FR2660803A1 - Connecting device and part for UHF waveguides - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF ET PIECE DE RACCORDEMENT
POUR GUIDES D'ONDES HYPEREREQUENCE
La présente invention se rapporte à un dispositif de raccordement pour guides d'ondes hyperfréquence, destiné à raccorder deux guides d'ondes de section rectangulaire. Elle se rapporte également à une pièce de raccordement multiple comportant une pluralité de tels dispositifs.CONNECTION DEVICE AND PIECE
FOR HYPEREREQUENCE WAVEGUIDES
The present invention relates to a connection device for microwave waveguides, intended to connect two waveguides of rectangular section. It also relates to a multiple connection piece comprising a plurality of such devices.
Dans de nombreux domaines hyperfréquence et notamment pour la réalisation d'antennes, le problème se pose de raccorder des tronçons de guides d'ondes. In many microwave fields and in particular for the production of antennas, the problem arises of connecting sections of waveguides.
I1 est connu pour cela de braser en bout des guides des brides avec ajustage mécanique avant brasure. La pose de brides est donc une opération relativement complexe et coûteuse, la brasure s'effectuant au bain de sel ou sous vide. Dans ces deux cas, la brasure nécessite ltemploi de procédés thermiques avec des températures de l'ordre de 6000C ce qui occasionne des déformations, une reprise en usinage de la face de la bride pouvant s'avérer nécessaire. I1 is known for this to braze the flange guides at the end with mechanical adjustment before brazing. The fitting of flanges is therefore a relatively complex and costly operation, the soldering being carried out in a salt bath or under vacuum. In these two cases, the soldering requires the use of thermal processes with temperatures of the order of 6000C which causes deformations, a resumption in machining of the face of the flange may prove necessary.
D'autre part, les dimensions des fours de brasage sous vide ne permettent pas de poser des brides sur des guides de trop grande longueur. On the other hand, the dimensions of the vacuum brazing ovens do not allow flanges to be placed on guides of too great length.
Certaines tentatives ont été faites pour simplifier les procédés de raccordement connus et éviter d'avoir à effectuer des brasures. Mais les solutions proposées consistant à assembler des brides en bout de guides d'ondes sont compliquées car elles nécessitent l'assemblage de plusieurs pièces pour chaque bride, l'utilisation de joints toriques d'assemblage sur des guides de section rectangulaire, la réalisation de pièges hyperfréquence sur chaque pièce et donc des opérations de fabrication et d'assemblage multiples et coûteuses. Some attempts have been made to simplify known connection methods and avoid having to perform soldering. However, the proposed solutions consisting in assembling flanges at the end of waveguides are complicated because they require the assembly of several parts for each flange, the use of O-rings for assembly on guides of rectangular section, the production of microwave traps on each part and therefore multiple and costly manufacturing and assembly operations.
Un objet de la présente invention est précisément de réaliser un dispositif de raccordement de guides extrêmement simple et exempt de ces inconvénients. An object of the present invention is precisely to provide an extremely simple guide connection device free of these drawbacks.
Un autre objet de l'invention est un dispositif de raccordement de guides comportant simplement une pièce en U et une plaque de fermeture. Another object of the invention is a device for connecting guides simply comprising a U-shaped part and a closure plate.
