FR2668304A1 - Dephaseur reciproque en guide dielectrique a ferrite. - Google Patents

Abstract

Le déphaseur a une structure en guide d'onde rectangulaire (8G). Il comprend, selon une réalisation préférée, un barreau central ferrimagnétique (8B) à section transversale rectangulaire dans lequel est concentré la majeure partie de l'énergie électromagnétique. Au moins un second barreau ferrimagnétique (8UE) est disposé parallèlement et a des extrémités (8UEe) liées à celles du premier barreau afin de former un circuit magnétique fermé. Un solénoïde de commande de déphasage (8S0E) entoure axialement le second barreau et perturbe ainsi très peu les ondes électromagnétiques se propageant, le second barreau étant de préférence à l'extérieur du guide. Le temps de commutation est de l'ordre de quelques microsecondes. Selon d'autres variantes, un ou deux barreaux avec aolénoïdes peuvent être positionnés dans l'un des plans longitudinaux correspondants à la longueur ou la largeur de la section transversale rectangulaire du guide, et présentés une structure en guide diélectrique ou en guide image isolé symétrique.

Description

Déphaseur réciproque en guide diélectrique à ferrite
La présente invention concerne un déphaseur réciproque à ferrite pour déphaser des micro-ondes dans la gamme des ondes centimètriques et millimètriques se propageant dans un guide d'onde rectangulaire. Le caractère réciproque d'un tel déphaseur signifie que l'onde hyperfréquence qui le traverse est indépendante du sens de propagation.

Comparativement à un déphaseur réciproque traditionnel à diodes employé dans un radar, un déphaseur réciproque à ferrite présente les avantages suivants
- pertes d'insertion plus faibles,
- très faible fluctuation des pertes dans la bande de fréquence d'exploitation en fonction du déphasage,
- tenue en puissance crête élevée,
- déphasage analogique, ce qui implique un déphasage continûment ajustable confèrant une grande précision de pointage du faisceau de rayonnement lorsque le déphaseur est inclus dans une antenne à balayage électronique, et faible niveau des lobes latéraux,
- faible consommation de puissance moyenne de commande lorsque le déphaseur à ferrite fonctionne en mode rémanent ("latching" en langue anglo-saxonne), et
- possibilité d'extension dans la gamme des ondes millimètriques, du moins pour certaines structures de déphaseur à ferrite.

Comparativement à un déphaseur plus récent en guide diélectrique à commande piézo-électrique, un déphaseur à ferrite présente un temps de commutation relativement court, de l'ordre de quelques microsecondes.

Les déphaseurs réciproques à ferrite à structure en microruban sur substrat ferrite, et les déphaseurs réciproques à ferrite à structure en guide d'onde rectangulaire ou circulaire, du type à champ tournant ("rotary field phase shifter" ou " Faraday rotation phase shifter") ou à mode "dual" fonctionnant en mode rémanent présentent une structure extrêmement complexe, et donc un coût élevé, ainsi qu'un temps de commutation qui est relativement long, de l'ordre de cinquante à cent-cinquante microsecondes. Cette limitation du temps de commutation est dûe à la nature même de la structure du déphaseur utilisée, qui nécessite la présence obligatoire d'une paroi métallique le long du déphaseur, et selon laquelle le guide d'onde circulaire est chargé de ferrite, et donc le circuit magnétique inclus dans le déphaseur est ouvert.

D'autres déphaseurs à ferrite connus à structure coplanaire ou dite à structure à microruban, offrent des temps de commutation de quelques microsecondes grâce à une conception de circuit magnétique fermé en contact direct avec le ferrite hyperfréquence. Selon une première variante, le circuit magnétique est sous la forme d'un U en contact direct avec le matériaux ferrite juxtaposé au conducteur central de la ligne microruban; ce déphaseur est donc réalisé sur un substrat ferrite fonctionnant en mode rémanent. Selon une seconde variante, le déphaseur est en structure à guide coplanaire réalisé sur un substrat ferrite taillé sous la forme d'un tore rectangulaire. Ces déphaseurs présentent notamment un déphasage par unité de longueur très faible, et des pertes d'insertion trop importante.

La présente invention est orientée vers un déphaseur ayant des performances radioélectriques statiques aussi bonnes que les déphaseurs à ferrite présentés ci-dessus, utilisés actuellement dans les antennes à balayage électronique, et qui offrent principalement un temps de commutation de l'ordre de quelques microsecondes et un bon fonctionnement jusqu'aux ondes millimètriques, c'est-à-dire jusqu'à des fréquences de l'ordre 300 GHz.

Ainsi, plus particulièrement, l'invention concerne un déphaseur réciproque en guide diélectrique comprenant un premier barreau ferrimagnétique ayant une section transversale sensiblement rectangulaire et logé longitudinalement dans le guide. Un tel déphaseur est divulgué dans l'article de R.GLÖCKLER intitulé "Millimetre-wave
Dielectric Waveguide Ferrite Phase Shifter with Longitudinal
Magnetisation" paru dans "ELECTRONICS LETTERS", 12 Septembre 1985,
Vol.21, NO 19, pages 827 à 829. Le barreau de ferrite est supporté par un profilé en diélectrique ayant la même section qu'un guide d'onde rectangulaire fonctionnant dans la même bande de fréquence.

Correctement dimensionné, le barreau diélectrique constitue un guide d'onde offrant des pertes en transmission relativement faibles et fonctionnant dans la gamme des ondes centimètriques et millimètriques.

