EP2325939A1 - Dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence thermiquement optimisé - Google Patents

Dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence thermiquement optimisé Download PDF

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EP2325939A1
EP2325939A1 EP10172203A EP10172203A EP2325939A1 EP 2325939 A1 EP2325939 A1 EP 2325939A1 EP 10172203 A EP10172203 A EP 10172203A EP 10172203 A EP10172203 A EP 10172203A EP 2325939 A1 EP2325939 A1 EP 2325939A1
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EP
European Patent Office
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filters
plate
filter
conducto
multiplexing device
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EP10172203A
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EP2325939B1 (fr
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Joël Lagorsse
Jean-Claude Lacombe
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Thales SA
Original Assignee
Thales 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
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability
    • 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
    • H01P1/2138—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies using hollow waveguide filters

Definitions

  • the present invention relates to a thermally optimized microwave channel multiplexing device and a signal repetition device comprising at least one multiplexing device. It applies in particular to the field of satellite telecommunications and more particularly to satellite signal repetition devices aboard satellites.
  • a repetition device 1 on board a satellite 2 generally comprises microwave signal transmission and reception channels for routing, amplifying and routing the signals between a terrestrial station and users located in specific geographical areas. .
  • the signals received by the receiving antenna 3 are transmitted to a receiver 4 via a reception filter 5 and then amplified by amplifiers 6 and retransmitted, after passing through a filter. transmission 7, by a transmission antenna 8.
  • the bandwidth of the received signal is divided into several sub-bands of reduced width and equal to those of the user channels via of a demultiplexing device 9 conventionally called IMUX (in English Input Multiplexor), and after amplification, the amplified signals are recombined into a single broadband signal.
  • IMUX in English Input Multiplexor
  • the recombination of the signals into a single broadband output signal is generally carried out by means of an output multiplexing device 10 conventionally called OMUX (in English: Output Multiplexor) which comprises several elementary filters 11, each elementary filter having a frequency central and a predefined bandwidth.
  • each filter 11 comprises a signal input 13 and a signal output 14, the filters being connected in parallel to a common output port 15 via a transverse waveguide 16, called a manifold in English, which connects the outputs 14 of all the channels together.
  • Each filter 11 comprises at least a resonant internal cavity or several resonant internal cavities coupled together, for example by means of coupling iris so as to form a channel in which the RF radio frequency signals pass.
  • the various filters 11 of OMUX are conventionally fixed horizontally and parallel to each other on a common support 12, thermally conductive and generally metallic, so that the longitudinal axis Z of each channel is substantially parallel to the plane of the support 12.
  • the longitudinal walls of each cavity are then in contact with the support 12, either directly or via fixing brackets 7, which makes it possible, by thermal conduction, to be able to evacuate the thermal energy dissipated by the cavities of the filter 11 Towards the support 12.
  • the heat flow passes through the support 12 perpendicularly from the filter 11 to heat pipes arranged on a satellite panel.
  • each filter comprises a flexible membrane making it possible to control the volume of the cavity and thus to adjust the operating frequency as a function of the temperature
  • this strong power dissipation may have a penalizing effect on the flexible membrane because this part is highly resistive and generates strong temperature gradients.
  • the filter channels of an OMUX are therefore always dimensioned thermally in relation to the out-of-band mode.
  • a horizontal architecture of the OMUX is well adapted for the control of the thermal gradients of the channels, but remains limiting to meet the new requirements encountered in the context of space applications because on the one hand, in the case of an application requiring very high high power, greater than or equal to 500W, this architecture generates significant thermal flux densities at the interfaces of the out-of-band channel on the heat pipes of the satellite panel which may dry out these heat pipes, on the other hand, this architecture requires great implantation surface in the plane of the support, which is penalizing in the case of a development of payloads in a very limited space.
  • the vertical architecture may be preferred to the horizontal architecture, but it generates thermal gradients much greater than those obtained with a horizontal architecture.
  • a known solution to solve this problem of thermal gradient is to increase the conductive section of each channel by increasing the thickness of the walls of each filter.
  • this requires a consequent addition of material which significantly increases the mass of the OMUX, which is penalizing or even crippling, for space applications.
  • the object of the invention is to provide a mass-optimized microwave channel multiplexing device making it possible to reduce the thermal flux density at the interface of the out-of-band channel, in particular in the case of an application requiring very high power.
  • the invention relates to a device for multiplexing microwave channels comprising a plurality of elementary filters connected in parallel to a common output port via a transverse waveguide, each filter having a fixed lower end on a support common to all the filters and an opposite upper end to the support, an outer peripheral wall, at least one internal cavity defining an internal channel, a signal input connected to the internal cavity and a signal output connected to the guide; transverse wave, characterized in that it further comprises a conducto-radiative device mechanically and thermally coupled to at least two filters, the conducto-radiative device comprising at least one thermally conductive plate and connected to the outer peripheral walls of each of said at least two two filters, the plate being fixed at the upper end of the filters.