Selon l'invention il est donc prévu un dispositif de raccordement pour guides d'ondes hyperfréquence, destiné à raccorder deux guides d'ondes de section rectangulaire, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend au moins une pièce en U dont l'ouverture, de forme rectangulaire, est sensiblement de même section que la section extérieure des guides, au moins une plaque de fermeture venant s'appliquer sur le sommet de ladite pièce en U et des moyens de fixation pour assurer la fixation et le serrage de ladite plaque sur ladite pièce en U, lesdits guides à raccorder étant insérés dans ladite pièce en U de manière à venir sensiblement bout à bout en contact l'un de l'autre et étant maintenus par ladite plaque de fermeture. According to the invention there is therefore provided a connection device for microwave waveguides, intended to connect two waveguides of rectangular section, characterized in that said device comprises at least one U-shaped part whose opening, of rectangular shape, is substantially the same section as the outer section of the guides, at least one closure plate coming to be applied on the top of said U-shaped part and fixing means for fixing and tightening said plate on said U-shaped part, said guides to be connected being inserted into said U-shaped part so as to come substantially end to end in contact with one another and being held by said closure plate.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une pièce de raccordement multiple comportant une pluralité de dispositifs du type ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle comprend une pièce unique comportant une pluralité d'ouvertures en U disposées parallèlement et au moins une plaque de fermeture pour fermer l'ensemble desdites ouvertures de manière à permettre le raccordement d'une pluralité de paires de guides d'ondes. According to another aspect of the invention, there is provided a multiple connection part comprising a plurality of devices of the above type, characterized in that it comprises a single part comprising a plurality of U-shaped openings arranged in parallel and at at least one closure plate for closing all of said openings so as to allow the connection of a plurality of pairs of waveguides.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 représente un dispositif de raccordement de deux guides d'ondes selon l'invention - les figures 2 et 3 représentent des variantes de réalisation du dispositif de raccordement selon l'invention - la figure 4 montre un dispositif de raccordement avec deux épaulements espacés de X /4 - la figure 5 représente un dispositif selon l'invention pour raccorder deux guides d'épaisseurs de paroi différentes; - la figure 6 est une coupe du dispositif de la figure 5 ; et - la figure 7 est une pièce de raccordement multiple selon l'invention pour raccorder des paires de guides d'ondes. The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear with the aid of the description below and of the accompanying drawings in which - FIG. 1 represents a device for connecting two waveguides according to the invention - the Figures 2 and 3 show alternative embodiments of the connection device according to the invention - Figure 4 shows a connection device with two shoulders spaced X / 4 - Figure 5 shows a device according to the invention for connecting two guides d '' different wall thicknesses; - Figure 6 is a section of the device of Figure 5; and - Figure 7 is a multiple connection piece according to the invention for connecting pairs of waveguides.
La figure 1 représente un dispositif de raccordement de guides d'ondes selon l'invention, pour raccorder deux guides d'ondes 1, 2 identiques de section rectangulaire. Ce dispositif comprend essentiellement une pièce en U, 3 et une plaque de fermeture 4 ou deux demi-plaques de fermeture 5, 6 selon une variante. La pièce en U, 3, comprend une base 36 et deux branches parallèles 37 et 38 qui délimitent une ouverture 30 de section rectangulaire sensiblement identique à la section extérieure des guides 1, 2 à un jeu près. Grâce à ce jeu, les guides 1 et 2 peuvent être insérés dans l'ouverture 30 jusqu'à venir bout à bout en contact ou sensiblement en contact l'un de l'autre. Sur la figure 1, on a représenté à dessein un écartement 35 entre les deux guides.Une plaque de fermeture 4 rectangulaire, de dimensions adaptées à celle de la pièce en U 3 vient se placer sur l'extrémité des branches 37, 38 auxquelles elle est fixée par l'intermédiaire des trous correspondants 31 à 34 dans la pièce en U et 41 à 44 dans la plaque 4 et de vis non représentées. FIG. 1 represents a device for connecting waveguides according to the invention, for connecting two identical waveguides 1, 2 of rectangular section. This device essentially comprises a U-shaped part, 3 and a closure plate 4 or two closure half-plates 5, 6 according to a variant. The U-shaped part 3 comprises a base 36 and two parallel branches 37 and 38 which delimit an opening 30 of rectangular section which is substantially identical to the outside section of the guides 1, 2 apart from one clearance. Thanks to this play, the guides 1 and 2 can be inserted into the opening 30 until they come end to end in contact or substantially in contact with one another. In FIG. 1, a spacing 35 is intentionally shown between the two guides. A rectangular closing plate 4, of dimensions adapted to that of the U-shaped part 3 is placed on the end of the branches 37, 38 to which it is fixed by means of the corresponding holes 31 to 34 in the U-shaped part and 41 to 44 in the plate 4 and screws not shown.
La hauteur des branches 37, 38 mesurée à l'intérieur de l'ouverture 30 est choisie légèrement inférieure à la dimension extérieure correspondante des guides de façon que la plaque 4 vienne serrer les guides 1, 2 lors de sa fixation contre la pièce 3, ce qui assure une fixation parfaite des guides sans risque de flambage. The height of the branches 37, 38 measured inside the opening 30 is chosen to be slightly less than the corresponding external dimension of the guides so that the plate 4 comes to tighten the guides 1, 2 when it is fixed against the part 3, which ensures perfect fixing of the guides without risk of buckling.
