FR2796467A1

FR2796467A1 - Dispositif de limitation de puissance dans un recepteur

Info

Publication number: FR2796467A1
Application number: FR9908321A
Authority: FR
Inventors: Clement Tolant; Joel Cordier; Philippe Eudeline
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: FR2796467B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de puissance dans un récepteur.Le dispositif comporte un étage de puissance comportant un étage de puissance comportant une ligne de propagation hyperfréquence dont l'âme centrale (21) a une section sensiblement carrée et des diodes limiteuses (30) situées dans un même plan et reliant électriquement l'âme centrale au conducteur extérieur (23) de la ligne de propagation, les diodes (30) étant adaptées par l'effet inductif produit par des tiges (36) situées dans le même plan que les diodes (30), la longueur des tiges étant réglable.L'invention s'applique notamment pour les dispositifs de détection électromagnétiques dont il est nécessaire de protéger la ou les voies de réception contre des signaux reçus de très fortes puissances.

Description

Dispositif de limitation de puissance dans un récepteur La présente invention concerne un dispositif de puissance implanté dans un récepteur. Elle s'applique notamment pour les dispositifs de détection électromagnétiques dont il est nécessaire de protéger la ou les voies de réception contre des signaux reçus de très fortes puissances.

Alors qu'une voie émission d'un radar classique peut véhiculer des signaux de très forte puissance, par exemple de l'ordre de quelques mégawatts de puissance crête, la voie de réception ne traite en revanche que ces signaux de très faible puissance, par exemple de l'ordre de quelques milliwatts au maximum. De manièreà pouvoir traiter efficacement des signaux reçus, il est important de les amplifier rapidement sans introduire de bruits parasites qui pourraient dégrader la dynamique de la chaîne de réception. Bien que ces amplificateurs soient optimisés en facteur de bruit, ils nécessitent toutefois une protection efficace du fait de leur seuil de vulnérabilité assez bas, inférieur par exempleà 20 dBm. Parmi les différentes menaces pouvant altérer le fonctionnement des amplificateurs, on peut notamment citer les menaces internes et les menaces externes.

En ce qui concerne les menaces internes, ily a le problème de l'isolation du duplexeur. Le duplexeur est un organe hyperfréquenceà trois ports chargé de l'aiguillage entre les voies émission, réception et antenne. Bien que cet élément soit adapté dans la bande de fréquence utile, son isolation entre voies n'est jamais infinie et une partie de la puissance émise se retrouve généralement sur la vole de réception. Dans le cadre des menaces internes, ily a encore le problème de la réflexion au niveau de l'antenne, qui renvoie de l'énergie vers la voie de réception. En effet, une partie de la puissance émise est réfléchie par l'antenne et ainsi introduite dans la chaîne de réception via le duplexeur. Cette réflexion est dueà la désadaptation de l'antenne, ou taux d'onde stationnaire de l'antenne. La puissance ainsi introduite dans la voie de réception, qui peut être très forte, peut alors détruire des composants, notamment les amplificateursà faible bruit.

En ce qui concerne les menaces externes, il faut notamment craindre la puissance de brouilleurs ou de radars en vis-à-vis. La protection des chaînes de réception radar, fonctionnant notamment dans la bande L, est généralement assurée de façon connue par un tubeà gaz placé derrière le duplexeur, c'est-à-dire en entrée de la chaîne de réception. Un tel tubeà gaz comporte plusieurs électrodes placées dans la partie centrale d'un guide d'onde et plongées dans un mélange gazeux dont la composition est liée aux performances du tube. Lorsque l'énergie incidente arrivant sur le tube dépasse le seuil d'ionisation du gaz, un arc électrique prend naissance dans l'espace entre les électrodes, ce qui entraîne une réflexion très importante de l'onde hyperfréquence incidente. Cette onde ne passe donc pas le tube et de fait n'atteint pas les composants qu'il protège en aval.

Un tubeà gaz pour la protection contre les puissances élevées présente des inconvénients. Un tel composant est volumineux et ne convient pas du toutà des applications nécessitant une certaine compacité.

