FR2462787A1 - Planar coupler for waveguide and HF line - is oriented at right angles to waveguide end and has two conductive layers on either side of dielectric - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un dispositif de transition entre un guide d'onde et une ligne hyperfréquence et également une source hyperfréquence -comprenant une telle transition. The invention relates to a transition device between a waveguide and a microwave line and also a microwave source -comprising such a transition.
Dans les dispositifs hyperfréquence on utilise très souvent des oscillateurs hyperfréquences réalisés à partir de composants discrets montés sur un circuit imprimé Ces oscillateurs utilisent alors, par exemple, comme circuit résonnant des lignes hyperfréquences du type microstrip, triplaque ou coplanaire. In microwave devices very often microwave oscillators made from discrete components mounted on a printed circuit are used. These oscillators then use, for example, as resonant circuits microwave lines of the microstrip, triplate or coplanar type.
Ces oscillateur étant très souvent utilisés pour l'alimentation de dispositifs utilisant des guides d'ondes, le problème de la transition présentant un minimum de perte et de taux d'ondes stationnaires se pose. These oscillators being very often used for the power supply of devices using waveguides, the problem of the transition presenting a minimum of loss and of stationary wave rate arises.
Dans l'art antérieur on utilise -généralement des éléments de lignes coaxiales dont le conducteur central est introduit dans le guide d'onde alors que la gaine conductrice est reliée aux parois conductrices de ce guide d'onde. In the prior art, elements of coaxial lines are generally used, the central conductor of which is introduced into the waveguide while the conductive sheath is connected to the conductive walls of this waveguide.
Ce type de transition présente plusieurs inconvénients :
L'oscillateur hyperfréquence étant généralement réalisé en technique de circuits imprimés, une transition supplémentaire ligne microstrip-ligne coaxiale, par exemple, est nécessaire.This type of transition has several drawbacks:
Since the microwave oscillator is generally produced in printed circuit technique, an additional transition from microstrip line to coaxial line, for example, is necessary.
Cette transition supplémentaire augmente les pertes d'insertion d'une part et d'autre part une transition de ce type se présente sous un volume non négligeable. Enfin, le coût de
fabrication est relativement élevé.This additional transition increases the insertion losses on the one hand and on the other hand a transition of this type occurs in a not insignificant volume. Finally, the cost of
manufacturing is relatively high.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. The present invention aims to remedy these drawbacks.
Selon une caractéristique de l'invention la transition entre un guide d'onde et une ligne hyperfréquence comporte, reliées à la ligne hyperfréquence, deux plaques conductrices parallèles montées à l'extrémité d'un guide d'onde et faisant un angle Oc avec l'axe de symétrie de ce guide d'onde, l'une de ces plaques conductrices ayant une surface couvrant au moins la surface de la section du guide d'onde, l'autre, comprise entre cette première plaque conductrice et la section du guide d'onde, une surface dont la taille maximum est limitée à la surface de la section du guide d'onde. According to a characteristic of the invention, the transition between a waveguide and a microwave line comprises, connected to the microwave line, two parallel conductive plates mounted at the end of a waveguide and forming an angle Oc with l axis of symmetry of this waveguide, one of these conductive plates having a surface covering at least the surface of the section of the waveguide, the other, between this first conductive plate and the section of the guide wave, an area whose maximum size is limited to the area of the waveguide section.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui suit donnée à l'aide des figures qui représentent :
- les figures la et lb, deux variantes d'un dispositif de transition entre une ligne coaxiale et un guide d'onde de l'art antérieur
- les figures 2a et 2b, un exemple d'élément rayonnant monté sur une plaque diélectrique et la répartition des champs électriques qui en résulte ;
- les figures 3a, 3b, 3c et 3d, quatre variantes possibles de réalisation de cet élément rayonnant de la figure 2a ;
- la figure 4, un premier exemple de réalisation d'un dispositif de transition ligne hyperfréquence-guide d'onde selon l'invention ;
- la figure 5, un second exemple de réalisation d'un dispositif de transition ligne hyperfréquence-guide d'onde selon l'invention ;;
- les figures 6a et 6b, un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de transition ligne hyperfréquence-guide d'onde selon l'invention vu en perspective et en coupe longitudinale.Other advantages and characteristics of the present invention will emerge from the description which follows given with the aid of the figures which represent:
- Figures la and lb, two variants of a transition device between a coaxial line and a waveguide of the prior art
- Figures 2a and 2b, an example of a radiating element mounted on a dielectric plate and the distribution of the electric fields which results therefrom;
- Figures 3a, 3b, 3c and 3d, four possible embodiments of this radiating element of Figure 2a;
- Figure 4, a first embodiment of a microwave line-waveguide transition device according to the invention;
- Figure 5, a second embodiment of a microwave line-waveguide transition device according to the invention;
- Figures 6a and 6b, a third embodiment of a microwave line-waveguide transition device according to the invention seen in perspective and in longitudinal section.
