EP3680982A1 - Joint tournant radiofrequence rf pour dispositif rotatif de guidage d'ondes rf et dispositif rotatif rf incluant un tel joint - Google Patents

Joint tournant radiofrequence rf pour dispositif rotatif de guidage d'ondes rf et dispositif rotatif rf incluant un tel joint Download PDF

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EP3680982A1
EP3680982A1 EP19214965.6A EP19214965A EP3680982A1 EP 3680982 A1 EP3680982 A1 EP 3680982A1 EP 19214965 A EP19214965 A EP 19214965A EP 3680982 A1 EP3680982 A1 EP 3680982A1
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EP
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transmission
axis
varying
external
symmetry
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EP19214965.6A
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Dimitri Vynohradov
Jérôme Brossier
Benjamin Monteillet
Jérôme LORENZO
Nicolas Ferrando
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Centre National dEtudes Spatiales CNES
Thales SA
Original Assignee
Centre National dEtudes Spatiales CNES
Thales SA
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Publication date
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    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
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Definitions

  • the present invention relates to an RF radiofrequency rotary joint (in English "RadioFrequency") having one or more RF radiofrequency transmission channels for connecting a first fixed part of a radio frequency electromagnetic waveguiding device to a second part rotatable relative to the first part of said radiofrequency rotary device and transmitting electromagnetic waves between the first part and the second part of the radiofrequency rotary device including during the rotation of the latter.
  • RadioFrequency in English "RadioFrequency”
  • the present invention also relates to a radio frequency rotary device, for example a rotary RF antenna including such an RF rotating joint.
  • RF rotating joints narrowband or wideband, having one or more RF transmission channels, are useful not only for satellites in low orbit known as “scrolling” which require steerable or pointable antennas (in English “steerable ») But also to geostationary satellites for some of their antennas, such as Earth-facing antennas for example.
  • Such RF rotating joints can also be useful for ground antennas such as for example gateway antennas to one or more satellites of a space system, said antennas being part of access gateway stations, called "gateways" in English.
  • ground antennas such as for example gateway antennas to one or more satellites of a space system, said antennas being part of access gateway stations, called "gateways" in English.
  • a first document FR 3 029 018 describes an RF rotating joint, powered by two exciting, polarizing and diplexing RF chains.
  • This rotary joint of RF transmission consists of two separate parts, respectively fixed and rotary, fitted together without contact, parallel to the longitudinal axis of said joint, the two fixed and rotary parts having a cylindrical axial through opening forming a guide axial cylindrical wave common to the two fixed and rotating parts.
  • the two parts, respectively fixed and rotary, of the rotary joint respectively form a stator and a rotor movable in rotation about the longitudinal axis.
  • the axial cylindrical opening through the rotary joint thus forming a waveguide of circular section, allows, with the particular configuration of the two exciters considered, the propagation of two electromagnetic waves in cross circular polarization between the two RF exciters.
  • a wide band RF transmission rotary joint for a rotary RF antenna is described in the patent application, entitled “Rotating joint for a rotary antenna and rotary antenna comprising such a joint”, filed on September 19 under deposit number FR1700950 , and forming a second document.
  • the rotary RF antenna comprises a first antenna part and a second antenna part, which is rotatable relative to the first part, and the RF rotary joint is configured to connect the first and second parts of the rotary RF antenna, and for transmitting RF electromagnetic signals between said first and second parts.
  • the rotary joint has the overall shape of a ring sector with a variable opening and a ring center, and has an axis of rotation (X) passing through the ring center, a plurality of circumferential directions extending according to concentric circles arranged around the axis of rotation (X).
  • One of the transmission surfaces comprises main means for delimiting the RF electromagnetic signals and the other comprises complementary means for delimiting the RF electromagnetic signals.
  • the rotor is rotatably mounted relative to the stator about the axis of rotation (X) so that in any position of the rotor, at least part of the transmission surface of the rotor is arranged facing at least part of the stator transmission surface, and this without contact between the two parts, except for the external guide devices, for example ball bearings.
  • the facing parts of the transmission surfaces of the rotor and of the stator form between them at least one transmission path of the electromagnetic signals, the transmission path being delimited by the main and complementary delimitation means and extending in a circumferential direction.
  • This RF rotating joint solution is based on the use of meta-materials, by confining the wave in the guide using periodic pads, and behaves like a bent waveguide along the plane of the component in magnetic excitation H of the wave.
  • This solution produced in two parts without contact, is broadband and has good RF performance.
  • the embodiment of the RF rotary joint comprises four RF transmission channels, and proposes a configuration which can be generalized to any number N of transmission channels with a significant impact on the compactness.
  • an RF rotating joint configured according to this embodiment for an antenna of a LEO low orbit satellite mission (in English “Low Earth Orbit”) requiring for example of the order of ⁇ 55 ° of angular range, is not compact.
  • the radius of curvature of this type of RF joint cannot be made too small since the RF performance is directly impacted and degraded, and a minimum internal diameter of the joint of approximately five wavelengths must be respected.
  • the volume of such an RF rotating joint increases very quickly when the number of channels increases.
  • the configurations of RF rotary joints known to date do not allow the entire Ka band to be passed in Tx transmission and Rx reception for two different polarizations of RF electromagnetic waves with sufficient radio adaptation performance and a small spatial requirement, as well as a large angular movement, typically ⁇ 55 degrees.
  • the joint configurations which use meta-materials in the form of periodic networks of pads require a very large number of pads, for example 1500 pads for a set of two transmission channels Tx and two reception channels Rx, which results in long and costly machining.
  • this known RF rotating joint has a mechanical stop which limits the possibilities of stacking the associated piloted antenna.
  • a first technical problem is to reduce the size of a broadband RF transmission rotary joint, in particular along the radial direction of extension of the joint and / or overall according to all of the directions of extension of the joint.
  • a second technical problem is to increase the number of RF transmission channels, i.e. also the number of RF accesses, of a space-saving wideband RF transmission rotary joint.
  • a first underlying concept of the invention is to use meta-materials to replace the metal walls for confining the electromagnetic waves of one or more rotating RF waveguides and to make the waveguide (s) rotating.
  • RF contactless according to the principle of the waveguide opening in the form of a groove or groove (in English "groove gap waveguide"), described for example in the document of Eva Rajo-Iglesias et al., Entitled “Groove Gap Waveguide: A Rectangular Waveguide Between Contactless Metal Plates Enabled by Parallel-Plate Cut-Off", and published in Proceedings of the Fourth European ConfInterle on Antenna and Propagation, 08 July 2010 .
  • a second underlying concept of the invention is to choose a guiding structure for the curved sliding waveguide RF according to the plane E as an electrical component of the electromagnetic field instead of the H plane as a magnetic excitation component of the same electromagnetic field. , which allows for a smaller radial radius of curvature and a much more compact RF rotary joint.
  • an RF radiofrequency rotating joint 2 according to the invention here comprises a single RF transmission channel 4.
  • the RF radiofrequency rotating joint 2 is configured to mechanically connect between them first and second parts 6, 8 of a rotary device 10 for RF waveguides, for example of a rotary RF antenna, shown diagrammatically and only on the Figure 1A to simplify reading, and to transmit RF electromagnetic signals between said first and second parts 6, 8 of the rotary antenna 10.
  • the first external part 12 has a first internal metallic surface 22 for transmitting the RF electromagnetic signals, here having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1 equal to the radius of the cylindrical hole 14.
  • the second inner part 18 has a second external metallic surface 28 for transmitting RF electromagnetic signals, here having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to the first internal transmission surface 22 around the axis (Z) 16, according to an angular displacement angle ⁇ , included in a predetermined angular opening range 30.
  • the first internal transmission surface 22 here comprises a single first RF access port 32 and first means 34 for confining and guiding the electromagnetic RF signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with electrically conductive surfaces. .
  • the second external transmission surface 28 here comprises a single second RF access 38 and second means 40 for confining and guiding the electromagnetic RF signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with electrically conductive surfaces.
  • the first curved sliding RF waveguide 42 is delimited in radial height or small side b between a first circumferential metallic track 46 and a second circumferential metallic track 48 of the first and second metallic surfaces 22, 28, in axial height or large side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two lateral walls 52, 54 of confinement and guide, spaced apart by said width a , and lengthwise along the circumferential direction between a first circumferential end wall 62 and a second circumferential end wall 64, disposed respectively near the first RF access port 32 and the second RF access port 38, away from a reference mid-plane around which the angular movement has location.
  • the side walls 52 and 54 containment and guidance, spaced apart by the width a, are each formed of a one or two-dimensional network of metal studs 68, spaced periodically at a spacing pitch p and having a height h p .
  • the spacing pitch of the studs is less than or equal to a fraction of the wavelength and the height hp of the studs checks the relationship: r 1 - r 2 - ⁇ 4 ⁇ h p ⁇ r 1 - r 2
  • the rows or lines of studs 68 thus dimensioned form lateral walls for confining and guiding the electromagnetic field which replace conventional metal walls of small side b of the first sliding waveguide and prevent the field from leaving.
  • the studs with an electrically conductive surface of the two lateral confinement and guide walls of the same first curved sliding waveguide are slender and can protrude, either from the same circumferential transmission surface taken from among the first and second circumferential transmission surfaces of said first curved sliding waveguide as described in the Figures 4A and 4C , either from the two circumferential transmission surfaces of said first curved sliding waveguide due to a different circumferential transmission surface per side wall as described on the Figure 4B , or by interlacing the studs from the two circumferential transmission surfaces for at least one side wall taken from the two side walls.
  • the two circumferential end walls 62, 64 for confining the first curved sliding RF waveguide 52, arranged on either side of the first and second RF access ports 32, 38 are each formed of a uniform network. or two-dimensional metal studs spaced periodically with the same dimensioning in terms of spacing pitch p and height hp.
  • the rows of studs thus dimensioned form end walls in the length of confinement of the electromagnetic field between the first and second RF access ports which replace conventional metal walls of small side b of the first curved sliding waveguide and prevent the field to exit on the circumferential ends while allowing contactless sliding between the first transmission surface and the second transmission surface.
  • the studs of the two end walls are slender and project from the first transmission surface for the first end wall associated with and arranged in the vicinity of the first RF access, and from the second transmission surface for the second end wall associated with and disposed in the vicinity of the second RF access.
  • the studs of the end walls of the first curved sliding waveguide RF 42 of the RF transmission channel 4 are formed by rows or circumferential lines 72, 73, 74, 75, 76, 78 of studs arranged in a comb so as to allow free mechanical crossing of the first and second end walls 62, 64 when the first and second parts 12, 18 rotate between them while ensuring their function of confining electromagnetic waves.
  • the first curved sliding waveguide RF 42 of the RF rotary joint according to the invention differs from a curved sliding RF waveguide of the known RF rotating joint described in the second document cited in that the deformation of the RF confinement and guide structure is effected along the plane E of the electrical component of the electromagnetic waves instead of the H plane of the magnetic component of said same waves.
  • This thus makes it possible to obtain a radius of curvature of the first and second transmission surfaces which is much smaller and consequently a structure of the RF rotary joint which is much more compact in volume.
  • such a structure requires having confinement pads on a curved surface instead of a flat surface as for the RF rotary joint known from the second document.
  • the structure of the curved sliding waveguide RF 82, used to produce the rotary joint RF 84 known from the second document cited, has a non-zero curvature of the H plane of the magnetic excitation component of the wave electromagnetic while the extension planes of the first and second tracks 86, 88 on the long side a of the curved sliding waveguide RF 82 are planar and perpendicular to the axis of rotation (Z) of the rotary joint RF 82.
  • the walls short side b of the curved sliding waveguide, formed by lateral confinement walls 90, 92 are here straight sections of concentric cylindrical surfaces around the axis of rotation (Z) of the RF rotary joint 82.
  • the structure of the first curved sliding waveguide RF 42, used to produce the rotary joint RF 2 according to the invention of Figures 1A and 1B has a non-zero curvature of the plane E of the electric field component of the electromagnetic wave, while the planes of extension of the short side walls b of the same first curved sliding waveguide RF 42, formed by the walls lateral containment 52, 54, are planar and perpendicular to the axis of rotation (Z) of the RF rotary joint according to the invention.
  • the long sides a formed by the first and second circumferential tracks 22, 28, are here straight sections of concentric cylindrical surfaces around the axis of rotation (Z) of the RF rotary joint.
  • the surfaces 22 and 28 of the first curved sliding waveguide 42 of the Figure 6B are significantly closer to each other than the surfaces 90 and 92 of the curved sliding waveguide 82 of the Figure 6A corresponding to the design and structure of the second document cited, with for example a “long side to small side” ratio equal to 4/1. Consequently, the RF transmission parameters such as the Standing Wave Rate (TOS) (in English SWR for Standing Wave Ratio) which depend on it will be less degraded in the configuration of the first curved sliding waveguide of the Figure 6B as in the configuration of the state of the art as described in the second document cited and the Figure 6A , with equivalent radius of curvature.
  • TOS Standing Wave Rate
  • Plan E curvature configuration according to the invention makes it possible to reduce the size of the rotating RF waveguide, overall and in particular in the plane transverse to the axis of rotation (Z), without however greatly degrading. the waveguide TOS.
  • the rotary joint RF 2 according to the invention based on the use of an electric plane curved sliding waveguide E will therefore have as a particularity an electric field E radial, unlike a curved sliding rotary joint RF 82 of the state art using a plane curved waveguide in magnetic excitation H, whose electric field is axial along the axis of rotation (Z).
  • an RF radiofrequency rotating joint 202 according to the invention comprises a first RF transmission channel 204 and a second RF transmission channel 206.
  • the RF rotary joint 202 is configured to mechanically connect between them first and second parts of a rotary device for guiding RF waves and to transmit RF electromagnetic signals between said first and second parts of the rotary antenna.
  • the first external part 212 comprises a first internal surface 222, electrically conductive, of transmission of the electromagnetic signals RF, having here a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1, equal to the radius of the cylindrical hole 214.
  • the second inner part 218 comprises a second external surface 228, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, here having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to to the first internal transmission surface 222 around the axis (Z) 16, according to an angular displacement angle ⁇ , included in a predetermined angular opening range 230.
  • the first internal transmission surface 222 here comprises a first RF access port 232, a second first RF access port 233, and first means 234, for confining and guiding RF electromagnetic signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with electrically conductive surfaces.
  • the second external transmission surface 228 here comprises a first second RF access port 238, a second second RF access port 239, and second means 240 based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the first first curved sliding rotating waveguide RF 242 is delimited in radial height or small side b between two first first metal tracks 246, 248 of the first and second transmission surfaces 222, 228, in axial height or large side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two first first lateral containment and guide walls spaced apart from said width a, and in length in the circumferential direction between two first first circumferential end walls, arranged for one near the first first RF access port and for the other near the first second access port RF, without one of them interposing between the first two RF access ports.