Par ailleurs, la dégradation dans le temps du tube altère fortement la fiabilité de la chaîne de réception. En particulier, il est donc nécessaire de changer régulièrement le tube, ce qui augmente sensiblement le coût de fonctionnement d'un radar.

De plus, la présence de gaz nocifs facilitant l'ionisation, la désionisation du tube oblige les intervenantsà manipuler ce composant avec beaucoup de précautions. Par ailleurs, cela nécessite des procédures de stockage délicates.

Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités.A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de limitation de puissance dans une chaîne de réception d'un système de détection électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un étage de puissance comportant une ligne de propagation hyperfréquence dont l'âme centrale a une section sensiblement carrée et des diodes limiteuses situées dans un même plan et reliant électriquement l'âme centrale au conducteur extérieur de la ligne de propagation, les diodes étant adaptées par l'effet inductif produit par des tiges situées dans le même plan que les diodes, la longueur des tiges étant réglable.

L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet une tenue puissance élevée et de faibles pertes d'insertion, qu'elle permet des mises en #uvre de fabrications simples et classiques, qu'elle permet un fonctionnement en atténuation contrôlée et qu'elle facilite la mise au point.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent: - la figure1, par un synoptique, un radar équipé d'un dispositif de limitation de puissance; - les figures 2a et2b, un mode de réalisation possible de l'étage de puissance d'un dispositif selon l'invention -, - la figure3, un exemple de réalisation possible d'un deuxième étage, suivant l'étage de puissance, dans un dispositif selon l'invention.

La figure1 présente,à titre d'exemple, un synoptique simplifié d'un radar équipé d'un dispositif de limitation de puissance dans la chaîne de réception. La chaîne d'émission1 du radar amplifie un signal issu d'un générateur de signal radar 2, le signal de puissance étantdirigé, via un duplexeur 3, sur une antenne 4. Cette dernière émet le signal vers des cibles potentielles. En réception, le duplexeur 3 dirige les signaux reçus de l'antenne vers la chaîne de réception5 qui fournit un signalà des moyens de traitement6. Ces derniers effectuent le traitement du signal radar détecté de façon connue. Entre le duplexeur 3 et la chaîne de réception5 est placé un dispositif de limitation de puissance7. Ce dernier protège notamment la ou les voies de réception contre des signaux de puissance élevée pouvant arriver sur le ou les amplificateursà faible bruit de la chaîne de réception.

Un dispositif selon l'invention comporte par exemple deux étages placés en série, les signaux de la chaîne de réception traversant successivement un premier et un deuxième étage. Le premier étage est un étage de puissance qui supporte notamment des puissances très importantes, par exemple de l'ordre de10 kW crête, sans toutefois contribuer sensiblementà l'augmentation des pertes d'insertion du limiteur. Eventuellement, ce premier étage peut suffire. Le deuxième étage est un étage bas-niveau, placé derrière l'étage de puissance, qui permet d'abaisser en cas de besoin la fuite résiduelle de puissance jusqu'à un niveau supportable par les circuits situés en aval dans la chaîne de réception, notamment un niveau supportable pour un amplificateur faible bruit. Avantageusement, cet étage peut intégrer un fonctionnement en atténuation contrôlée.

Les figures 2a et2b présentent un exemple de mode de réalisation possible de l'étage de puissance. La figure 2a représente une vue en coupe longitudinale selon BB, la coupe étant réalisée selon l'axe de symétrie du dispositif selon l'invention. La figure2b représente une vue en coupe transversale de l'étage de puissance selon AA.