  • the plate has recesses cooperating with the outer peripheral walls of said at least two filters so that the outer peripheral walls of said filters are nested in a corresponding recess of the plate.
  • each filter comprises an outer annular flange integral with the outer peripheral wall and the plate is mounted and fixed on the flanges of said at least two filters.
  • each filter comprises a closing cap of the longitudinal channel and the plate is fixed between the annular flange and the cover of said at least two filters.
  • the plate may be equipped with mini-heat pipes comprising a wall of conductive material provided with a circulation circuit of a heat transfer fluid.
  • the plate may comprise two separate walls respectively lower and upper and mini-heat pipes fixed between the two walls.
  • the plate is made of a thermally conductive material chosen from metallic materials or composite materials with a metal matrix reinforced with conductive fibers.
  • the conducto-radiative device may comprise a single thermally conductive plate, connected and fixed to the outer peripheral walls of all the filters.
  • the conducto-radiative device may comprise at least two thermally conductive plates and respectively connected to the outer peripheral walls of a first set of at least two filters and a second set of at least two filters.
  • the conducto-radiative device comprises two plates, the two plates can be thermally coupled to each other.
  • the elementary filters are arranged in parallel on a common support and have their longitudinal axis perpendicular to the common support and the conducto-radiative device is thermally coupled to a single cavity of each channel of the filters.
  • the elementary filters are arranged in parallel on a common support and have their longitudinal axis parallel to the common support and the conducto-radiative device is thermally coupled to all the cavities of each channel of the filters.
  • the invention also relates to a signal repetition device comprising at least one such multiplexing device.
  • the device for multiplexing microwave channels represented on the example of the figure 3 comprises a set of five filters 11 arranged in a vertical architecture of the channels.
  • Each filter 11 shown in detailed view on the Figures 4a , 4b and 4c comprises, along a longitudinal axis Z, an outer peripheral wall 30, a lower end 31 positioned in a base 32, an upper end 33 comprising an upper closure cap 34, the cap 34 being able to be provided with a flexible and deformable part and a fixing flange, and at least one internal cavity 35, 36 disposed between the two ends 31, 33.
  • the filter shown has two internal cavities 35, 36 superimposed along the Z axis.
  • the number and the geometry of the cavities may be different.
  • a filter with three cavities, two of which are aligned along the Z axis and the third coupled on one side, orthogonal to the Z axis.
  • the two internal cavities are electrically coupled together by irises. not shown.
  • the filter 11 comprises an input interface 13 of radio frequency signal RF connected to the upper cavity 36 and an output interface 14 of radio frequency signal RF connected to the lower cavity 35.
  • the bases 32 of each filter 11 of the OMUX are fixed on a common support 12 so that the longitudinal axis of each filter is substantially perpendicular to the support.
  • Each filter operates on a predefined center frequency, different from one filter to another OMUX.
  • the filter may be made of a material with a low thermal expansion rate such as Invar, or the filter may optionally be temperature compensated, and / or possibly comprise a dielectric resonator.
  • the filter shown is thermo-compensated, the cover 34 of each filter 11 comprising a temperature compensation device 44 for automatically changing the volume of the internal cavities 35, 36 of the filter 11 depending on the temperature to stabilize the operating frequency of the filter.
  • This vertical architecture has the advantage of being more compact on the support plane 12 than a horizontal architecture but has the disadvantage, however, in the case where the number of cavities of each filter is greater than one, not having than the lower cavity 35 in contact with the support 12 and it is difficult to evacuate the calories from the parts farthest from the support 12.
  • the heat flow resulting from the dissipation of energy in the upper cavity 36 must pass through the lower cavity 35 before being discharged into the support 12.
  • the lower cavity 35 in contact with the support 12 must therefore absorb its own heat flow and the heat flow dissipated by the upper cavity 36 which generates strong constraints in terms of thermal control of the channel.
  • This vertical architecture therefore has significant thermal gradients that take a considerably increased magnitude when one of the filters is in an out-of-band mode of operation. In this case, the high parts of the out-of-band channel reach very high temperatures while the channels adjacent to this out-of-band channel, operating in a nominal mode, remain at much lower temperatures.
  • the invention consists in mechanically and thermally coupling the channels together, preferably at their hottest part, and increasing the radiative exchanges towards the external environment at OMUX.
  • the exemplary embodiment shown on the figure 3 the most critical case of a vertical architecture of the channels, but the invention can also be applied to a horizontal architecture in the case of an application requiring very high power, as shown in the example of the figure 8 .
  • the hottest part is the upper part of the channels at the cover 34 closing the upper cavity 36 of each filter 11.
  • the invention consists in fixing a conducto-radiative device comprising at least one thermally conductive plate 38 on the peripheral walls external filters.