Toutefois, dans l'article précité, la structure du circuit magnétique à "bobine de commutation" pour commander le déphasage n'est point décrite.

Contrairement à ce que laisse supposer les auteurs de l'article précédent, la propagation dans un guide d'onde comprenant un tel barreau de ferrite isolé dans l'espace, fonctionnant généralement en mode Ey11 n'est pas très stable. En effet, dès que l'on applique un champ magnétique continu axial dans le ferrite, le champ électrique de l'onde électromagnétique a tendance à tourner, conformément au phénomène de "rotation de Faraday", bien connu pour la propagation hyperfréquence dans un guide chargé de ferrite. Ce phénomène incite à supprimer le caractère réciproque du déphaseur, contrairement au but recherché.

L'invention vise à fournir un déphaseur ayant des accès compatibles avec un guide rectangulaire et comprenant un premier barreau à section transversale sensiblement rectangulaire mais ne présentant pas les inconvénients du déphaseur selon l'article précité. En d'autres termes, le but de l'invention est de fournir un déphaseur en guide diélectrique à ferrite, c'est-à-dire constitué d'un barreau de ferrite à section rectangulaire, ayant le caractère réciproque, dans lequel le circuit magnétique de commande tend vers un circuit magnétique "parfait" et perturbe le moins possible les ondes électromagnétiques s'y propageant, en ce qui concerne les pertes par insertion et la polarisation de celles-ci, tout en confèrant un temps de commutation très faible, de l'ordre de quelques microsecondes.

A cette fin, un déphaseur selon l'invention comprend un second barreau ferrimagnétique ayant une majeure partie disposée sensiblement parallèlement au premier barreau et des extrémités liées au premier barreau afin de former un premier circuit magnétique fermé, le solénoïde entourant axialement ladite majeure partie du second barreau.

Commme on le verra dans la suite, la structure de base d'un déphaseur selon l'invention est essentiellement constituée par un barreau de ferrite à section rectangulaire polarisée par un champ magnétique axial. Ce premier barreau de ferrite dans lequel est concentrée la majeure partie de l'énergie électromagnétique se propageant dans le guide d'onde, est soit isolé dans l'espace pour constituer un guide diélectrique à ferrite, soit pris en sandwich entre deux plans conducteurs parallèles par l'intermédiaire d'une lame d'air ou de matériau diélectrique pour constituer un guide image isolé symétrique.

Dans cette structure de base, le second barreau a une section plus faible que celle du premier barreau central, et est déporté longitudinalement et parallèlement au premier barreau. Le solénoïde entoure ce second barreau de manière à créer un champ magnétique axial dans le premier barreau central. Le circuit magnétique a donc une structure en tore particulier, ayant deux branches s'étendant longitudinalement et liées par des jonctions en ferrite en forme de Y.

Selon d'autres variantes, le premier circuit magnétique comprend un troisième barreau ferrimagnétique qui est disposé sensiblement symétriquement au second barreau par rapport à l'axe longitudinal du guide et qui est entouré également par un second solénoïde.

Selon une autre variante, les premier et second barreaux sont disposés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du guide, les deux barreaux étant entourés axialement par des solénoïdes.

Quelles que soient ces variantes, le déphaseur peut présenter l'une des deux structures de guide d'onde suivantes au niveau du second barreau formant une branche secondaire entourée par un solénoïde.

Lorsque cette branche secondaire a une structure du type à guide d'onde diélectrique, le solénoïde est inclus dans le guide et a des bornes traversant des parois du guide, tels que des parois en matériau diélectrique. Lorsque la branche secondaire est en guide image isolé symétrique, le solénoïde a des spires traversant des fentes longitudinales ménagées dans deux parois parallèles du guide, telles que des parois conductrices de celui-ci, des languettes de ces parois entre les fentes traversant longitudinalement le solénoïde.

Selon une réalisation préférée, le ou les barreaux de branche secondaire ont leur majeure partie située à l'extérieur du guide d'onde et ont des extrémités, formant des branches de jonction en Y, traversant des parois du guide d'onde pour être liés au premier barreau central.

Une telle structure permet de positionner convenablement le barreau central concentrant l'énergie électromagnétique dans le déphaseur, par exemple au moyen d'une table de déplacement micrométrique extérieure au guide, tout en conservant de bonnes performances radio-électriques.