  • the second first curved sliding waveguide RF 243 is delimited in radial height or small side b between two second first metal tracks 250, 252 of the first and second transmission surfaces 222, 228, in axial height or large side a according to the direction of the axis of symmetry (Z) between two second first lateral containment and guide walls spaced apart from said radial height a , and lengthwise in the circumferential direction between two second first circumferential end walls, arranged for one near the second first first RF access port and for the other near the second second RF access port, without one of them interposing between the second second first and second RF ports d 'access.
  • the first outer part has a first internal surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1 equal to the radius of the hole.
  • the second inner part has a second external surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to the first internal transmission surface around the axis (Z), according to an angular displacement angle ⁇ , included in a predetermined angular opening range.
  • the first internal transmission surface comprises N first RF access ports and first means for confining and guiding the RF electromagnetic signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with an electrically conductive surface.
  • the second external transmission surface comprises N second RF access ports and second means for confining and guiding the RF electromagnetic signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with an electrically conductive surface.
  • Each curved RF sliding waveguide associated specifically with an RF transmission channel numbered by an index i, i between 1 and N, is delimited in radial height or small side b between a first track and a second track of rank i of the first and second transmission surfaces, cut in the middle by a same transverse plane PL1, in axial height or long side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two first lateral confinement and guide walls spaced apart by said width a , and in length along the circumferential direction of the circle transverse between two first circumferential end walls, arranged for one near the first associated RF access port and for the other near the second associated RF access port, without one of these first two end walls are not interposed between said first two RF access ports.
  • an RF radio frequency rotating joint 302 according to the invention comprises a first RF transmission channel 304 and a second RF transmission channel 306.
  • the RF rotary joint 302 is configured to mechanically connect between them first and second parts of a rotary device for guiding RF waves and to transmit RF electromagnetic signals between said first and second parts of said rotary device for guiding.
  • the first external part 312 comprises a first internal metallic surface 322 for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1, equal to the radius of the cylindrical hole 314.
  • the second inner part 318 has a second metallic external surface 328 for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to the first surface internal of transmission 322 around the axis (Z), according to an angular displacement angle ⁇ , included in a predetermined angular opening range 330.
  • the first internal transmission surface 322 here comprises a first first RF access port 332, a second first RF access port 333, and first means 334 based on meta-materials, for confining and guiding RF electromagnetic signals .
  • the second external transmission surface 328 here comprises a first second RF access port 338, a second second RF access port 339, and second means 340 based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the first curved sliding first waveguide RF 242 is delimited in radial height or small side b between two first first metal tracks 352, 354 of the first and second transmission surfaces 322, 328 cut by the first transverse plane PL1, in height axial or large side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between the first two first lateral walls 356, 358 of confinement and guidance spaced apart by said width a , and lengthwise along the circumferential direction between the first two first walls of circumferential end 360, 361, arranged for one near the first first RF access port and for the other near the first second RF access port, without one of them s between the first two RF access ports.
  • the second first curved sliding rotating waveguide RF 343 is delimited in radial height or small side b between two second first metal tracks 362, 364 of the first and second transmission surfaces 322, 328 cut by the second transverse plane PL2, axial height or long side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) 316 between two second first side walls 358, 368, of confinement and guide spaced apart by said width a , and lengthwise along the circumferential direction between two second first circumferential end walls 370, 371 arranged for one near the second first RF access port and for the other near the second second RF access port, without one of them do not come between the second two first and second RF access ports.
  • the first external part has a first internal surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1 equal to the radius of the cylindrical hole.
  • the second interior part comprises a second electrically conductive external surface, for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to the first surface. internal transmission around the axis of symmetry (Z), according to an angular displacement angle a, included in a predetermined angular opening range.
  • the first internal transmission surface includes N first RF access ports and first means based on meta-materials, for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the second external transmission surface comprises N second RF access ports and second means based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • Each first curved sliding RF waveguide, associated in its own right with an RF transmission path Vi, is delimited in radial height or small side b between a first metallic track and a second metallic track of rank i of the first and second transmission surfaces. , cut in the middle by a different transverse plane, in axial height or large side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two first lateral confinement and guide walls spaced apart by said width a , and in length in the circumferential direction of the associated transverse circle between two first circumferential end walls, one arranged near the first associated RF access port and the other near the first second associated RF access port, without one of these first two end walls interposing between said first two RF access ports.
  • the RF rotary joint 402 is a rotary joint which comprises four RF transmission channels, two Rx 404, 406 receiving channels and two Tx 408, 410 transmitting channels, with four RF input ports 414, 416, 418, 420 , located on the first annular outer part 422 here forming a stator, and with four RF output ports 424, 426, 428, 430, located on the second cylindrical inner part 432 here forming a rotor, the four RF transmission channels 404, 406, 408, 410 being produced here using the first four curved sliding RF waveguides, not visible on the Figure 9 and possibly broadband, two curved sliding waveguides dedicated to the two RF transmission channels in reception Rx being angularly distributed on the same first first circumferential track at a first longitudinal level L1, and two curved sliding RF waveguides to the two transmission channels RF in
  • the first external part has a first internal surface, electrically conductive for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a first radius r1 equal to the radius of the cylindrical hole.
  • the second interior part has a second external surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly less than the first internal radius r1, and movable in rotation relative to the first internal transmission surface around the axis of symmetry (Z), according to an angular displacement angle a, included in a predetermined angular opening range.
  • the first internal transmission surface comprises N first RF access ports and first means, for confining and guiding the electromagnetic RF signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with an electrically conductive surface.
  • the second external transmission surface comprises N second RF access ports and second means for confining and guiding the RF electromagnetic signals, using meta-materials such as for example periodic structures of pads with an electrically conductive surface.
  • Each first curved sliding RF waveguide, associated in its own right with an RF transmission channel Vi is delimited in radial height or small side b between a first metallic track and a second metallic track of rank i of the first and second transmission surfaces. , cut in the middle by a different transverse plane, in axial height or large side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two first lateral confinement and guide walls spaced apart by said width a , and in length in the circumferential direction of the associated transverse circle between two first circumferential end walls, arranged for one near the first associated RF access port and for the other near the first second associated RF access port, without that one of these first two end walls is interposed between said first two RF access ports.
  • a first relative angular position 492 of the second cylindrical part, here forming a rotor, relative to the first annular part, here forming a stator, of the rotary joint RF 402 of the Figure 10 corresponds to an extremal angular movement in a direction of rotation, here the trigonometric direction on the Figure 11A .
  • a second relative angular position 494 of the rotary joint RF 402 of the Figure 10 corresponds to a neutral or reference position in which the angular movement is zero.
  • a third relative angular position 496 of the rotary joint RF 402 of the Figure 9 corresponds to an extremal angular movement in the other direction of rotation, here clockwise on the Figure 11C .
  • the two RF ports for external connection to a mobile part of the antenna arranged here inside the central hole of the first annular part belong to and are fixed to the second cylindrical part forming a rotor.
  • the second part of cylindrical external shape, is provided with studs forming lateral or end walls to confine and guide the electromagnetic waves in the joint, and that the cylindrical external surface of extension of the top faces studs have a radius less than the internal radius r1 of the internal transmission surface of the first annular face here forming a stator.
  • the day formed between the first and second transmission surfaces allows the second part forming the rotor to slide and pivot inside the first annular part forming the stator, and makes it possible to produce curved sliding waveguides RF contactless. to transmit electromagnetic waves while the seal is rotating.
  • the geometry of the seal it is possible to modify the geometry of the seal according to the requirements of the angular range of movement. For example, if the desired deflection angle is smaller, it is possible to put three RF transmission channels instead of two without necessarily changing the internal diameter of the ring or ring of the first annular part. Otherwise, by reasonably increasing the internal diameter of the ring, it can be envisaged to accommodate 4, 6 or even more RF access ports inside the first and second parts, which makes it possible to transmit 4, 6 or more of RF transmission channels in a single RF rotating joint, for example in the case of a geostationary application with an angular range of travel equal to ⁇ 9 °.
  • an RF radio frequency rotating joint 502 according to the invention here comprises a single RF transmission channel 504.
  • the RF 502 radio frequency rotating joint is configured here to mechanically connect first and second parts of a rotary device for guiding RF waves, for example a rotary RF antenna, and to transmit RF electromagnetic signals on a channel. single RF transmission V1 504 between said first and second parts of said RF rotary device.
  • the first external part 512 comprises a first internal surface 522, electrically conductive, of transmission of the electromagnetic signals RF, located at a first level L1 along the longitudinal axis L1 and having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1, equal to the radius of the cylindrical hole 514.
  • the second interior part 518 has a second external surface 528, electrically conductive for transmitting RF electromagnetic signals, located at the first level L1 along the longitudinal axis (Z) and having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly smaller than the first internal radius r1, opposite and movable in rotation relative to the first internal transmission surface 522, and a third external surface 530, electrically conductive metallic, of transmission of RF electromagnetic signals, located at a second level L2 along the longitudinal axis L2 and having a cylindrical shape, defined by a third external radius r3.
  • the third part 520 exterior, has a fourth internal surface 532, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, located at the second level L2 along the longitudinal axis (Z) and having a cylindrical shape, defined by a fourth radius internal r4, strictly greater than the third external radius r3, opposite and mobile in rotation relative to the third external surface 530, and mobile around the axis of symmetry (Z), according to an angular displacement angle a , included in a predetermined angular opening range 534.
  • the first internal transmission surface 522 here comprises a first RF access port 542 and first means 544 based on meta-materials, for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the second external transmission surface 528 here comprises a second RF access 546 and second means 548 based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the third external transmission surface 530 here comprises a single third RF access 550 and third means 552 based on meta-materials for confining and guiding the electromagnetic RF signals.
  • the fourth internal transmission surface 532 here comprises a single fourth RF access 554 and fourth means 556 based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the first curved sliding RF waveguide is delimited in radial height or short side b between a first metallic track and a second metallic track of the first and second metallic surfaces, in axial height or long side a in the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two transverse lateral confinement and guide walls spaced by said width a on either side of the transverse circle situated in the transverse plane having a first predetermined level, and in length along the circumferential direction between a first circumferential end wall and a second circumferential end wall, disposed respectively near the first RF access port and the second RF access port.
  • the second curved sliding RF waveguide is delimited in radial height or short side b between a third metallic track and a fourth metallic track of the third and fourth transmission surfaces, in width or long side a in the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two lateral confinement and guide walls spaced apart by said width a , and lengthwise in the circumferential direction between a first circumferential end wall and a second circumferential end wall, disposed respectively near the first RF access port and second RF access port.
  • the first external part has a first internal surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, located at a first level L1 along the longitudinal axis L1 and having a cylindrical shape, defined by a first internal radius r1, equal to radius of the cylindrical hole.
  • the second interior part has a second electrically conductive external surface for transmitting RF electromagnetic signals, located at the first level L1 along the longitudinal axis (Z) and having a cylindrical shape, defined by a second external radius r2, strictly smaller than the first internal radius r1, facing and movable in rotation relative to the first internal transmission surface, and a third external metal surface for transmitting the RF electromagnetic signals, located at a second level L2 along the longitudinal axis L2 and having a cylindrical shape, defined by a third external radius r3.
  • the third outer part has a fourth internal surface, electrically conductive, for transmitting RF electromagnetic signals, located at the second level L2 along the longitudinal axis (Z) and having a cylindrical shape, defined by a fourth internal radius r4, strictly greater than the third external radius r3, opposite and movable in rotation relative to the third external surface 530, and movable, around the axis of symmetry (Z) according to an angular displacement angle ⁇ , included in a internal angular opening range 534 predetermined.
  • the first transmission surface includes N first RF access ports and first means for confining and guiding the RF electromagnetic signals.
  • the second external transmission surface comprises N second RF accesses and second means for confining and guiding the RF electromagnetic signals.
  • the third external transmission surface comprises N third RF access ports and third means for confining and guiding the electromagnetic RF signals
  • the fourth internal transmission surface includes N fourth RF access ports and fourth means for confining and guiding the RF electromagnetic signals.
  • the first curved sliding RF waveguide of each RF transmission channel Vi is delimited in radial height or small side b between a first metal track and a second metal track of the first and second transmission surfaces RF, in axial height or long side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two transverse lateral walls of containment and guidance spaced apart by said width a on either side of the first transverse circle situated at the first predetermined level L1i, and in length in the circumferential direction between a first circumferential end wall and a second circumferential end wall, disposed respectively at proximity to the first RF access port and the second RF access port.
  • the second curved sliding RF waveguide of each RF transmission channel Vi is delimited in radial height or small side b between a third metal track and a fourth metal track of the third and fourth transmission surfaces RF, in axial height or long side a along the longitudinal direction of the axis of symmetry (Z) between two transverse lateral walls of confinement and guide spaced apart by said width a on either side of the second transverse circle located on the second predetermined level L2i, and in length in the circumferential direction between a first circumferential end wall and a second circumferential end wall, disposed respectively near the first RF access port and the second RF access port.
  • the first external part has N first RF terminals for external track connection, connected respectively one by one to the N first RF access ports of the N first guides corresponding curved RF sliding wave from the first RF transmission surface through N separate first corresponding transition links, crossing the first outer part.
  • the second interior part comprises N second RF terminals for external connection of channels, respectively connected one by one to the N second RF access ports of the first corresponding RF curved sliding waveguides of the second RF transmission surface through N separate second corresponding transition links which pass longitudinally and internally through the second interior part.
  • the N second RF terminals for external connection of the second interior part are arranged and distributed on one side only on one of the first and second end and end faces of the cylinder forming the second interior part, or two sides on the first face and the second end and end face of the cylinder forming the second interior part.
  • the first external part and the second internal part can be respectively a stator and a rotor or can be reciprocally a rotor and a stator.
  • the third external part comprises N second RF terminals for external connection of RF transmission channel, connected respectively one by one to the N fourth RF access ports of the N second guides. corresponding RF curved sliding waveforms from the fourth RF transmission surface through N distinct second corresponding transition links, crossing the third outer part.
  • the first external part and the third external part can be a stator and a rotor respectively or can reciprocally be a rotor and a stator.
  • cylindrical shapes of the first, second, and / or third, fourth transmission surfaces of the RF rotary joints of the invention described above can be generalized to shapes of surfaces of revolution about the axis. of symmetry (Z) each formed by a succession of sections of surfaces of revolution around the longitudinal axis (Z) forming circumferential tracks at different axial levels which may have different or equal radii.
  • an RF radiofrequency rotary joint is configured to mechanically and radio-electrically connect between them first and second parts of a rotary device for guiding RF waves, and to transmit electromagnetic signals RF between said first and second parts of said rotary RF waveguiding device.
  • the first internal surface for transmitting electromagnetic signals comprises a succession of a predetermined number NC, greater than or equal to 1 and less than or equal to N, first sections of surfaces of revolution around the axis (Z), located at first different levels L1 (k), k varying from 1 to NC, along the longitudinal axis of symmetry (Z) around the first internal radius (s) r1 (k) associated , k varying from 1 to NC, and comprises N first RF access port (s) and first means, based on meta-materials, for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the second external surface for transmitting RF electromagnetic signals comprises a succession of NC second sections of surfaces of revolution around the axis (Z), located respectively at the first different levels L1 (k), k varying from 1 to NC, along of the longitudinal axis of symmetry (Z) around the second external mean radius (s) r2 (k) associated (s), k varying from 1 to NC, strictly less than (x) first internal radius (s) corresponding (s) r1 (k), and includes N second RF access ports and second means based on meta-materials for containment and guidance of RF electromagnetic signals.
