FR2547679A1 - Coupleur de trois voies electriques, a large bande, pour radiofrequences - Google Patents

Abstract

LE COUPLEUR A LARGE BANDE EST DESTINE A COUPLER TROIS ACCES E1, E2, E3 D'IMPEDANCE RO A UN QUATRIEME ACCES S D'IMPEDANCE RO3 ET COMPORTE POUR CELA TROIS LIGNES COAXIALES 10, 20, 30 DONT LES PREMIERES EXTREMITES DES CONDUCTEURS INTERIEURS SONT COUPLEES RESPECTIVEMENT AUX TROIS ACCES D'IMPEDANCE RO ET DONT LES PREMIERES EXTREMITES DES CONDUCTEURS EXTERIEURS SONT COUPLEES AU QUATRIEME ACCES. LA BANDE PASSANTE DU COUPLEUR EST AMELIOREE EN CHOISISSANT COMME IMPEDANCE CARACTERISTIQUE DES LIGNES COAXIALES, NON PAS LA VALEUR RO, COMME DANS L'ART CONNU, MAIS UNE VALEUR INFERIEURE. APPLICATION, EN PARTICULIER, AU COUPLAGE, A UNE MEME ANTENNE, DE TROIS EMETTEURS SYNCHRONISES.

Description

Coupleur de trois voies électriques, à large bande,
pour radiofréquences.

La présente invention se rapporte aux coupleurs à large bande, de trois voies électriques, travaillant en radiofréquences et destinés, en particulier, à coupler trois émetteurs synchronisés pour former un émetteur unique et le relier à une antenne.

Il est connu de réaliser des coupleurs de trois voies qui, pour coupler les accès d'impédance Ro d'une première, d'une deuxième et d'une Ro troisième voie à un accès d'impédance R3 d une voie commune, compor- tent trois lignes coaxiales d'impédance caractéristique Ro qui ont chacune une extrémité de leur conducteur intérieur qui forme l'un des trois accès d'impédance Ro tandis que les extrémités correspondantes du conducteur Ro extérieur sont réunies pour former l'accès d'impédance R3.

De tels coupleurs sont limites en bande passante car le rapport d'onde stationnaire (ROS; standing-wave ratio ou SWR dans la littérature anglo-saxonne) augmente rapidement avec la fréquence.

La présente invention a pour but de modifier ces coupleurs connus de manière à augmenter leur bande passante.

Selon l'invention ceci est principalement obtenu en remplaçant les lignes d'impédance caractéristique Ro par des lignes d'impédance caractéristique plus faible.

La présente sera mieux comprise à l'aide de la description ciaprès et des figures s'y rapportant qui représentent:
- la figure 1, un coupleur selon l'art connu,
- la figure 2, un coupleur selon l'invention,
- la figure 3, une courbe relative à des mesures faites sur le
coupleur selon la figure 2,
- la figure 4, un détail de réalisation d'un élément de la figure 2.

Sur les trois figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes références.

Les figures 1 et 2 représentent schématiquernent, à la même échelle, un coupleur selon l'art connu (figure 1) et un coupleur à plus large bande, selon l'invention (figure 2).

Le coupleur selon la figure 1 est constitué de trois lignes coaxiales 1, 2, 3, associées à trois résistances R1, R2, R3. Il comporte trois accès El, E2, E3 destinés à servir dans l'exemple décrit, au branchement d'émetteurs identiques, d'impédance de sortie égale à 50 ohms et fonctionnant en synchronisme; les accès El, E2, E3 sont constitués par les premières extrémités des conducteurs intérieurs des lignes coaxiales. Le coupleur comporte également un accès S qui, toujours dans l'exemple décrit, est destiné au branchement d'un dispositif d'antenne présentant une impédance égale à 50 ohms/3, soit environ 16,7 ohms.

