FR2714480A1

FR2714480A1 - Protector for microwave receiver against high energy signals

Info

Publication number: FR2714480A1
Application number: FR8807543A
Authority: FR
Inventors: Blanchard Pierre
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1988-06-07
Filing date: 1988-06-07
Publication date: 1995-06-30
Anticipated expiration: 2008-06-07
Also published as: FR2714480B1; DE3918435A1; IT8967440A0; GB8912669D0; DE3918435C2; GB2292640A; GB2292640B

Abstract

The protector has a first transverse plane with stubs (8,9) having diodes (21,22) an integer number of half-wavelengths from the periphery of the waveguide and compensating stubs (11,12) lying on the perpendicular diameter. A second transverse plane lying behind the first contains stubs (13,14) in which are mounted a dissipative load. In general the guide is executed in TEII mode and the stubs with the diodes which conduct above a threshold level lie at 45 degrees to the plane of the electric field. There are three pairs of planes. Each first plane and each second plane are sepd. by an odd integer number of quarter wavelengths of the gp. wave. The first and second planes are sepd. by less than a quarter of the gp. wavelength. The stubs lengths are an odd integer number of quarter wavelengths.

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION D'UN RECEPTEURPROTECTION DEVICE FOR A RECEIVER

L'invention concerne les dispositifs qui permettent de protéger les récepteurs contre la réception de signaux de haute énergie qui pourraient les endommager, notamment dans le cas de récepteurs de signaux radars qui sont associés à des émetteurs fournissant des The invention relates to devices which make it possible to protect receivers against reception of high energy signals which could damage them, in particular in the case of radar signal receivers which are associated with transmitters providing

impulsions haute fréquence de valeur crête élevée. high peak high frequency pulses.

Dans les radars, cette protection est habituellement obtenue par des tubes à gaz disposés dans les voies de réception. Ces tubes s'allument lorsque le signal reçu a une valeur supérieure à un certain seuil déterminé et réalisent des court-circuits qui réfléchissent le signal reçu et ce dernier ne peut atteindre le récepteur. Par contre, lorsque le signal reçu est inférieur au seuil, les tubes restent éteints et le signal se propage vers In radars, this protection is usually obtained by gas tubes arranged in the reception channels. These tubes light up when the received signal has a value above a certain determined threshold and produce short-circuits which reflect the received signal and the latter cannot reach the receiver. On the other hand, when the signal received is below the threshold, the tubes remain off and the signal propagates towards

le récepteur.the receiver.

Ces tubes à gaz présentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on citera un temps de réponse assez long; c'est ainsi qu'ils mettent un certain temps à s'allumer de sorte qu'ils laissent passer vers le récepteur une pointe d'énergie importante; également, après une impulsion d'émission qui les a allumés, ils mettent un temps non négligeable à s'éteindre et empêchent donc la réception des signaux utiles. Un autre inconvénient est que leurs caractéristiques varient au cours du temps et qu'ils deviennent alors These gas tubes have a certain number of drawbacks, including a fairly long response time; this is how they take a long time to light up so that they let a significant energy rush through to the receiver; also, after a transmission pulse which has switched them on, they take a considerable time to extinguish and therefore prevent reception of the useful signals. Another disadvantage is that their characteristics vary over time and then become

inopérants après un certain temps de fonctionnement. inoperative after a certain period of operation.

Enfin, leur fenêtre d'entrée, généralement en verre, limite la puissance moyenne à appliquer. Il faut alors faire appel à d'autres composants placés en amont, tel Finally, their entry window, generally made of glass, limits the average power to be applied. It is then necessary to call upon other components placed upstream, such

qu'un limiteur à ferrite.than a ferrite limiter.