  • the guiding in rotation of the part forming the rotor relative to the part forming the stator can be carried out with at least one electric motor, preferably an electric stepping motor.
  • the electric stepper motor makes it possible to select an angular position relative to another without using external telemetry.
  • the material used to confine and guide the RF electromagnetic waves is an electrical conductor, for example a metal, and the electrical insulator used inside the waveguide (s) is vacuum or air.
  • the electrical power on transmission enabled by an RF rotary joint according to the invention as described above, is compatible with terrestrial or ground applications and space applications, on board a satellite.
  • the RF rotary joint according to the invention described above in the various embodiments is a compact joint, without contact with very good RF performance both in terms of insertion losses and in terms of decoupling between the transmission channels.
  • a typical use of the RF rotary joint according to the invention is that of an RF rotary joint with four RF transmission channels, two channels in Tx transmission band and two channels in Rx reception band, operating in broadband (typically 2.5 GHz band). It has also been described a use with a greater number N of channels applicable to multi-spot or multi-beam antenna configurations.
  • the second interior part further comprises a third external surface for transmitting RF electromagnetic signals, electrically conductive, with symmetry of revolution about the longitudinal axis (Z) over the angular interval of extension.
  • the third external part has a fourth internal surface for transmitting RF electromagnetic signals, electrically conductive, with symmetry of revolution about the longitudinal axis (Z) over the angular interval of extension, arranged without mechanical contact in contact. opposite the third external and mobile surface around the longitudinal axis (Z) over the predetermined angular rotation interval.
  • the third external RF transmission surface comprises a succession of NC third sections of surfaces of revolution around the axis (Z), located at different second levels L2 (k), k varying from 1 to NC, along the longitudinal axis of symmetry (Z) around third (s) associated external radius (s) r3 (k) associated, k varying from 1 to NC, and includes N third port (s) d RF access and third means based on meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.
  • the fourth internal RF transmission surface comprises a succession of NC fourth (s) section (s) of surfaces of revolution around the longitudinal axis (Z), located respectively at the second different different levels L2 (k), k varying from 1 to NC, along the longitudinal axis (Z) around fourth (s) internal mean radius (s) r4 (k) associated (s), k varying from 1 to NC, strictly less than the third corresponding external radius (s) corresponding to r3 (k), and includes N fourth RF access port (s) and fourth means to basis of meta-materials for confining and guiding RF electromagnetic signals.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)

Abstract

Un joint tournant RF autour d'un axe de rotation (Z) comporte un nombre N, supérieur ou égal à 1, de voies de transmission RF, une première surface interne de symétrie de révolution autour de l'axe (Z) et de transmission RF ayant un premier rayon interne r1, et une deuxième surface externe de symétrie de révolution autour de l'axe (Z) et de transmission RF ayant un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur audit premier rayon interne r1.Les première et deuxième surfaces de transmission RF en vis-à-vis et mobiles en rotation autour de l'axe (Z) sont configurées au travers des premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premier et deuxième accès RF, et la géométrie des premier et deuxième moyens de confinement et guidage RF, de sorte que :- chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde tournant RF, et- les N premiers d'onde tournants RF sont répartis angulairement sur un nombre NC prédéterminé, supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à N, de tronçons de surfaces de révolutions autour de l'axe (Z) de la deuxième surface de transmission RF,chacun des NC tronçon(s)) étant situé(s) le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) à un niveau différent L1(k) prédéterminé.

Description

  • La présente invention concerne un joint tournant radiofréquence RF (en anglais « RadioFrequency ») ayant une ou plusieurs voies de transmission radiofréquence RF pour raccorder une première partie fixe d'un dispositif rotatif radiofréquence de guidage d'ondes électromagnétiques à une deuxième partie rotative par rapport à la première partie dudit dispositif rotatif radiofréquence et transmettre des ondes électromagnétiques entre la première partie et la deuxième partie du dispositif rotatif radiofréquence y compris pendant la rotation de ce dernier.
  • La présente invention concerne également un dispositif rotatif radiofréquence, par exemple une antenne RF rotative incluant un tel joint tournant RF.
  • De manière générale, les joints tournants RF, à bande étroite ou large bande, ayant une ou plusieurs voies de transmission RF, sont utiles non seulement aux satellites en orbites basse dits «défilants » qui requièrent des antennes dirigeables ou pointables (en anglais « steerable ») mais également aux satellites géostationnaires pour certaines de leurs antennes, comme des antennes de face Terre par exemple.
  • De tels joints tournants RF peuvent également être utiles à des antennes sol comme par exemple des antennes passerelles à un ou plusieurs satellites d'un système spatial, lesdites antennes faisant partie de stations passerelles d'accès, dénommées « Gateways » en anglais.
  • Parmi les structures de joints tournants RF connues, un premier document FR 3 029 018 décrit un joint tournant RF, alimenté par deux chaines RF excitatrices, polarisantes et diplexantes. Ce joint tournant de transmission RF est constitué de deux parties distinctes, respectivement fixe et rotative, emmanchées entre elles sans contact, parallèlement à l'axe longitudinal dudit joint, les deux parties fixe et rotative comportant une ouverture axiale cylindrique traversante formant un guide d'onde cylindrique axial commun aux deux parties fixe et rotative. Les deux parties, respectivement fixe et rotative, du joint tournant forment respectivement un stator et un rotor mobile en rotation autour de l'axe longitudinal. L'ouverture axiale cylindrique traversante du joint tournant formant ainsi un guide d'onde à section circulaire, permet, avec la configuration particulière des deux excitateurs considérés, la propagation de deux ondes électromagnétiques en polarisation circulaire croisée entre les deux excitateurs RF.
  • Toutefois, le joint tournant RF décrit dans ce premier document présente plusieurs inconvénients, parmi lesquels :
    • une limitation de la bande passante utile de fréquences, inférieure à 1 GHZ ; et
    • un nombre limité des voies de transmission RF, ici deux voies RF émission Tx et deux voies RF réception Rx, difficilement extensibles ; et
    • une complexité de réalisation.
  • Afin de remédier aux inconvénients précités, un joint tournant de transmission RF large bande pour une antenne RF rotative est décrit dans la demande de brevet, intitulée «Joint tournant pour une antenne rotative et antenne rotative comportant un tel joint », déposée le 19 septembre sous numéro de dépôt FR1700950 , et formant un deuxième document. L'antenne RF rotative comporte une première partie d'antenne et une deuxième partie d'antenne, rotative par rapport à la première partie, et le joint tournant RF est configuré pour raccorder les première et deuxième parties de l'antenne RF rotative, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties. Le joint tournant présente la forme globale d'un secteur d'anneau avec une ouverture variable et un centre d'anneau, et comporte un axe de rotation (X) passant par le centre d'anneau, une pluralité de directions circonférentielles s'étendant suivant cercles concentriques disposés autour de l'axe de rotation (X).
  • Le joint tournant RF large bande décrit par le deuxième document comporte :
    • un stator destiné à être fixé sur la première partie de l'antenne, et définissant une première surface de transmission des signaux électromagnétiques RF, perpendiculaire à l'axe de rotation (X) et de la forme d'une portion de bande circulaire d'un disque ; et
    • un rotor destiné à être fixé sur la deuxième partie de l'antenne, et définissant une deuxième surface de transmission des signaux électromagnétiques RF, perpendiculaire à l'axe de rotation (X) et de la forme d'une portion de bande circulaire d'un disque.
  • L'une des surfaces de transmission comprend des moyens principaux de délimitation des signaux électromagnétiques RF et l'autre comprend des moyens complémentaires de délimitation des signaux électromagnétiques RF.
  • Le rotor est monté rotatif par rapport au stator autour de l'axe de rotation (X) de sorte qu'en toute position du rotor, au moins une partie de la surface de transmission du rotor soit disposée en regard d'au moins une partie de la surface de transmission du stator, et ce sans contact entre les deux pièces, hormis les dispositifs de guidage externes, par exemple des roulements à bille.
  • En toute position du rotor, les parties en regard des surfaces de transmission du rotor et du stator forment entre elles au moins une voie de transmission des signaux électromagnétiques, la voie de transmission étant délimitée par les moyens principaux et complémentaires de délimitation et s'étendant selon une direction circonférentielle.
  • Cette solution de joint tournant RF est basée sur l'utilisation de méta-matériaux, en confinant l'onde dans le guide à l'aide de plots périodiques, et se comporte comme un guide d'onde coudé suivant le plan de la composante en excitation magnétique H de l'onde. Cette solution, réalisée en deux pièces sans contact, est large bande et présente de bonnes performances RF.
  • La forme de réalisation du joint tournant RF, dont la description est détaillée dans le deuxième document, comporte quatre voies de transmission RF, et propose une configuration qui peut être généralisée à un nombre N quelconque de voies de transmission avec un impact non négligeable sur la compacité.
  • En effet, la compacité offerte par cette solution étant fonction de l'angle de débattement entre le rotor et le stator, un joint tournant RF, configuré selon cette forme de réalisation pour une antenne d'une mission satellite à orbite basse LEO (en anglais « Low Earth Orbit ») demandant par exemple de l'ordre de ±55° de plage angulaire, n'est pas compact. Le rayon de courbure de ce type de joint RF ne peut pas être rendu trop faible car les performances RF sont directement impactées et dégradées, et un diamètre interne minimal du joint d'environ cinq longueurs d'onde doit être respecté. Le volume d'un tel joint tournant RF augmente très vite lorsque le nombre de voies augmente.
  • Ainsi, les configurations de joints tournants RF connues à ce jour ne permettent pas de passer l'ensemble de la bande Ka en émission Tx et réception Rx pour deux polarisations différentes des ondes électromagnétiques RF avec des performances d'adaptation radioélectrique suffisantes et un faible encombrement spatial, ainsi qu'un grand débattement angulaire, typiquement ±55 degrés. En outre, les configurations de joints qui utilisent des méta-matériaux sous forme de réseaux périodiques de plots, requièrent un très grand nombre de plots, par exemple 1500 plots pour un ensemble de deux voies émission Tx et de deux voies réception Rx, ce qui entraine un usinage long et couteux. Par ailleurs, ce joint tournant RF connu possède une butée mécanique qui limite les possibilités de gerbage de l'antenne pilotée associée.
  • Un premier problème technique est de diminuer l'encombrement d'un joint tournant de transmission RF large bande, en particulier selon la direction radiale d'extension du joint et/ou globalement selon l'ensemble des directions d'extension du joint.
  • Un deuxième problème technique est d'augmenter le nombre de voies de transmission RF, i.e. également le nombre d'accès RF, d'un joint tournant de transmission RF large bande à encombrement limité.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un joint tournant radiofréquence RF pour raccorder radio-électriquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, le joint tournant RF comportant :
    • une première pièce extérieure, de forme globalement annulaire, ayant une première surface interne de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution sur un intervalle angulaire d'extension de longueur non nulle et inférieure ou égale à 360 degrés autour d'un axe longitudinal de rotation (Z) ; et
    • une deuxième pièce, intérieure à la première pièce, ayant une deuxième surface externe de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution sur l'intervalle angulaire d'extension autour de l'axe longitudinal (Z), disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la première surface interne et mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (Z) sur un intervalle de rotation angulaire prédéterminé ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 1, de voie(s) de transmission RF Vi distinctes, i variant de 1 à N, entre la première partie et la deuxième partie du dispositif rotatif de guidage d'ondes RF ;
    la première surface interne de transmission de signaux électromagnétiques, comportant une succession d'un nombre prédéterminé NC, supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à N, de premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r1(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprenant N premier(s) port(s) d'accès RF et des premiers moyens, à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et la deuxième surface externe de transmission des signaux électromagnétiques RF, comportant une succession de NC deuxièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés respectivement aux premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de deuxième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r2(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur(s) au(x) premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) correspondant(s) r1(k), et comprenant N deuxièmes ports d'accès RF et des deuxièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et les première et deuxième surfaces de transmission RF étant configurées par les premier et deuxième rayons moyens r1(k), r2(k), les premier niveaux longitudinaux L1(k), k variant de 1 à NC, la géométrie des premier et deuxième accès RF, et la géométrie des premier et deuxième moyens de confinement et guidage RF, de sorte que : chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF différent, et les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis angulairement sur les NC premier(s) tronçon(s) de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), chacun des NC tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) étant situé le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) à son premier niveau associé L1(k), k variant de 1 à NC.