  • the plate 38 called the conducto-radiative plate, has recesses 39 passing through its entire thickness, the recesses cooperating with the outer peripheral walls of each filter 11 so that the outer peripheral walls 30 of each filter 11 are nested in a recess 39 corresponding plate 38.
  • an outer annular flange 40 is arranged on the outer peripheral walls of each filter, for example at the upper end 33 of the channel of each filter 11, the flanges 40 of all the filters being located in a same plane substantially parallel to the plane of the support 12, and the plate 38 is mounted and fixed on the flanges 40.
  • the plate 38 covers all of the collars 40 of the filters 11 of the OMUX as shown in FIG. figure 5 and is thus in contact with the peripheral walls of each filter.
  • the conducto-radiative plate 38 is made of a thermal, metallic or composite conductive material, such as aluminum, which has the advantage of a low density associated with good thermal conductivity compared to other metallic materials, or a fiber reinforced metal matrix composite material highly conductive.
  • the conducto-radiative plate 38 has recesses 39 arranged facing the channels of each filter 11, the recesses 39 being of dimensions slightly greater than the diameter of each channel so that the plate 38 fits around the walls 30 of the channels and comes press each flange 40.
  • the fixing of the conducto-radiative plate 38 on the flanges 40 can be achieved by any fastening means such as for example by screws. Fixing the covers 34 and any temperature compensation devices 44 is then performed at the end of each channel, above the conducto-radiative plate 38. In this configuration, a single cavity 36 of each filter 11, corresponding to the radiofrequency signal input cavity, is connected to the conducto-radiative plate 38 and thermally coupled to this plate 38.
  • the plate 38 being in contact with the outer peripheral walls 30 of all the channels on the upper part, this allows to couple thermally all the channels between them on their hottest part and direct, by thermal conduction in the peripheral walls 30 of the filters, the thermal flow of a channel that operates in out-of-band mode to the much colder channels that operate in nominal and then play a role of thermal wells.
  • the conducto-radiative plate 38 having an external surface greater than the area occupied by the cumulative upper part of all the channels, also makes it possible to increase the radiative surface of the various channels of the OMUX 10 and to increase the part of the flux global radiative heat of the OMUX 10 towards its environment.
  • the conducto-radiative plate 38 may comprise heat pipes 41 brazed or glued to its outer surface as shown in FIGS. Figures 6a and 6b .
  • the conducto-radiative plate 38 may comprise two separate walls 42, 43, respectively lower and upper, substantially parallel to each other and the heat pipes 41 to be fixed between the two walls 42, 43 of the plate 38.
  • the heat pipes 41 are preferably chosen from micro-heat pipes or mini-heat pipes comprising a wall of conductive material provided with a circulation circuit of a coolant.
  • the pair of materials constituting the wall and the heat pipe fluid can be chosen from copper and water pair, or the aluminum and ethanol pair, or the aluminum and methanol pair.
  • Mini-heat pipes and micro-heat pipes made with these pairs of materials have the advantage of being insensitive to gravity and being able to operate in any position and in particular in a vertical position, especially for ground tests.
  • the various filters 11 of the OMUX 10 are fixed horizontally and parallel to each other on a common support 12 so that the longitudinal axis Z of each filter is substantially parallel to the plane of the support 12, the support constituting the lower part of OMUX.
  • a conducto-radiative plate 38 is mounted and fixed on the longitudinal walls of the filters 11 substantially parallel to the plane of the support 12, on the upper part of the OMUX opposite the support 12.
  • the filters of the OMUX are then arranged between the support 12 and the conducto-radiative plate 38.
  • the conducto-radiative plate 38 has recesses which conform to the walls of the inlet orifices 13 and the outlet orifices 14 of each filter 11. In this configuration, the two cavities 35, 36 of each filter 11 are connected to the conducto-radiative plate 38 and are therefore thermally coupled to each other.
  • the conducto-radiative device comprises a single conducto-radiative plate 38 coupled to all the OMUX filters, but especially in the case of an application to an OMUX comprising filters. substantially different length as shown on the figure 9 it is also possible to use a conducto-radiative device comprising a plurality of conducto-radiative plates coupled respectively to a first set and to a second set of at least two filters of the OMUX.
  • the OMUX comprises several conducto-radiative plates 38, the different plates can be thermally coupled together or independently.

Landscapes

  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Transmitters (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Le dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence comporte plusieurs filtres élémentaires (11) connectés en parallèle sur un accès de sortie commun (15) par l'intermédiaire d'un guide d'ondes transversal (16), chaque filtre (71) comportant une extrémité inférieure (31) fixée sur un support (12) commun à tous les filtres et une extrémité supérieure (33) opposée au support (12), une paroi périphérique externe (30), au moins une cavité interne (35, 36) définissant un canal interne, une entrée (13) de signal connectée à la cavité interne et une sortie (14) de signal connectée au guide d'onde transversal (16). Le dispositif de multiplexage comporte en outre un dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) couplé mécaniquement et thermiquement à au moins deux filtres (11), le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) comportant au moins une plaque (38) conductrice thermiquement, et reliée aux parois périphériques externes (30) de chacun desdits au moins deux filtres (11), la plaque (38) étant fixée au niveau de l'extrémité supérieure (33) des filtres.