Selon une variante de cette réalisation, le déphaseur comprend un autre circuit magnétique composé par le barreau central et un autre barreau secondaire avec solénoïde, lequel second circuit magnétique est disposé dans un plan perpendiculaire au premier circuit magnétique.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels
- les Figs.lE, 1H et 1S sont une vue en coupe longitudinale prise suivant le plan vertical axial ayant pour trace EE dans la Fig.lS, une vue de dessus longitudinale parallèle à un plan horizontal axial ayant pour trace HH dans la Fig.lS et une vue de section transversale prise suivant un plan transversal vertical ayant pour trace SS dans les
Figs.lE et 1H, relatives à un premier déphaseur à structure de guide diélectrique et à structure de circuit magnétique asymétrique, respectivement;;
- les Figs.2E, 2H et 2S sont analogues aux Figs.lE, 1H et 1S respectivement et montrent un déphaseur à structure de guide diélectrique et à structure de circuit magnétique symétrique double comprenant trois barreaux;
- les Figs.3E, 3H et 3S sont analogues aux Figs.lE, 1H et 1S respectivement et concernent un déphaseur à structure de guide diélectrique et à structure de circuit magnétique à deux barreaux symétriques longitudinalement sans barreau central;
- les Figs.4E, 4H et 4S sont analogues aux Figs.lE, 1H et 1S respectivement, et concernent un déphaseur à structure en guide image isolé symétrique et à circuit magnétique asymétrique avec branche secondaire en guide diélectrique;;
- les Figs.5E, 5H et 5S sont analogues aux Figs.4E, 4H et 4S respectivement, et concernent un déphaseur à structure en guide image isolé symétrique et à circuit magnétique asymétrique dans lequel la branche secondaire est à structure en guide image isolé symétrique;
- les Figs.6E, 6H et 6S sont analogues aux Figs.3E, 3H et 3S respectivement et concernent un déphaseur à structure en guide image isolé symétrique;
- les Figs.7E, 7H et 7S sont analogues aux Figs.2E, 2H et 2S, et concernent un déphaseur en guide image symétrique;;
- les Figs.8E, 8H et 85 sont analogues aux Figs.lE, 1H et 1S respectivement et concernent un déphaseur en guide image isolé symétrique dans lequel le circuit magnétique a deux branches secondaires disposées à l'extérieur du guide d'onde et dans un plan de section longitudinale correspondant à la largeur de la section transversale du guide d'onde;
- les Figs.9E, 9H et 9S concernent un déphaseur analogue à celui montré aux Figs.8E, 8H et 8S, respectivement, mais, en outre, comprenant un second circuit magnétique double disposé dans un plan longitudinal correspondant à la longueur d'une section transversale de guide d'onde et analogue au circuit magnétique du déphaseur montré aux Figs.7E, 7H et 7S;;
- la Fig. 10 est un schéma montrant la répartition de la propagation d'énergie électromagnétique dans le déphaseur montré aux Figs.lE, 1H et 1S;
- les Figs.11 et 12 montrent schématiquement des vues en coupe longitudinale et en perspective d'une lentille électromagnétique dans une antenne réseau à balayage électronique comprenant des déphaseurs selon l'invention;
- les Figs.13 et 14 sont des vues en coupe longitudinale axiale et transversale d'un déphaseur inclus dans la lentille électromagnétique; et
- la Fig.15 est une vue en plan de la face imprimée de deux feuilles comportant des spires de solénoïde d'un déphaseur.

Dans les réalisations préférées décrites ci-après, il est supposé que le déphaseur réciproque à ferrite selon l'invention est inclus dans un guide d'onde rempli d'air, ayant une section transversale rectangulaire qui est convenablement dimensionnée pour exciter le mode transversal fondamental TE11 dans une gamme d'onde centimétrique ou millimétrique. Dans les figures, la section transversale est disposée verticalement, avec un plan longitudinal de champ électrique EE s'étendant verticalement et correspondant à la largeur de section et avec un plan longitudinal de champ magnétique HH s'étendant horizontalement et correspondant à la longueur de section. L'axe de propagation ZZ du guide est horizontal.

Une première réalisation du déphaseur réciproque à ferrite selon l'invention est montrée aux Figs.lE, 1H et 1S. Elle constitue une "réalisation de base" à laquelle on se réfèrera pour décrire les autres réalisations illustrées dans lesquelles les repères désignant une partie ou un élément analogue sont différenciés essentiellement par le premier chiffre 1 à 9 du repere.

Le déphaseur 1D montré aux Figs.lE, 1H et 1S est symétrique par rapport au plan de symétrie transversal SS, comme tous les déphaseurs illustrés dans les dessins. De part et d'autre de ce plan SS sont prévues deux transitions 1T en forme de cornet pyramidal tronqué, ayant des premières extrémités à section identiques à celle de tronçons d'un guide d'onde rectangulaire lG, et des secondes extrémité plus grandes et donc divergentes vers le plan SS et en regard.

Un barreau longiligne 1B en ferrite ayant une section transversale sensiblement rectangulaire, qui est carrée dans les figures, est disposé au centre du déphaseur 1D, le long de l'axe de propagation ZZ et entre les deux tronçons de guide 1G. Les extrémités longitudinales lBe du barreau 1B sont logées axialement dans les transitions 1T et sont sensiblement plus courtes que celles-ci. La section des extrémités de barreau lBe sont biseautées symétriquement dans le plan longitudinal
HH, en des chanfreins de préférence parallèles aux côtés internes correspondants des transitions 1T. Lorsque le diélectrique dans le guide d'onde est de l'air, deux supports diélectriques transversaux lSU sont fixés par collage dans les transitions 1T pour positionner d'une manière parfaitement stable le barreau 1B. Un support lSU peut être constitué par une ou deux cales de part et d'autre de l'extrémité du barreau 1E, comme montré aux Figs.lE et 1S, ou bien par une colonne à rainure ou un cadre par exemple.

Le déphaseur 1D constitue ainsi un guide diélectrique ayant un barreau en ferrite isolé dans l'espace par rapport aux parois conductrices en métal 1PC du guide d'onde 1G.