  • Suivant des modes particuliers de réalisation, le joint tournant RF comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • chaque premier guide d'onde glissant courbé RF, associé à une voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, est délimité : en hauteur radiale ou petit côté b k entre un premier tronçon de surface de révolution et un deuxième tronçon de surface de révolution autour de l'axe (Z) de rang k des première et deuxième surfaces de transmission, k étant compris entre 1 et NC, en hauteur axiale ou grand coté a k entre les deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage des premier et deuxième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) de rang k, et en longueur entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle de confinement et de guidage, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un d'entre ces deux premiers murs d'extrémité circonférentielle ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF ;
    • le nombre entier N de voies de transmission RF est égal à 1, et la voie de transmission RF unique V1 comporte un unique premier guide d'onde glissant courbé, disposé orthogonalement à l'axe longitudinal (Z) de symétrie à un niveau L1 prédéterminé ;
    • le nombre entier N de voies de transmission RF distinctes Vi est supérieur ou égal à 2, et chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis angulairement le long d'un même cercle transversal, disposé orthogonalement à l'axe longitudinal de symétrie à un premier niveau L1 prédéterminé ;
    • le nombre entier N, de voies de transmission RF distinctes Vi est supérieur ou égal à 2, et chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à des premiers niveaux Li distincts prédéterminés le long de l'axe (Z), i variant de 1 à N ;
    • le nombre entier N de voies de transmission RF distinctes Vi est supérieur ou égal à 3, et chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à un nombre NC de premiers niveaux supérieur ou égal à 2 et strictement inférieur à N ; et au moins deux premiers guides d'onde glissants courbés RF parmi les N premiers guides tournants sont disposés orthogonalement à l'axe de symétrie (Z) à un même niveau prédéterminé et délimités chacun par un secteur angulaire correspondant ;
    • le joint tournant radiofréquence RF défini ci-dessus comporte en outre une troisième pièce, extérieure, de forme globalement annulaire, montée côte à côte avec la première pièce extérieure annulaire le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) en étant bloquée en translation le long dudit axe (Z), et en rotation libre avec la première pièce extérieure pour tourner autour de la deuxième pièce intérieure ; et la deuxième pièce intérieure comporte en outre une troisième surface externe de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension ; et la troisième pièce extérieure comporte une quatrième surface interne de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension, disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la troisième surface externe et mobile autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle de rotation angulaire prédéterminé ; et la troisième surface extérieure de transmission RF comporte une succession de NC troisièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r3(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprend N troisième(s) port(s) d'accès RF et des troisièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et la quatrième surface interne de transmission RF comporte une succession de NC quatrième(s) tronçon(s) de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z), situé(s) respectivement aux deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal (Z) autour de quatrième(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r4(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur(s) aux troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) correspondant(s) r3(k), et comprend N quatrième(s) port(s) d'accès RF et des quatrièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et les première, deuxième, troisième et quatrième surfaces de transmission RF sont configurées par les premier(s), deuxième(s), troisième(s), quatrième(s) rayons moyens r1(k), r2(k), r3(k), r4(k), les premier(s) et deuxième(s) niveaux longitudinaux L1(k), L2(k), la géométrie des premier, deuxième, troisième, quatrième ports d'accès RF et la géométrie des premiers, deuxièmes, troisièmes, quatrièmes moyens de confinement et de guidage RF, de sorte que : chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte, connectés en série, un premier guide d'onde glissant courbé RF entre la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure, et un deuxième guide d'onde glissant courbé RF entre la deuxième pièce intérieure et la troisième pièce extérieure; et les N premier et deuxième guides d'onde glissants courbés RF de chaque voie de transmission Vi, i variant de 1 à N, étant différents, disposés orthogonalement à l'axe de symétrie (Z), répartis angulairement et respectivement sur les NC deuxième(s) et troisième(s) tronçons de surface de révolution de la deuxième surface externe et de la troisième surface externe, les deuxième et troisième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) des premier et deuxième guides d'ondes de chaque voie Vi étant appariés entre eux, ayant un même indice k(i) de deuxième et troisième tronçons sur les deuxième et troisième surfaces et étant situés le long de l'axe longitudinal (Z) à leurs niveaux associés L1k(i), L2k(i) ;
    • la première pièce extérieure comporte N premières bornes RF de raccordement externe de voie, raccordées respectivement une à une aux N premiers ports d'accès RF des N premiers guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la première surface de transmission RF au travers de N premières liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la première pièce extérieure ;
    • la deuxième pièce intérieure comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voies de transmission RF, raccordées respectivement une à une aux N deuxièmes ports d'accès RF des premiers guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la deuxième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes qui traversent longitudinalement et intérieurement la deuxième pièce intérieure ;
    • la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure sont respectivement un stator et un rotor ou sont respectivement de manière réciproque un rotor et un stator ;
    • la troisième pièce extérieure comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voie de transmission RF, raccordées respectivement une à une aux N quatrièmes ports d'accès RF des N deuxièmes guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la quatrième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la troisième pièce extérieure, et les N deuxièmes ports d'accès des premiers guides d'ondes glissants courbés sont raccordées un à un pour par voie de transmission unitaire aux N troisièmes ports d'accès des deuxièmes guides d'onde glissants courbés ;
    • la première pièce extérieure et la troisième pièce extérieure sont respectivement un stator et un rotor ou sont respectivement de manière réciproque un rotor et un stator ;
    • les deux murs latéraux de confinement et de guidage de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots à surface électriquement conductrice ; et les plots des deux murs latéraux de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont élancés et font saillie depuis une seule et même surface circonférentielle électriquement conductrice du premier guide d'onde, ou depuis les deux surfaces circonférentielles électriquement conductrices du premier guide d'onde à raison d'un mur latéral par surface circonférentielle, ou par entrelacement des plots depuis les deux surfaces circonférentielles électriquement conductrices pour au moins un mur latéral pris parmi les deux murs latéraux ;
    • les deux murs d'extrémités circonférentielles de confinement et de guidage de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont disposés de part et d'autre des premier et deuxième accès RF ; et les deux murs d'extrémités circonférentielles de confinement et de guidage sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots à surface électriquement conductrice, et les plots des deux murs d'extrémités circonférentielles sont élancés et font saillie respectivement depuis la première surface de transmission pour le premier mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du premier accès RF et depuis la deuxième surface de transmission pour le deuxième mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du deuxième accès RF ;
    • les plots des murs d'extrémité de la ou de plusieurs voies de transmissions RF situées à un même niveau longitudinal sont formés par des lignes circonférentielles de plots agencées en peigne de sorte à permettre un croisement libre mécanique des premier et des deuxième murs d'extrémité lorsque les première et deuxième pièces tournent l'une par rapport à l'autre tout en assurant leur fonction de confinement des ondes électromagnétiques ;
    • des moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF pris parmi les premiers et deuxièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF sont partagés entre des premiers guides d'onde glissants courbés circonférentiellement ou latéralement adjacents ;
    • les premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r1(k) et les deuxième(s) rayons moyen(s) externes r2(k), k variant de 1 à NC, sont respectivement égaux à une première constante r1 et à une deuxième constante r2 ;
    • le nombre NC de tronçons de la première surface de transmission, respectivement de tronçons de la deuxième surface de transmission, est supérieur ou égal à 2, et au moins deux tronçons de la première surface de transmission ont des premiers rayons internes différents ; et les aux moins deux tronçons de la deuxième surface de transmission, associés en vis-à-vis, ont des deuxièmes rayons externes différents ;
    • les NC premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés à des premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des premier(s) rayon(s) interne(s) r1(k), k variant de 1 à NC ; et les NC deuxièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés respectivement aux premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des deuxième(s) rayon(s) externe(s) r2(k), k variant de 1 à NC ; et/ou les NC troisièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés à des deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des troisième(s) rayon(s) externe(s) r3(k), k variant de 1 à NC ; et les NC quatrièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés respectivement aux deuxième(s) niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des quatrième(s) rayon(s) interne(s) r4(k), k variant de 1 à NC.
    L'invention a également pour objet un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF comprenant : une première partie une deuxième partie rotative par rapport à la première partie, et un joint tournant RF tel quel décrit ci-dessus, destiné à raccorder les première et deuxième parties dudit dispositif rotatif et à transmettre des signaux électromagnétiques entre ces deux parties.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
    • [Fig 1A] et
    • [Fig. 1B] sont respectivement une première coupe longitudinale selon un plan de coupe 1A-1A et une deuxième coupe transversale selon un plan de coupe 1B-1B d'une première forme de réalisation d'un joint tournant RF selon l'invention dans laquelle le joint tournant RF comporte une voie de transmission RF unique ;
    • [Fig. 2A],
    • [Fig. 2B] et
    • [Fig. 2C] sont respectivement une première vue développée planaire de la voie de transmission RF unique courbée formée par l'assemblage des première et deuxième faces ou surfaces de transmission RF d'un premier guide d'onde glissant courbé, ici unique, formant le joint tournant RF des Figures 1A et 1B, une deuxième vue développée planaire de la première surface courbée de transmission RF dudit premier guide d'onde glissant courbé, et une troisième vue développée planaire de la deuxième surface courbée de transmission RF dudit premier guide d'onde glissant courbé ;
    • [Fig. 3] est une vue partielle d'un premier guide d'onde générique glissant courbé, formant par exemple la voie de transmission RF du joint tournant selon l'invention des Figures 1A-1B et 2A-2C qui détaille la structure des méta-matériaux utilisés par les deux murs latéraux de confinement des ondes électromagnétiques RF à l'intérieur du premier guide d'onde tournant RF, les deux murs latéraux de confinement ayant tous un même rayon de courbure dans leurs plans transverses radiaux respectifs égal au premier rayon interne de la première pièce annulaire ;
    • [Fig. 4A],
    • [Fig 4B] et
    • [Fig. 4C] sont respectivement des première, deuxième et troisième vues de configurations d'agencements possibles des deux murs latéraux de confinement d'un premier guide d'onde glissant courbé d'une voie de transmission RF sur les première et deuxième surfaces de transmission RF ;
    • [Fig. 5] est une vue d'une coupe transversale d'une forme de réalisation particulière en peigne d'un premier mur de confinement d'extrémité circonférentielle et d'un deuxième mur de confinement d'extrémité circonférentielle dans une position relative de croisement qui permet une rotation mécanique sur un tour complet entre la première pièce annulaire et la deuxième pièce cylindrique ou tubulaire ;
    • [Fig. 6A] et
    • [Fig. 6B] sont respectivement une première vue de courbure non nulle plan H (composante en champ magnétique) d'un guide d'onde glissant courbé RF, éventuellement large bande, selon le deuxième document de l'état de la technique et une deuxième vue de courbure non nulle plan E (composante en champ électrique) du premier guide d'onde glissant courbé RF, éventuellement large bande, selon l'invention des Figures 1A et 1B ;
    • [Fig. 7A] et
    • [Fig 7B] sont respectivement une coupe longitudinale selon un plan de coupe longitudinal 7A-7A et une coupe transversale selon un plan de coupe transversal 7B-7B d'une deuxième forme de réalisation d'un joint tournant RF selon l'invention, généralisant le joint tournant RF de la première forme de réalisation des Figures 1A et 1B, et dans laquelle le joint tournant RF comporte deux voies de transmission RF, réalisées à l'aide de deux premiers guides d'onde glissants courbés RF, éventuellement large bande, répartis angulairement sur un même cercle transversal de la deuxième surface de transmission RF, contenu dans un plan transversal situé à un niveau prédéterminé le long de l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z) ;
    • [Fig. 8A],
    • [Fig. 8B] et
    • [Fig. 8C] sont respectivement une première coupe transversale selon un premier plan transversal de coupe 8A-8A situé à un premier niveau longitudinal L1 sur l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z), une deuxième coupe transversale selon un deuxième plan transversal de coupe 8B-8B situé à un deuxième niveau longitudinal L2 sur l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z), et une troisième coupe longitudinale selon un troisième plan longitudinal de coupe 8C-8C d'une troisième forme de réalisation d'un joint tournant RF selon l'invention, généralisant le joint tournant RF de la première forme de réalisation des Figures 1A et 1B et de la deuxième forme de réalisation du joint tournant des Figures 7A-7B, dans laquelle le joint tournant RF comporte deux voies de transmission RF, réalisées à l'aide de deux guides d'onde glissants courbés RF, éventuellement large bande, répartis longitudinalement sur l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z) à deux niveaux différents le long L1, L2 de deux cercles transversaux différents de la deuxième surface de transmission RF sensiblement de même deuxième rayon externe r2;
    • [Fig. 9] est une vue externe d'un joint tournant RF selon une quatrième forme de réalisation de l'invention, hybride des deuxième et troisième formes de réalisation des Figures 7A-7B et 8A-8C, dans laquelle le joint tournant RF comporte quatre voies de transmission RF, deux d'émission Tx et deux de réception Rx, à quatre ports RF d'entrée de raccordement externe, situés vers l'extérieur sur la première pièce annulaire formant ici un stator, et à quatre ports RF de sortie de raccordement externe, situés vers l'intérieur sur la face interne tubulaire de la deuxième pièce cylindrique formant ici un rotor, les quatre voies de transmission RF étant réalisée ici à l'aide de quatre premiers guides d'onde glissants courbés RF large bande, deux premiers guides d'ondes glissants dédiés aux deux voies de transmission RF en réception Rx étant réparties angulairement sur un même premier cercle transversal de la deuxième surface de transmission, situé à un premier niveau longitudinal L1, et deux premiers guides d'ondes glissants dédiés aux deux voies de transmission RF en émission Tx étant réparties angulairement sur un même deuxième cercle transversal de la deuxième surface de transmission, situé à un deuxième niveau longitudinal L2 ;
    • [Fig. 10] est une vue comparative des tailles et encombrements respectifs d'un joint tournant RF large bande suivant la structure connue décrite dans le deuxième document cité et d'un joint tournant RF large bande selon la quatrième forme de réalisation de l'invention dont les exigences en termes de performances de transmission RF (nombre de voies de transmission RF, fréquence et largeur de bande) et de débattement angulaire sont identiques à celles de la Figure 10 ;
    • [Fig 11A],
    • [Fig. 11B] et
    • [Fig. 11C] sont respectivement des vues de trois positions angulaires relatives de la deuxième pièce maie cylindrique, formant ici un rotor, et la première pièce femelle annulaire, formant ici un stator, correspondant à un débattement extrémal dans un sens, une position neutre et un débattement extrémal dans l'autre sens ;
    • [Fig. 12A],
    • [Fig. 12B] et
    • [Fig. 12C] sont respectivement une première coupe transversale selon un premier plan transversal de coupe 12A-12A situé à un premier niveau longitudinal L1 sur l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z), une deuxième coupe transversale selon un deuxième plan transversal de coupe 12B-12B situé à un deuxième niveau longitudinal L2 sur l'axe de symétrie longitudinale et de rotation (Z), et une troisième coupe longitudinale selon un troisième plan longitudinal de coupe 12C-12C d'un cinquième forme de réalisation d'un joint tournant RF selon l'invention, dans laquelle le joint tournant RF comporte ici une unique voie de transmission RF, réalisée à l'aide d'un premier guide d'onde glissant courbé RF, éventuellement large bande, entre la première pièce annulaire et la deuxième pièce cylindrique et d'un deuxième guide d'onde glissant courbé RF large bande entre la deuxième pièce cylindrique et une troisième pièce annulaire, les premier et deuxième guides glissants courbés RF, éventuellement large bande, étant montés en série et côte à côte le long de l'axe de symétrie longitudinale et de rotation, et la deuxième pièce étant montée en rotation libre vis à vis de la première pièce extérieure et de la troisième pièce extérieure.
  • Un premier concept sous-jacent de l'invention est d'utiliser des méta-matériaux pour remplacer les parois métalliques de confinement des ondes électromagnétiques d'un ou plusieurs guide d'onde tournant RF et de rendre le ou les guides d'ondes tournant RF sans contact selon le principe du guide d'onde à ouverture en forme de gorge ou cannelure (en anglais « groove gap waveguide »), décrit par exemple dans le document de Eva Rajo-Iglesias et al., intitulé « Groove Gap Waveguide : A Rectangular Waveguide Between Contactless Metal Plates Enabled by Parallel-Plate Cut-Off », et publié dans Proceedings of the Fourth European Conférence on Antenna and Propagation, 08 July 2010.
  • Un deuxième concept sous-jacent de l'invention est de choisir une structure guidante pour le guide d'onde glissant courbé RF selon le plan E en composante électrique du champ électromagnétique au lieu du plan H en composante d'excitation magnétique du même champ électromagnétique, ce qui permet d'avoir un rayon de courbure radial plus faible et d'obtenir un joint tournant RF bien plus compact.
  • Suivant les Figures 1A et 1B et une première forme de réalisation, un joint tournant radiofréquence RF 2 selon l'invention comporte ici une voie de transmission RF unique 4.
  • Le joint tournant radiofréquence RF 2 est configuré pour raccorder mécaniquement entre elles des première et deuxième parties 6, 8 d'un dispositif rotatif 10 de guidages d'ondes RF, par exemple d'une antenne RF rotative, illustrées schématiquement et seulement sur la Figure 1A pour simplifier la lecture, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties 6, 8 de l'antenne rotative 10.