Application au domaine des télécommunications par satellite et plus particulièrement aux dispositifs de répétition de signaux embarqués à bord des satellites.

Description

  • La présente invention concerne un dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence thermiquement optimisé et un dispositif de répétition de signaux comportant au moins un dispositif de multiplexage. Elle s'applique notamment au domaine des télécommunications par satellite et plus particulièrement aux dispositifs de répétition de signaux embarqués à bord des satellites.
  • Comme représenté par exemple sur la figure 1, un dispositif de répétition 1 embarqué à bord d'un satellite 2 comporte généralement, des chaînes d'émission et de réception de signaux hyperfréquence destinées à acheminer, amplifier et router les signaux entre une station terrestre et des utilisateurs localisés dans des zones géographiques spécifiques. A la réception, les signaux reçus par l'antenne de réception 3 sont transmis à un récepteur 4 par l'intermédiaire d'un filtre de réception 5 puis amplifiés par des amplificateurs 6 et réémis, après passage au travers d'un filtre d'émission 7, par une antenne d'émission 8. Pour des raisons techniques d'amplification, avant amplification, la largeur de bande du signal reçu est divisée en plusieurs sous-bandes de largeur réduite et égale à celles des canaux utilisateurs par l'intermédiaire d'un dispositif de démultiplexage 9 appelé classiquement IMUX (en anglais Input Multiplexor), et après amplification, les signaux amplifiés sont recombinés en un seul signal à large bande. La recombinaison des signaux en un unique signal de sortie à large bande est généralement réalisée au moyen d'un dispositif de multiplexage de sortie 10 appelé classiquement OMUX (en anglais : Output Multiplexor) qui comporte plusieurs filtres élémentaires 11, chaque filtre élémentaire ayant une fréquence centrale et une largeur de bande prédéfinies.
  • Comme représenté par exemple sur la figure 2, chaque filtre 11 comporte une entrée de signal 13 et une sortie de signal 14, les filtres étant connectés en parallèle sur un accès de sortie commun 15 par l'intermédiaire d'un guide d'ondes transversal 16, appelé manifold en anglais, qui relie les sorties 14 de tous les canaux entre elles. Chaque filtre 11 comporte au moins une cavité interne résonante ou plusieurs cavités internes résonantes couplées entre elles, par exemple par l'intermédiaire d'iris de couplage de façon à former un canal dans lequel transitent les signaux radiofréquence RF.
  • Les différents filtres 11 de l'OMUX sont classiquement fixés horizontalement et parallèlement les uns aux autres sur un support commun 12, conducteur thermiquement et généralement métallique, de façon que l'axe longitudinal Z de chaque canal soit sensiblement parallèle au plan du support 12. Les parois longitudinales de chaque cavité sont alors en contact avec le support 12, soit directement soit par l'intermédiaire d'équerres de fixation 7 ce qui permet, par conduction thermique, de pouvoir évacuer l'énergie thermique dissipée par les cavités du filtre 11 vers le support 12. Classiquement, le flux thermique traverse le support 12 perpendiculairement du filtre 11 vers des caloducs disposés sur un panneau du satellite.
  • En mode de fonctionnement nominal correspondant à un fonctionnement du filtre dans la bande de fréquence pour laquelle il est dimensionné, cette énergie thermique est essentiellement due à des pertes par effets de peau dû à un effet Joule dans les parois du filtre, ces pertes étant dissipées par conduction depuis l'intérieur vers l'extérieur du filtre. Dans un mode de fonctionnement appelé « hors bande » correspondant à une anomalie dans la fréquence d'émission vers un filtre de l'OMUX, le filtre fonctionne en dehors de la bande de fréquence pour laquelle il est dimensionné. Dans ce mode de fonctionnement hors bande, le filtre absorbe et dissipe une forte partie de l'énergie du signal. La puissance dissipée par le filtre en mode de fonctionnement hors bande est de l'ordre de trois plus élevée qu'en mode de fonctionnement nominal. Dans le cas où l'OMUX est du type thermocompensé et où chaque filtre comporte une membrane flexible permettant de contrôler le volume de la cavité et d'ajuster ainsi la fréquence de fonctionnement en fonction de la température, cette forte dissipation de puissance peut avoir un effet pénalisant sur la membrane flexible car cette partie est fortement résistive et génère de forts gradients de température.
  • Les canaux des filtres d'un OMUX sont donc toujours dimensionnés thermiquement par rapport au mode hors bande.