La pièce en U 3 et la plaque 4 peuvent être entièrement métalliques. Dans ce cas, la pièce en U peut être obtenue par usinage de l'ouverture 30 dans un bloc métallique. The U-shaped part 3 and the plate 4 can be entirely metallic. In this case, the U-shaped part can be obtained by machining the opening 30 in a metal block.
On peut également prévoir des pièces en matériau diélectrique suffisamment résistant mécaniquement et dont les surfaces sont recouvertes d'une couche métallique. It is also possible to provide parts made of a dielectric material which is sufficiently mechanically resistant and whose surfaces are covered with a metallic layer.
Selon une variante, la plaque de fermeture 4 peut être remplacée par deux demi-plaques 5, 6, les trous 51, 53 venant en regard des trous 31, 33 et les trous 62, 64 venant en regard des trous 32, 34. Cette variante permet de s'affranchir d'une différence de dimensions éventuelle des guides 1 et 2. According to a variant, the closure plate 4 can be replaced by two half-plates 5, 6, the holes 51, 53 coming opposite the holes 31, 33 and the holes 62, 64 coming opposite the holes 32, 34. This variant makes it possible to overcome a possible difference in dimensions of the guides 1 and 2.
Un tel dispositif de raccordement est donc extrêmement facile à réaliser et de plus, de manière surprenante, il fournit d'excellentes performances en hyperfréquence sans nécessiter un ajustage très précis des guides raccordés. Ainsi en prenant le cas peu favorable où on utilise deux demi-plaques légèrement espacées et deux guides accolés dont la jonction se trouve dans l'espace entre les deux demi-plaques, on constate l'apparition d'un effet selfique dû à une discontinuité électrique. Such a connection device is therefore extremely easy to produce and, moreover, surprisingly, it provides excellent microwave performance without requiring very precise adjustment of the connected guides. Thus by taking the unfavorable case where two slightly spaced half-plates and two contiguous guides are used, the junction of which is in the space between the two half-plates, one notes the appearance of a selfic effect due to a discontinuity electric.
Néanmoins, on obtient un taux d'ondes stationnaires (TOS) de l'ordre de 1,01 à 2,75 GHz pour des essais dans une bande de 2,5 à 3,5 GHz et des pertes maximum de 0,07 dB à 3,49 GHz.However, a standing wave rate (TOS) of the order of 1.01 to 2.75 GHz is obtained for tests in a band from 2.5 to 3.5 GHz and maximum losses of 0.07 dB at 3.49 GHz.
Si on choisit un écartement 35 de 1 mm entre les guides, on obtient encore un TOS de 1,02 en moyenne avec un maximum de 1,045 à 3,18 GHz et des pertes maximum de 0,094 dB à 3,42 GHz. Si l'écartement de 1 mm entre les deux guides se trouve au centre d'une plaque ou demi-plaque, on a une diminution de l'effet selfique dû à une meilleure continuité électrique. On note un TOS de l'ordre de 1,02 en moyenne avec un maximum de 1,037 à 3,18 GHz et des pertes maximum de 0,065 dB à 2,7 GHz. If one chooses a spacing 35 of 1 mm between the guides, one still obtains a TOS of 1.02 on average with a maximum of 1.045 at 3.18 GHz and maximum losses of 0.094 dB at 3.42 GHz. If the spacing of 1 mm between the two guides is in the center of a plate or half-plate, there is a reduction in the inductive effect due to better electrical continuity. There is a TOS of the order of 1.02 on average with a maximum of 1.037 at 3.18 GHz and maximum losses of 0.065 dB at 2.7 GHz.
En outre, du point de vue de la puissance transmissible aucune amorce d'arc n'a pu être notée jusqu'à des puissances de l'ordre de 6 kW crête pour un écartement des guides de 0,5 mm et de l'ordre de 28 kW crête pour des guides placés bout à bout, ces mesures étant faites pour des fuites inférieures à 2 mW/cm2. In addition, from the point of view of the transmissible power, no arc initiation could be noted up to powers of the order of 6 kW peak for a spacing of the guides of 0.5 mm and of the order 28 kW peak for guides placed end to end, these measurements being made for leaks less than 2 mW / cm2.