  • Le joint tournant radiofréquence RF 2 comporte :
    • une première pièce 12, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou 14, par exemple de forme cylindrique, qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique et de rotation (Z) 16, et
    • une deuxième pièce 18, intérieure, par exemple de forme externe cylindrique, monté dans le trou 14 pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie de révolution 16 (Z).
  • La première pièce extérieure 12 comporte une première surface interne 22 métallique de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant ici une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1 égal au rayon du trou cylindrique 14.
  • La deuxième pièce intérieure 18 comporte une deuxième surface externe 28 métallique de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant ici une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier interne rayon r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission 22 autour de l'axe (Z) 16 , suivant un angle de déplacement angulaire α, compris dans une plage d'ouverture angulaire 30 prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission 22 comprend ici un unique premier port d'accès RF 32 et des premiers moyens 34 de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrices.
  • La deuxième surface externe de transmission 28 comprend ici un unique deuxième accès RF 38 et des deuxièmes moyens 40 de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrices.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission 22, 28 sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premier et deuxième accès RF 32, 38, et la géométrie des premier et deuxième moyens 34, 40 de confinement et de guidage RF, de sorte que :
    • la voie unique de transmission 4 comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF 42, ici unique, et
    • le premier guide d'onde glissant courbé RF est sans contact et courbé autour de l'axe longitudinal de symétrie cylindrique (Z) le long d'un cercle transversal 44 de la deuxième surface de transmission 28, contenu dans un plan transversal 45, situé le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) à un premier niveau prédéterminé L1.
  • Suivant les Figures 1A-1B et les Figure 2A-2C, le premier guide d'onde RF glissant courbé 42 est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre une première piste métallique circonférentielle 46 et une deuxième piste métallique circonférentielle 48 des première et deuxième surfaces métalliques 22, 28, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux murs latéraux 52, 54 de confinement et de guidage, espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre un premier mur d'extrémité circonférentielle 62 et un deuxième mur d'extrémité circonférentielle 64, disposés respectivement à proximité du premier port d'accès RF 32 et du deuxième port d'accès RF 38, en s'écartant d'un demi-plan médian de référence autour duquel le mouvement angulaire a lieu.
  • Suivant la Figure 3 et une partie détaillée du premier guide d'onde glissant courbé 42 des Figures 1A-1B et 2B, donné à titre d'exemple, les murs latéraux 52 et 54 de confinement et de guidage, espacés de la largeur a, sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots métalliques 68, espacés périodiquement suivant un pas d'espacement p et ayant une hauteur hp. Le pas d'espacement des plots est inférieur ou égal à une fraction de la longueur d'onde et la hauteur hp des plots vérifie la relation : r 1 − r 2 − λ 4 ≤ h p < r 1 − r 2
    Figure imgb0001
  • Les rangées ou lignes de plots 68 ainsi dimensionnées forment des murs latéraux de confinement et de guidage du champ électromagnétique qui remplacent des parois métalliques classiques de petit côté b du premier guide d'onde glissant et empêchent le champ de sortir. Le jour laissée par les plots entre les pistes métalliques des première et deuxième surfaces de transmission, typiquement jusqu'à 0.5 mm en bande Ka, permet aux première et deuxième surfaces de transmission de glisser entre elles sans contact pour ne pas dégrader la durée de vie de l'antenne et ne pas générer de particules.
  • De manière générale, les plots à surface électriquement conductrice des deux murs latéraux de confinement et de guidage d'un même premier guide d'onde glissant courbé sont élancés et peuvent faire saillie, soit depuis une même surface de transmission circonférentielle prise parmi les première et deuxième surfaces de transmission circonférentielles dudit premier guide d'onde glissant courbé comme décrit sur les Figures 4A et 4C, soit depuis les deux surfaces de transmission circonférentielles dudit premier guide d'onde glissant courbé à raison d'une surface de transmission circonférentielle différente par mur latéral comme décrit sur la Figure 4B, soit par entrelacement des plots depuis les deux surfaces de transmission circonférentielles pour au moins un mur latéral pris parmi les deux murs latéraux.
  • A l'instar des murs latéraux de confinement et de guidage 52, 54 des Figures 1A-1B et 3, les deux murs d'extrémités circonférentielles 62, 64 de confinement du premier guide d'onde RF glissant courbé 52, disposés de part et d'autre des premier et deuxième ports accès RF 32, 38 sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots métalliques espacés périodiquement avec le même dimensionnement en termes de pas d'espacement p et d'hauteur hp.
  • Les rangées de plots ainsi dimensionnées forment des murs d'extrémité en longueur de confinement du champ électromagnétique entre les premier et deuxième ports d'accès RF qui remplacent des parois métalliques classiques de petit côté b du premier guide d'onde glissant courbé et empêchent le champ de sortir sur les extrémités circonférentielles tout en permettant un glissement sans contact entre la première surface de transmission et la deuxième surface de transmission.
  • De manière générale, les plots des deux murs d'extrémités sont élancés et font saillie depuis la première surface de transmission pour le premier mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du premier accès RF, et depuis la deuxième surface de transmission pour le deuxième mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du deuxième accès RF.
  • Suivant la Figure 5 et de manière particulière, les plots des murs d'extrémité du premier guide d'onde glissant courbé RF 42 de la voie de transmission RF 4 sont formés par des rangées ou lignes circonférentielles 72, 73, 74, 75, 76, 78 de plots agencées en peigne de sorte à permettre un croisement libre mécanique des premier et des deuxième murs d'extrémité 62, 64 lorsque les première et deuxième pièces 12, 18 tournent entre elles tout en assurant leur fonction de confinement des ondes électromagnétiques.
  • Le premier guide d'onde glissant courbé RF 42 du joint tournant RF selon l'invention, décrit dans les Figures 1A et 1B, diffère d'un guide d'onde glissant courbé RF du joint tournant RF connu décrit dans le deuxième document cité en ce que la déformation de la structure de confinement et de guidage RF est opérée selon le plan E de la composante électrique des ondes électromagnétiques au lieu du plan H de la composante magnétique desdites mêmes ondes. Cela permet ainsi d'obtenir un rayon de courbure des premières et deuxième surfaces de transmission beaucoup plus petit et en conséquence une structure du joint tournant RF bien plus compacte en volume. Par contre, une telle structure nécessite de disposer de plots de confinement sur une surface courbe au lieu d'une surface plane comme pour le joint tournant RF connu du deuxième document.
  • Suivant la Figure 6A, la structure du guide d'onde glissant courbé RF 82, utilisée pour réaliser le joint tournant RF 84 connu du deuxième document cité, présente une courbure non nulle du plan H de la composante d'excitation magnétique de l'onde électromagnétique tandis que les plans d'extension des première et deuxième pistes 86, 88 du grand coté a du guide d'onde glissant courbé RF 82 sont planes et perpendiculaires à l'axe de rotation (Z) du joint tournant RF 82. Les parois de petit côté b du guide d'onde glissant courbé, formées par des murs de confinement latéraux 90, 92 sont ici des tronçons droits de surfaces cylindriques concentriques autour de l'axe de rotation (Z) du joint tournant RF 82.
  • De manière différente et suivant la Figure 6B, la structure du premier guide d'onde glissant courbé RF 42, utilisée pour réaliser le joint tournant RF 2 selon l'invention des Figures 1A et 1B, présente une courbure non nulle du plan E de la composante en champ électrique de l'onde électromagnétique, tandis que les plans d'extension des parois de petit côté b du même premier guide d'onde glissant courbé RF 42, formés par les murs de confinement latéraux 52, 54, sont planes et perpendiculaires à l'axe de rotation (Z) du joint tournant RF selon l'invention. Les parois de grand coté a, formés par les première et deuxième pistes circonférentielles 22, 28, sont ici des tronçons droits de surfaces cylindriques concentriques autour l'axe de rotation (Z) du joint tournant RF.
  • A rayon de courbure équivalent, les surfaces 22 et 28 du premier guide d'onde glissant courbé 42 de la Figure 6B sont sensiblement plus proches entre elles que les surfaces 90 et 92 du guide d'onde glissant courbé 82 de la Figure 6A correspondant à la conception et la structure du deuxième document cité, avec par exemple un ratio « grand côté sur petit côté » égal à 4/1. Par conséquent, les paramètres de transmission RF tel que le Taux d'Onde Stationnaires (TOS) (en anglais SWR pour Standing Wave Ratio) qui en dépendent seront moins dégradés dans la configuration du premier guide d'onde glissant courbé de la Figure 6B que dans la configuration de l'état de l'art tel que décrite dans le deuxième document cité et la Figure 6A, à rayon de courbure équivalent. Cela implique que la configuration de courbure Plan E selon l'invention permet de réduire l'encombrement du guide d'onde tournant RF, globalement et en particulier dans le plan transverse à l'axe de rotation (Z), sans pour autant dégrader fortement le TOS du guide d'onde.
  • Le joint tournant RF 2 selon l'invention, basé sur l'utilisation d'un guide d'onde glissant courbé plan électrique E aura donc comme particularité un champ électrique E radial, contrairement à un joint tournant glissant courbé RF 82 de l'état de l'art utilisant un guide d'onde courbé plan en excitation magnétique H, dont le champ électrique est axial selon l'axe de rotation (Z).
  • Considérant le joint tournant plan E selon l'invention de la Figure 6B et le joint tournant connu plan H de la Figure 6A, le fait d'ajouter des voies de transmission au joint plan H de la Figure 6A augmente son diamètre (voies partageant le petit côté du guide dans le plan de rotation). Par contre, le fait d'ajouter les voies au joint tournant plan E n'augmente pas son diamètre mais sa hauteur (voies partageant le petit côté du guide, perpendiculaires au plan de rotation). Par conséquent l'ajout de voies dans la configuration plan H de la Figure 6A augmente le volume de manière quadratique, alors que l'ajout de voies dans le plan E de la Figure 6B augmente le volume de manière quasi linéaire.
  • Suivant les Figures 7A et 7B et une deuxième forme de réalisation, généralisant le joint tournant RF 2 de la première forme de réalisation des Figures 1A et 1B, un joint tournant radiofréquence RF 202 selon l'invention comporte une première voie de transmission RF 204 et une deuxième voie de transmission RF 206.
  • Le joint tournant RF 202 est configuré pour raccorder mécaniquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties de l'antenne rotative.
  • Le joint tournant RF 202 comporte :
    • une première pièce 212, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou cylindrique 214 qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie de révolution 216 (Z), et
    • une deuxième pièce 218, intérieure, de forme externe cylindrique, montée dans le trou cylindrique 214 pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie 216 (Z).
  • La première pièce extérieure 212 comporte une première surface interne 222, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant ici une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1, égal au rayon du trou cylindrique 214.
  • La deuxième pièce intérieure 218 comporte une deuxième surface externe 228, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant ici une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission 222 autour de l'axe (Z) 16, suivant un angle de déplacement angulaire α, compris dans une plage d'ouverture angulaire 230 prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission 222 comprend ici un premier port d'accès RF 232, un deuxième premier port d'accès RF 233, et des premiers moyens 234, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrices.
  • La deuxième surface externe de transmission 228 comprend ici un premier deuxième port d'accès RF 238, un deuxième deuxième port d'accès RF 239, et des deuxièmes moyens 240 à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission 222, 228 sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premier premier, deuxième premier, premier deuxième, deuxième deuxième ports d'accès RF 232, 233, 238, 239, et la géométrie des premier et deuxième moyens 234, 240 de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • la première voie de transmission RF 204 et la deuxième voie de transmission RF 206 comportent respectivement un premier premier guide d'onde glissant courbé RF 242 et un deuxième premier guide d'onde glissant courbé RF 243 ; et
    • le premier premier guide d'onde glissant courbé RF 242 et le deuxième premier guide d'onde glissant courbé RF 243 sont répartis angulairement le long d'un même cercle 244 de la deuxième surface de transmission 228, ledit même cercle 244 étant contenu dans un plan transversal 445 situé à un premier niveau prédéterminé le long de l'axe (Z).
  • Suivant les Figures 7A et 7B, le premier premier guide d'onde glissant courbé tournant RF 242 est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre deux premières premières pistes métalliques 246, 248 des première et deuxième surfaces de transmission 222, 228, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux premiers premiers murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre deux premiers premiers murs d'extrémité circonférentielle, disposés pour l'un à proximité du premier premier port d'accès RF et pour l'autre à proximité du premier deuxième port d'accès RF, sans que l'un d'entre eux ne s'interposent entre les deux premiers ports RF d'accès.
  • Suivant les Figures 7A et 7B, le deuxième premier guide d'onde glissant courbé RF 243 est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre deux deuxièmes premières pistes métalliques 250, 252 des première et deuxième surfaces de transmission 222, 228, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction de l'axe de symétrie (Z) entre deux deuxièmes premiers murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite hauteur radiale a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre deux deuxièmes premiers murs d'extrémité circonférentielle, disposés pour l'un à proximité du deuxième premier premier port d'accès RF et pour l'autre à proximité du deuxième deuxième port d'accès RF, sans que l'un d'entre eux ne s'interposent entre les deux deuxièmes premier et deuxième ports RF d'accès.
  • De manière générale, un joint tournant RF selon le deuxième mode de réalisation, configuré pour raccorder entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif RF, comporte :
    • une première pièce extérieure, de forme globalement annulaire et entourant un trou cylindrique traversé suivant une direction longitudinale par un axe de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • une deuxième pièce intérieure de forme cylindrique, monté dans le trou cylindrique pour tourner autour de l'axe de rotation de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 2, de voies de transmission distinctes et séparées entre la première partie d'antenne et la deuxième partie d'antenne.
  • La première pièce extérieure comporte une première surface interne, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1 égal au rayon du trou.
  • La deuxième pièce intérieure comporte une deuxième surface externe, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission autour de l'axe (Z), suivant un angle de déplacement angulaire α, compris dans une plage d'ouverture angulaire prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission comprend N premiers ports d'accès RF et des premiers moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrice.
  • La deuxième surface externe de transmission comprend N deuxièmes ports d'accès RF et des deuxièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrice.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premiers et deuxièmes accès RF, et la géométrie des premiers et deuxièmes moyens de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF, et
    • les N premiers guides glissants courbés sont répartis angulairement le long d'un même cercle transversal de la deuxième surface de transmission externe, ledit cercle transversal étant situé le long de l'axe longitudinal de symétrie à un niveau prédéterminé.
  • Chaque guide d'onde glissant courbé RF, associé en propre à une voie de transmission RF numérotée par un indice i, i compris entre 1 et N, est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre une première piste et une deuxième piste de rang i des première et deuxième surfaces de transmission, coupées en leur milieu par un même plan transversal PL1, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle du cercle transversal entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un d'entre ces deux premiers mur d'extrémité ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF.
  • Suivant les Figures 8A, 8B et 8C et une troisième forme de réalisation, généralisant le joint tournant RF 2 de la première forme de réalisation des Figures 1A et 1B, un joint tournant radiofréquence RF 302 selon l'invention comporte une première voie de transmission RF 304 et une deuxième voie de transmission RF 306.
