FR2723801A1 - Diplexeur a intervalle d'un octave entre bandes. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un diplexeur ayant un intervalle d'un octave entre bandes. Il comporte un premier guide d'ondes rectangulaire (38) s'étendant d'un orifice avant (16) jusqu'à une paroi arrière (70) qui présente une ouverture rectangulaire (72) constituant une partie d'un deuxième guide d'ondes rectangulaire (20), et servant d'accès arrière (18) du diplexeur. Un premier domaine spectral d'énergie électromagnétique circule entre l'accès avant et un accès latéral (28), et un second domaine spectral d'énergie électromagnétique circule entre l'accès avant et l'accès arrière. Des résonateurs couplés (112, 124), disposés dans un troisième guide d'ondes (32), procurent une caractéristique de filtre passe-bande dans le premier domaine spectral et empêche la propagation du second domaine spectral entre les premier et deuxième guides d'ondes. Domaine d'application : communications par satellites, etc.
Description
L'invention concerne des diplexeurs destinés à
séparer des signaux électromagnétiques, compris dans diffé-
rents domaines spectraux, d'un accès commun du diplexeur, ainsi qu'à combiner les signaux à l'accès commun et, plus particulièrement, à fonctionner en tant que multiplexeur de signaux situés dans des domaines spectraux dont deux sont séparés, en fréquence, d'au moins environ un octave, et dans
lesquels les signaux ont une polarisation commune.
Des diplexeurs sont souvent utilisés dans des systèmes de communication pour séparer deux voies de signaux, telles qu'une voie de signaux reçus et une voie de signaux émis, dans lesquels les deux voies ont des fréquences différentes mais suffisamment proches pour être comprises dans le même domaine du spectre électromagnétique. Par exemple, les deux voies peuvent transmettre des signaux de la bande C, soit environ 5 GHz (gigahertz), ou deux signaux de
la bande X, soit environ 10 gigahertz. Une situation habi-
tuelle pour un diplexeur est la connexion d'une antenne unique à un émetteur et à un récepteur fonctionnant à des fréquences différentes. En général, le fonctionnement d'un diplexeur est réversible, en sorte que le diplexeur peut
également être utilisé pour combiner deux voies de signaux.
Dans des communications par satellite, un satellite peut porter un certain nombre de récepteurs et d'émetteurs pour la réception de signaux de liaison montante et l'émission de signaux de liaison descendante à la manière d'une station relais. Les signaux de la liaison montante et de la liaison descendante ont des fréquences différentes. Un émetteur et un récepteur se partagent souvent une antenne commune, la connexion avec l'antenne étant réalisée au moyen d'un diplexeur. Une situation présentant un grand intérêt apparaît lorsque l'on souhaite utiliser une antenne commune ou une liaison de communication commune non seulement avec des voies de signaux dans une première partie du spectre, mais aussi avec une autre voie de signaux s'étendant dans une seconde partie du spectre différant, en fréquence, d'un octave ou plus de la première partie. Un cas à considérer est la situation dans laquelle on souhaite utiliser des signaux à la fois de la bande Ku et de la bande C avec une antenne commune. Un problème qui apparaît est qu'un diplexeur apte à réaliser le multiplexage précédent des signaux n'était pas
disponible jusqu'à présent.
Le problème mentionné ci-dessus est résolu et d'autres avantages sont apportés par un diplexeur ayant un accès avant et un accès arrière, et un accès latéral pour la communication d'un premier domaine spectral d'énergie électromagnétique entre l'accès avant et l'accès latéral et d'un second domaine spectral d'énergie électromagnétique entre l'accès avant et l'accès arrière. La fréquence centrale du second domaine spectral est supérieure à la fréquence centrale du premier domaine spectral d'un facteur supérieur ou égal approximativement à deux. A titre d'exemple de l'utilisation d'un système de multiplexage comprenant le diplexeur de l'invention pour séparer plusieurs voies de signaux dans un système de communication par satellite, on suppose qu'un signal de la bande C, d'une fréquence nominale de 6 GHz, est reçu par une antenne, que, en même temps que le signal de la bande C, la même antenne reçoit un signal de la bande Ku d'une fréquence nominale de 14 GHz et que, en même temps que le signal de la bande C, la même antenne émet aussi
un signal de la bande Ku d'une fréquence nominale de 12 GHz.
Le multiplexage est réalisé par l'utilisation de deux diplexeurs en tandem dans lequel un premier des diplexeurs est le diplexeur de l'invention qui est connecté à l'antenne
et le second diplexeur est une forme normalisée de diplexeur.