  • Une architecture horizontale de l'OMUX est bien adaptée pour le contrôle des gradients thermiques des canaux, mais demeure limitative pour répondre aux nouvelles exigences rencontrées dans le cadre des applications spatiales car d'une part, dans le cas d'une application nécessitant de très fortes puissances, supérieures ou égales à 500W, cette architecture génère des densités de flux thermiques importantes aux interfaces du canal hors bande sur les caloducs du panneau du satellite ce qui risque d'assécher ces caloducs, d'autre part, cette architecture nécessite une grande surface d'implantation dans le plan du support, ce qui est pénalisant dans le cas d'un aménagement de charges utiles dans un encombrement très limité.
  • Pour résoudre le problème des contraintes de densité de flux sur les caloducs, il est classique de développer des caloducs surdimensionnés, ce qui pénalise l'aménagement de la charge utile du satellite.
  • Pour résoudre le problème d'encombrement de l'OMUX et optimiser son implantation, l'architecture verticale peut être préférée à l'architecture horizontale, mais elle engendre des gradients thermiques beaucoup plus importants que ceux obtenus avec une architecture horizontale. Actuellement, une solution connue pour résoudre ce problème de gradient thermique consiste à augmenter la section conductive de chaque canal par augmentation de l'épaisseur des parois de chaque filtre. Cependant cela nécessite un ajout de matière conséquent qui augmente significativement la masse de l'OMUX, ce qui est pénalisant, voire rédhibitoire, pour des applications spatiales.
  • Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence optimisé en masse permettant de diminuer la densité de flux thermique à l'interface du canal hors bande, notamment dans le cas d'une application nécessitant de très fortes puissances.
  • Pour cela, l'invention concerne un dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence comportant plusieurs filtres élémentaires connectés en parallèle sur un accès de sortie commun par l'intermédiaire d'un guide d'ondes transversal, chaque filtre comportant une extrémité inférieure fixée sur un support commun à tous les filtres et une extrémité supérieure opposée au support, une paroi périphérique externe, au moins une cavité interne définissant un canal interne, une entrée de signal connectée à la cavité interne et une sortie de signal connectée au guide d'onde transversal, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif conducto-radiatif couplé mécaniquement et thermiquement à au moins deux filtres, le dispositif conducto-radiatif comportant au moins une plaque conductrice thermiquement et reliée aux parois périphériques externes de chacun desdits au moins deux filtres, la plaque étant fixée au niveau de l'extrémité supérieure des filtres.
  • Avantageusement, la plaque comporte des évidements coopérant avec les parois périphériques externes desdits au moins deux filtres de façon que les parois périphériques externes desdits filtres soient emboîtées dans un évidement correspondant de la plaque.
  • Préférentiellement, chaque filtre comporte une collerette annulaire externe solidaire de la paroi périphérique externe et la plaque est montée et fixée sur les collerettes desdits au moins deux filtres.
  • Selon un mode de réalisation, l'extrémité supérieure de chaque filtre comporte un capot de fermeture du canal longitudinal et la plaque est fixée entre la collerette annulaire et le capot desdits au moins deux filtres.
  • Avantageusement, la plaque peut être équipée de mini-caloducs comportant une paroi en matériau conducteur munie d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur.
  • Selon un mode de réalisation, la plaque peut comporter deux parois distinctes respectivement inférieure et supérieure et des mini-caloducs fixés entre les deux parois.
  • Avantageusement, la plaque est réalisée dans un matériau conducteur thermique choisi parmi les matériaux métalliques ou les matériaux composites à matrice métallique renforcée par des fibres conductrices.
  • Le dispositif conducto-radiatif peut comporter une seule plaque conductrice thermiquement, reliée et fixée aux parois périphériques externes de tous les filtres.
  • Alternativement, le dispositif conducto-radiatif peut comporter au moins deux plaques conductrices thermiquement et reliées respectivement aux parois périphériques externes d'un premier ensemble d'au moins deux filtres et d'un deuxième ensemble d'au moins deux filtres. Dans le cas où le dispositif conducto-radiatif comporte deux plaques, les deux plaques peuvent être couplées thermiquement entre elles.
  • Selon un mode de réalisation, les filtres élémentaires sont disposés parallèlement sur un support commun et ont leur axe longitudinal perpendiculaire au support commun et le dispositif conducto-radiatif est couplé thermiquement à une seule cavité de chaque canal des filtres.
  • Selon un autre mode de réalisation, les filtres élémentaires sont disposés parallèlement sur un support commun et ont leur axe longitudinal parallèle au support commun et le dispositif conducto-radiatif est couplé thermiquement à toutes les cavités de chaque canal des filtres.
  • L'invention concerne également un dispositif de répétition de signaux, comportant au moins un tel dispositif de multiplexage.