Le but de la présente invention est donc de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur qui a un temps de réponse court aussi bien en début du signal reçu 5 qu'après la fin de ce dernier. Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur qui peut supporter des puissances importantes et ne rend donc pas nécessaire l'usage de composants supplémentaires.10 Un autre but de la présente invention est de réaliser un dispositif de protection d'un récepteur dont la durée de vie est pratiquement illimitée. L'invention se rapporte au dispositif de protection d'un récepteur de signaux hyperfréquence contre les signaux15 haute énergie, caractérisé en ce qu'il comprend un guide circulaire à l'intérieur duquel débouchent au moins trois lignes coaxiales ou "stubs": - une première ligne coaxiale dans laquelle sont montées des diodes de limitation et qui est disposée dans un premier plan transversal du guide circulaire, - une deuxième ligne coaxiale dans laquelle est montée une charge absorbante et qui est disposée dans un deuxième plan transversal du guide circulaire, séparé du premier plan transversal par une distance d dans le sens de propagation des ondes hyperfréquence, - une troisième ligne coaxiale dite de compensation qui est disposée dans le premier plan transversal et symétriquement à la première ligne coaxiale par rapport à un plan axial du guide circulaire passant par la deuxième ligne coaxiale. De préférence, chaque ligne coaxiale ou stub est doublée The object of the present invention is therefore to provide a device for protecting a receiver which has a short response time both at the start of the received signal 5 and after the end of the latter. Another object of the present invention is to provide a device for protecting a receiver which can withstand large powers and therefore does not make the use of additional components necessary. Another object of the present invention is to provide a device protection of a receiver whose lifespan is practically unlimited. The invention relates to the device for protecting a microwave signal receiver against high energy signals, characterized in that it comprises a circular guide inside which open at least three coaxial lines or "stubs": - a first coaxial line in which limitation diodes are mounted and which is arranged in a first transverse plane of the circular guide, - a second coaxial line in which is mounted an absorbent load and which is arranged in a second transverse plane of the circular guide, separated from the first transverse plane by a distance d in the direction of propagation of the microwave waves, - a third coaxial line called compensation which is arranged in the first transverse plane and symmetrically to the first coaxial line with respect to an axial plane of the passing circular guide by the second coaxial line. Preferably, each coaxial line or stub is doubled

par une deuxième ligne coaxiale du même type qui est disposée diamétralement par rapport à la première dans le même plan transversal. by a second coaxial line of the same type which is arranged diametrically relative to the first in the same transverse plane.

Le dispositif de protection le plus simple comprend un premier plan transversal et un deuxième plan transversal contenant les lignes coaxiales décrites ci-dessus et la distance d séparant ces deux plans n'est pas critique mais est en général inférieur à un quart de longueur The simplest protection device comprises a first transverse plane and a second transverse plane containing the coaxial lines described above and the distance d separating these two planes is not critical but is generally less than a quarter of a length.

d'onde de groupe.group wave.

Pour améliorer la protection, l'invention propose d'arranger une succession de premier et deuxième plans transversaux contenant chacun les lignes coaxiales décrites ci-dessus, les premiers plans transversaux ainsi que les deuxièmes plans transversaux étant séparés entre eux par une distance égale à un nombre entier To improve protection, the invention proposes to arrange a succession of first and second transverse planes each containing the coaxial lines described above, the first transverse planes as well as the second transverse planes being separated from each other by a distance equal to one whole number

impair de quarts de longueur d'onde de groupe. odd of group wavelength quarters.

De manière plus précise, le guide circulaire est en général excité en mode TE 11 et il en résulte que les lignes coaxiales avec diodes de limitation sont, dans le plan transversal, inclinées à 45' par rapport à la More precisely, the circular guide is generally excited in TE 11 mode and it follows that the coaxial lines with limiting diodes are, in the transverse plane, inclined at 45 'relative to the

direction du champ électrique.direction of the electric field.

Enfin, les diodes de limitation sont disposées à une distance de la périphérie du guide circulaire égale à un nombre entier de demi- longueurs d'onde des signaux hyperfréquence. D'autres caractéristiques et avantages de la présente Finally, the limiting diodes are arranged at a distance from the periphery of the circular guide equal to an integer number of half-wavelengths of the microwave signals. Other features and advantages of this

invention apparaîtront à la lecture de la description invention will appear on reading the description

suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite following of a particular embodiment, said

description étant faite en relation avec les dessins description being made in relation to the drawings

joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif seals in which: - Figure 1 is a perspective view of a device

de protection d'un récepteur selon l'invention. for protecting a receiver according to the invention.