Le circuit magnétique fermé du déphaseur 1D présente une structure dans le plan longitudinal HH qui est asymétrique par rapport à l'axe
ZZ. Une première branche du circuit magnétique est constituée par le barreau 1B lui-même. Une seconde branche du circuit magnétique est constituée par un second barreau en ferrite 1U à section transversale sensiblement rectangulaire. La majeure partie du barreau 1U est rectiligne et s'étend parallèlement au barreau principal 1B. Les extrémités lUe du barreau 1U sont inclinées, par exemple à 450 environ, par rapport à l'axe ZZ, ou peuvent être perpendiculaires à cet axe.

Les extrémités lUe sont jointives avec un côté longitudinal vertical du barreau principal 1B, par exemple sensiblement en deçà des extrémités lBe du barreau 1B, devant les grandes sections des transitions 1T.

Un solénoïde 150 est disposé coaxialement à la majeure partie rectiligne du second barreau 1U et a des bornes lSOB reliées à un circuit de commande de déphasage, non représenté, du déphaseur 1D. La circonférence du solénoïde 150 est sensiblement plus grande que le périmètre de la section transversale du barreau 1U.

Les dimensions du premier barreau 1B étant plus grandes que celles du second barreau 1U, tant en section transversale qu'en section longitudinale, le premier barreau concentre l'énergie électromagnétique dans la partie centrale du déphaseur 1D, le long de l'axe ZZ. Le second barreau 1U constitue une ligne secondaire de propagation qui ne prélève qu'une petite quantité d'énergie hyperfréquence, par exemple inférieure à 1/100 en pratique, afin de minimiser les pertes d'insertion et d'assurer une bonne adaptation du déphaseur.

Le solénoïde lSU crée un champ magnétique axial qui varie sous le contrôle du circuit de commande de déphasage grâce aux propriétés intrinsèques du matériau ferrite. Une onde hyperfréquence se propageant dans le circuit magnétique, principalement dans le premier barreau 1U, subit une variation de la constante de propagation, et donc de la vitesse de propagation et du déphasage, en fonction du champ magnétique crée dans le solénoïde lus0, et donc en fonction de l'intensité variable du courant traversant celui-ci.

Le circuit magnétique ainsi formé est composé d'un tore en ferrite particulier réalisé globalement par l'association de deux jonctions en
Y dont les paires de petites branches supérieures sont asymétriques chacune par rapport à l'axe ZZ selon la Fig.lH et sont disposées en regard et jointives symétriquement par rapport au plan de symétrie SS.

Comparativement à la technique antérieure évoquée dans le préambule de la description, le solénoïde 1SO entoure, de préférence, la branche secondaire 1U pour minimiser la perturbation qu'est susceptible d'introduire le solénoïde dans le guide diélectrique. Le circuit magnétique 1B + 1U selon l'invention s'étend dans un plan longitudinal axial du guide d'onde et symétriquement par rapport à un plan transversal
SS, ce qui permet d'introduire un déphasage indépendant du sens de propagation de l'onde électromagnétique et ainsi de réaliser un déphaseur réciproque.

Comme montré schématiquement à la Fig.10, le bilan magnétique du déphaseur 1D se résume en la combinaison de deux diviseurs de puissance, qui sont ici déséquilibrés, formés par les deux jonctions en Y du circuit magnétique en tore longitudinal, respectivement. Par exemple pour une onde électromagnétique se propageant de la gauche vers la droite dans le guide d'onde 1G, et ayant une puissance électromagnétique incidente PO avec un déphasage initial iO au niveau de la transition de gauche 1T, la jonction de gauche en Y divise la puissance incidente dans les branches 1B et 1U proportionnellement aux sections des barreaux approximativement, en deux puissances respectives PB et PU, avec PB nettement plus grand que PU pour la réalisation illustrée à la Fig. 1H.

La jonction en Y au niveau de la transition de droite 2T somme vectoriellement les puissances réparties dans les deux branches 1B et 1U. La totalité de la puissance introduite ainsi à l'entrée se retrouve à la sortie, aux pertes d'insertion près, et avec un déphasage de proportionnel à la longueur du circuit magnétique, 4 B étant le déphasage dans la branche 1B.

Dans une seconde réalisation montrée aux Figs.2E, 2H et 2S, un déphaseur 2D comprend deux transitions de guide en cornet 2T, un barreau principal central 2B, et un premier barreau secondaire 2U entouré par un premier solénoïde 2SO, comme dans le déphaseur 1D.

Le déphaseur 2D comporte en outre un second barreau secondaire 2US ayant une section longitudinale en U et entouré axialement par un second solénoïde 2SOS. Les seconds barreau 2US et solénoïde 2SOS sont identiques aux premiers 2U et 2SO respectivement et sont symétriques de ceux-ci par rapport à l'axe de propagation principal ZZ. Les bornes 2SOSB du solénoïde 2SOS sont réliées également au circuit de commande de déphasage du déphaseur, et les deux solénoïdes 2SO et 2SOS sont connectés en parallèle ou en série et ont des sens d'enroulement choisis de manière à additionner des champs magnétiques dans le barreau 1B.

Le circuit magnétique dans le second déphaseur 2D est ainsi symétrique et est composé de deux circuits magnétiques élémentaires symétriques, analogues à celui dans le déphaseur 1D. Le double circuit magnétique augmente l'efficacité en déphasage par unité de longueur et assure une meilleure adaptation au niveau des transitions 2T. En effet, devant les transitions 2T sont prévues des jonctions à double Y ayant une branche principale 2B et deux branches secondaires symétriques 2Ue et 2USe.