Les résistances R1, R2, R3 sont toutes égales à 50 ohms et sont électriquement branchées selon un triangle dont les trois sommets sont respectivement reliés à trois courts-circuits réalisés entre les secondes extrémités des conducteurs intérieurs des lignes coaxiales 1, 2, 3 et, respectivement, les secondes extrémités des conducteurs extérieurs des lignes coaxiales 3, 1, 2.

Dans le montage selon la figure 1 les impédances caractéristiques
Zc des lignes coaxiales 1, 2, 3 sont choisies égales à 50 ohms. Un tel coupleur a une bande passante limitée vers les fréquences hautes car son rapport d'onde stationnaire augmente rapidement avec la fréquence; en effet, dans la formule qui donne l'impédance du coupleur vue d'un de ses accès El, E2 ou E3
L
Z = Ro (1 + j tg 27r (avec L = longueur de la ligne et 1 < = longueur d'onde correspondant à la fréquence de travail) le terme j tg2rr L)L qui détermine la bande passante est d'autant plus gênant que la longueur d'onde diminue c'est-à-dire que la fréquence augmente; pour le réduire et donc améliorer la bande passante vers les fréquences hautes il y a intérêt à prendre L aussi petit que possible mais cela entraîne une réduction de la bande passante vers les fréquences basses; en effet, pour ces fréquences basses, les lignes ayant une longueur L trop faible, forment, par leur conducteur extérieur, une bobine de choc d'inductance insuffisante, qui tend, à la limite,à se comporter comme un court-circuit entre les deux extrémités du conducteur extérieur. Un compromis est donc à trouver entre une longueur L des lignes coaxiales qui soit suffisamment petite pour favoriser les fréquences élevées et suffisamment grande pour les fréquences basses.Dans l'exemple décrit où le coupleur était destiné à coupler trois émetteurs de 500 watts chacun le choix s'est porté sur une longueur L de 7,5 cm ce qui a permis d'obtenir une bande passante de 60 à 120 MHz.

Une telle bande passante étant insuffisante pour certaines applications, des recherches ont été faites pour l'élargir et il s'est avéré qu'il était possible d'améliorer le comportement en fréquence du coupleur en modifiant, par rapport aux habitudes, la valeur de l'impédance caractéristique Zc des lignes; en effet en prenant pour Zc une valeur inférieure à Ro(Zc=RO avec n supérieur à 1), l'impédance du coupleur vu d'un de ses accès El, E2, E3 devient
Z' = Ro(l + j n tg 21r AL ) ce passage de la valeur Ro à la valeur Rn permet, à valeur constante de
L'(L' = L), d'augmenter la bande passante du coupleur vers les fréquences L élevées en divisant par n le terme j.tg 21r L ; de même en prenant L' supérieur à L, mais avec n tg 21r vLi = tg 2n L > , la bande passante du coupleur est augmentée vers les fréquences basses. Pour une valeur de n donnée il y a donc possibilité d'augmenter plus ou moins la bande passante du coupleur vers les fréquences élevées et vers les fréquences basses en fonction du choix de la longueur L' des lignes coaxiales.

Au sujet du choix de n, c'est-à-dire de la valeur Ro de
n l'impédance caractéristique des lignes coaxiales, il est à remarquer qu'elle résulte d'un compromis entre une large bande passante (n élevé) et une bonne directivité, c'est-à-dire un minimum de réinjection entre les trois voies (n pas trop supérieur à 1). Dans l'exemple décrit, où une directivité d'au moins 15 dB était nécessaire, n a été pris égal à 2; par ailleurs la longueur L' a été prise égale à 13 cm de manière à avantager principalement les fréquences basses.