- la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1, et - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant - Figure 2 is a cross-sectional view along line II-II of Figure 1, and - Figure 3 is a cross-sectional view along

la ligne III-III de la figure 1.line III-III of Figure 1.

Comme le montre la figure 1, un dispositif de protection d'un récepteur comprend essentiellement un guide circulaire central 1 dans lequel s'effectue la protection grâce à un certain nombre d'éléments qui seront décrits ci-après en relation avec les figures 2 et 3. S'agissant d'un guide circulaire alors que le signal reçu est transmis, par exemple, par un guide rectangulaire (non représenté), il est nécessaire d'intercaler une section de transition entre les deux, qui porte la référence 2 du côté de l'entrée du dispositif 10 et la référence 3 du côté de la sortie en direction du récepteur à protéger. L'assemblage entre les différents éléments de transmission est par exemple As shown in FIG. 1, a device for protecting a receiver essentially comprises a central circular guide 1 in which the protection is carried out by means of a certain number of elements which will be described below in relation to FIGS. 2 and 3. Being a circular guide while the received signal is transmitted, for example, by a rectangular guide (not shown), it is necessary to insert a transition section between the two, which bears the reference 2 of the side of the input of the device 10 and the reference 3 on the side of the output in the direction of the receiver to be protected. The assembly between the different transmission elements is for example

réalisé par des systèmes à colliers référencés 4. produced by collar systems referenced 4.

Les éléments qui réalisent la protection comprennent des lignes coaxiales réparties sur le pourtour du guide circulaire 1 et disposées dans plusieurs plans transversaux successifs. Ces lignes coaxiales, plus connues sous le nom anglo-saxon de "stubs", peuvent être groupées en trois fonctions particulières. Certaines, référencées 5, ont pour but de réaliser des court-circuits et comportent des diodes dites de limitation; d'autres, référencées 6, ont pour but d'absorber la puissance reçue et comportent des charges; enfin, les troisièmes, référencées 7, ont pour but de compenser les dissymétries introduites par les lignes avec diodes. Sur la figure 1, ces lignes coaxiales sont disposées dans trois paires de plans transversaux successifs, le premier plan de chaque paire (figure 2) contenant deux lignes coaxiales à diodes et deux lignes coaxiales de compensation et le deuxième plan de chaque aire (figure 3) contenant deux lignes coaxiales avec charges. Les plans d'une paire de stubs avec diode (premiers plans) sont séparés du suivant par une distance axiale qui est égale à un nombre entier impair de bg/4 (bg est la longueur d'onde de groupe) et il en est de même de la distance axiale entre les plans contenant des lignes The elements which provide protection include coaxial lines distributed around the circumference of the circular guide 1 and arranged in several successive transverse planes. These coaxial lines, better known under the Anglo-Saxon name of "stubs", can be grouped into three particular functions. Some, referenced 5, are intended to produce short circuits and include so-called limiting diodes; others, referenced 6, are intended to absorb the power received and include charges; finally, the third, referenced 7, are intended to compensate for the asymmetries introduced by the lines with diodes. In FIG. 1, these coaxial lines are arranged in three pairs of successive transverse planes, the first plane of each pair (FIG. 2) containing two coaxial diode lines and two coaxial compensation lines and the second plane of each area (FIG. 3) ) containing two coaxial lines with loads. The planes of a pair of diode stubs (foregrounds) are separated from the next by an axial distance which is equal to an odd whole number of bg / 4 (bg is the group wavelength) and so are even of the axial distance between the planes containing lines

coaxiales avec charges (deuxièmes plans). coaxial with loads (second planes).