a fioure la montre un premier exemple de transition ligne coaxiale-guide d'onde de l'art antérieur. The first example of a coaxial line-waveguide transition of the prior art is shown in the watch.
Elle comporte une ligne coaxiale composée de deux conducteurs X et 2 à symétrie axiale, et un guide d'onde 3. Le conducteur central 1 de la ligne coaxiale pénètre dans le guide d'onde 3 formant ainsi une sonde excitatrice 4 ; ce type de transition est donc transversal. Un inconvénient particulier è ce type de transition vient de la fixation de la ligne coaxiale sur le guide d'onde 3 dont la rigidité doit être suffisante pour maintenir la sonde excitatrice 4 dans une direction fixe. It comprises a coaxial line composed of two conductors X and 2 with axial symmetry, and a wave guide 3. The central conductor 1 of the coaxial line enters the wave guide 3 thus forming an excitation probe 4; this type of transition is therefore transverse. A particular drawback to this type of transition comes from the fixing of the coaxial line on the waveguide 3, the rigidity of which must be sufficient to maintain the exciting probe 4 in a fixed direction.
La figure lb montre un second exemple de transition ligne coaxiale-guide d'onde de l'art antérieur. FIG. 1b shows a second example of a coaxial line-waveguide transition of the prior art.
Elle comporte les mêmes éléments que ceux de la figure la, mais disposés différemment. It comprises the same elements as those of FIG. La, but arranged differently.
La ligne coaxiale est dans cet exemple de réalisation connectée longitudinalement au guide d'onde 3 ; de plus la sonde excitatrice 4 a alors, de façon préférentielle, la forme d'une plaque dont la largeur augmente en se rapprochant d'une des parois du guide d'onde à laquelle elle est raccordée électriquement. Un inconvénient de ce type de transition ligne coaxiale-guide d'onde vient de la sonde excitatrice dont la géométrie rend la réalisation délicate et partant coûteuse. The coaxial line is in this embodiment connected longitudinally to the waveguide 3; in addition, the excitation probe 4 then preferably has the shape of a plate whose width increases as it approaches one of the walls of the waveguide to which it is electrically connected. One drawback of this type of coaxial line-waveguide transition comes from the excitation probe, the geometry of which makes it difficult and therefore costly to produce.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en utilisant des éléments rayonnants dont un exemple est montré sur les figures 2a et 2b. The present invention aims to remedy these drawbacks by using radiating elements, an example of which is shown in FIGS. 2a and 2b.
L'élément rayonnant de la figure 2a comporte une plaque de substrat en matériau diélectrique 7 dont une des faces est entièrement recouverte par un plaque conductrice et l'autre face comporte une surface conductrice 5 reliée électriquement à un ruban conducteur 6 formant avec la plaque conductrice 8 une ligne hyperfréquence du type microstrip. The radiating element of FIG. 2a comprises a substrate plate made of dielectric material 7 of which one of the faces is entirely covered by a conductive plate and the other face comprises a conductive surface 5 electrically connected to a conductive tape 6 forming with the conductive plate 8 a microwave line of the microstrip type.
Les figures 3a, 3b, 3c et 3d montrent des exemples non limitatifs d'alimentation d'un élément rayonnant 5. FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d show nonlimiting examples of supply of a radiating element 5.