  • D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés qui représentent :
    • figure 1 : un schéma de principe d'un exemple de dispositif de répétition de signaux ;
    • figure 2 : un schéma d'un exemple de dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence à architecture horizontale, selon l'art antérieur ;
    • figure 3 : : un schéma, en cours de montage, d'un exemple de dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence à architecture verticale thermiquement optimisé, selon l'invention ;
    • figure 4a : une vue schématique en coupe d'un exemple de filtre pour un OMUX comportant deux cavités, selon l'invention ;
    • figures 4b et 4c : deux vues schématiques de profil d'un exemple de filtre pour un OMUX, selon l'invention ;
    • figure 5 : un schéma détaillé de dessus d'un OMUX à architecture verticale muni d'une plaque conducto-radiative, selon l'invention ;
    • figures 6a, 6b : deux schémas, en cours de montage et monté, d'une variante de réalisation du dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence à architecture verticale et thermiquement optimisé, selon l'invention ;
    • figures 7a, 7b : deux vues schématiques de détail en perspective et en coupe transversale, d'une variante de réalisation d'une plaque conducto-radiative, selon l'invention ;
    • figure 8: un schéma d'un exemple de dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence à architecture horizontale thermiquement optimisé, selon l'invention ;
    • figure 9 : un schéma d'une variante de réalisation du dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence à architecture verticale et thermiquement optimisé comportant deux plaques conducto-radiatives, selon l'invention.
  • Le dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence, appelé OMUX, représenté sur l'exemple de la figure 3 comporte un ensemble de cinq filtres 11 disposés selon une architecture verticale des canaux. Chaque filtre 11 représenté en vue détaillée sur les figures 4a, 4b et 4c, comporte, selon un axe longitudinal Z, une paroi périphérique externe 30, une extrémité inférieure 31 positionnée dans un socle 32, une extrémité supérieure 33 comportant un capot 34 de fermeture supérieur, le capot 34 pouvant être muni d'une partie flexible et déformable et d'une collerette de fixation, et au moins une cavité interne 35, 36 disposée entre les deux extrémités 31, 33. Sur l'exemple non limitatif de la figure 4a, le filtre représenté comporte deux cavités internes 35, 36 superposées selon l'axe Z. Sur des variantes de topologies de filtre, le nombre et la géométrie des cavités peuvent être différents. Il est par exemple possible d'utiliser un filtre à trois cavités, dont deux sont alignées selon l'axe Z et la troisième couplée sur un côté, orthogonalement à l'axe Z. Les deux cavités internes sont couplées électriquement entre elles par des iris non représentés. Le filtre 11 comporte une interface d'entrée 13 de signal radiofréquence RF relié à la cavité supérieure 36 et une interface de sortie 14 de signal radiofréquence RF connecté à la cavité inférieure 35. Les socles 32 de chaque filtre 11 de l'OMUX sont fixés sur un support commun 12 de façon que l'axe longitudinal de chaque filtre soit sensiblement perpendiculaire au support. Chaque filtre fonctionne sur une fréquence centrale prédéfinie, différente d'un filtre à un autre de l'OMUX. Selon le type de technologie choisie, le filtre peut être réalisé dans un matériau à faible taux d'expansion thermique tel que l'Invar, ou le filtre peut éventuellement être compensé en température, et/ou éventuellement comporter un résonateur diélectrique. Sur l'exemple des figures 4b et 4c, le filtre représenté est thermo-compensé, le capot 34 de chaque filtre 11 comprenant un dispositif 44 de compensation en température permettant de modifier automatiquement le volume des cavités internes 35, 36 du filtre 11 en fonction de la température pour stabiliser la fréquence de fonctionnement du filtre.
  • Cette architecture verticale présente l'avantage d'être plus compacte sur le plan du support 12 qu'une architecture horizontale mais comporte cependant l'inconvénient, dans le cas où le nombre de cavités de chaque filtre est supérieure à un, à n'avoir que la cavité inférieure 35 en contact avec le support 12 et il est difficile d'évacuer les calories des parties les plus éloignées du support 12. En effet, le flux thermique issu de la dissipation d'énergie dans la cavité supérieure 36 doit transiter par la cavité inférieure 35 avant d'être évacué dans le support 12. La cavité inférieure 35 en contact avec le support 12 doit donc absorber son propre flux thermique et le flux thermique dissipé par la cavité supérieure 36 ce qui génère des fortes contraintes sur le plan du contrôle thermique du canal. Cette architecture verticale présente donc des gradients thermiques importants qui prennent une ampleur considérablement renforcée lorsque l'un des filtres se trouve dans un mode de fonctionnement hors bande. Dans ce cas, les parties hautes du canal hors bande atteignent des températures très élevées alors que les canaux adjacents à ce canal hors bande, fonctionnant dans un mode nominal, restent à des températures beaucoup plus basses.