Par ailleurs, le deuxième plan de chaque paire de plans transversaux est séparé du premier plan par une distance d qui n'est pas critique mais qui est en général Furthermore, the second plane of each pair of transverse planes is separated from the first plane by a distance d which is not critical but which is generally

inférieure à un quart de longueur d'onde du groupe. less than a quarter of the group's wavelength.

Cette distance n'est pas critique, car le but des lignes coaxiales avec charges contenues dans un plan est, comme on l'expliquera ci- après, d'absorber la composante du champ électrique créée par la perturbation introduite par la ligne coaxiale avec diodes en présence d'un signal de haute énergie. Bien entendu, l'homme de métier réglera expérimentalement cette distance d de This distance is not critical, because the purpose of the coaxial lines with charges contained in a plane is, as will be explained below, to absorb the component of the electric field created by the disturbance introduced by the coaxial line with diodes in the presence of a high energy signal. Of course, the skilled person will experimentally adjust this distance d of

manière a obtenir la meilleure absorption possible. so as to obtain the best possible absorption.

Comme le montre la figure 2, qui est une vue en coupe transversale du guide circulaire 1 à l'emplacement des lignes coaxiales avec diodes de limitation et des lignes coaxiales de compensation, les lignes 8 et 9 avec diodes sont diamétralement opposées l'une à l'autre et il en est de même des lignes 11 et 12 dites de compensation entre elles. En outre, les diamètres ainsi définis sont inclinés de 45 par rapport à un plan diamétral du guide circulaire 1 passant par les lignes coaxiales avec charges 6 représentés en coupe sur la figure 3 et As shown in Figure 2, which is a cross-sectional view of the circular guide 1 at the location of the coaxial lines with limiting diodes and coaxial compensating lines, lines 8 and 9 with diodes are diametrically opposite one to the other the other and it is the same for lines 11 and 12 said to be compensation between them. In addition, the diameters thus defined are inclined by 45 relative to a diametral plane of the circular guide 1 passing through the coaxial lines with loads 6 shown in section in FIG. 3 and

portant les références 13 et 14.bearing the references 13 and 14.

Plus précisément, l'inclinaison de 45 des "stubs" est mesurée par rapport à la direction du champ électrique E matérialisé par les lignes de force 20. Ceci implique que le plan diamétral correspondant aux "stubs" avec charges est perpendiculaire aux lignes de force du champ électrique. Comme il est connu, chaque stub est une ligne coaxiale comprenant un conducteur central 15 entouré d'une enveloppe métallique 16 qui est séparée du conducteur 15 par un diélectrique. La ligne coaxiale a une extrémité ouverte 17 qui débouche à la périphérie du guide circulaire 1 et une extrémité 18 qui est fermée par un court-circuit. Afin que le court-circuit disposé à l'extrémité 18 ne perturbe pas la propagation des ondes hyperfréquence dans le guide circulaire 1 lorsque le signal hyperfrequence doit être transmis au récepteur, la longueur des "stubs" doit être égale à un multiple entier impair de b/4 si b est la longueur d'onde, de manière à ramener une grande impédance au niveau de la More precisely, the inclination of 45 of the "stubs" is measured with respect to the direction of the electric field E materialized by the lines of force 20. This implies that the diametrical plane corresponding to the "stubs" with charges is perpendicular to the lines of force of the electric field. As is known, each stub is a coaxial line comprising a central conductor 15 surrounded by a metallic envelope 16 which is separated from the conductor 15 by a dielectric. The coaxial line has an open end 17 which opens at the periphery of the circular guide 1 and one end 18 which is closed by a short circuit. So that the short-circuit placed at the end 18 does not disturb the propagation of the microwave waves in the circular guide 1 when the microwave signal must be transmitted to the receiver, the length of the "stubs" must be equal to an odd integer multiple of b / 4 if b is the wavelength, so as to bring a large impedance to the level of the

périphérie du guide circulaire.periphery of the circular guide.