L'étage de puissance comporte une ligne de propagation de type coaxiale dont l'âme 21 a une section carrée, avec par exemple des chanfreins au niveau de ses quatre coins. Le diélectrique 22 séparant l'âme centrale 21 du conducteur extérieur23 est par exemple de l'air. Le conducteur extérieur23 présente aussi un pourtour carré, avec par exemple des chanfreins aux quatre coins du carré. En entrée, la ligne de propagation 21, 22,23 carrée est par exemple en série avec une ligne coaxiale de section circulaire, dont la longueur est plus réduite, et a même diélectrique. L'âme 24 de cette ligne de propagation circulaire est par exemple usinée dans la même pièce conductrice que celle de l'âme carrée 21. De même, le conducteur extérieur circulaire est par exemple usiné dans la même pièce conductrice25 que celle du conducteur extérieur carré23. Pour des raisons d'adaptation mécanique, la section de la ligne de propagation circulaire est inférieureà la section de la ligne de propagation carrée. La ligne de propagation circulaire est par exemple connectée de façon classiqueà une interface d'entrée hyperfréquence26 qui peut elle-même être connectéeà une ligne de propagation plus classique, par exemple de type coaxialà section circulaire plus réduite, notammentà cause d'un diélectrique différent. Cette interface d'entrée hyperfréquence est par exemple un tronçon de ligne coaxiale circulaire rigide dont le conducteur extérieur est relié électriquement au conducteur extérieur25 de la ligne de propagation circulaire et dont l'âme est reliée électriquementà l'âme de cette même ligne de propagation.

Le diélectrique 22 de la ligne de propagation étant de l'air, des moyens27, 28 permettent notamment de maintenir l'âme au centre de la ligne de propagation. Ces moyens sont par exemple constitués de cales27, 28 en matériau diélectrique, de faible épaisseur, en forme de bague.

Afin de créer la limitation en puissance, des diodes30 sont connectées en parallèle sur l'âme centrale carrée 21. Quatre diodes sont ainsi par exemple connectées en parallèle. Sur la figure2b, une de ses diodes30 est représentée, pour des raisons de clarté de lecture les autres diodes n'étant pas représentées. La cathode d'une diode30 est reliée électriquementà l'âme 21 au moyen d'une liaison métallique31. Pour assurer un bon contact électrique et une stabilité mécanique, cette liaison comporte une terminaison, par exemple de section plus réduite que son corps principal, qui pénètre dans l'âme centrale 21 par des gorges prévuesà cet effet. La liaison métallique permet par ailleurs un léger découplage électrique de la diode par rapportà l'âme de par son inductance propre.

L'anode d'une diode est reliée électriquementà un support métallique32, par exemple au moyen d'une brasure. Un support métallique 32, outre sa fonction électrique, assure le refroidissement de sa diode associée en permettant la dissipation de chaleur produite au niveau de la diode.Il est par exemple lui-même relié électriquement au conducteur extérieur23, par simple contact. Une vis 40 traversant le support métallique32 et le conducteur extérieur23 maintient en position la liaison métallique31, la diode30 et le support métallique32.

En régime bas-niveau, la tension aux bornes de la diode n'est pas suffisante pour la rendre conductrice. Le schéma équivalent est représenté généralement par une capacité de jonction. Lorsque la puissance, et donc la tension passe au-dessus d'un niveau donné, la diode devient passante et limite ainsi la puissance qui circule dans la ligne de propagation de l'étage de puissance. Son schéma équivalent est représenté en première approximation par une résistance variable, le dispositif entrant alors dans le régime de limitation de la diode.

Avantageusement, des moyens non représentés, sont par exemple prévus pour injecter dans chaque diode30 un courant lorsqu'elles écrêtent la puissance. L'injection de ce courant, qui est par exemple de l'ordre de 1OOmA, diminue la résistance série de la diode et limite ainsi son échauffement. Ces moyens comportent par exemple un coupleur qui dérive une partie représentative de l'énergie hyperfréquence passant dans la ligne de propagation. Un détecteur placé en sortie du coupleur est réglé de façon à créer un ordre d'envoi de courant dans les diodes lorsque l'énergie hyperfréquence dépasse un seuil donné, qui est le seuil de limitation. Cet ordre, qui est par exemple binaire, est par exemple envoyéà une source de courant, le signal d'ordre activant au moyen d'interfaces connues un ou plusieurs transistors de la source. Le nombre de diodes30 disposées en parallèle sur la ligne de propagation dépend notamment de la puissance maximum que chacune est en mesure de dissiper. En cas d'utilisation de plusieurs diodes, quatre par exemple, celles-ci sont situées dans un même plan perpendiculaireà l'axe de symétrie 20 de l'âme centrale.