  • Pour améliorer la diffusion des flux thermiques et diminuer les gradients thermiques dans les OMUX dans le mode hors bande, l'invention consiste à coupler mécaniquement et thermiquement les canaux entre eux, de préférence au niveau de leur partie la plus chaude, et à augmenter les échanges radiatifs vers l'environnement extérieur à l'OMUX. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 3 concerne le cas le plus critique d'une architecture verticale des canaux, mais l'invention peut également s'appliquer à une architecture horizontale dans le cas d'une application nécessitant de très fortes puissances, comme représenté sur l'exemple de la figure 8.
  • Dans l'exemple de la figure 3, la partie la plus chaude est la partie supérieure des canaux au niveau du capot 34 fermant la cavité supérieure 36 de chaque filtre 11. L'invention consiste à fixer un dispositif conducto-radiatif comportant au moins une plaque conductrice thermiquement 38 sur les parois périphériques externes 30 des filtres. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, la plaque 38 , appelée plaque conducto-radiative, comporte des évidements 39 traversant toute son épaisseur, les évidements coopérant avec les parois périphériques externes de chaque filtre 11 de façon que les parois périphériques externes 30 de chaque filtre 11 soient emboîtées dans un évidement 39 correspondant de la plaque 38. Avantageusement, une collerette annulaire 40 externe est aménagée sur les parois périphériques externes de chaque filtre, par exemple à l'extrémité supérieure 33 du canal de chaque filtre 11, les collerettes 40 de tous les filtres étant localisées dans un même plan sensiblement parallèle au plan du support 12, et la plaque 38 est montée et fixée sur les collerettes 40. La plaque 38 recouvre alors l'ensemble des collerettes 40 des filtres 11 de l'OMUX comme représenté sur la figure 5 et est ainsi en contact avec les parois périphériques de chaque filtre. La plaque conducto-radiative 38 est réalisée dans un matériau conducteur thermique, métallique ou composite, comme par exemple l'aluminium qui présente l'avantage d'une faible densité associée à une bonne conductivité thermique par rapport aux autres matériaux métalliques, ou un matériau composite à matrice métallique renforcé en fibres hautement conductrices. La plaque conducto-radiative 38 comporte des évidements 39 disposés en regard des canaux de chaque filtre 11, les évidements 39 étant de dimensions légèrement supérieures au diamètre de chaque canal pour que la plaque 38 s'emboîte autour des parois 30 des canaux et vienne s'appuyer sur chaque collerette 40. La fixation de la plaque conducto-radiative 38 sur les collerettes 40 peut être réalisée par tout moyen de fixation tel que par exemple par des vis. La fixation des capots 34 et des éventuels dispositifs de compensation en température 44 est ensuite réalisée en extrémité de chaque canal, au-dessus de la plaque conducto-radiative 38. Dans cette configuration, une seule cavité 36 de chaque filtre 11, correspondant à la cavité d'entrée des signaux radiofréquence, est reliée à la plaque conducto-radiative 38 et couplée thermiquement à cette plaque 38. La plaque 38 étant en contact avec les parois périphériques externes 30 de tous les canaux sur la partie supérieure, cela permet de coupler thermiquement tous les canaux entre eux sur leur partie la plus chaude et de diriger, par conduction thermique dans les parois périphériques 30 des filtres, le flux thermique d'un canal qui fonctionne en mode hors bande vers les canaux beaucoup plus froids qui fonctionnent en mode nominal et jouent alors un rôle de puits thermiques. La plaque conducto-radiative 38 ayant une surface externe plus importante que la surface occupée par la partie supérieure cumulée de tous les canaux, permet également d'augmenter la surface radiative des différents canaux de l'OMUX 10 et d'augmenter la part du flux thermique radiatif global de l'OMUX 10 vers son environnement. Pour augmenter les échanges par conduction et rayonnement et diffuser le flux thermique de façon homogène dans toute la plaque 38, la plaque conducto-radiative 38 peut comporter des caloducs 41 brasés ou collés sur sa surface extérieure comme représenté sur les figures 6a et 6b. Alternativement, comme représenté sur les figures 7a et 7b, la plaque conducto-radiative 38 peut comporter deux parois distinctes 42, 43, respectivement inférieure et supérieure, sensiblement parallèles entre elles et les caloducs 41 être fixés entre les deux parois 42, 43 de la plaque 38. Les caloducs 41 sont préférentiellement choisis parmi les micro-caloducs ou les mini-caloducs comportant une paroi en matériau conducteur munie d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur. Par exemple le couple de matériaux constituant la paroi et le fluide du caloduc peut être choisi parmi le couple cuivre et eau, ou le couple aluminium et éthanol, ou le couple aluminium et méthanol. Les mini-caloducs et les micro-caloducs réalisés avec ces couples de matériaux présentent l'avantage d'être peu sensibles à la gravité et de pouvoir fonctionner dans n'importe quelle position et en particulier en position verticale notamment pour les tests au sol.