Le premier diplexeur enlève le signal de bande C reçu et permet au second diplexeur de traiter les signaux de la bande Ku. Le diplexeur de l'invention comporte un premier guide d'ondes rectangulaire s'étendant de l'accès avant jusqu'à une paroi arrière, la paroi arrière présentant une ouverture rectangulaire constituant une section d'un second guide d'ondes rectangulaire et servant d'accès arrière pour le diplexeur. L'accès latéral comprend une ouverture disposée dans une paroi latérale du premier guide d'ondes, un troi- sième guide d'ondes et un élément de couplage s'étendant du troisième guide d'ondes à travers l'ouverture jusque dans le
premier guide d'ondes pour coupler de l'énergie électromagné-
tique du premier domaine spectral entre les premier et troisième guides d'ondes. Des résonateurs d'accord disposés
dans le troisième guide d'ondes constituent un filtre passe-
bande qui s'oppose à la propagation d'énergie électromagnéti-
que du second domaine spectral entre les premier et troisième
guides d'ondes. Le troisième guide d'ondes est avantageuse-
ment réalisé sous la forme d'une ligne coaxiale de transmis-
sion avec des conducteurs intérieur et extérieur ayant une section transversale carrée. L'élément de couplage se présente sous la forme d'une sonde en connexion avec le conducteur intérieur ou central par l'intermédiaire de résonateurs d'accord qui sont réalisés en tant que parties du
conducteur central.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique en perspec-
tive d'un système de communication comprenant une forme normalisée de diplexeur et un diplexeur réalisé conformément
à l'invention, certaines parties de la figure étant représen-
tées sous la forme d'un schéma simplifié; - la figure 2 est une vue de côté du diplexeur de l'invention dont un capot d'un guide d'ondes coaxial de l'accès latéral a été enlevé pour montrer des détails de la construction du guide d'ondes de l'accès latéral; - la figure 3 est une vue en plan du diplexeur de l'invention, avec coupe partielle, suivant la ligne 3-3 de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe transversale à l'axe longitudinal du diplexeur de l'invention, suivant une interface entre deux guides d'ondes, comme indiqué par la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une vue en coupe transversale du diplexeur suivant la ligne 5-5 de la figure 3; - la figure 6 est une vue partielle à échelle
agrandie de la figure 3 montrant la structure d'un condensa-
teur et de résonateurs le long d'un conducteur intérieur d'une ligne coaxiale de transmission; - la figure 7 est une vue en plan d'un capot du diplexeur; et - la figure 8 est une vue de côté du capot,
suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
Les mêmes éléments représentés sur les différen-
tes figures portent les mêmes références numériques.
En référence à la figure 1, il est montré un système 10 de communication pour l'émission et la réception d'énergie rayonnante dans plusieurs bandes de fréquence. Le système 10 comprend une antenne sous la forme d'un cornet 12, ce dernier étant couplé à un diplexeur 14 par l'intermédiaire d'un accès avant 16 du diplexeur 14. Un accès arrière 18 du diplexeur 14 est connecté par un guide d'ondes 20 à un autre diplexeur 22. L'autre diplexeur 22 sert à connecter un
premier récepteur 24 et un émetteur 26 au guide d'ondes 20.
Un accès latéral 28 du diplexeur 14 est connecté à un second récepteur 30. Le système 10 est aisément porté par un satellite se déplaçant autour de la terre et est utile pour établir une communication par satellite. A titre d'exemple de la construction d'un système de communication par satellite, le premier récepteur 24 pourrait recevoir des signaux électromagnétiques dans la bande Ku, à une fréquence nominale de 14 GHz, plus particulièrement dans une bande de fréquence de 14,315 - 14,495 GHz, et l'émetteur 26 pourrait émettre des signaux électromagnétiques dans la bande Ku à une fréquence nominale de 12 GHz, plus particulièrement dans une bande de
fréquence de 12,567 - 12,747 GHz. Ces deux bandes de fré-
quence Ku peuvent être traitées par l'une quelconque de diverses formes de diplexeur disponibles dans le commerce, le diplexeur 22 étant l'un d'eux. Cependant, dans certaines situations de communication par satellite, il est souhaitable de recevoir aussi un signal à une fréquence de la bande C, ayant une valeur nominale de 6 GHz, plus particulièrement dans une bande fréquence de 5,924 GHz - 6,425 GHz, celle-ci étant la bande de fonctionnement du second récepteur 30. Bien qu'une telle communication additionnelle dans la bande C puisse être réalisée en utilisant une seconde antenne, il est souhaitable de minimiser la dimension physique et le poids des antennes à bord d'un satellite en utilisant une seule antenne, telle que le cornet 12, pour les communications à la fois dans la bande Ku et dans la bande C. On réalise cet objet en construisant le diplexeur 14 selon la présente invention pour permettre un couplage des signaux dans les deux bandes Ku et C, à la manière d'un multiplexeur, à l'antenne commune représentée par le cornet 12. Le diplexeur 14 fonctionne avec le cornet 12 à une polarisation commune pour toutes les voies de communication précédentes, à savoir la voie de réception dans la bande C, la voie de réception dans la bande Ku et la voie d'émission dans la bande Ku. Le guide d'ondes 20 présente une section transversale rectangulaire, avantageusement de dimension "WR-75", mesurant 19,05 mm de largeur sur 9,525 mm de hauteur, et pouvant fonctionner en mode TE de propagation d'ondes électromagnétiques. L'accès latéral 28 du diplexeur
14 comporte un guide d'ondes coaxial 32 de section transver-