  • Le joint tournant RF 302 est configuré pour raccorder mécaniquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif de guidage.
  • Le joint tournant RF 302 comporte :
    • une première pièce 312, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant n trou cylindrique 314 qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique 316 (Z), et
    • une deuxième pièce 318, intérieure, de forme cylindrique, montée dans le trou cylindrique 314 pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie cylindrique 316 (Z).
  • La première pièce extérieure 312 comporte une première surface interne 322 métallique de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1, égal au rayon du trou cylindrique 314.
  • La deuxième pièce intérieure 318 comporte une deuxième surface externe 328 métallique de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission 322 autour de l'axe (Z), suivant un angle de déplacement angulaire α, compris dans une plage d'ouverture angulaire 330 prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission 322 comprend ici un premier premier port d'accès RF 332, un deuxième premier port d'accès RF 333, et des premiers moyens 334 à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La deuxième surface externe de transmission 328 comprend ici un premier deuxième port d'accès RF 338, un deuxième deuxième port d'accès RF 339, et des deuxièmes moyens 340 à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission 322, 328 sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premier premier, deuxième premier, premier deuxième, deuxième deuxième ports d'accès RF 332, 333, 338, 339, et la géométrie des premier et deuxième moyens 334, 340 de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • la première voie de transmission RF 304 et la deuxième voie de transmission RF 306 comportent respectivement un premier premier guide d'onde RF glissant courbé RF 342 et un deuxième premier guide d'onde glissant courbé RF 343, répartis respectivement et longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) 316 suivant un premier cercle 344 de la deuxième surface de transmission 328, ledit premier cercle 344 étant contenu dans un premier plan transversal PL1 345 situé à un premier niveau L1 prédéterminé le long de l'axe (Z), et suivant un deuxième cercle 346 de la deuxième surface de transmission 328, ledit deuxième cercle 346 étant contenu dans un deuxième plan transversal 347 situé à un deuxième niveau L2 prédéterminé le long de l'axe (Z).
  • Suivant les Figures 8A et 8C, le premier premier guide d'onde glissant courbé RF 242 est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre deux premières premières pistes métalliques 352, 354 des première et deuxième surfaces de transmission 322, 328 coupées par le premier plan transversal PL1, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux premiers premiers murs latéraux 356, 358 de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre deux premiers premiers murs d'extrémité circonférentielle 360, 361, disposés pour l'un à proximité du premier premier port d'accès RF et pour l'autre à proximité du premier deuxième port d'accès RF, sans que l'un d'entre eux ne s'interposent entre les deux premiers ports RF d'accès.
  • Suivant les Figures 8B et 8C, le deuxième premier guide d'onde glissant courbé tournant RF 343 est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre deux deuxièmes premières pistes métalliques 362, 364 des première et deuxième surfaces de transmission 322, 328 coupées par le deuxième plan transversal PL2, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) 316 entre deux deuxièmes premiers murs latéraux 358, 368, de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre deux deuxièmes premiers murs d'extrémité circonférentielle 370, 371 disposés pour l'un à proximité du deuxième premier port d'accès RF et pour l'autre à proximité du deuxième deuxième port d'accès RF, sans que l'un d'entre eux ne s'interposent entre les deux deuxièmes premier et deuxième ports RF d'accès.
  • De manière générale, un joint tournant RF selon le troisième mode de réalisation, configuré pour raccorder entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif RF, comporte :
    • une première pièce, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou cylindrique qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • une deuxième pièce, intérieure, de forme cylindrique, montée dans le trou cylindrique pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 2, de voies de transmission distinctes Vi et séparées entre la première partie du dispositif rotatif de guidage et la deuxième partie dudit dispositif, i désignant un indice d'identification de la voie Vi compris entre 1 et N.
  • La première pièce extérieure comporte une première surface interne, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1 égal au rayon du trou cylindrique.
  • La deuxième pièce intérieure comporte une deuxième surface externe électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission autour de l'axe de symétrie (Z), suivant un angle de déplacement angulaire a, compris dans une plage d'ouverture angulaire prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission comprend N premiers ports d'accès RF et des premiers moyens à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La deuxième surface externe de transmission comprend N deuxièmes ports d'accès RF et des deuxièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premiers et deuxième ports d'accès RF, et la géométrie des premiers et deuxième moyens de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF Vi comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et
    • les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) suivant N premiers cercles transversaux distincts de la deuxième surface externe de transmission, contenus respectivement dans des premiers plans transversaux PLi situés à des premiers niveaux Li prédéterminé le long de l'axe (Z).
  • Chaque premier guide d'onde glissant courbé RF, associé en propre à une voie de transmission RF Vi, est délimitée en hauteur radiale ou petit côté b entre une première piste métallique et une deuxième piste métallique de rang i des première et deuxième surfaces de transmission, coupées en leur milieu par un plan transversal différent, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle du cercle transversal associé entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du premier deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un parmi ces deux premiers murs d'extrémité ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF.
  • Suivant la Figure 9 et une quatrième forme de réalisation de l'invention, hybride des deuxième et troisième formes de réalisation des Figures 7A-7B et 8A-8B, le joint tournant RF 402 est un joint tournant qui comporte quatre voies de transmission RF, deux de réception Rx 404, 406 et deux voies d'émission Tx 408, 410, à quatre ports RF d'entrée 414, 416, 418, 420, situés sur la première pièce extérieure annulaire 422 formant ici un stator, et à quatre ports RF de sortie 424, 426, 428, 430, situés sur la deuxième pièce intérieure cylindrique 432 formant ici un rotor, les quatre voies de transmission RF 404, 406, 408, 410 étant réalisées ici à l'aide de quatre premiers guides d'onde glissants courbés RF, non visibles sur la Figure 9 et éventuellement large bande, deux guides d'ondes glissants courbés dédiés aux deux voies de transmission RF en réception Rx étant réparties angulairement sur une même première première piste circonférentielle à un premier niveau longitudinal L1, et deux guides d'ondes glissants courbés RF, dédiés aux deux voies de transmission RF en émission Tx étant réparties angulairement sur une même deuxième première piste circonférentielle à un deuxième niveau longitudinal L2.
  • De manière générale, un joint tournant RF hybride selon le quatrième mode de réalisation, configuré pour raccorder entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif, comporte :
    • une première pièce, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou cylindrique qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • une deuxième pièce, intérieure, de forme cylindrique, montée dans le trou cylindrique pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 3, de voies de transmission distinctes Vi et séparées entre la première partie d'antenne et la deuxième partie du dispositif rotatif, i désignant un indice d'identification de la voie Vi compris entre 1 et N.
  • La première pièce extérieure comporte une première surface interne, électriquement conductrice de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon r1 égal au rayon du trou cylindrique.
  • La deuxième pièce intérieure comporte une deuxième surface externe, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission autour de l'axe de symétrie (Z), suivant un angle de déplacement angulaire a, compris dans une plage d'ouverture angulaire prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission comprend N premiers ports d'accès RF et des premiers moyens, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrice.
  • La deuxième surface externe de transmission comprend N deuxièmes ports d'accès RF et des deuxièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF, utilisant des méta-matériaux comme par exemple des structures périodiques de plots à surface électriquement conductrice.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission sont configurées par les premier et deuxième rayons r1, r2, la géométrie des premiers et deuxième ports d'accès RF, et la géométrie des premiers et deuxième moyens de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF Vi comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et
    • les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) suivant au moins deux premiers cercles transversaux distincts Ck de la deuxième surface de transmission, contenus respectivement dans des premiers plans transversaux PLk situés à des premiers niveaux Lk prédéterminé le long de l'axe (Z), k étant un indice supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à un nombre NC, strictement inférieur à N ; et
    • au moins deux premiers guides d'onde glissants courbés RF parmi les N premiers guides tournants sont répartis angulairement le long d'un même cercle transversal de la deuxième surface de transmission, pris parmi les au NC premiers cercles transversaux distincts de la deuxième surface de transmission, contenus respectivement dans les NC premiers plans transversaux PLk situés aux premiers niveaux Lk.
  • Chaque premier guide d'onde glissant courbé RF, associé en propre à une voie de transmission RF Vi, est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre une première piste métallique et une deuxième piste métallique de rang i des première et deuxième surfaces de transmission, coupées en leur milieu par un plan transversal différent, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle du cercle transversal associé entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du premier deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un parmi ces deux premiers murs d'extrémité ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF.
  • Suivant la Figure 10, les tailles et encombrements respectifs du joint tournant RF 402 selon la quatrième forme de réalisation de la Figure 9 et d'un joint tournant RF 502 large bande ayant la structure connue décrite du deuxième document cité et les mêmes exigences de transmission RF (i.e. même nombre de voies de transmission RF, mêmes fréquence et largeur de bande) et de débattement angulaire que celles du joint tournant RF 402, sont comparés. Il apparait clairement que le joint tournant RF 402 selon l'invention présente un encombrement moindre que celui du joint tournant RF classique 502.
  • Suivant la Figure 11A, une première position angulaire relative 492 de la deuxième pièce cylindrique, formant ici un rotor, par rapport à la première pièce annulaire, formant ici un stator, du joint tournant RF 402 de la Figure 10, correspond à un débattement angulaire extrémal dans un sens de rotation, ici le sens trigonométrique sur la Figure 11A.
  • Suivant la Figure 11B, une deuxième position angulaire relative 494 du joint tournant RF 402 de la Figure 10, i.e. de la deuxième pièce cylindrique par rapport à la première pièce annulaire, correspond à une position neutre ou de référence dans laquelle le débattement angulaire est nul.
  • Suivant la Figure 11C, une troisième position angulaire relative 496 du joint tournant RF 402 de la Figure 9, i.e. de la deuxième pièce cylindrique par rapport à la première pièce annulaire, correspond à un débattement angulaire extrémal dans l'autre sens de rotation, ici le sens horaire sur la Figure 11C.
  • Suivant les Figures 9, 11A, 11B et 11C, les deux ports RF de raccordement externe à une parte mobile de l'antenne, disposés ici à l'intérieur du trou central de la première pièce annulaire appartiennent et sont fixés à la deuxième pièce cylindrique formant rotor. Il est rappelé qu'ici la deuxième pièce, de forme externe cylindrique, est munie de plots formant des murs latéraux ou d'extrémité pour confiner et guider les ondes électromagnétiques dans le joint, et que la surface externe cylindrique d'extension des faces sommet des plots a un rayon inférieur au rayon interne r1 de la surface interne de transmission de la première face annulaire formant ici stator. Ainsi, le jour formé entre les première et deuxième surfaces de transmission permet à la deuxième pièce formant rotor de coulisser et pivoter à l'intérieur de la première pièce annulaire formant stator, et permet de réaliser des guides d'ondes glissants courbés RF sans contact pour transmettre les ondes électromagnétiques tandis que le joint tourne.
  • Il est à remarquer qu'en accord avec la généralisation proposée du quatrième mode de réalisation du joint, il est possible de modifier la géométrie du joint en fonction des exigences de la plage de débattement angulaire. Par exemple, si l'angle de débattement souhaité est plus réduit, il est possible de mettre trois voies de transmission RF au lieu de deux sans nécessairement changer le diamètre interne de l'anneau ou bague de la première pièce annulaire. Sinon en augmentant raisonnablement le diamètre interne de l'anneau, il peut être envisagé de loger 4, 6 voire davantage de ports d'accès RF à l'intérieur des première et deuxième pièces, ce qui permet de transmettre 4, 6 ou plus de voies de transmission RF dans un seul joint tournant RF, par exemple dans le cas d'une application géostationnaire avec une plage de débattement angulaire égale à ±9°.
  • Suivant les Figures 12A, 12B et 12C, et une cinquième forme de réalisation, dérivée du joint tournant RF 2 de la première forme de réalisation des Figures 1A et 1B, un joint tournant radiofréquence RF 502 selon l'invention comporte ici une voie de transmission RF unique 504.
  • Le joint tournant radiofréquence RF 502 est configuré ici pour raccorder mécaniquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, par exemple d'une antenne RF rotative, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF sur une voie unique de transmission RF V1 504 entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif RF.
  • Le joint tournant radiofréquence RF 502 comporte :
    • une première pièce 512, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou cylindrique 514 qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique 516 (Z) ; et
    • une deuxième pièce 518, intérieure, de forme cylindrique, montée dans le trou cylindrique 514, pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie cylindrique 516 (Z) ; et
    • une troisième pièce 520, extérieure, de forme globale annulaire, montée côte à côte avec la première pièce extérieure cylindrique le long de l'axe longitudinal de symétrie cylindrique 516 (Z) en étant bloquée en translation le long dudit axe (Z), montée en rotation libre avec la première pièce, et montée en rotation libre pour tourner autour de la deuxième pièce.
  • La première pièce extérieure 512 comporte une première surface interne 522, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située à un premier niveau L1 le long de l'axe longitudinal L1 et ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1, égal au rayon du trou cylindrique 514.
  • La deuxième pièce intérieure 518 comporte une deuxième surface externe 528, électriquement conductrice de transmission des signaux électromagnétiques RF, située au premier niveau L1 le long de l'axe longitudinal (Z) et ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, en vis-à-vis et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission 522, et une troisième surface externe 530, électriquement conductrice métallique, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située à un deuxième niveau L2 le long de l'axe longitudinal L2 et ayant une forme cylindrique, définie par un troisième rayon externe r3.
  • La troisième pièce 520, extérieure, comporte une quatrième surface interne 532, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située au deuxième niveau L2 le long de l'axe longitudinal (Z) et ayant une forme cylindrique, définie par un quatrième rayon interne r4, strictement supérieur au troisième rayon externe r3, en vis-à-vis et mobile en rotation par rapport à la troisième surface externe 530, et mobile autour de l'axe de symétrie (Z), suivant un angle de déplacement angulaire a , compris dans une plage d'ouverture angulaire 534 prédéterminée.
  • La première surface interne de transmission 522 comprend ici un premier port d'accès RF 542 et des premiers moyens 544 à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La deuxième surface externe de transmission 528 comprend ici un deuxième accès RF 546 et des deuxièmes moyens 548 à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La troisième surface externe de transmission 530 comprend ici un unique troisième accès RF 550 et des troisièmes moyens 552 à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La quatrième surface interne de transmission 532 comprend ici un unique quatrième accès RF 554 et des quatrièmes moyens 556 à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première, deuxième, troisième et quatrième surfaces de transmission RF 522, 528, 530, 532 sont configurées par les premier, deuxième, troisième, quatrième rayons r1, r2, r3, r4, la géométrie des premier, deuxième, troisième, quatrième ports d'accès RF et la géométrie des premiers, deuxièmes, troisièmes, quatrièmes moyens 540, 548, 552, 556, de confinement et de guidage RF, de sorte que :
    • la voie unique de transmission V1 504 comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF entre la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure, et un deuxième guide d'onde glissant courbé RF large bande entre la deuxième pièce intérieure et la troisième pièce extérieure, les premier et deuxième guides d'onde glissants courbés RF étant respectivement disposés le long de deux cercles transversaux des deuxième et troisième surfaces de transmission et étant reliés en série entre eux.