La figure 3a reprend l'exemple de la figure 2a avec une différence de forme pour l'élément rayonnant 5 qui, sur la figure 3a, c la forme d'un disque. Figure 3a shows the example of Figure 2a with a difference in shape for the radiating element 5 which, in Figure 3a, c the shape of a disc.
La figure 3b montre un élément rayonnant 5-de forme rectangulaire ; mais cette figure illustre surtout la possibilité d'alimenter cet élément rayonnant 5 par une ligne coplanaire formée d'un ruban conducteur 6 et de la plaque conductrice 9 entourant l'ensemble de l'élément rayonnant 5 en restant toutefois isolé de lui électriquement. La plaque conductrice 8 joue alors le rôle d'un réflecteur pour les ondes hyperfréquences. FIG. 3b shows a radiating element 5-of rectangular shape; but this figure illustrates above all the possibility of supplying this radiating element 5 with a coplanar line formed by a conductive strip 6 and the conductive plate 9 surrounding the assembly of the radiating element 5 while remaining electrically isolated from it. The conductive plate 8 then plays the role of a reflector for microwave waves.
La figure 3c montre un élément rayonnant 5 fixé sur une première face de la plaque du substrat en matériau diélectrique 7 et alimenté par une ligne coplanaire formée d'un ruban conducteur 6 et de la plaque conductrice 8 fixés sur la seconde face du substrat en matériau diélectrique. L'élément rayonnant 5 et le ruban conducteur 6 sont alors reliés par une connexion électrique telle, que le point de contact 10 de cette connexion sur l'élément rayonnant 5 est distinct du centre de symétrie de cet élément rayonnant 5 s'il existe. FIG. 3c shows a radiating element 5 fixed on a first face of the plate of the substrate of dielectric material 7 and supplied by a coplanar line formed of a conductive tape 6 and of the conductive plate 8 fixed on the second face of the substrate of material dielectric. The radiating element 5 and the conductive tape 6 are then connected by an electrical connection such that the contact point 10 of this connection on the radiating element 5 is distinct from the center of symmetry of this radiating element 5 if it exists.
La figure 3d montre une disposition très semblable à celle de la figure 3c mais avec une alimentation se faisant directement par une ligne coaxiale dont le conducteur central 6 est relié électriquement en un point 10 de l'élément rayonnant 5 et le conducteur extérieur 11 de cette ligne coaxiale à la plaque conductrice 8, la plaque conductrice 8 et l'élément rayonnant 5 se trouvant chacun sur une face du substrat en matériau diélectrique 7. Figure 3d shows an arrangement very similar to that of Figure 3c but with a supply being made directly by a coaxial line whose central conductor 6 is electrically connected at a point 10 of the radiating element 5 and the external conductor 11 of this line coaxial with the conductive plate 8, the conductive plate 8 and the radiating element 5 each located on one face of the substrate made of dielectric material 7.
La présente invention vise à associer ces éléments rayonnants, avec un guide d'onde. La coopération de ces deux moyens permet la transmission d'un signal hyperfréquence de la ligne hyperfréquence du guide d'onde et réciproquement. The present invention aims to associate these radiating elements with a waveguide. The cooperation of these two means allows the transmission of a microwave signal from the microwave line of the waveguide and vice versa.
Les modes d'excitation de ces éléments rayonnants 5 ayant la forme d'un disque sont connus. Le champ électrique E rayonné par un tel disque conducteur a une direction parallèle à la droite passant par le centre du disque conducteur et le point 10 d'application du signal hyperfréquence d'excitation. The modes of excitation of these radiating elements 5 having the shape of a disc are known. The electric field E radiated by such a conductive disc has a direction parallel to the right passing through the center of the conductive disc and the point 10 of application of the excitation microwave signal.
Les figures 4, 5, 6a et 6b, montrent trois exemples non limitatifs de transition ligne hyperfréquence-guide d'onde selon l'invention. Figures 4, 5, 6a and 6b show three nonlimiting examples of microwave line-waveguide transition according to the invention.