sale carrée et ayant un conducteur intérieur 34 et un conducteur extérieur 36, et pouvant fonctionner avec une onde TEM (onde électromagnétique transverse). La bande C transmise par l'intermédiaire de l'accès latéral constitue un premier domaine spectral dans le fonctionnement du diplexeur 14, et les bandes Ku de réception et d'émission transmises par l'intermédiaire de l'accès arrière 18 constituent un second domaine spectral dans le fonctionnement du diplexeur 14. Le diplexeur 14 selon l'invention sera à présent décrit en détail. En référence aux figures 2 à 6, le diplexeur 14 comporte un tronçon de guide d'ondes rectangulaire 38 ayant deux parois larges opposées 40 et 42 reliées entre elles par deux parois étroites opposées 44 et 46. Le guide d'ondes 38 comporte une bride avant 48 par laquelle il est relié au cornet 12 ou à tout autre guide d'ondes (non représenté) pouvant être utilisé dans le système de communication 10 (figure 1) pour coupler le diplexeur 14 au cornet 12. Le guide d'ondes 38 comporte en outre une bride arrière 50 disposée sur une extrémité du guide d'ondes 38 opposée à la bride avant 48. La bride arrière 50 sert à relier le guide d'ondes 38 au guide d'ondes 20 par l'intermédiaire d'une bride 52 du guide d'ondes 20. Pour relier la bride 50 à la bride 52, des trous 54 et 56 sont prévus respectivement dans
les brides 50 et 52 pour recevoir des boulons (non représen-
tés) pour la fixation des brides 50 et 52 l'une à l'autre d'une manière classique. Les trous 54 et 56 sont représentés sur les figures 4 et 5 à titre d'exemple, étant entendu qu'un nombre quelconque de trous, ces trous ayant une configuration souhaitée quelconque, peut être utilisé conformément à la pratique classique de raccordement de guides d'ondes. Pour simplifier le dessin, un seul des trous 54 et un seul des trous 56 sont montrés sur la figure 3. Le guide d'ondes 32 d'accès latéral du diplexeur 14 est pourvu d'une bride 58 qui sert à réaliser une liaison du guide d'ondes 32 avec le
récepteur 30 ou avec tout autre guide d'ondes (non représen-
té) pouvant être utilisé pour relier le diplexeur 14 au récepteur 30. La bride 58 est pourvue de trous 60 dans lesquels sont introduits des boulons (non représentés) pour une fixation à une bride correspondante (non représentée) du récepteur 30 ou du guide d'ondes précédent d'interconnexion (non représenté). Le guide d'ondes 20 présente aussi une section transversale rectangulaire et est composé de deux parois larges opposées 62 et 64, reliées entre elles par deux
parois étroites opposées 66 et 68.
Conformément à une particularité de l'invention, les dimensions en section transversale du guide d'ondes 20 sont inférieures aux dimensions correspondantes, en section transversale, du guide d'ondes 38. Ceci permet à la bride 52 du guide d'ondes 20 de servir de paroi arrière 70 pour le guide d'ondes 38 et de fonctionner en tant que court-circuit
pour un rayonnement de la bande C dans le guide d'ondes 38.
Une ouverture 72 de la paroi arrière 70 permet une communica-
tion du rayonnement de la bande Ku entre les guides d'ondes 38 et 20. Le rapport d'aspect des dimensions en section transversale du guide d'ondes 38 est choisi de façon à procurer l'impédance caractéristique souhaitée pour les fréquences de l'énergie électromagnétique traitée. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, le guide d'ondes 38 présente un rapport d'aspect égal à 3, dans lequel chacune des parois larges 40 et 42 a une largeur de 30,48 mm et chacune des parois étroites 44 et 46 a une hauteur de ,16 mm. Le rapport d'aspect des dimensions en section transversale du guide d'ondes 20, donné par le rapport de la largeur de la paroi large 62 ou 64 à la hauteur de la paroi étroite 66 ou 68, est d'environ 2. D'autres configurations
sont possibles.
En ce qui concerne le signal de bande C dans le guide d'ondes 38, la paroi arrière 70 agit en tant que
réflecteur avec un coefficient de réflexion égal essentielle-
ment à l'unité et ayant un faible déphasage inductif (infé-
rieur à environ 10 ). Pour faciliter le couplage du rayonne-
ment de la bande Ku à travers l'ouverture 72 dans la paroi arrière 70, deux barreaux diélectriques 74 d'adaptation d'impédance sont supportés à l'intérieur de la bride 50 et sont positionnés de façon à être espacés l'un de l'autre et dans une disposition côte à côte. Les barreaux 74 sont réalisés en céramique, par exemple en alumine, et s'étendent à travers la même paroi large, à savoir la paroi large 40, pour pénétrer partiellement dans le guide d'ondes 38. Comme on le voit le mieux sur la figure 3, la distance sur laquelle un barreau 74 avance à l'intérieur du guide d'ondes 38 est égale à environ 1/5 de la hauteur de la paroi étroite 46. La distance d'avancée de chacun des barreaux 74 est réglée
expérimentalement pour minimiser le rapport d'ondes station-
naire en tension (VSWR) dans la bande Ku, et pour maximiser la transmission du rayonnement dans la bande Ku. Les barreaux 74 sont fixés dans leur positions respectives par des vis 76 dont l'une est montrée sur la figure 3. Chaque vis 76 est montée dans la bride 50 et est réalisée de façon à exercer une pression contre son barreau 74, pour la fixation de celui-ci, sous l'effet d'une rotation de la vis 76. La position de chacun des barreaux 74 établit une distance entre chaque barreau 74 et la paroi arrière 70, laquelle distance est sensiblement inférieure à 1/4 de longueur d'ondes (longueur d'ondes guidée) du rayonnement dans la bande Ku à l'intérieur du guide d'ondes 38. A titre d'exemple, la distance entre un barreau 74 et la paroi arrière 70 est approximativement égale à 1/8 de la longueur d'ondes guidée du rayonnement dans la bande Ku. Les barreaux 74 sont réalisés en une matière diélectrique, telle que de l'alumine, ayant une constante diélectrique d'environ 9. Les barreaux 74 procurent une susceptance capacitive destinée à agir à l'encontre de la réflexion introduite par l'épaulement
(susceptance inductive) à la paroi arrière 70.