  • Dans l'exemple de réalisation représentée sur la figure 8, les différents filtres 11 de l'OMUX 10 sont fixés horizontalement et parallèlement les uns aux autres sur un support commun 12 de façon que l'axe longitudinal Z de chaque filtre soit sensiblement parallèle au plan du support 12, le support constituant la partie inférieure de l'OMUX. Une plaque conducto-radiative 38 est montée et fixée sur les parois longitudinales des filtres 11 sensiblement parallèlement au plan du support 12, sur la partie supérieure de l'OMUX opposée au support 12. Les filtres de l'OMUX sont alors disposés entre le support 12 et la plaque conducto-radiative 38. La plaque conducto-radiative 38 comporte des évidements qui épousent les parois des orifices d'entrée 13 et des orifices de sortie 14 de chaque filtre 11. Dans cette configuration, les deux cavités 35, 36 de chaque filtre 11 sont reliées à la plaque conducto-radiative 38 et sont donc couplées thermiquement entre elles.
  • Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif conducto-radiatif comporte une seule plaque conducto-radiative 38 couplée à tous les filtres de l'OMUX, mais notamment dans le cas d'une application à un OMUX comportant des filtres de longueur sensiblement différentes comme représenté sur la figure 9, il est également possible d'utiliser un dispositif conducto-radiatif comportant plusieurs plaques conducto-radiatives couplées respectivement à un premier ensemble et à un deuxième ensemble d'au moins deux filtres de l'OMUX. Lorsque l'OMUX comporte plusieurs plaques conducto-radiatives 38, les différentes plaques peuvent être couplées thermiquement entre elles ou indépendantes.
  • Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (13)

  1. Dispositif de multiplexage de canaux hyperfréquence comportant plusieurs filtres élémentaires (11) connectés en parallèle sur un accès de sortie commun (15) par l'intermédiaire d'un guide d'ondes transversal (16), chaque filtre (11) comportant une extrémité inférieure (31) fixée sur un support (12) commun à tous les filtres et une extrémité supérieure (33) opposée au support (12), une paroi périphérique externe (30), au moins une cavité interne (35, 36) définissant un canal interne, une entrée (13) de signal connectée à la cavité interne et une sortie (14) de signal connectée au guide d'onde transversal (16), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) couplé mécaniquement et thermiquement à au moins deux filtres (11), le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) comportant au moins une plaque (38) conductrice thermiquement, et reliée aux parois périphériques externes (30) de chacun desdits au moins deux filtres (11), la plaque (38) étant fixée au niveau de l'extrémité supérieure (33) des filtres.
  2. Dispositif de multiplexage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque (38) comporte des évidements (39)-coopérant avec les parois périphériques externes (30) desdits au moins deux filtres (11) de façon que les parois périphériques externes (30) desdits filtres (11) soient emboîtées dans un évidement correspondant de la plaque (38),
  3. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque filtre (11) comporte une collerette annulaire externe (40) solidaire de la paroi périphérique externe (30) et en ce que la plaque (38) est montée et fixée sur les collerettes (40) desdits au moins deux filtres.
  4. Dispositif de multiplexage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure (33) de chaque filtre (11) comporte un capot (34) de fermeture du canal longitudinal et en ce que la plaque (38) est fixée entre la collerette annulaire (40) et le capot (34) desdits au moins deux filtres.
  5. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (38) est équipée de mini-caloducs (41) comportant une paroi en matériau conducteur munie d'un circuit de circulation d'un fluide caloporteur.
  6. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (38) comporte deux parois distinctes (42, 43), respectivement inférieure et supérieure, et en ce qu'elle comporte des mini-caloducs (41) fixés entre les deux parois.
  7. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque (38) est réalisée dans un matériau conducteur thermique choisi parmi les matériaux métalliques ou les matériaux composites à matrice métallique renforcée par des fibres conductrices.
  8. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) comporte une seule plaque (38) conductrice thermiquement, reliée et fixée aux parois périphériques externes (30) de tous les filtres (11).
  9. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) comporte au moins deux plaques (38) conductrices thermiquement et reliées respectivement aux parois périphériques externes (30) d'un premier ensemble d'au moins deux filtres (11), et d'un deuxième ensemble d'au moins deux filtres (11),
  10. Dispositif de multiplexage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux plaques (38) sont couplées thermiquement entre elles.
  11. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filtres élémentaires (11) sont disposés parallèlement sur un support commun (12) et ont leur axe longitudinal (Z) perpendiculaire au support commun (12) et en ce que le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) est couplé thermiquement à une seule cavité de chaque canal des filtres (11).
  12. Dispositif de multiplexage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les filtres élémentaires (11) sont disposés parallèlement sur un support commun (12) et ont leur axe longitudinal (Z) parallèle au support commun (12) et en ce que le dispositif conducto-radiatif (38, 41, 42, 43) est couplé thermiquement à toutes les cavités de chaque canal des filtres (11).
  13. Dispositif de répétition de signaux, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de multiplexage selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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