La figure 4 montre une transition ligne hyperfréquenceguide d'onde comportant un guide d'onde 3 sur lequel est fixé un élément rayonnant 5 alimenté par une ligne coplanaire dont la structure a été déjà décrite pour la figure 3b. Le guide d'onde 3 est fixé de telle façon que les parois de ce guide -d'onde 3 sont en contact électrique avec la plaque conductrice 9 entourant l'élément rayonnant 5 connecté au ruban conducteur 6. La seconde face conductrice 8 du substrat de matériau diélectrique 7 peut comporter des liaisons électriques avec les parois métalliques du guide d'onde 3. Une encoche est pratiquée dans le guide d'onde 3 de façon à éviter un contact électrique entre celui-ci et le ruban conducteur 6. FIG. 4 shows a microwave line waveguide transition comprising a waveguide 3 to which is fixed a radiating element 5 supplied by a coplanar line, the structure of which has already been described for FIG. 3b. The waveguide 3 is fixed in such a way that the walls of this waveguide 3 are in electrical contact with the conductive plate 9 surrounding the radiating element 5 connected to the conductive tape 6. The second conductive face 8 of the substrate of dielectric material 7 may include electrical connections with the metal walls of the waveguide 3. A notch is formed in the waveguide 3 so as to avoid electrical contact between the latter and the conductive tape 6.
Selon un mode préférentiel mais non limitatif de réalisation, la plaque de substrat en matériau diélectrique 7 supportant l'élément rayonnant 5 est fixé selon une section droite du guide d'onde 3. I1 est cependant possible de monter la plaque de substrat en matériau diélectrique 7 telle qu'elle fasse un anglet avec l'axe de symétrie de ce guide d'onde 3. Dans la suite de la description on supposera 0 < : 900. According to a preferred but nonlimiting embodiment, the substrate plate of dielectric material 7 supporting the radiating element 5 is fixed in a cross section of the waveguide 3. It is however possible to mount the substrate plate of dielectric material 7 such that it makes an angle with the axis of symmetry of this waveguide 3. In the following description, we will assume 0 <: 900.
L'élément rayonnant 5 est fixé selon un mode préférentiel, mais non limitatif, de réalisation au centre de la section du guide d'onde 3. I1 est cependant possible de le placer dans d'autres positions et cela sera en particulier le cas si plusieurs surfaces conductrices rayonnantes sont disposées sur la surface du matériau diélectrique 7 tournée vers l'intérieur du guide d'onde 3. The radiating element 5 is fixed according to a preferred, but not limiting, embodiment in the center of the section of the waveguide 3. It is however possible to place it in other positions and this will in particular be the case if several radiating conductive surfaces are arranged on the surface of the dielectric material 7 facing the inside of the waveguide 3.
Ces éléments rayonnants 5 peuvent être de forme quelconque bien qu'une solution simple consiste à les choisir sous la forme de disques. L'alimentation de ces éléments rayonnants se fait soit par un ruban conducteur 6 faisant partie d'une ligne microstrip ou coplanaire, soit par une ligne coaxiale. Dans le cas d'une alimentation par ligne coaxiale, chaque élément rayonnant 5 sera connecté à cette ligne coaxiale en un point 10 différent du centre de symétrie de cet élément rayonnant 5 ; la position de ce point 10 dépendant du mode que l'on désire exciter dans le guide d'onde 3. Pour exciter le mode TEol dans le guide d'onde 3, il est nécessaire d'exciter l'élément rayonnant 5 suivant sa première fréquence de résonnance ; ce mode étant pair il permet d'exciter facilement le guide d'onde 3. These radiating elements 5 can be of any shape although a simple solution consists in choosing them in the form of discs. The supply of these radiating elements is done either by a conductive tape 6 forming part of a microstrip or coplanar line, or by a coaxial line. In the case of a coaxial line supply, each radiating element 5 will be connected to this coaxial line at a point 10 different from the center of symmetry of this radiating element 5; the position of this point 10 depending on the mode which one wishes to excite in the waveguide 3. To excite the TEol mode in the waveguide 3, it is necessary to excite the radiating element 5 according to its first resonant frequency ; this mode being even it allows to easily excite the waveguide 3.