Dans le guide d'ondes 32 de l'accès latéral, le conducteur intérieur 34 et le conducteur extérieur 36 présentent chacun une configuration carrée en section transversale. Les dimensions en section transversale du conducteur intérieur 34 et du conducteur extérieur 36 sont choisies, d'une manière bien connue, pour procurer une valeur spécifique d'impédance, une impédance de 50 ohms étant
utilisée dans la forme préférée de réalisation de l'inven-
tion. La largeur d'une paroi intérieure du conducteur extérieur 36 est de 7,874 mm dans une forme préférée de réalisation de l'invention. Le conducteur intérieur 34 est centré suivant un axe central du conducteur extérieur 36, et il est maintenu dans cette position au moyen d'entretoises 78 en matière diélectrique. Du fait que le diplexeur 14 doit être porté par un vaisseau spatial et qu'il sera exposé à la lumière du soleil, les diverses pièces du diplexeur 14 subissent des variations substantielles de température lorsque le diplexeur 14 est chauffé par les rayons du soleil et qu'il refroidit ensuite au passage du satellite dans l'ombre projetée par la terre. Par conséquent, la matière diélectrique des entretoises 78 doit être efficace à la fois à de hautes températures et à de basses températures, et doit avoir, aussi, une perte relativement faible pour l'absorption d'énergie hyperfréquence afin d'empêcher un affaiblissement notable des signaux hyperfréquence se propageant dans le guide d'ondes 32. Une telle matière diélectrique appropriée est produite par la firme General Electric sous le nom de "Ultem 1000", cette matière étant une matière à faible perte ayant une constante diélectrique inférieure à 3. De plus, en ce qui concerne la réduction de l'échauffement du diplexeur 14 sous l'effet d'un rayonnement solaire intense, il est avantageux de construire les guides d'ondes 32 et 38 en
aluminium plaqué d'argent.
Le guide d'ondes 32 comprend des parois latérales A et 80B qui sont réalisées sous la forme d'un ensemble
mécanique intégré avec le guide d'ondes 38, cette construc-
tion permettant à une partie de la paroi large 42 de servir de paroi inférieure 80C du guide d'ondes 32, la paroi
inférieure 80C reliant les deux parois latérales 80A et 80B.
Une paroi supérieure du guide d'ondes 32 est réalisée sous la forme d'un capot 82 (représenté sur les figures 3, 7 et 8) qui est fixé aux parois latérales 80A et 80B le long d'une
interface 83 (figure 3) d'une manière décrite ci-après.
L'expression "paroi latérale" telle qu'utilisée ici peut se référer à une paroi étroite ou à une paroi large de l'un quelconque des guides d'ondes 20 et 38 et, dans le cas du guide d'ondes carré 32, à l'une quelconque des parois y
compris le capot 82, mais à l'exclusion d'une paroi extrême.
Les parois 80A, 80B et 80C et le capot 82 constituent le conducteur extérieur 36 du guide d'ondes 32. La partie du conducteur intérieur 34 s'étendant d'un point 84 jusqu'à l'accès latéral 28 est fabriquée sous la forme d'un barreau
plein, sensiblement rigide 86. Ceci procure certains avan-
tages lors de l'assemblage du guide d'ondes 32. Ainsi, selon une particularité de construction de l'invention, chacune des entretoises 78 est réalisée sous la forme d'un cylindre
diélectrique creux disposé sur une broche diélectrique 88.
Chacune des broches 88 est montée fixement sur le barreau 86 et sert à positionner l'une, respective, des entretoises 78 qui est glissée sur la broche correspondante 88. Chaque broche 88 ne pénètre que partiellement dans son entretoise 78. Des vis métalliques 90, dont l'une est désignée 90A, sont montées sur la paroi latérale 80A pour fixer les entretoises
78 entre les parois latérales 80A et 80B du guide d'ondes 32.
Les entretoises 78 sont montées dans l'agencement de paires opposées d'entretoises 78, dans lequel, dans l'une
quelconque des paires des entretoises 78, les deux entre-
toises 78 de la paire sont coaxiales, et l'une, correspon-
dante, des vis 90 est alignée avec l'axe commun des deux entretoises 78. Sous l'effet d'une rotation de la vis 90, celle-ci avance vers la paire d'entretoises 78 et comprime les entretoises 78 contre le barreau 86 et contre les parois latérales opposées 80A et 80B du guide d'ondes 32. Si cela est souhaité, des entretoises 78 de différentes dimensions, ou bien des cales configurées en tant qu'entretoises 78, peuvent être utilisées pour permettre un réglage fin de la position du conducteur intérieur 34. Il convient également de noter que les paires d'entretoises 78 sont montées dans des plans orthogonaux dans lesquels un plan est parallèle à la paroi large 42 du guide d'ondes 38 et un autre plan est perpendiculaire à la paroi large 42. Les entretoises 78 disposées dans le plan perpendiculaire à la paroi large 42 sont maintenues en position par le capot 82, comme indiqué en
trait tireté sur la figure 3 pour l'une des paires d'entre-
toises 78. En outre, il est à noter que le guide d'ondes 32 comporte un coude 92 à angle droit. Par conséquent, les axes des entretoises 78 associées par paires s'étendent suivant trois directions mutuellement perpendiculaires pour permettre
un réglage complet de la position du conducteur intérieur 34.