Chaque "stub" 8 et 9 comprend deux diodes référencées 21 et 22 pour le "stub" 8, chaque diode étant connectée entre l'enveloppe extérieure 16 et le conducteur central 15. Ainsi, l'anode de la diode 22 est connectée à l'enveloppe extérieure tandis que sa cathode est connectée au conducteur central. Ce montage est inversé pour la diode 27. Ces diodes sont disposées à une distance b/2 de l'extrémité 17 ou à un multiple entier Each "stub" 8 and 9 comprises two diodes referenced 21 and 22 for the "stub" 8, each diode being connected between the outer casing 16 and the central conductor 15. Thus, the anode of the diode 22 is connected to the outer casing while its cathode is connected to the central conductor. This arrangement is reversed for diode 27. These diodes are arranged at a distance b / 2 from the end 17 or at an integer multiple

de b/2.of b / 2.

Dans le cas des stubs 13 et 14, des charges 23 et 24 (figure 3) absorbent l'énergie hyperfréquence.Les "stubs" de compensation 11 et 12 ne comportent aucun arrangement particulier et sont aussi identiques que possible aux "stubs" 8 et 9 à l'exception des diodes de limitation, de manière à compenser à bas niveau l'effet In the case of stubs 13 and 14, loads 23 and 24 (FIG. 3) absorb microwave energy. The compensating "stubs" 11 and 12 do not have any particular arrangement and are as identical as possible to "stubs" 8 and 9 with the exception of the limiting diodes, so as to compensate at low level for the effect

perturbateur introduit par les stubs 8 et 9. disruptor introduced by stubs 8 and 9.

Le fonctionnement du dispositif de protection d'un récepteur selon l'invention est alors le suivant. La section de transition 2 permet de passer du guide rectangulaire à un guide circulaire 1 qui est excité en mode TEll. Lorsque l'énergie de l'onde hyperfréquence qui se propage dans le guide 1 est inferieure à un certain niveau, ce mode se propage sans perturbation jusqu'à l'extrémité du guide 1 o, par la section de 5 transition 3, il est transformé en mode de propagation de guide rectangulaire. Lorsque l'énergie de l'onde hyperfréquence dépasse un certain seuil, les diodes 21 et 22 deviennent conductrices et présentent une impédance faible c'est-à-dire qu'un court-circuit est10 ramené à l'entrée des "stubs" 8 et 9 branchés à 45 par rapport à la direction du champ électrique. Ces "stubs", court-circuités à leur entrée, perturbent la propagation du mode TEll et transforme la polarisation rectiligne en polarisation elliptique. Les charges 23 et 24 des "stubs" 13 et 14 absorbent la composante du champ The operation of the protection device of a receiver according to the invention is then as follows. The transition section 2 makes it possible to pass from the rectangular guide to a circular guide 1 which is excited in TEll mode. When the energy of the microwave wave which propagates in the guide 1 is lower than a certain level, this mode propagates without disturbance to the end of the guide 1 o, by the transition section 5, it is transformed into rectangular guide propagation mode. When the energy of the microwave wave exceeds a certain threshold, the diodes 21 and 22 become conductive and have a low impedance, that is to say that a short circuit is brought back to the input of the "stubs" 8 and 9 connected at 45 with respect to the direction of the electric field. These "stubs", short-circuited at their entry, disturb the propagation of the TEll mode and transforms the rectilinear polarization into elliptical polarization. The charges 23 and 24 of the "stubs" 13 and 14 absorb the component of the field

électrique ayant subi une rotation. electric having undergone a rotation.

Le phénomène, qui vient d'être décrit succinctement, se répète à chaque paire de plans suivante de sorte que l'énergie hyperfréquence est de plus en plus absorbée The phenomenon, which has just been described succinctly, is repeated with each next pair of planes so that the microwave energy is more and more absorbed

par les charges des "stubs" 6 (figure 1) au fur et à mesure de sa propagation dans le guide circulaire 1. by the charges of the "stubs" 6 (FIG. 1) as it propagates in the circular guide 1.