La figure 2, dessinée à la même échelle que la figure 1, montre un coupleur selon l'invention, réalisé selon les indications données au paragraphe précédent et dont la bande passante va de 20 à 120 MHz. Ce coupleur comporte trois lignes coaxiales 10, 20, 30 d'impédance caracté ristique égale à 25 ohms et trois résistances R1, R2, R3 de 50 ohms chacune; ces lignes coaxiales et ces résistances sont connectées comme les lignes 1, 2, 3 et les résistances R1, R2, R3 de la figure 1. Par ailleurs la figure 2 montre que, entre les accès El, E2, E3 du coupleur et les premières extrémités du conducteur intérieur des lignes coaxiales 10, 20, 30 sont respectivement branchés trois condensateurs C1, C2 et C3.Ces condensateurs, d'une capacité de 300 pF, forment, avec l'inductance constituée par le conducteur extérieur des lignes coaxiales, un filtre passe-haut qui permet d'élargir encore la bande passante du coupleur vers les fréquences basses en modifiant la pente de la courbe représentative de l'atténuation, At, du coupleur en fonction de la fréquence. Ce résultat apparaît sur la figure 3 qui montre l'atténuation produite par le coupleur de la figure 2, en fonction de la fréquence, pour des fréquences de l'ordre de 20 MHz; ia figure 3 montre deux courbes: une courbe (1) relative au coupleur de la figure 2 sans les condensateurs C1, C2, C3 et une courbe (2) relative au coupleur avec les condensateurs.

La figure 4 montre comment sont réalisées, dans l'exemple décrit, les lignes coaxiales 10, 20, 30 de la figure 2; comme ces trois lignes sont identiques seule la ligne 10 a été représentée.

La ligne de la figure 4 est constituée en fait de deux lignes coaxiales, 11, 12, d'impédance caractéristique égale à 50 ohms et de 13 cm de longueur, mises en parallèle par réunion de leurs premières extrémités de conducteur intérieur, A, de leurs premières extrémités de conducteur extérieur, B, de leurs secondes extrémités de conducteur intérieur, C, et de leurs secondes extrémités de conducteur extérieur, D.

La figure 4 montre également que les lignes 11 et 12 traversent quinze anneaux successifs T1 à T15. Ces anneaux sont des anneaux de ferrite de type FN 23-1105 commercialisés par la Société LTT; ils servent à augmenter l'effet de bobine de choc, dont il a été question plus avant, pour élargir la bande passante du coupleur vers les fréquences basses. Quant au condensateur C1, la figure 4 montre qu'il s'agit en fait de trois condensateurs branchés en parallèle; ces condensateurs sont des condensateurs céramique de type "chipse" (chip dans la littérature anglosaxonne) de 100 pF chacun.

La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et, par exemple, chacune des lignes 10, 20, 30 de la figure 2 peut être constituée aussi bien par deux lignes en parallèle, comme indiqué sur la figure 4, que par une seule ligne coaxiale ou par plus de deux lignes coaxiales en parallèle; le choix se fera en fonction des câbles coaxiaux disponibles et de la valeur d'impédance caractéristique à obtenir.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1. Coupleur à large bande, de trois voies électriques, pour radiofréquences, destiné à coupler les accès (El, E2, E3), d'impédance Ro, d'une première, d'une deuxième et d'une troisième voie, à un accès (S), Ro d'impédance R30, , d'une voie commune, et formé de trois lignes coaxiales (10, 20, 30) dont les premières extrémités des conducteurs intérieurs sont destinées à être couplées respectivement aux accès d'impédance Ro et dont les premières extrémités des conducteurs extérieurs sont destinées à être reliées à l'accès d'impédance Ro , caractérisé en ce que les trois

3 lignes coaxiales sont des lignes d'impédance caractéristique inférieure à

Ro.

2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des condensateurs (C1, C2, C3) pour coupler les premières extrémités des conducteurs intérieurs des trois lignes coaxiales aux trois accès (El, E2, E3) d'impédance Ro, ces condensateurs étant destinés à jouer le rôle de filtre passe-haut, en collaboration avec l'inductance constituée par le conducteur extérieur de la ligne qu'ils couplent à un des acces.