Le conducteur intérieur 34 du guide d'ondes 32 comporte en outre une saillie 94 fixée à une extrémité du barreau carré 34, en un point 84, pour transformer la forme carrée du conducteur intérieur 34 en une forme circulaire. La saillie 94 est réalisée en une matière électriquement conductrice, telle que du cuivre ou de l'aluminium, et elle est configurée en un tronçon cylindrique circulaire. Le rayonnement de la bande C dans le guide d'ondes 32 a une longueur d'ondes d'environ cinq centimètres, et la longueur
axiale de la saillie 94 est courte, du point de vue électri-
que, étant comprise dans la plage d'environ 0,1 à 0,2 longueur d'ondes. Pour relier la saillie 94 au barreau 34, il est commode de pourvoir la saillie 94 d'un goujon fileté 96 qui est fixé dans un évidement cylindrique fileté 98 du
barreau 34. Le diamètre de la saillie 94 est approximative-
ment égal à une diagonale du barreau carré 34. A l'opposé du goujon 96, la saillie 94 comporte une tige 100 qui s'étend le long de l'axe de la saillie 94, la tige 100 ayant une forme cylindrique et un diamètre réduit par rapport à celui de la saillie 94. La saillie 94 est avantageusement réalisée d'une
seule pièce avec son goujon 96 et sa tige 100.
L'extrémité inférieure de la tige 100 sert de
première électrode d'un condensateur 102. Une description de
la construction du condensateur 102 est donnée en référence à la figure 6 dont la vue à échelle agrandie facilite une représentation des diverses pièces du condensateur 102. Le
condensateur 102 comporte une bague 104 en matière diélec-
trique électriquement isolante, avantageusement une matière
plastique telle que la matière "Ultem" mentionnée précédem-
ment, par exemple. La bague 104 comporte un tronçon avant cylindrique 106 de diamètre agrandi et un tronçon arrière cylindrique 108 de diamètre réduit. La tige 100 de la saillie 94 est pourvue d'une broche 110 s'étendant le long de l'axe de la saillie 94, et la bague 104 est pourvue d'un alésage central 111 destiné à recevoir la broche 110. Le tronçon avant 106 de la bague 104 est en butée contre la tige 100 de la saillie 94, et est guidé jusqu'en alignement axial avec la
tige 100 par l'insertion de la broche 110 dans l'alésage 111.
Une tige métallique cylindrique circulaire 112 fait saillie d'une plaque métallique et électriquement conductrice 114 de support avec laquelle elle est réalisée d'une seule pièce. La tige 112 est pourvue d'un alésage central 115 destiné à recevoir le tronçon arrière 108 de la bague 104 et à fixer ainsi la bague 104 à la tige 112. Les faces extrêmes opposées des tiges 100 et 112, disposées sur des surfaces opposées de
la bague 104, servent d'électrodes pour le condensateur 102.
La matière de la bague 104 est choisie de façon à procurer un degré souhaité de capacité, le degré de capacité dépendant aussi de l'étendue de chaque plaque du condensateur 102,
ainsi que de l'écartement entre les plaques.
La tige 112 sert de résonateur dans le circuit hyperfréquence. Les diamètres des tiges 100 et 112 et le diamètre extérieur du tronçon avant 106 de la bague 104 sont
égaux dans une forme avantageuse de réalisation de l'inven-
tion. La plaque 114 de support est fixée au moyen d'une vis 116 à une butée 118 de la bride 50. La butée 118 et la bride sont avantageusement réalisées sous la forme d'un ensemble mécanique intégré avec le guide d'ondes 38. Cette structure permet, comme montré sur la figure 2, à la saillie 94 et à la bague 104 d'être maintenue assemblée entre le barreau 34 et la tige 112, par serrage de la vis 90A pour appliquer à force ces pièces contre la plaque 114 de support. Deux anneaux diélectriques 120 et 122 sont montés sur les tiges 100 et 112, respectivement, et peuvent être glissés le long des tiges 100 et 112, respectivement, jusqu'à des positions souhaitées pour régler la capacité du condensateur 102 et pour accorder le circuit hyperfréquence. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, les anneaux 120 et 122 sont réalisés en une matière plastique telle que la
matière "Ultem" précitée.
Une tige métallique 124 montée sur la plaque 114 en fait saillie dans une direction perpendiculaire à la tige 112. La tige 124 sert également de résonateur dans le circuit hyperfréquence et s'étend à l'intérieur du guide d'ondes 38
en passant dans une ouverture 126 de la paroi large 42.