Un troisième déphaseur 3D, déduit du second déphaseur 2D, est montré aux Figs.3E, 3H et 3S. Il comprend deux transitions en cornet 3T, et deux barreaux secondaires 3U et 3US qui sont disposés symétriquement par rapport à l'axe ZZ, et qui sont entourés axialement par des solénoïdes respectifs 350 et 3sou, comme dans le déphaseur 2D.

Le circuit magnétique dans le déphaseur 3D est parfaitement symétrique, et ne comporte pas de barreau principal axial. Les extrémités inclinées 3Ue et 3USe des barreaux secondaires 3U et 3US sont reliées deux à deux par deux pointes en ferrite 3Be. Les pointes ont une section longitudinale dans le plan HH qui est triangulaire et sont alignées suivant l'axe ZZ, comme les extrémités de barreau 1Be.

Dans le déphaseur 3D, les jonctions en Y sont parfaitement symétriques et ne sont autres que des diviseurs de puissance par 2. A condition que les deux branches 3U et 3S soient parfaitement identiques et que les solénoïdes 3SO et 3SOS entourant les deux branches soient également identiques et parcourus par le même courant, l'onde reste toujours en phase au niveau de la deuxième jonction. Dans ce cas, la totalité de l'énergie se retrouve à la sortie du dispositif aux pertes d'insertion près du déphaseur. Les puissances PB et PU concentrées dans les barreaux 3U et 3US, en référence à la Fig.10, sont identiques, quel que soit le déphasage, soit Wg = WU = W0/2.

D'autres réalisations de déphaseur réciproque à ferrite du type à guide d'onde image isolé symétrique selon l'invention sont décrites ci-après. Les déphaseurs comme les tronçons de guide d'onde auxquels ils sont raccordés comportent une section transversale composée par deux parois conductrices électriquement 4PC parallèles au plan HH et maintenues symétriques par rapport à ce plan par deux parois diélectriques 4PD parallèles au plan EE, comme montré à la Fig.4S pour un déphaseur 4D. Les espaces entre le circuit magnétique, ou le barreau principal de celui-ci, et les parois conductrices peuvent être remplis d'air ou d'un matériau diélectrique de faible permittivité, tel que
TEFLON.

En référence aux Figs.4E, 4H et 4S, le déphaseur à guide d'onde image isolé 4D comprend un circuit magnétique asymétrique qui est analogue à celui dans le déphaseur 1D et qui est composé d'un barreau principal central 4B et d'un seul barreau secondaire 4U entouré axialement par un solénoïde 450. Le barreau 4U est axé sur le centre de la section transversale du guide d'onde au moyen de supports, tels que deux colonnes verticales diélectriques 4SU aux extrémités biseautées 4Be du barreau.

Selon la variante montrée à la Fig.4H, la branche secondaire du circuit magnétique comprenant le barreau 4U est en structure de guide diélectrique. Le solénoïde 4SO est complètement logé entre les deux parois conductrices 4PC, sans être en contact avec ceux-ci. Les bornes 4SOB du solénoïde 4SO traversent la plus proche des parois diélectriques 4PD.

Le déphaseur 4D est ainsi composé d'un guide image isolé symétrique à ferrite à très faibles pertes d'insertion. L'excitation est réalisée par une transition 4T, guide d'onde rectangulaire - guide image isolé symétrique, en s'assurant que le champ électrique est perpendiculaire aux deux parois conductrices PC. Les deux transitions sont élargies suivant la longueur de section transversale de guide. Les deux jonctions en Y du circuit magnétique sont asymétriques. Correctement dimensionnée, la jonction d'entrée permet de ne prélever qu'une petite partie d'énergie dans la branche secondaire qui, entourée du solénoïde 4SO, constitue le moyen magnétique de commande du déphaseur.

Selon une variante du déphaseur 4D, un déphaseur 5D montré aux
Figs.5E, 5H et 5S est identique au déphaseur 4D, à l'exception que la branche secondaire 5U est en structure de guide image isolé symétrique.

Dans ce dernier cas, les spires du solénoïde 5SO traversent deux fentes longitudinales 5FE ménagées dans chacune des parois conductrices 4PC et sont traversées par deux languettes longitudinales 5LA des parois conductrices disposées entre les paires de fentes 5FE et de part et d'autre du barreau 5U. Les languettes conductrices ont une influence négligeable sur le circuit magnétique lorsque ces languettes ont une faible épaisseur et ne sont pas en contact latéral avec les spires afin d'éviter tout court-circuit transversal.

Un autre déphaseur 6D en guide d'onde image isolé symétrique est montré aux Figs.6E, 6H et 6S et comporte un circuit magnétique à jonctions symétriques en Y 6Be - 6Ue - 6USe et sans barreau principal central, analogue à celui dans le déphaseur 3D. Selon une première variante non montrée, la structure des branches secondaires est du type à guide d'onde diélectrique, et les deux solénoïdes sont contenus dans le guide, entre les deux plans conducteurs, comme montré en partie à la Fig. 4H; les transitions sont de section transversal croissante, et en particulier la longueur de section transversale du déphaseur dans le plan HH est supérieure à celle des tronçons de guide d'onde.Selon une seconde variante montrée aux Figs.6E, 6H et 6S, la structure des deux branches secondaires 6U et 6US est du type à guide d'onde image isolé symétrique, comme dans le déphaseur 5D (Fig.5H); dans ce cas, chacune des parois conductrices 6PC peut comporter une grande fente rectangulaire axiale 6FE traversées par les spires des solénoïdes 6SO et 6SOS en regard. Au niveau de chaque branche, chaque paroi conductrice 6PC est constituée par une languette longitudinale 6LA, 6LAS entourée par le solénoïde respectif 6SO, 6SOS.