La figure 2 représente une variante dans laquelle la pièce en U 3 de la figure 1 est remplacée par deux pièces en U identiques 7,8 d'épaisseur moitié de celle de la pièce 3. Cette solution peut être choisie pour des commodités de montage mais il faut alors prévoir des moyens d'assemblage de ces deux pièces en U constitués par exemple par des trous 73 à 75 dans ces deux pièces et des vis (non représentées) pour serrer ces pièces longitudinalement l'une contre l'autre. Les trous 71, 72, 81, 82 servent à la fixation avec vis d'une plaque de fermeture ou de deux demi-plaques comme celles de la figure 1. FIG. 2 represents a variant in which the U-shaped part 3 of FIG. 1 is replaced by two identical U-shaped parts 7.8 of thickness half that of the part 3. This solution can be chosen for mounting convenience but it is then necessary to provide means for assembling these two U-shaped parts constituted for example by holes 73 to 75 in these two parts and screws (not shown) to clamp these parts longitudinally against each other. The holes 71, 72, 81, 82 are used for fixing with screws a closure plate or two half-plates like those of FIG. 1.
La figure 3 représente une autre variante dans laquelle on remplace la pièce en U et la plaque de fermeture par deux demi-pièces en U 9, 9' de hauteur égale à la moitié de celle de la pièce en U de la figure 1. Ces deux demi-pièces en
U 9, 9' sont là encore fixées entre elles par l'intermédiaire de vis s'engageant dans les trous 91', 92'. Il est évident qu'on pourrait aussi penser à remplacer chaque demi-pièce en U par deux demi-pièces en U selon la variante de la figure 2.FIG. 3 represents another variant in which the U-shaped part and the closure plate are replaced by two U-shaped half-pieces 9, 9 ′ of height equal to half that of the U-shaped part in FIG. 1. These two half pieces in
U 9, 9 'are again fixed to each other by means of screws engaging in the holes 91', 92 '. It is obvious that one could also think of replacing each U-shaped half-piece by two U-shaped half-pieces according to the variant of FIG. 2.
Comme on l'a vu précédemment la discontinuité entre les deux guides amène un effet selfique qui est la cause des
TOS mesurés. On peut imaginer de compenser au mieux ce défaut en reproduisant la discontinuité à une distance X/4 où A est la longueur d'onde centrale de fonctionnement. Pour cela, on réalise le dispositif de raccordement de la figure 4.As we saw previously the discontinuity between the two guides brings about a selfic effect which is the cause of
Your measured. One can imagine compensating for this defect as best as possible by reproducing the discontinuity at a distance X / 4 where A is the central operating wavelength. For this, the connection device of FIG. 4 is produced.
La pièce en U 10 comporte dans son ouverture une partie centrale 12 de section moindre limitée par deux épaulements 15, 16 parallèles espacés de X/4. Chaque guide vient s'engager dans une partie latérale correspondante 11, 13 de ltouverture et vient en butée contre l'épaulement correspondant 15, 16. De préférence, ltépaisseur des épaulements est sensiblement égale à l'épaisseur des parois des guides. La plaque de fermeture 20 comporte une partie centrale 21 en relief dont les dimensions correspondent à celle de la partie centrale 12 de l'ouverture de la pièce en U de façon à compléter une ouverture de section rectangulaire inférieure aux sections des parties latérales 11, 13 de l'ouverture.The U-shaped part 10 has, in its opening, a central part 12 of smaller cross section limited by two parallel shoulders 15, 16 spaced apart by X / 4. Each guide engages in a corresponding lateral part 11, 13 of the opening and abuts against the corresponding shoulder 15, 16. Preferably, the thickness of the shoulders is substantially equal to the thickness of the walls of the guides. The closure plate 20 comprises a central part 21 in relief, the dimensions of which correspond to that of the central part 12 of the opening of the U-shaped part so as to complete an opening of rectangular section smaller than the sections of the lateral parts 11, 13 of the opening.