L'extrémité extérieure de la tige 124, à l'écart de la plaque 114, est réalisée sous la forme d'une sonde 128 pour établir un couplage souhaité entre le guide d'ondes 38 et la sonde 128. Cette dernière comporte un disque intérieur 130 et un disque extérieur 132 qui sont espacés par un tronçon de tige 134. Du fait du coude à angle droit formé entre les tiges 112 et 124, le guide d'ondes 32 peut être orienté parallèlement au guide d'ondes 38, ou bien disposé dans un plan parallèle au guide d'ondes 38, pour procurer une configuration de dimensions réduites au diplexeur 14. Cette configuration complexe est le plus utile dans la construction de matériel hyperfréquence porté par satellite. Il convient également de noter que le coude 92 du guide d'ondes 32 est prévu pour des raisons de commodité dans la production d'une configuration de dimension réduite du diplexeur 14. On doit comprendre que le coude 92 est prévu à titre d'exemple dans la construction de la forme préférée de réalisation du diplexeur 14, mais qu'il peut être plié dans une autre direction, ou totalement supprimé, si cela est souhaité pour connecter le diplexeur 14 à un autre circuit hyperfréquence. La sonde 128 est placée en avant de la paroi arrière 70 et en est espacée d'une distance d'environ 1/4 de longueur d'ondes guidée du rayonnement dans la bande C dans le guide d'ondes 38. Les disques 130 et 132 de la sonde 128 sont réalisés en métal afin d'être électriquement conducteurs et, en outre, le tronçon de tige 134 est similairement réalisé en métal. Dans la construction de la sonde 128 et dans la liaison des deux tiges 112 et 124 à la plaque 114, et dans la fixation de la plaque 114 à la butée 118, il est à noter que la construction est réalisée d'une manière évitant
toute accumulation d'oxyde, de rouille, de matière diélectri-
que ou d'autres matières étrangères entre la sonde 128 et la ligne coaxiale de transmission du guide d'ondes 32, pour empêcher ainsi lagénération de produits d'intermodulation dérivés d'une combinaison des fréquences des diverses voies de signaux. Ceci apporte une plus grande fidélité dans la séparation et/ou la combinaison des diverses voies de signaux
à 6, 12 et 14 GHz. A titre d'exemple, un tel produit d'inter-
modulation passive qui est évité par la construction précé-
dente est un produit à 14,320 GHz, valeur comprise dans la bande passante de réception, et est égale à la différence entre le dixième harmonique de 12, 745 GHz et le neuvième harmonique de 12,570 GHz, deux fréquences pouvant apparaître simultanément dans la bande passante de transmission. Il est à noter que la construction précédente du diplexeur 14 permet un fonctionnement réversible tel que des signaux de l'une quelconque des fréquences précédentes peuvent parcourir dans
chaque sens le diplexeur 14.
Le circuit hyperfréquence comprend un filtre à deux pôles constitué par deux résonateurs, filtre dans lequel la tige 124 constitue l'un des résonateurs et la tige 112 constitue le second résonateur. On obtient le coefficient de couplage du filtre grâce à l'inductance mutuelle entre les deux résonateurs, l'inductance mutuelle et le coefficient de couplage étant basés sur la position d'un bord avant 136 (montré sur la figure 2) de la plaque 114 de support. En augmentant la dimension de la plaque 114 en éloignant l'extrémité avant 136 de la bride 50 du guide d'ondes, on
diminue l'inductance mutuelle et le coefficient de couplage.
Cependant, en diminuant la dimension de la plaque 114 en ramenant le bord avant 136 plus près de la bride 50 du guide d'ondes, on augmente l'inductance mutuelle et le coefficient de couplage. Pour des raisons de commodité de fabrication du diplexeur 14, on peut construire la plaque 114 afin qu'elle soit initialement légèrement surdimensionnée. En conséquence, pendant que l'on accorde le filtre, on peut rétracter le bord avant 136 en rabotant de la matière de la plaque 114 pour obtenir la caractéristique souhaitée du filtre, laquelle est
plate au maximum sur toute la bande passante.
Les disques 130 et 132 de la sonde 128 servent à accorder la sonde à une fréquence souhaitée, la fréquence de résonance de la sonde et le couplage de la sonde au guide d'ondes 38 dépendant des diamètres des deux disques et de l'écartement entre les deux disques comme cela est bien connu dans la fabrication des sondes. Le glissement des anneaux 120 et 122 permet de régler la capacité du condensateur 102 de manière qu'en faisant glisser l'un ou l'autre des anneaux 120 et 122 ou les deux anneaux vers la bague 104, on augmente la capacité du condensateur 102, tandis qu'en écartant l'un des anneaux 120 et 122 ou les deux anneaux 120 et 122 de la bague 104, on diminue la capacité. En outre, un glissement de l'anneau 122 sur la tige 112 à l'écart de la bague 104 a pour effet d'augmenter la fréquence de résonance du résonateur de
la tige 112.
Selon une particularité de l'invention, le filtre à deux pôles précité, à bande passante de 6 GHz, représenté globalement en 138 sur la figure 3, est également utilisé pour empêcher l'entrée des rayonnements de la bande Ku aux fréquences de 12 GHz et 14 GHz du guide d'ondes 38 dans le guide d'ondes 32 de l'accès latéral. Ceci est réalisé du fait que les dimensions physiques des tiges 112 et 124 forment les résonateurs respectifs ayant une longueur électrique d'un quart de longueur d'ondes du rayonnement de la bande C (6 GHz). A 12 GHz, les résonateurs auraient une longueur électrique d'une demi-longueur d'ondes et rendraient le filtre 138 inopérant pour la transmission d'un rayonnement entre les deux guides d'ondes 38 et 32 à la fréquence de 12 GHz. Ainsi, grâce à l'action du filtre 138 et grâce à la fonction de mise en court-circuit de la paroi arrière 70, le diplexeur 14 est capable de fonctionner avec deux bandes de
signaux qui sont écartés, en fréquence, d'un octave.
En résumé, le fonctionnement du diplexeur 14 est le suivant. La construction du guide d'ondes 38 ayant des dimensions, en section transversale, de 30,48 mm sur 10,16 mm permet d'adapter l'impédance du guide d'ondes 38, à la bande Ku, à l'impédance du guide d'ondes 20 avec un gradin abrupt
pour la transition à l'ouverture 72 dans la paroi arrière 70.