Comme montré aux Figs.7E, 7H et 7S, un quatrieme déphaseur 7D en guide image isolé symétrique à ferrite comprend un circuit magnétique ayant un barreau central principal 7B et deux barreaux secondaires 7U et 7US, d'une manière analogue au circuit magnétique dans le déphaseur 2D. Dans ce déphaseur 7D, une ligne de transmission principale est réalisée par le barreau de ferrite 7B pris en sandwich entre deux parois conductrices 7PC à travers deux lames en matériau diélectrique de faible permittivité ou deux lames d'air. Correctement dimensionnées, deux branches secondaires du déphaseur 7D sont réalisées par les barreaux en U, 7U et 7US, en matériau ferrite, situés dans le plan HH, pour constituer un double circuit magnétique fermé sur la ligne de transmission principale.Dimensionnées pour prélever une faible quantité d'énergie, les branches secondaires comportent de préférence chacune un solénoïde 750, 7SOS pour créer un champ magnétique dans le barreau de ferrite principal 7U. Dans le déphaseur 7D, les deux branches secondaires 7U et 7US peuvent être en structure de guide diélectrique comme dans la branche secondaire 4U dans le déphaseur 4D montré à la
Fig.4H, ou bien en structure de guide image isolé symétrique comme la branche secondaire 5U dans le déphaseur 5D montré à la Fig.5H. Dans ce dernier cas, comme indiqué précédemment, le bobinage de chaque solénoïde 7SO, 7SOS traversent deux paires de fentes longitudinales pratiquées dans les parois conductrices 7PC.

Un autre déphaseur 8D ayant une branche principale comprenant un barreau en ferrite 8U et offrant une structure en guide image isolé symétrique, comme dans les déphaseurs 4D, 5D, et 7D, est illustré aux
Figs.8E, 8H et 8S.

Le déphaseur 8D comprend un double circuit magnétique incluant deux barreaux secondaires en ferrite 8UE et 8USE, avec des sections longitudinales en U symétriques, comme dans le déphaseur 7D. Toutefois, dans le déphaseur 8D, le double circuit magnétique est situé dans le plan transversal de champ électrique EE, comme montré à la Fig.8E, et les deux barreaux secondaires 8UE et 8USE ont des portions rectilignes longitudinales supportant des solénoïdes respectifs 8SOE et 8SOSE qui sont situées complètement à l'extérieur du guide d'onde 8G, l'une au-dessous de l'une inférieure des parois conductrices 8PC, et l'autre au-dessus de la paroi conductrice supérieure. Les solénoïdes 8SOE et 8SOSE ont des bornes respectives 8SOBRE et 8SOSBE qui sont reliées deux-à-deux directement aux bornes du circuit de commande de déphasage du déphaseur 8D, sans que les bornes du solénoïde traversent la structure du guide. Selon la réalisation illustrée, les extrémités 8UEe, 8USEe des barreaux secondaires 8UE, 8USE sont verticales et solidaires perpendiculairement aux côtés horizontaux du barreau principal 8B, à proximité des extrémités biseautées 8Be de celui-ci. Deux petits orifices verticaux 80, 80S sont pratiqués dans chacune des parois conductrices 8PC et sont axés dans le plan EE pour la traversée sans contact des extrémités 8UEe, 8USEe du barreau secondaire respectif 8UE, 8USE.

Bien que le circuit magnétique dans le déphaseur 8D puisse être positionné dans le guide d'onde 8G par l'intermédiaire de deux cales ou colonnes en matériau diélectrique 8SU prévues aux extrémités 8Be du barreau principal 8B, comme dans les réalisations précédentes, un déphaseur 8D selon une réalisation préférée de l'invention comprend, du moins pour des essais de mesure, des moyens de déplacement micrométrique accessible de l'extérieur de la structure de guide, schématisés par les flèches 8MD dans la Fig. 8E, pour ajuster correctement le barreau principal 8B au centre de la structure en guide d'onde, le long de l'axe ZZ.Les moyens de déplacement 8MD règlent la position du barreau 8B de préférence relativement à l'espace à trois dimensions d'une partie mobile, telle que barre ou cadre, fixée rigidement à des extrémités 8Ue, 8UEe de l'un ou des deux barreaux secondaires 8UE, 8USE par l'intermédiaire de coins collés en matériau isolant, et ont des commandes micrométriques accessibles de l'extérieur du boitier du déphaseur 8D.

Le déphaseur 8D concilie avantageusement de bonnes performances radioélectriques avec des facilités de montage. Les bonnes performances radioélectriques sont assurées par la structure en guide image isolé symétrique. Le positionnement correct du barreau de ferrite 8B, qui sert de ligne de transmission principale entre les deux parois conductrices est possible par les moyens 8MS règlant le positionnement par l'extérieur de la structure, c'est-à-dire par l'extérieur des parois conductrices 8PC.

Du point de vue des hyperfréquences, la structure du déphaseur 8D est constituée par deux doubles jonctions asymétriques dans le plan EE dont la branche principale 8B commune aux deux jonctions est en guide image isolé symétrique et les branches secondaires 8U et 8US sont en guide diélectrique. Le dimensionnement est fait de sorte que les branches secondaires ne prélèvent qu'une petite partie d'energie hyperfréquence à la branche principale.