  • Suivant les Figures 12A, 12B et 12C, le premier guide d'onde RF glissant courbé est délimité en hauteur radiale ou petit coté b entre une première piste métallique et une deuxième piste métallique des première et deuxième surfaces métalliques, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux murs latéraux transversaux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a de part et d'autre du cercle transversal situé dans le plan transversal ayant un premier niveau prédéterminé, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre un premier mur d'extrémité circonférentielle et un deuxième mur d'extrémité circonférentielle, disposés respectivement à proximité du premier port d'accès RF et du deuxième port d'accès RF.
  • Suivant les Figures 12A, 12B et 12C, le deuxième guide d'onde RF glissant courbé est délimité en hauteur radiale ou petit coté b entre une troisième piste métallique et une quatrième piste métallique des troisième et quatrième surfaces de transmission, en largeur ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux murs latéraux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre un premier mur d'extrémité circonférentielle et un deuxième mur d'extrémité circonférentielle, disposés respectivement à proximité du premier port d'accès RF et du deuxième port d'accès RF.
  • Ici, de manière particulière sur les Figures 12A-12C, les rayons externes r1 et r4 sont égaux et les rayons internes r2 et r3 sont égaux.
  • De manière générale, un joint tournant RF selon la cinquième forme de réalisation, configuré pour raccorder entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties d'un dispositif rotatif RF, comporte :
    • une première pièce, extérieure, de forme globalement annulaire, entourant un trou cylindrique qui est traversé par un axe longitudinal de symétrie cylindrique (Z), et
    • une deuxième pièce, intérieure, de forme cylindrique, monté dans le trou cylindrique, pour tourner autour de l'axe de rotation et de symétrie cylindrique (Z) ; et
    • une troisième pièce, extérieure, de forme globale annulaire, montée côte à côte avec la première pièce extérieure le long de l'axe longitudinal de symétrie cylindrique (Z) en étant bloquée en translation le long dudit axe (Z), montée en rotation libre avec la première pièce, et montée en rotation libre pour tourner autour de la deuxième pièce ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 1, de voies de transmission RF Vi, distinctes et séparées, entre la première partie d'antenne et la deuxième partie du dispositif rotatif RF, i désignant un indice d'identification des voies RF Vi variant entre 1 et N.
  • La première pièce extérieure comporte une première surface interne, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située à un premier niveau L1 le long de l'axe longitudinal L1 et ayant une forme cylindrique, définie par un premier rayon interne r1, égal au rayon du trou cylindrique.
  • La deuxième pièce intérieure comporte une deuxième surface externe, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située au premier niveau L1 le long de l'axe longitudinal (Z) et ayant une forme cylindrique, définie par un deuxième rayon externe r2, strictement inférieur au premier rayon interne r1, en vis-à-vis et mobile en rotation par rapport à la première surface interne de transmission, et une troisième surface externe métallique de transmission des signaux électromagnétiques RF, située à un deuxième niveau L2 le long de l'axe longitudinal L2 et ayant une forme cylindrique, définie par un troisième rayon externe r3.
  • La troisième pièce extérieure comporte une quatrième surface interne, électriquement conductrice, de transmission des signaux électromagnétiques RF, située au deuxième niveau L2 le long de l'axe longitudinal (Z) et ayant une forme cylindrique, définie par un quatrième rayon interne r4, strictement supérieur au troisième rayon externe r3, en vis-à-vis et mobile en rotation par rapport à la troisième surface externe 530, et mobile, autour de l'axe de symétrie (Z) suivant un angle de déplacement angulaire α, compris dans une plage interne d'ouverture angulaire 534 prédéterminée.
  • La première surface de transmission comprend N premiers ports d'accès RF et des premiers moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La deuxième surface externe de transmission comprend N deuxièmes accès RF et des deuxièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La troisième surface externe de transmission comprend N troisième ports d'accès RF et des troisièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF
  • La quatrième surface interne de transmission comprend N quatrièmes ports d'accès RF et des quatrièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première, deuxième, troisième et quatrième surfaces de transmission RF sont configurées par les premier, deuxième, troisième, quatrième rayons r1, r2, r3, r4, la géométrie des premier, deuxième, troisième, quatrième ports d'accès RF et la géométrie des premiers, deuxièmes, troisièmes, quatrièmes moyens de confinement et de guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte, connectés en série, un premier guide d'onde glissant courbé RF entre la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure, et un deuxième guide d'onde glissant courbé RF entre la deuxième pièce intérieure et la troisième pièce extérieure ; et
    • les premier et deuxième guides d'onde glissants courbés RF de chaque voie de transmission Vi, i variant de 1 à N, sont respectivement disposés le long de deux premier et deuxième cercles transversaux correspondant à l'indice i d'identification de a voie de transmission Vi, les premier cercles transversaux étant disposés sur la deuxième surface de transmission RF et répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à des premiers niveaux distincts L1i prédéterminés, et les deuxièmes cercles transversaux étant disposés sur la troisième surface de transmission RF et répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à des premiers niveaux distincts prédéterminés.
  • Le premier guide d'onde glissant courbé RF de chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre une première piste métallique et une deuxième piste métallique des première et deuxième surfaces de transmission RF, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux murs latéraux transversaux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a de part et d'autre du premier cercle transversal situé au premier niveau L1i prédéterminé, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre un premier mur d'extrémité circonférentielle et un deuxième mur d'extrémité circonférentielle, disposés respectivement à proximité du premier port d'accès RF et du deuxième port d'accès RF.
  • Le deuxième guide d'onde glissant courbé RF de chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, est délimité en hauteur radiale ou petit côté b entre une troisième piste métallique et une quatrième piste métallique des troisième et quatrième surfaces de transmission RF, en hauteur axiale ou grand coté a suivant la direction longitudinale de l'axe de symétrie (Z) entre deux murs latéraux transversaux de confinement et de guidage espacés de ladite largeur a de part et d'autre du deuxième cercle transversal situé au deuxième niveau L2i prédéterminé, et en longueur suivant la direction circonférentielle entre un premier mur d'extrémité circonférentielle et un deuxième mur d'extrémité circonférentielle, disposés respectivement à proximité du premier port d'accès RF et du deuxième port d'accès RF.
  • De manière générale et indépendamment de la forme de réalisation du joint tournant selon l'invention, la première pièce extérieure comporte N premières bornes RF de raccordement externe de voie, raccordées respectivement une à une aux N premiers ports d'accès RF des N premiers guides d'onde glissant courbés RF correspondants de la première surface de transmission RF au travers de N premières liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la première pièce extérieure.
  • Suivant les premier, deuxième, troisième et quatrième formes de réalisation du joint tournant RF selon l'invention, la deuxième pièce intérieure comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voies, raccordées respectivement une à une aux N deuxième ports d'accès RF des premiers guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la deuxième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes qui traversent longitudinalement et intérieurement la deuxième pièce intérieure.
  • Les N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de la deuxième pièce intérieure sont disposés et répartis d'un seul coté sur une des première et deuxième face de bout et d'extrémité du cylindre formant la deuxième pièce intérieure, ou des deux cotés sur la première face et la deuxième face de bout et d'extrémité du cylindre formant la deuxième pièce intérieure.
  • Suivant les premier, deuxième, troisième et quatrième formes de réalisation du joint tournant RF selon l'invention, la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure peuvent être respectivement un stator et un rotor ou peuvent être de manière réciproque un rotor et un stator.
  • Suivant la cinquième forme de réalisation du joint tournant RF selon l'invention, la troisième pièce extérieure comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voie de transmission RF, raccordées respectivement une à une aux N quatrièmes ports d'accès RF des N deuxièmes guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la quatrième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la troisième pièce extérieure.
  • Suivant la cinquième forme de réalisation du joint tournant RF selon l'invention, la première pièce extérieure et la troisième pièce extérieure peuvent être respectivement un stator et un rotor ou peuvent de manière réciproque être un rotor et un stator.
  • De manière plus générale, les formes cylindriques des première, deuxième, et/ou des troisième, quatrième surfaces de transmission des joints tournants RF de l'invention décrits ci-dessus peuvent être généralisées à des formes de surfaces de révolution autour de l'axe de symétrie (Z) formées chacune d'une succession de tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) formant des pistes circonférentielles à différents niveaux axiaux pouvant avoir des rayons différents ou égaux.
  • De la manière la plus générale, un joint tournant radiofréquence RF selon l'invention est configuré pour raccorder mécaniquement et radio-électriquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties dudit dispositif rotatif de guidage d'ondes RF.
  • Le joint tournant RF selon l'invention comporte :
    • une première pièce, extérieure, de forme globalement annulaire, ayant une première surface interne de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution sur un intervalle angulaire d'extension de longueur non nulle et inférieure ou égale à 360 degrés autour d'un axe longitudinal de rotation (Z) ; et
    • une deuxième pièce, intérieure à la première pièce, ayant une première surface externe de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution sur l'intervalle angulaire d'extension autour de l'axe longitudinal (Z), disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la première surface interne et mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (Z) sur un intervalle de rotation angulaire prédéterminé ; et
    • un nombre entier N, supérieur ou égal à 1, de voie(s) de transmission RF Vi distinctes, i variant de 1 à N, entre la première partie et la deuxième partie du dispositif rotatif de guidage d'ondes RF.
  • La première surface interne de transmission de signaux électromagnétiques comporte une succession d'un nombre prédéterminé NC, supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à N, de premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r1(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprend N premier(s) port(s) d'accès RF et des premiers moyens, à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La deuxième surface externe de transmission des signaux électromagnétiques RF comporte une succession de NC deuxièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés respectivement aux premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de deuxième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r2(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur au(x) premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) correspondant(s) r1(k), et comprend N deuxièmes ports d'accès RF et des deuxièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première et deuxième surfaces de transmission RF sont configurées par les premier et deuxième rayons moyens r1(k), r2(k), les premiers niveaux longitudinaux L1(k), k variant de 1 à NC, la géométrie des premier et deuxième accès RF, et la géométrie des premier et deuxième moyens de confinement et guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé différent, et
    • les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis angulairement sur les NC premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), chacun des NC tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) étant situé le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) à son premier niveau associé L1(k), k variant de 1 à NC.
  • Chaque premier guide d'onde glissant courbé, associé à une voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, est délimité :
    • en hauteur radiale ou petit côté b k entre un premier tronçon de surface de révolution et un deuxième tronçon de surface de révolution autour de l'axe (Z) en vis-à-vis de rang k des première et deuxième surfaces de transmission, k étant compris entre 1 et NC,
    • en hauteur axiale ou grand coté ak entre les deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage des premier et deuxième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) de rang k, et
    • en longueur entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle de confinement et de guidage, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un d'entre ces deux premiers murs d'extrémité circonférentielle ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF.
  • De manière générale, le guidage en rotation de la pièce formant rotor par rapport à la pièce formant stator peut être réalisé avec au moins un moteur électrique, de préférence un moteur électrique pas à pas.
  • Le moteur électrique pas à pas permet de sélectionner une position angulaire par rapport à une autre sans utiliser de télémesure externe.
  • De manière générale, le matériau utilisé pour confiner et guider les ondes électromagnétiques RF est un conducteur électrique, par exemple un métal, et l'isolant électrique utilisé à l'intérieur du ou des guides d'onde est le vide ou l'air.
  • Un joint tournant RF selon 'l'invention tel que décrit ci-dessus est réalisé en utilisant au moins un des procédés suivants de fabrication :
    • l'usinage classique par fraisage,
    • l'impression 3D,
    • le moulage en plastique métallisé ou métal,
    • l'électroformage.
  • La puissance électrique à l'émission, permise par un joint tournant RF selon l'invention tel que décrit ci-dessus est compatible des applications terrestres ou sol et des applications spatiales, embarquée à bord d'un satellite.
  • De manière avantageuse, le joint tournant RF selon l'invention décrit ci-dessus dans les diverses formes de réalisation, est un joint compact, sans contact avec de très bonnes performances RF tant sur le plan des pertes d'insertion que sur le plan du découplage entre les voies de transmission.
  • Ainsi, il a été montré qu'une utilisation typique du joint tournant RF selon l'invention est celle d'un joint tournant RF à quatre voies de transmission RF, deux voies en bande émission Tx et deux voies en bande réception Rx, fonctionnant en large bande (typiquement 2.5 GHz de bande). Il a été décrit également une utilisation à un nombre N plus grand de voies applicables à des configurations multi-spots ou multifaisceaux d'antenne.
  • Dans le cas de la généralisation du cinquième mode de réalisation du joint tournant RF des Figures 12A à 12C, la deuxième pièce intérieure comporte en outre une troisième surface externe de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension. De plus la troisième pièce extérieure comporte une quatrième surface interne de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension, disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la troisième surface externe et mobile autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle de rotation angulaire prédéterminé.
  • La troisième surface extérieure de transmission RF comporte une succession de NC troisièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r3(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprend N troisième(s) port(s) d'accès RF et des troisièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • La quatrième surface interne de transmission RF comporte une succession de NC quatrième(s) tronçon(s) de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z), situé(s) respectivement aux deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal (Z) autour de quatrième(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r4(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur(s) aux troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) correspondant(s) r3(k), et comprend N quatrième(s) port(s) d'accès RF et des quatrièmes moyens à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF.
  • Les première, deuxième, troisième et quatrième surfaces de transmission RF sont configurées par les premier, deuxième, troisième, quatrième rayons moyens r1(k), r2(k), r3(k), r4(k), les premier et deuxième niveaux longitudinaux L1(k), L2(k), k variant de 1 à NC, la géométrie des premier, deuxième, troisième, quatrième ports d'accès RF et la géométrie des premiers, deuxièmes, troisièmes, quatrièmes moyens de confinement et de guidage RF, de sorte que :
    • chaque voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, comporte, connectés en série, un premier guide d'onde glissant courbé RF entre la première pièce extérieure et la deuxième pièce intérieure, et un deuxième guide d'onde glissant courbé RF entre la deuxième pièce intérieure et la troisième pièce extérieure ; et
    • les N premier et deuxième guides d'onde glissants courbés RF de chaque voie de transmission Vi, i variant de 1 à N, sont différents, disposés orthogonalement à l'axe de symétrie (Z), répartis angulairement et respectivement sur les NC deuxième(s) et troisième(s) tronçons de surface de révolution de la deuxième surface externe et de la troisième surface externe, les deuxième et troisième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) des premier et deuxième guides d'ondes de chaque voie Vi étant appariés entre eux, ayant un même indice k(i) de rang des deuxième et troisième tronçons sur les deuxième et troisième surfaces de transmission et étant situés le long de l'axe longitudinal (Z) à leurs niveaux associés L1k(i), L2k(i).