Pour garantir de bonnes performances électriques en bas niveau, les quatre diodes30 en parallèle sont adaptées par une inductance adéquate afin de créer un circuit bouchon adapté dans la bande de fréquence utile. Cette inductance est obtenue de façon mécanique par quatre tiges36, placées dans le plan des diodes et dont la longueur est réglable.A cet effet, ces tiges pénètrent par exemple dans les chanfreins de l'âme centrale 21. Une tige36 étant solidaire mécaniquement d'un support de section plus large37 qui traverse le conducteur extérieur23, le réglage de l'inductance se fait par le déplacement, par exemple par vissage, du support37 à travers le conducteur extérieur.

Toutefois, étant donné le coefficient de surtension de cette structure liéà la forte capacité de jonction des diodes30, il est nécessaire d'y adjoindre un second étage d'adaptation, réglable dans une très grande plage, réalisé par exemple de façon mécanique. Ce second étage d'adaptation est composé d'un réseauà inductances et capacités ayant même comportement électrique que le premier étage comportant les quatre diodes30. En particulier, la fréquence de résonance de ce réseau est sensiblement égaleà la fréquence de résonance de l'ensemble des diodes limiteuses 30 et de leurs inductances d'adaptation associées36. Les capacités sont par exemple obtenues par une vis 34, qui traverse le conducteur extérieur23 et dont l'extrémité comporte un élément de matériau diélectrique35, en vis-à-vis de l'âme centrale 21 ou en contact avec celle-ci. L'élément diélectrique35 est par exemple une rondelle, collée par exempleà l'extrémité de la vis 34. Les inductances sont par exemple réaliséesà partir d'une ou plusieurs tiges33 vissées dans l'âme centrale 21, par exemple disposées dans un plan perpendiculaireà l'axe 20 du dispositif et passant sensiblement par l'axe de la vis 34. Chaque tige est par exemple solidaire d'un support39 de section plus importante, qui traverse le conducteur extérieur23, le vissage de ces tiges étant commandé par manipulation de leurs supports39. Le deuxième étage d'adaptation est par exemple disposé à une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde, correspondantà la fréquence centrale de la bande de fonctionnement, des diodes limiteuses 30.

Toutes les vis33, 36 peuvent être manipulées de l'extérieur de l'étage de puissance, de façon notammentà permettre un réglage manuel. La manipulation de ces moyens de réglages de l'extérieur permet notamment une mise au point simple du dispositif de limitation de puissance.

La surface de l'âme centrale 21 et la surface intérieure du conducteur extérieur23 sont par exemple recouvertes d'une couche métalliqueà base d'argent, ce qui limite notamment les pertes dites d'insertion que subit le signal hyperfréquence en traversant la ligne. Ces pertes sont par ailleurs limitées par le fait que le diélectrique entre les conducteurs 21,23 est de l'air. Outre ses qualités électriques de tenue en puissance élevée et de pertes d'insertions faibles, le corps externe de l'étage de puissance, comportant essentiellement le conducteur extérieur23 peut être réalisé simplement par une technique de fraisage classique. La géométrie de la ligne de propagation de cet étage de puissance permet une impédance caractéristique de50 ohms en évitant tout mode de propagation autre que le mode fondamental.

La figure3 présente, par une vue éclatée, un exemple de réalisation d'un deuxième étage. La ligne de propagation de cet étage est une ligne de type triplaque. La figure3 montre les deux plaques 41, 42 de cette ligne, en matériau diélectrique souple, par exemple en matériau appelé selon la marque déposée Téflon, avec au milieu la ligne conductrice 43. L'entrée de la ligne triplaque est reliéeà la sortie de l'étage de puissance de façon connue.A titre d'exemple, la ligne conductrice 43 est par exemple reliéeà un conducteur cylindrique 44 qui s'emboîte dans l'extrémité38 de l'âme centrale 21 de l'étage principal, elle-même cylindrique et usinée par exemple dans la même pièce que celle constituant la partie principale carrée de l'âme. Des blocs métalliques 49,50 forment les conducteurs extérieurs de la ligne triplaque. Cette ligne triplaque présente la même impédance caractéristique que la ligne de propagation du premier étage, par exemple 50 ohms. Deux étages de diodes limiteuses 45, 46, 47, 48 sont câblés en parallèle sur la ligne triplaque, chaque diode étant par exemple montée sur un bloc métallique 49,50, formant par ailleurs un support dissipateur de chaleur. Ces diodes ont notamment pour fonction de réduire les éventuelles fuites résiduelles de puissance provenant du premier étage, encore trop élevées pour les circuits de réception, notamment le ou les amplificateursà faible bruit.