La transition en gradin agit aussi en tant que court-circuit pour le rayonnement du guide d'ondes 38 à 6 GHz car le guide d'ondes 20 possède une fréquence de coupure à 7,87 GHz pour
le mode de propagation TE,0. Le gradin présenté par l'ouver-
ture 72 dans la paroi arrière 70 pour le rayonnement de 6 GHz, en combinaison avec la sonde 128 qui résonne aussi à la fréquence de 6 GHz, disperse une partie des modes TE,, et TMl qui sont affaiblis de 10,24 dB (décibels) par centimètre à la fréquence maximale de 14,5 GHz, et de 68 dB à l'accès avant 16. La fréquence de coupure dans le mode TE20 est de 9,83 GHz, mais ce mode n'est pas dispersé du fait de la symétrie du diplexeur 14. Ainsi, le diagramme de rayonnement d'antenne du cornet 12 n'est affecté par aucun des modes
d'ordre plus élevé.
Le filtre 138 à deux pôles est un filtre passe-
bande à double terminaison et présentant une caractéristique maximale plate. Les résonateurs des tiges 112 et 114 sont en couplage inductif du type TEM quart-d'onde. Les résonateurs résonnent à 6 GHz et également à des harmoniques impaires de 6 GHz, tels que 18 GHz, ce qui aboutit à une bande passante parasite à la fréquence de 18 GHz. Cependant, dans l'exemple précédent du système 10 de communication, il n'y a aucun signal de la bande Ku à la fréquence de 18 GHz, en sorte que la bande passante parasite du filtre 138 à cette fréquence
n'interfère pas avec le fonctionnement du diplexeur 14.
La bande passante nominale du filtre 138 à 3 dB est de 1,5 GHz. Ceci est assez large pour entraîner une perte négligeable de transmission dans la bande de réception, mais assez étroit pour que la sonde 128 couplée dans le guide d'ondes 38 provoque une réflexion ne dépassant pas une valeur faible et négligeable aux fréquences des signaux de 12 GHz et 14 GHz. Cette réflexion et celle du gradin du guide d'ondes à la paroi arrière 70 sont éliminées efficacement par
l'accord réalisé au moyen des deux barreaux 74.
En ce qui concerne la fabrication du diplexeur 14, il est avantageux de fixer la plaque 114 de support à la butée 118 au moyen d'une soudure en plus de l'utilisation de la vis 116. Le processus de soudage assure un trajet bien
défini pour des courants circulant dans le circuit hyper-
fréquence afin d'empêcher la génération de produit d'inter-
modulation passive. De plus, le capot 82 procure une commo-
dité supplémentaire dans la fabrication du diplexeur 14 en servant de partie du conducteur extérieur 36 du guide d'ondes 32. Le capot 82 est fixé par des boulons 140 (figure 3) à des douilles filetées 142 (figure 2) agencées dans un bossage 144 placé sur la paroi 42 du guide d'ondes, le bossage 144 et la rangée de douilles 142 entourant le guide d'ondes 32. Les boulons 140 passent dans des ouvertures 146 (figure 7) le long du périmètre du capot 82. Les parois latérales 80A et B du guide d'ondes 32 sont pourvues d'une gorge 148 (figure
2) destinée à recevoir un joint d'étanchéité (non repre-
senté), le joint étant habituellement fabriqué en caoutchouc dans lequel sont dispersées des particules d'argent. Le joint assure l'étanchéité à l'encontre des fuites de rayonnement électromagnétique le long de l'interface 83 (figure 3) entre le capot 82 et les parois latérales 80A et 80B du guide
d'ondes 32.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au diplexeur décrit et représenté sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims (19)
1. Diplexeur ayant un accès avant (16) et un accès arrière (18), et un accès latéral (28) pour faire
communiquer un premier domaine spectral d'énergie électro-
magnétique entre l'accès avant et l'accès latéral et un second domaine spectrale d'énergie électromagnétique entre l'accès avant et l'accès arrière, la fréquence centrale du second domaine spectral étant supérieure à la fréquence centrale du premier domaine spectral d'un facteur supérieur
ou égal approximativement à deux, le diplexeur étant caracté-
risé en ce qu'il comporte un premier guide d'ondes (38) et un
deuxième guide d'ondes (20) ayant chacun une section trans-
versale rectangulaire et supportant un mode électrique transversal d'ondes électromagnétiques, le premier guide d'ondes ayant une fréquence de coupure en dessous du premier domaine spectral et le second guide d'ondes ayant une fréquence de coupure en dessous du second domaine spectral et au-dessus du premier domaine spectral; une paroi arrière (70) terminant le premier guide d'ondes et présentant une ouverture (72) à travers laquelle s'étend le deuxième guide d'ondes pour communiquer avec le premier guide d'ondes, cette ouverture ayant des dimensions, en section transversale, inférieures à des dimensions correspondantes, en section transversale, du premier guide d'ondes, ladite ouverture servant d'accès arrière, la paroi arrière servant d'élément de mise en court-circuit pour empêcher la propagation d'un rayonnement dans le premier domaine spectral jusque dans le deuxième guide d'ondes, une extrémité du premier guide d'ondes, opposée à ladite paroi arrière, constituant l'accès avant; l'accès latéral comprenant une ouverture (126) disposée dans une paroi latérale (42) du premier guide d'ondes, un troisième guide d'ondes (32), et un élément de couplage (128) s'étendant depuis le troisième guide d'ondes à travers ladite ouverture (126) jusque dans le premier guide d'ondes pour réaliser un couplage d'énergie électromagnétique dans ledit premier domaine spectral entre les premier et troisième guides d'ondes; des moyens d'accord (138) étant disposés dans le troisième guide d'onde pour empêcher la propagation d'énergie électromagnétique dans le second domaine spectral entre les premier et troisième guides d'ondes.
