faible décalage (a), et sont choisis de façon à présenter dans la bande de fréquence utile (ΔF) des variations de pertes en fonction de la température (T), de tendances inverses afin d'obtenir un effet de compensation de ces variations.
  2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de charge (4) est placé à une distance prédéterminée de la paroi de court-circuit (2), qui est choisie de façon que la puissance réfléchie à l'entrée du dispositif de charge (4) et la puissance réfléchie par la paroi de court-circuit (2) soient en opposition de phase à ladite entrée.
  3. Agencement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les résonateurs (6, 7) sont placés sensiblement dans un même plan perpendiculaire à l'axe de l'élément guide d'ondes (1).
  4. Agencement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux résonateurs sont inclinés par rapport à l'axe de l'élément guide d'ondes (1).
  5. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de charge comprend, à titre de résonateurs, deux tubes d'eau (6 et 7) qui s'étendent perpendiculairement à l'axe longitudinal (X-X) de l'élément guide d'ondes (1) au moins approximativement dans un même plan tranversal et dont les diamètres sont différents et choisis pour obtenir les variations de pertes précitées de tendances inverses.
  6. Agencement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux tubes (6 et 7) sont légèrement décalés dans l'axe (X-X) de l'élément guide d'ondes pour optimiser le taux de puissance en retour (RL) dans la bande de fréquences utile (ΔF) et dans toute la gamme de température utile.
  7. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois résonateurs disposés sensiblement dans un même plan transversal pour augmenter les pertes par absorption du dispositif de charge.
  8. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on prévoit au moins un deuxième réseau de résonateurs situé approximativement dans un même plan, à une distance d'un quart de la longueur d'onde de propagation du guide d'ondes, afin d'élargir la bande de fréquences utile.
  9. Isolateur à ferrite, caractérisé en ce que l'agencement de charge selon l'une des revendications 1 à 8 est directement monté dans une voie d'un circulateur en étant intégré à son corps, transformant ce circulateur en un isolateur à charge intégrée sensiblement sans chargement des dimensions.
EP19950400324 1994-02-18 1995-02-15 Agencement de charge de puissance en hyperfréquence notamment pour dispositif guide d'ondes et isolateur à ferrite équipée d'un tel agencement Expired - Lifetime EP0668624B1 (fr)

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FR2716576B1 (fr) 1996-05-03
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