L'atténuation introduite par chaque paire de plans successifs dépend de la perturbation élémentaire due aux "stubs" 8 et 9 avec diodes de limitation ainsi que de l'énergie qui peut être absorbée par les charges. Comme cette perturbation élémentaire ainsi que l'absorption sont limitées, on est amené à disposer les différents "stubs" de manière à avoir des paires de plans successifs dont le nombre est suffisant pour obtenir The attenuation introduced by each pair of successive planes depends on the elementary disturbance due to the "stubs" 8 and 9 with limitation diodes as well as on the energy which can be absorbed by the charges. As this elementary disturbance as well as absorption are limited, we are led to arrange the different "stubs" so as to have pairs of successive planes whose number is sufficient to obtain

l'atténuation globale requise.the overall mitigation required.

Le dispositif qui vient d'être décrit présente les avantages principaux suivants: - il permet de supporter une puissance importante en utilisant plusieurs plans successifs comportant les uns des lignes coaxiales avec diodes de limitation et des lignes coaxiales de compensation et les autres des lignes coaxiales avec charges; - l'énergie hyperfréquence qui se propage dans le guide circulaire est absorbée par les charges au lieu d'être réfléchie comme ce serait le cas de tubes à gaz disposés dans une ligne coaxiale de propagation; - la limitation est instantanée dès l'application d'un signal dépassant le seuil défini; - le temps de recouvrement est très court comparé à celui des tubes à gaz utilisés actuellement; - l'utilisation de diodes à l'état solide permet d'obtenir une durée de vie du dispositif plus longue The device which has just been described has the following main advantages: - it makes it possible to support a large power by using several successive planes comprising some of the coaxial lines with limiting diodes and coaxial lines of compensation and the others of the coaxial lines with charges; - the microwave energy which propagates in the circular guide is absorbed by the charges instead of being reflected as would be the case with gas tubes arranged in a coaxial line of propagation; - the limitation is instantaneous upon application of a signal exceeding the defined threshold; - the recovery time is very short compared to that of the gas tubes currently used; - the use of solid state diodes provides a longer device life

que pour un dispositif avec des tubes à gaz. only for a device with gas tubes.

gg

Claims

1. Device for protecting a microwave signal receiver against high energy signals, characterized in that it comprises a circular guide (1) inside which open at least three coaxial lines or "stubs": - a first coaxial line (8, 9) in which limitation diodes (21, 22) are mounted and which is arranged in a first transverse plane of the circular guide (1), - a second coaxial line (13, 14) in which is mounted an absorbent load (23,24) and which is arranged in a second transverse plane of the circular guide (1) separated from the first by a distance d in the direction of propagation of the microwave waves, - a third coaxial line (12,11) called compensation which is arranged in the first transverse plane and symmetrically to the first line coaxial with respect to an axial plane of the guide

circular (1) passing through the second coaxial line.

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises at least six coaxial lines arranged so that the first transverse plane contains two coaxial lines (8,9) with diametrically opposite limiting diodes (21,22) and two coaxial compensation lines (11, 12) also diametrically opposite while the second plane contains two coaxial lines (13,14) with loads

(23,24) diametrically opposite.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises several first successive transverse planes each containing at least one coaxial line (8,9) with limiting diodes (21,22) and at least one coaxial line of compensation (11, 12) and as many second transverse planes each containing at least one coaxial line (13,14) with load.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the circular guide 1 is excited in TE 11 mode and that the coaxial lines with limiting diodes are, in the transverse plane, inclined to

45 relative to the direction of the electric field.

5. Device according to claim 1, 2, 3 or 4 characterized in that the distance between each first transverse plane and each second transverse plane is equal to an odd whole number of quarters of length

group waveform of microwave signals.

6. Device according to any one of claims

previous 1 to 5, characterized in that the length of the coaxial lines is equal to an odd whole number of

wavelength quarters of microwave signals.

7. Device according to any one of the claims

previous 1 to 6, characterized in that the limiting diodes are arranged at a distance from the periphery of the circular guide equal to an integer

half wavelengths of microwave signals.

8. Device according to any one of claims

above 1 to 7, characterized in that the distance d between the first transverse plane and the second transverse plane which follows it is less than a quarter of

group wavelength of microwave signals.