2. Diplexeur selon la revendication 1, caracté-
risé en ce que le troisième guide d'ondes est une ligne coaxiale de transmission ayant un conducteur intérieur (34) et un conducteur extérieur (36) entourant le conducteur
intérieur pour supporter un mode transversal électromagné-
tique d'une onde électromagnétique.
3. Diplexeur selon la revendication 2, caracté-
risé en ce que l'élément de couplage est une sonde (128) orientée perpendiculairement au conducteur intérieur, et les
moyens d'accord sont connectés entre la sonde et le conduc-
teur intérieur.
4. Diplexeur selon la revendication 3, caracté-
risé en ce que les moyens d'accord comprennent un filtre passe-bande (138) qui laisse passer le premier domaine
spectral et affaiblit le second domaine spectral.
5. Diplexeur selon la revendication 4, caracté-
risé en ce que le filtre comporte un premier résonateur (124) qui est formé de ladite sonde disposée perpendiculairement au conducteur intérieur, et un second résonateur allongé (112) disposé coaxialement au conducteur intérieur, les deux
résonateurs étant en couplage inductif.
6. Diplexeur selon la revendication 5, caracté-
risé en ce que, dans la ligne coaxiale de transmission, le conducteur extérieur présente une section transversale
carrée, au moins une partie du conducteur intérieur s'éten-
dant dans un plan parallèle à un axe du premier guide d'ondes.
7. Diplexeur selon la revendication 6, caracté-
risé en ce qu'il comporte en outre une plaque conductrice (114) s'étendant à l'intérieur de la ligne coaxiale de transmission, depuis le conducteur extérieur jusqu'à une
jonction entre les résonateurs, la plaque servant à détermi-
ner un degré de couplage inductif entre les résonateurs et à déterminer un coefficient de couplage du filtre.
8. Diplexeur selon la revendication 5, caracté-
risé en ce qu'il comporte en outre un condensateur (102) interconnectant le second résonateur du filtre à une partie
du conducteur intérieur.
9. Diplexeur selon la revendication 8, caracté-
risé en ce que des éléments de plaques (100, 112) du conden-
sateur sont réalisés sous la forme de parties cylindriques espacées l'une de l'autre sur l'étendue d'un espace du condensateur et sont agencés coaxialement le long de l'axe du
conducteur intérieur.
10. Diplexeur selon la revendication 9, caracté-
risé en ce que les parties cylindriques ont des surfaces
extrêmes annulaires se faisant face à travers ledit espace.
11. Diplexeur selon la revendication 9, caracté-
risé en ce qu'il comporte en outre un anneau (120 ou 122) d'accord positionné de façon à pouvoir coulisser le long de
l'une des parties cylindriques du condensateur.
12. Diplexeur selon la revendication 9, caracté-
risé en ce qu'il comporte en outre un anneau (120 ou 122) d'accord positionné de façon à pouvoir coulisser le long de
l'un des résonateurs pour accorder ledit résonateur.
13. Diplexeur selon la revendication 9, caracté-
risé en ce qu'il comporte en outre deux anneaux (120, 122) d'accord positionnés de façon à pouvoir coulisser le long de
certaines, respectives, des parties cylindriques du condensa-
teur pour régler la capacité dudit condensateur.
14. Diplexeur selon la revendication 13, caracté-
risé en ce que le condensateur comporte une bague isolante (104) en matière diélectrique disposée dans ledit espace de façon à être contigué à des faces extrêmes des parties
cylindriques du condensateur.
15. Diplexeur selon la revendication 14, caracté-
risé en ce que l'un des résonateurs coincide avec l'une des parties cylindriques du condensateur pour permettre un coulissement de l'une des bagues d'accord le long à la fois
de ladite partie cylindrique et dudit résonateur.
16. Diplexeur selon la revendication 15, caracté-
risé en ce que la ligne coaxiale de transmission comprend en outre des entretoises diélectriques (78) disposées entre les conducteurs intérieur et extérieur pour positionner le conducteur intérieur dans ledit conducteur extérieur, et des moyens (90) reliés au conducteur extérieur pour serrer les
entretoises contre lesdits conducteurs intérieur et exté-
rieur.
17. Diplexeur selon la revendication 16, caracté-
risé en ce que, dans la ligne coaxiale de transmission, le conducteur extérieur présente une section transversale
carrée, au moins une partie du conducteur intérieur s'éten-
dant dans un plan parallèle à un axe du premier guide d'ondes, les moyens de serrage comprenant des vis (90) montées sur une zone de paroi extérieure (80A) du troisième
guide d'ondes.
18. Diplexeur selon la revendication 2, caracté-
risé en ce que la ligne coaxiale de transmission comporte en outre des entretoises diélectriques (78) disposées entre les conducteurs intérieur et extérieur pour positionner le conducteur intérieur dans le conducteur extérieur, et des moyens (90) reliés au conducteur extérieur pour serrer les
entretoises contre les conducteurs intérieur et extérieur.
19. Diplexeur selon la revendication 18, caracté-
risé en ce que, dans la ligne coaxiale de transmission, le conducteur extérieur présente une section transversale
carrée, au moins une partie du conducteur intérieur s'éten-
dant dans un plan parallèle à un axe du premier guide d'ondes, les moyens de serrage comprenant des vis (90) montées sur une zone de paroi extérieure (80A) du troisième
guide d'ondes.
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5471177A (en) | 1995-11-28 |
| FR2723801B1 (fr) | 1998-08-28 |
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