La figure 5 montre un second exemple de transition ligne hyperfréquence-guide selon l'invention. Cette figure présente un élément rayonnant 5 ayant la forme d'un disque alimenté par une ligne microstrip ; comme il a déjà été dit, la forme de cet élément rayonnant 5 peut être choisie autre que celle d'un disque comme par exemple un carré, un triangle, une ellipse.Le ruban conducteur 6, formant avec la plaque conductrice 8 la ligne microstrip d'alimentation, est tel que si l'on désire une excitation du guide d'onde 3 dans le mode TEO1, sa direction est parallèle aux petits côtés de la section du guide d'onde 3.
Pour exciter d'autres modes, la position de l'élément rayonnant peut différer du centre de la section du guide d'onde 3, le ruban conducteur 6 peut avoir une orientation différente, et enfin plusieurs éléments rayonnants 5 peuvent être utilisés.FIG. 5 shows a second example of microwave line-guide transition according to the invention. This figure shows a radiating element 5 having the shape of a disc fed by a microstrip line; as has already been said, the shape of this radiating element 5 can be chosen other than that of a disc such as for example a square, a triangle, an ellipse. The conductive tape 6, forming with the conductive plate 8 the microstrip line supply, is such that if an excitation of the waveguide 3 is desired in the TEO1 mode, its direction is parallel to the short sides of the section of the waveguide 3.
To excite other modes, the position of the radiating element can differ from the center of the section of the waveguide 3, the conductive tape 6 can have a different orientation, and finally several radiating elements 5 can be used.
Les figures a et 6b montrent une variante d'alimentation de la transition ligne hyperfréquence-guide d'onde décrite à la figure 5. Celle-ci est en effet, dans cette figure 6a, constituée d'une ligne coaxiale dont le conducteur extérieur 11 est relié électriquement à la plaque conductrice 8 et dont le conducteur intérieur 6 est relié électriquement à l'élément rayonnant 5 en un point 10 différent du centre de symétrie de cet élément rayonnant. FIGS. A and 6b show a power supply variant of the microwave line-waveguide transition described in FIG. 5. This in fact is, in this FIG. 6a, made up of a coaxial line whose external conductor 11 is electrically connected to the conductive plate 8 and whose inner conductor 6 is electrically connected to the radiating element 5 at a point 10 different from the center of symmetry of this radiating element.
Dans certains cas la plaque de matériau diélectrique 7 pourra comporter plusieurs éléments rayonnants 5, chacun d'eux étant alimenté par une ligne hyperfréquence différente de type quelconque. On obtient alors, à l'intérieur du guide d'onde 3, une combinaison des différents signaux appliqués aux différentes lignes hyperfréquences. In certain cases, the plate of dielectric material 7 may comprise several radiating elements 5, each of them being supplied by a different microwave line of any type. One then obtains, inside the waveguide 3, a combination of the different signals applied to the different microwave lines.
La forme du guide d'onde 3 peut être choisie quelconque. The shape of the waveguide 3 can be chosen as desired.
La plaque de matériau diélectrique 7 peut être constituée d'une matière quelconque et en particulier peut simplement être une couche de gaz comme par exemple de l'air. Dans ce cas les surfaces conductrices 5, 8 sont choisies suffisamment épaisses pour avoir une bonne rigidité. The plate of dielectric material 7 can be made of any material and in particular can simply be a layer of gas such as for example air. In this case the conductive surfaces 5, 8 are chosen to be thick enough to have good rigidity.
Cette plaque de matériau diélectrique 7 peut également servir de circuit imprimé pour monter, par exemple, les différents composants constituant la source hyperfréquence qui de ce fait se trouve directement connectée à la transition, ce qui limite les pertes en puissance. This plate of dielectric material 7 can also serve as a printed circuit for mounting, for example, the various components constituting the microwave source which is therefore directly connected to the transition, which limits the power losses.
On a ainsi décrit. une transition entre au moins une ligne hyperfréquence et un guide d'onde et une source hyperfréquence contenant une telle transition. We have thus described. a transition between at least one microwave line and a waveguide and a microwave source containing such a transition.
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