Généralement, en pratique, chacune des deux jonctions est réalisée en trois parties distinctes. Les deux branches secondaires 8UE et 8USE et le barreau de ferrite 8B qui constitue la ligne de transmission principale, sont usinés séparément, puis assemblés en s'assurant qu'il y ait un bon contact entre les extrémités des différentes branches pour éviter toute fuite du flux magnétique dans le circuit ainsi constitué.

Cette façon de procéder permet, en outre, d'employer un matériau de ferrite pour les branches secondaires 8UE, 8USE qui est différent de celui utilisé pour constituer la branche principale 8B.

Le déphaseur 8D ainsi réalisé réunit les conditions essentielles pour assurer les meilleures performances possibles. En effet, il possède les caractéristiques suivantes
- faible pertes d'insertion grâce à la structure choisie en guide image isolé symétrique;
- commutation rapide grâce au circuit magnétique parfaitement fermé sans aucune séparation par un gap d'air ou une quelconque épaisseur de paroi conductrice;
- fonctionnement en mode rémanant (latching) grâce également au circuit magnétique fermé; la commande- du déphaseur est faite par commutation de créneaux de courant de très courte durée; la consommation en énergie de commande et en puissance moyenne de commande est relativement faible pour ce type de fonctionnement;
- enfin, le positionnement correct du barreau principal de ferrite 8B qui constitue la ligne de transmission principale du déphaseur est ajusté aisément lors de la mise au point, par l'intermédiaire de deux branches secondaires 8UE et 8USE situées à l'extérieur des parois conductrices de guide 8PC.

Une variante perfectionnée du déphaseur 8D précédemment décrit consiste en un déphaseur 9D, tel que montré aux Figs.9E, 9H et 9S. Le déphaseur 9D comprend tous les éléments contenus et agencés dans le déphaseur 8D, notamment un barreau principal central 9B, deux barreaux secondaires 9UE et 9USE ayant une section longitudinale en U, et deux solénoïdes 9SOE et 9SOSE complètement à l'extérieur de la structure en guide et axés dans le plan EE.

Le déphaseur 9D comprend également un second circuit magnétique double. Ce second circuit comporte deux barreaux secondaires 9U et 9US ayant une section longitudinale en U qui sont situés dans le plan HH, symétriquement par rapport à l'axe ZZ, et qui sont entourés coaxialement par deux solénoïdes 9SO et 9SOS, suivant un agencement analogue à ceux dans le déphaseur 7D. En particulier, commme dans ce dernier déphaseur, les branches secondaires 9U et 9US situées dans le plan HH peuvent être en guide diélectrique, comme la branche 4U dans le déphaseur 4D, ou en guide image isolé symétrique avec fentes dans les parois conductrices 9PC, comme la branche 5U dans le déphaseur 5D.

La combinaison des quatre branches secondaires 9UE, 9US, 9USE et 9U qui sont disposées en quadrature, comme montré à la Fig.9S, et qui forment deux doubles circuits magnétiques situés dans deux plans perpendiculaires EE et HH, augmente l'efficacité du déphaseur par unité de longueur.

A titre d'exemple d'utilisation, un déphaseur selon l'invention constitue un module de déphasage MD dans une antenne réseau à balayage électronique suivant un ou deux plans. L'antenne réseau comprend essentiellement, comme montré à la Fig.ll, une lentille électromagnétique LE dont une face verticale rayonne vers l'extérieur, et une antenne classique AN reliée à des moyens d'émission-réception hyperfréquence et sous la forme d'un cornet selon la réalisation illustrée, ou d'un réseau de guides à fente. L'antenne AN éclaire l'autre face verticale de la lentille LE.

Comme détaillé aux Figs.11 et 12, la lentille électromagnétique
LE est conçue sous la forme d'une association de modules de déphasage.

Selon la Fig.l2, la lentille LE comprend un bâti parallélépipèdique BT qui comporte, par exemple seize logements régulièrement répartis sur les faces carrées verticales du bâti. Chaque logement reçoit la monture allongée parallélépipèdique MO d'un module de déphasage. Un module de déphasage comporte en partie centrale, un déphaseur D selon l'invention, et aux extrémités de face, des éléments rayonnants ER qui servent également d'éléments d'adaptation entre l'espace libre et le déphaseur.

Un module de déphasage comprenant un déphaseur du type 7D selon l'invention, c'est-à-dire comprenant un barreau central 7B et deux barreaux secondaires en U, 7U et 7US, est montré aux Figs.13 et 14.

Les extrémités 7Be du barreau central sont terminées ici en deux pavés de section plus grande que le barreau, pour l'adaptation hyperfréquence.

La monture MO est composée de deux demi-montures qui sont jointives dans le plan HH et qui comportent des demi-cavités respectives en regard pour recevoir le circuit magnétique 7B + 7U + 7US, lequel est entouré de matériau diélectrique sous la forme de barrettes plates ba en forme de U.

Lorsque le circuit magnétique à trois branches est monolithique, c'est-à-dire usiné dans un même matériau en ferrite, le bobinage des solénoïdes 7SO et 7SOS est difficilement réalisable, tout au moins par automate, autour des barreaux 7U et 7US.