Ainsi dans une direction longitudinale les réflexions sur deux défauts espacés de A/4 sont en opposition de phase ce qui entraîne donc une compensation d'autant meilleure que la longueur d'onde est proche de la longueur d'onde centrale A. Thus in a longitudinal direction, the reflections on two faults spaced from A / 4 are in phase opposition, which therefore results in compensation the better the closer the wavelength is to the central wavelength A.
La figure 5 est une variante destinée à raccorder deux guides d'épaisseur de paroi différente. Par exemple, on peut envisager le raccordement de guides de type WR 284 d'épaisseurs de paroi respectives égales à 2 et 3 mm. La pièce en U 100 comporte une ouverture en deux parties 101, 102 de sections différentes séparées par un épaulement 104. La plaque de fermeture 100' comporte, comme dans le cas de la figure 4, une partie en relief 102' venant s'engager dans la partie 102 de l'ouverture, l'épaulement 104' étant à la hauteur de l'épaulement 104. Dans ce cas, les sections intérieures des deux guides sont exactement dans le prolongement l'une de l'autre comme on le voit en coupe selon un plan horizontal sur la figure 6, où le guide 110 est le guide de plus forte épaisseur et le guide 111 est celui de plus faible épaisseur. Figure 5 is a variant for connecting two guides of different wall thickness. For example, it is possible to envisage the connection of guides of the WR 284 type with respective wall thicknesses equal to 2 and 3 mm. The U-shaped part 100 has an opening in two parts 101, 102 of different sections separated by a shoulder 104. The closure plate 100 'comprises, as in the case of FIG. 4, a raised part 102' which engages in the part 102 of the opening, the shoulder 104 'being at the height of the shoulder 104. In this case, the internal sections of the two guides are exactly in the extension of one another as can be seen in section along a horizontal plane in FIG. 6, where the guide 110 is the thickest guide and the guide 111 is the thinnest guide.
On pourrait aussi prévoir que la plaque 100' ne présente pas de relief. Dans ce cas, on prévoirait un décalage plus important de la base de la partie d'ouverture 101 (zig. 5) de façon que les faces extérieures supérieures des deux guides soient dans le prolongement l'une de l'autre et serrées par la plaque de fermeture plane. Cette solution a l'inconvénient que les sections internes des deux guides ne sont plus face à face mais décalées légèrement dans le sens des branches du U ; mais ceci n'introduit que peu de pertes supplémentaires. One could also provide that the plate 100 'does not have any relief. In this case, a greater offset would be provided from the base of the opening part 101 (zig. 5) so that the upper external faces of the two guides are in line with one another and clamped by the flat closing plate. This solution has the disadvantage that the internal sections of the two guides are no longer face to face but offset slightly in the direction of the branches of the U; but this only introduces a few additional losses.
Il est clair que toutes ces variantes peuvent être combinées entre elles pour donner de nouvelles variantes de l'invention. It is clear that all these variants can be combined together to give new variants of the invention.
La figure 7 représente une liaison de raccordement pour une pluralité de paires de guides parallèles. Cette liaison comprend une pièce 120 comportant une pluralité d'ouvertures en
U 121 identiques délimitées par des branches parallèles. La fixation des guides peut s'effectuer à l'aide d'une plaque de fermeture unique ou de deux demi-plaques fixées par l'intermédiaire de vis dans les trous 122. Figure 7 shows a connection link for a plurality of pairs of parallel guides. This connection comprises a part 120 comprising a plurality of openings in
Identical U 121 delimited by parallel branches. The guides can be fixed using a single closing plate or two half-plates fixed by means of screws in the holes 122.
Une telle liaison de raccordement multiple peut par exemple être utilisée pour la réalisation d'une antenne à N guides à fentes parallèles alimentés par une extrémité. Such a multiple connection link can for example be used for making an antenna with N guides with parallel slits supplied by one end.
Dans tous les cas de figure décrits la pièce en U, simple ou multiple, peut être usinée facilement par fraisage des ouvertures dans un bloc métallique de dimensions adéquates. In all the cases described, the U-shaped part, single or multiple, can be machined easily by milling the openings in a metal block of suitable dimensions.
Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. Of course, the embodiments described are in no way limitative of the invention.
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