Claims (20)

  1. Joint tournant radiofréquence RF pour raccorder radio-électriquement entre elles des première et deuxième parties d'un dispositif rotatif de guidage d'ondes RF, et pour transmettre des signaux électromagnétiques RF entre lesdites première et deuxième parties (6, 8) dudit dispositif rotatif de guidage d'ondes RF (10), le joint tournant RF comportant :
    - une première pièce (12 ; 212 ; 312 ; 422 ; 512), extérieure, de forme globalement annulaire, ayant une première surface interne de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution (22 ; 222 ; 322 ; 522) sur un intervalle angulaire d'extension de longueur non nulle et inférieure ou égale à 360 degrés autour d'un axe longitudinal de rotation (Z) (16 ; 216 ; 316 ; 516) ; et
    - une deuxième pièce (18 ; 218 ; 318 ; 432 ; 518), intérieure à la première pièce, ayant une deuxième surface externe (28 ; 228 ; 328 ; 528) de transmission de signaux électromagnétiques, électriquement conductrice, à symétrie de révolution sur l'intervalle angulaire d'extension autour de l'axe longitudinal (Z) (16 ; 216 ; 316 ; 516), disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la première surface interne et mobile en rotation autour de l'axe longitudinal (Z) (16 ; 216 ; 316 ; 516) sur un intervalle de rotation angulaire prédéterminé ; et
    - un nombre entier N, supérieur ou égal à 1, de voie(s) de transmission RF Vi (4 ; 204, 206 ; 304, 306 ; 404, 406, 408, 410 ; 504) distinctes, i variant de 1 à N, entre la première partie et la deuxième partie du dispositif rotatif de guidage d'ondes RF ; la première surface interne (22 ; 222 ; 322 ; 522) de transmission de signaux électromagnétiques, comportant une succession d'un nombre prédéterminé NC, supérieur ou égal à 1 et inférieur ou égal à N, de premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r1(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprenant N premier(s) port(s) d'accès RF (32 ; 232, 233 ; 332, 333 ; 542) et des premiers moyens (34 ; 234 ; 334 ; 544), à base de méta-matériaux, de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et
    la deuxième surface externe (28 ; 228 ; 328 ; 528) de transmission des signaux électromagnétiques RF, comportant une succession de NC deuxièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés respectivement aux premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de deuxième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r2(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur(s) au(x) premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) correspondant(s) r1(k), et comprenant N deuxièmes ports d'accès RF (38 ; 238, 239 ; 338, 339 ; 546) et des deuxièmes moyens (40 ; 240 ; 340 ; 548) à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et
    les première et deuxième surfaces de transmission RF (22, 28 ; 222, 228 ; 322, 328 ; 522, 528) étant configurées par les premier et deuxième rayons moyens r1(k), r2(k), les premier niveaux longitudinaux L1(k), k variant de 1 à NC, la géométrie des premier et deuxième accès RF, et la géométrie des premier et deuxième moyens (34, 40 ; 234, 240 ; 334, 340 ; 544, 548) de confinement et guidage RF, de sorte que :
    - chaque voie de transmission RF Vi (4 ; 204, 206 ; 304, 306 ; 404, 406, 408, 410 ; 504), i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF différent (42 ; 242, 243 ; 342, 343), et
    - les N premiers guides d'onde glissants courbés RF (42 ; 242, 243 ; 342, 343) sont répartis angulairement sur les NC premier(s) tronçon(s) de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), chacun des NC tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) étant situé le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) à son premier niveau associé L1(k), k variant de 1 à NC.
  2. Joint tournant radiofréquence RF selon la revendication 1, dans lequel
    chaque premier guide d'onde glissant courbé RF (42 ; 242, 243 ; 342, 343), associé à une voie de transmission RF Vi, i variant de 1 à N, est délimité :
    en hauteur radiale ou petit côté b k entre un premier tronçon de surface de révolution et un deuxième tronçon de surface de révolution autour de l'axe (Z) de rang k des première et deuxième surfaces de transmission, k étant compris entre 1 et NC,
    - en hauteur axiale ou grand coté a k entre les deux premiers murs latéraux de confinement et de guidage des premier et deuxième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) de rang k, et
    - en longueur entre deux premiers murs d'extrémité circonférentielle de confinement et de guidage, disposés pour l'un à proximité du premier port d'accès RF associé et pour l'autre à proximité du deuxième port d'accès RF associé, sans que l'un d'entre ces deux premiers murs d'extrémité circonférentielle ne s'interpose entre lesdits deux premiers ports d'accès RF.
  3. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel
    le nombre entier N de voies de transmission RF est égal à 1, et
    la voie de transmission RF unique V1 (4) comporte un unique premier guide d'onde glissant courbé (42), disposé orthogonalement à l'axe longitudinal (Z) (16) de symétrie à un niveau L1 prédéterminé.
  4. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel
    - le nombre entier N de voies de transmission RF distinctes Vi (204, 206) est supérieur ou égal à 2, et
    - chaque voie de transmission RF Vi (204, 206), i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé (242, 243), et
    - les N premiers guides d'onde glissants courbés RF (242, 243) sont répartis angulairement le long d'un même cercle transversal, disposé orthogonalement à l'axe longitudinal de symétrie à un premier niveau L1 prédéterminé.
  5. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel
    - le nombre entier N, de voies de transmission RF distinctes Vi (304, 306) est supérieur ou égal à 2, et
    - chaque voie de transmission RF Vi (304, 306), i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé (342, 343), et
    - les N premiers guides d'onde glissants courbés RF (342, 343) sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à des premiers niveaux Li distincts prédéterminés le long de l'axe (Z), i variant de 1 à N.
  6. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel
    - le nombre entier N de voies de transmission RF distinctes Vi (404, 406, 408, 410) est supérieur ou égal à 3, et
    - chaque voie de transmission RF Vi (404, 406, 408, 410), i variant de 1 à N, comporte un premier guide d'onde glissant courbé RF distinct associé, et
    - les N premiers guides d'onde glissants courbés RF sont répartis longitudinalement le long de l'axe de symétrie (Z) à un nombre NC de premiers niveaux supérieur ou égal à 2 et strictement inférieur à N ; et
    - au moins deux premiers guides d'onde glissants courbés RF parmi les N premiers guides tournants sont disposés orthogonalement à l'axe de symétrie (Z) à un même niveau prédéterminé et délimités chacun par un secteur angulaire correspondant.
  7. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, comportant en outre
    une troisième pièce (520) extérieure, de forme globalement annulaire, montée côte à côte avec la première pièce extérieure annulaire (512) le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) (516) en étant bloquée en translation le long dudit axe (Z), et en rotation libre avec la première pièce extérieure (512) pour tourner autour de la deuxième pièce intérieure (518); et dans lequel
    la deuxième pièce intérieure (518) comporte en outre une troisième surface externe (530) de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension ; et
    la troisième pièce extérieure (520) comporte une quatrième surface interne (532) de transmission des signaux électromagnétiques RF, électriquement conductrice, à symétrie de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle angulaire d'extension, disposée sans contact mécanique en vis-à-vis de la troisième surface externe (530) et mobile autour de l'axe longitudinal (Z) sur l'intervalle de rotation angulaire prédéterminé ; et
    la troisième surface extérieure de transmission RF (530) comporte une succession de NC troisièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z), situés à des deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) autour de troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) r3(k) associés, k variant de 1 à NC, et comprend N troisième(s) port(s) d'accès RF (550) et des troisièmes moyens (552) à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et
    la quatrième surface interne de transmission RF (532) comporte une succession de NC quatrième(s) tronçon(s) de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z), situé(s) respectivement aux deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal (Z) autour de quatrième(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r4(k) associé(s), k variant de 1 à NC, strictement inférieur(s) aux troisième(s) rayon(s) moyen(s) externe(s) correspondant(s) r3(k), et comprend N quatrième(s) port(s) d'accès RF (554) et des quatrièmes moyens (556) à base de méta-matériaux de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF ; et
    les première, deuxième, troisième et quatrième surfaces (522, 528, 530, 534) de transmission RF sont configurées par les premier(s), deuxième(s), troisième(s), quatrième(s) rayons moyens r1(k), r2(k), r3(k), r4(k), les premier(s) et deuxième(s) niveaux longitudinaux L1(k), L2(k), la géométrie des premier, deuxième, troisième, quatrième ports d'accès RF et la géométrie des premiers, deuxièmes, troisièmes, quatrièmes moyens (544, 548, 554, 556) de confinement et de guidage RF, de sorte que :
    - chaque voie de transmission RF Vi (504), i variant de 1 à N, comporte, connectés en série, un premier guide d'onde glissant courbé RF entre la première pièce extérieure (512) et la deuxième pièce intérieure (518), et un deuxième guide d'onde glissant courbé RF entre la deuxième pièce intérieure (518) et la troisième pièce extérieure (530) ; et
    - les N premier et deuxième guides d'onde glissants courbés RF de chaque voie de transmission Vi (504), i variant de 1 à N, étant différents, disposés orthogonalement à l'axe de symétrie (Z), répartis angulairement et respectivement sur les NC deuxième(s) et troisième(s) tronçons de surface de révolution de la deuxième surface externe (528) et de la troisième surface externe (530), les deuxième et troisième tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe longitudinal (Z) des premier et deuxième guides d'ondes de chaque voie Vi étant appariés entre eux, ayant un même indice k(i) de deuxième et troisième tronçons sur les deuxième et troisième surfaces et étant situés le long de l'axe longitudinal (Z) à leurs niveaux associés L1k(i), L2k(i).
  8. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel
    la première pièce extérieure (12 ; 212 ; 312 ; 422 ; 512) comporte N premières bornes RF de raccordement externe de voie, raccordées respectivement une à une aux N premiers ports d'accès RF des N premiers guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la première surface de transmission RF au travers de N premières liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la première pièce extérieure.
  9. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel
    la deuxième pièce intérieure (18 ; 218 ; 318 ; 432) comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voies de transmission RF, raccordées respectivement une à une aux N deuxièmes ports d'accès RF des premiers guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la deuxième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes qui traversent longitudinalement et intérieurement la deuxième pièce intérieure.
  10. Joint tournant RF selon la revendication 9, dans lequel
    la première pièce extérieure (12 ; 212 ; 312 ; 422) et la deuxième pièce intérieure (18 ; 218 ; 318 ; 432) sont respectivement un stator et un rotor ou sont respectivement de manière réciproque un rotor et un stator.
  11. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, dans lequel
    la troisième pièce extérieure (520) comporte N deuxièmes bornes RF de raccordement externe de voie de transmission RF, raccordées respectivement une à une aux N quatrièmes ports d'accès RF des N deuxièmes guides d'onde glissants courbés RF correspondants de la quatrième surface de transmission RF au travers de N deuxièmes liaisons de transition correspondantes distinctes, traversant la troisième pièce extérieure, et
    les N deuxièmes ports d'accès des premiers guides d'ondes glissants courbés sont raccordées un à un pour par voie de transmission unitaire aux N troisièmes ports d'accès des deuxièmes guides d'onde glissants courbés.
  12. Joint tournant RF selon la revendication 11, dans lequel la première pièce extérieure (512) et la troisième pièce extérieure (520) sont respectivement un stator et un rotor ou sont respectivement de manière réciproque un rotor et un stator.
  13. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, dans lequel
    les deux murs latéraux de confinement et de guidage de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots à surface électriquement conductrice ;
    les plots des deux murs latéraux de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont élancés et font saillie depuis une seule et même surface circonférentielle électriquement conductrice du premier guide d'onde, ou depuis les deux surfaces circonférentielles électriquement conductrices du premier guide d'onde à raison d'un mur latéral par surface circonférentielle, ou par entrelacement des plots depuis les deux surfaces circonférentielles électriquement conductrices pour au moins un mur latéral pris parmi les deux murs latéraux.
  14. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, dans lequel
    les deux murs d'extrémités circonférentielles de confinement et de guidage de chaque premier guide d'onde glissant courbé sont disposés de part et d'autre des premier et deuxième accès RF ; et
    les deux murs d'extrémités circonférentielles de confinement et de guidage sont formés chacun d'un réseau uni-ou bidimensionnel de plots à surface électriquement conductrice ; et
    les plots des deux murs d'extrémités circonférentielles sont élancés et font saillie respectivement depuis la première surface de transmission pour le premier mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du premier accès RF et depuis la deuxième surface de transmission pour le deuxième mur d'extrémité associé à et disposé au voisinage du deuxième accès RF.
  15. Joint tournant RF selon la revendication 14, dans lequel
    les plots des murs d'extrémité de la ou de plusieurs voies de transmissions RF situées à un même niveau longitudinal sont formés par des lignes circonférentielles de plots agencées en peigne de sorte à permettre un croisement libre mécanique des premier et des deuxième murs d'extrémité lorsque les première et deuxième pièces tournent l'une par rapport à l'autre tout en assurant leur fonction de confinement des ondes électromagnétiques.
  16. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel
    des moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF pris parmi les premiers et deuxièmes moyens de confinement et de guidage des signaux électromagnétiques RF sont partagés entre des premiers guides d'onde glissants courbés circonférentiellement ou latéralement adjacents.
  17. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel
    Les premier(s) rayon(s) moyen(s) interne(s) r1(k) et les deuxième(s) rayons moyen(s) externes r2(k), k variant de 1 à NC, sont respectivement égaux à une première constante r1 et à une deuxième constante r2.
  18. Joint tournant RF selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel
    le nombre NC de tronçons de la première surface de transmission, respectivement de tronçons de la deuxième surface de transmission, est supérieur ou égal à 2, et
    au moins deux tronçons de la première surface de transmission ont des premiers rayons internes différents ; et
    les aux moins deux tronçons de la deuxième surface de transmission, associés en vis-à-vis, ont des deuxièmes rayons externes différents.
  19. Joint tournant radiofréquence RF selon l'une quelconques des revendications 1 à 18, dans lequel
    les NC premiers tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés à des premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des premier(s) rayon(s) interne(s) r1(k), k variant de 1 à NC ; et les NC deuxièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés respectivement aux premiers niveaux différents L1(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des deuxième(s) rayon(s) externe(s) r2(k), k variant de 1 à NC ; et/ou
    les NC troisièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés à des deuxièmes niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des troisième(s) rayon(s) externe(s) r3(k), k variant de 1 à NC ; et les NC quatrièmes tronçons de surfaces de révolution autour de l'axe (Z) sont des tronçons cylindriques autour de l'axe (Z), situés respectivement aux deuxième(s) niveaux différents L2(k), k variant de 1 à NC, le long de l'axe longitudinal de symétrie (Z) et associés à des quatrième(s) rayon(s) interne(s) r4(k), k variant de 1 à NC.
  20. Dispositif rotatif de guidage d'ondes RF comportant :
    - une première partie ;
    - une deuxième partie rotative par rapport à la première partie ; et
    - un joint tournant RF selon l'une des revendications 1 à 19, destiné à raccorder les première et deuxième parties dudit dispositif rotatif et à transmettre des signaux électromagnétiques entre ces deux parties.
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