Pour éviter ces difficultés, chacun des solénoïdes et leur montage sont réalisés, selon l'invention, de la manière suivante, en référence à la Fig.15.

Sur deux feuilles en matière isolante FM, tel que films de MYLAR, sont imprimées les demi-spires consécutives SP d'un solénoïde, par exemple le solénoïde 7SO. L'une des feuilles FM comporte également les bornes 7SOB du solénoïde. Dans la Fig.15 est indiquée en pointillé la correspondance des quatre arêtes longitudinales du barreau 7U avec les changements de pente des spires, et W dénote la largeur du barreau, supposée à section carrée. Puis après découpe des feuilles, les faces non imprimées des feuilles sont collées sur le barreau 7U de manière à rendre jointives les demi-spires deux-à-deux suivant le plan HH de jonction des demi-montures du module de déphasage. Les bornes 7SUE sont aplaties dans le plan HH pour passer entre les demi-montures et être connectées à un circuit imprimé de la lentille LE relié au circuit de commande de balayage d'antenne. Après collage des feuilles est vérifiée la continuité électrique et mécanique de chacune des spires.

Ces opérations de fabrication et pose des solénoïdes sont aisément réalisables par automate. Il en résulte un faible coût par rapport un bobinage classique, et un encombrement réduit des solénoïdes.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 - Déphaseur en guide diélectrique (lG) comprenant un premier barreau ferrimagnétique (1B) ayant une section transversale sensiblement rectangulaire et logé longitudinalement dans le guide, et un solénoïde conducteur de commande de déphasage (1SO), caractérisé en ce qu'il comprend un second barreau ferrimagnétique (1U) ayant une majeure partie disposée sensiblement parallèlement au premier barreau (1B) et des extrémités (lUe) liées au premier barreau afin de former un premier circuit magnétique fermé, le solénoïde (1SO) entourant axialement ladite majeure partie du second barreau.

2 - Déphaseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le premier barreau (1B) est disposé axialement au guide (1G), et le second barreau (1U) est disposé dans un plan axial (HH) du guide (1G) correspondant à la longueur de la section transversale rectangulaire du guide.

3 - Déphaseur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le premier circuit magnétique comprend un troisième barreau ferrimagnétique (2US) disposé sensiblement symétriquement au second barreau (2U) par rapport à l'axe longitudinal (ZZ) du guide (2G), et un second solénoïde (2SOS) entourant axialement la majeure partie du troisième barreau.

4 - Déphaseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second barreaux (3U, 3US) sont symétriques par rapport à l'axe (ZZ) du guide (3G), le premier barreau (3U) étant entouré axialement par un autre solénoïde (3SO).

5 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit magnétique a des extrémités ferrimagnétiques (lBe) qui s'étendent le long de l'axe longitudinal (ZZ) du guide (1G) et qui ont une section longitudinale triangulaire suivant la longueur de la section transversale rectangulaire du guide, et en ce que le guide comprend des transitions pyramidales (1T) élargissant le guide sensiblement parallèlement auxdites extrémités de circuit magnétique (lBe) suivant une longueur de section transversale supérieure à celle du circuit magnétique.

6 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le solénoïde (4SO) est inclus dans le guide (4G) et a des bornes (4SOB) traversant des parois (4PD) du guide.

7 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le solénoïde (5SO) a des spires traversant des fentes longitudinales (5FE) ménagées dans deux parois parallèles (5PC) du guide (5G), des languettes (5LA) desdites parois entre lesdites fentes traversant longitudinalement ledit solénoïde (5SO).

8 - Déphaseur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le premier barreau (8B) est disposé axialement au guide (8G), et la majeure partie du second barreau (8UE) avec le solénoïde (8SOE) est à l'extérieur dudit guide (8G), des extrémités (8UEe) du second barreau traversant une paroi (8PC) du guide pour être solidaires du premier barreau (8B).

9 - Déphaseur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que le premier circuit magnétique comprend un troisième barreau ferrimagnétique (8USE) disposé sensiblement symétriquement au second barreau (8UE) par rapport à l'axe longitudinal (ZZ) du guide (8G), et un second solénoïde (8SOSSE) entourant axialement une majeure partie du troisième barreau.

10 - Déphaseur conforme à la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le premier circuit magnétique est disposé dans un plan axial (EE) au guide (8G) correspondant à la largeur de la section transversale rectangulaire du guide.

11 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un second circuit magnétique fermé (9B, 9U, 9US) qui comporte le premier barreau (9B) et au moins un autre barreau ferrimagnétique (9UH) et qui est disposé dans un plan axial (HH) au guide et perpendiculaire au plan (EE) dans lequel est disposé le premier circuit magnétique (9B, 9UE, 9USE).

12 - Déphaseur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que ledit second circuit magnétique (9B, 9U, 9US) comporte au moins l'une des caractéristiques définies dans les revendications 2, 3 et 5 à 7.

13 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le circuit magnétique du déphaseur est monolithique.

14 - Déphaseur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un solénoïde (7SO) entourant un barreau (7U) dans le circuit magnétique est constitué par deux feuilles en matière isolante (FM) sur l'une des faces desquelles sont imprimées les deux moitiés des spires (SP) du solénoïde définies par un rapport à un plan axial longitudinal (ZZ) et dont les faces non imprimées sont fixées contre le barreau.

15 - Antenne réseau à balayage électronique (LE) comprenant plusieurs déphaseurs (D) conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 14.