Chaque groupe de diodes est espacé l'un de l'autre d'une distance proche du quart de la longueur d'onde correspondantà la fréquence centrale de la bande. Ils sont aussi isolés l'un de l'autre par des capacités de liaison51, 52, 53.

Avantageusement, chaque diode 45, 46, 47, 48 peut recevoir un signal de commande issu par exemple d'une carte extérieure pour permettre un fonctionnement en atténuation contrôlée, encore appelé GVT selon l'expression gain variable dans le temps . L'atténuation est obtenue par un courant de polarisation au niveau des diodes. Ce courant de polarisation est injecté dans une diode par une entrée 54 prévueà cet effet. Le dispositif comporte donc, par exemple sur la carte extérieure précitée, des moyens d'injection d'un courant de polarisation dans chaque diode. Ces moyens se composent par exemple notamment d'une source de courantà base de transistors dont la sortie est reliée aux entrées de polarisation 54 des diodes.

L'atténuation obtenue est fonction du courant injecté dans les diodes.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de limitation de puissance dans une chaîne de réception d'un système de détection électromagnétique, caractérisé en ce qu'il comporte un étage de puissance comportant une ligne de propagation hyperfréquence dont l'âme centrale (21) a une section sensiblement carrée et des diodes limiteuses (30) situées dans un même plan et reliant électriquement l'âme centrale au conducteur extérieur(23) de la ligne de propagation, les diodes(30) étant adaptées par l'effet inductif produit par des tiges(36) situées dans le même plan que les diodes(30), la longueur des tiges étant réglable. 2. Dispositif selon la revendication1, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième étage d'adaptation composé d'un réseauà inductances et capacités ayant même comportement électrique que l'ensemble des quatre diodes(30) et de leurs tiges d'adaptation(36) associées. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capacités sont obtenues par une vis (34) qui traverse le conducteur extérieur (23) et dont l'extrémité comporte un élément de matériau diélectrique(35), en vis-à-vis de l'âme centrale. 4. Dispositif selon la revendication3, caractérisé en ce que l'élément diélectrique est une rondelle colléeà l'extrémité de la vis (34). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2à 4, caractérisé en ce les inductances sont réalisées par au moins une tige(33) vissée dans l'âme centrale (21). 6. Dispositif selon la revendication5, caractérisé en ce qu'une tige(33) est solidaire d'un support(39) de section plus importante qui traverse le conducteur extérieur(23), le vissage de la tige étant commandé par manipulation de son support(39). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anode d'une diode(30) est reliée électriquementà un support métallique(32) relié électriquement au conducteur extérieur(23), le support(32) assurant en outre le refroidissement de la diode en permettant la dissipation de chaleur produite au niveau de cette diode. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter dans une diode(30) un courant lorsqu'elle écrête la puissance, l'injection de ce courant diminuant la résistance série de la diode. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2à 8, caractérisé en ce que le deuxième étage d'adaptation est disposéà une distance sensiblement égale au quart de la longueur d'onde, correspondant à la fréquence centrale de la bande de fonctionnement, des diodes limiteuses (30). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diélectrique (22) situé entre l'âme centrale (21) et le conducteur extérieur(23) est de l'air. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième étage placé en série en sortie de l'étage de puissance comportant une ligne de propagation en technologie triplaque, deux étages de diodes limiteuses (45, 46, 47, 48) étant câblés en parallèle sur la ligne triplaque. 12. Dispositif selon la revendication11, caractérisé en ce que les deux étages de diodes sont distants d'une longueur sensiblement égale au quart de la longueur d'onde correspondantà la fréquence centrale de la bande d'utilisation. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter un courant de polarisation dans chaque diode (45, 46, 47, 48), le niveau de puissance réduite par les diodes étant fonction de ce courant de polarisation.