FR2818444A1 - Dispositif de separation de signaux d'emission et de reception - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un dispositif d'émission/ réception comportant au moins une zone de transition 2 et 3 qui comporte un moyen 7 pour transformer une onde polarisée selon une première polarisation en un signal électrique; un deuxième moyen 8 pour transformer un signal électrique en une onde polarisée selon la deuxième polarisation; et une première zone de filtrage 4 placée entre l'antenne et la zone de transition, la première zone de filtrage comportant un filtre en guide d'onde polarisé selon la deuxième polarisation, ledit filtre étant transparent selon la première polarisation.
Description
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Dispositif de séparation de signaux d'émission et de réception. L'invention se rapporte à un dispositif de séparation de signaux d'émission et de réception, et plus particulièrement pour des transmissions dans la gamme des ondes millimétriques utilisant une polarisation croisée.
Dans le domaine des transmissions, il est connu d'avoir recours à des systèmes utilisant des ondes polarisées selon des directions différentes pour l'émission et la réception. L'utilisation de polarisation perpendiculaire entre l'émission et la réception, également appelée polarisation croisée, permet d'améliorer la séparation des signaux d'émission et de réception lorsque les bandes de fréquence sont très proches.
Classiquement, la séparation des signaux se fait avec un duplexer qui comporte un orthomode en guide d'onde qui sépare les signaux selon leur polarisation, et des filtres en guide d'onde placés sur les sorties de l'orthomode afin d'avoir une forte réjection en dehors de la bande filtrée.
Lorsque les fréquences de transmission correspondent aux fréquences millimétriques, par exemple 40 GHz, les pièces en guide d'onde se trouvent être considérablement réduites en taille et nécessitent un usinage de précision coûteux. Le coût de l'usinage d'un orthomode de petite dimension ne permet pas la réalisation d'un produit grand public.
D'autres solutions sont envisageables, le brevet américain no5, 374,938 présente des orthomodes dont les sorties sont des sondes de transition. Ces orthomodes ne permettent pas d'avoir un filtrage à forte réjection car le filtrage se fait en technologie micro-ruban.
La demande de brevet EP 0 961 339, dévoile une solution dans laquelle les sondes sont séparées par un filtre en guide d'onde, le filtrage d'émission se faisant en technologie micro-ruban et le filtrage de réception se faisant avec le filtre en guide d'onde.
Cependant ces deux solutions ne permettent pas d'obtenir une qualité de signal émis comparable à la solution classique utilisant deux voies en guide d'ondes séparées.
L'invention propose une solution permettant d'atteindre une grande qualité de signal émis sans utiliser d'orthomode en guide d'onde. Pour cela, l'invention ajoute entre l'antenne et les zones de transition un filtre polarisé. Le filtre polarisé permet ainsi de filtrer le signal d'émission
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uniquement selon la polarisation d'émission afin d'améliorer la pureté du signal émis. Le filtre polarisé étant transparent selon la polarisation du signal reçu, le signal reçu n'est pas affecté par ce filtre ajouté.
L'invention est un dispositif d'émission/réception placé après une antenne, le dispositif comportant au moins une zone de transition qui comporte un premier moyen pour transformer au moins une onde polarisée selon une première polarisation en au moins un signal électrique ; un deuxième moyen pour transformer au moins un signal électrique en au moins une onde polarisée selon la deuxième polarisation ; et une première zone de filtrage placée entre l'antenne et la zone de transition, la première zone de filtrage comportant un filtre en guide d'onde polarisé selon la deuxième polarisation, ledit filtre étant transparent selon la première polarisation.
Selon le mode de réalisation préféré, la premier moyen est une première zone en guide d'onde comportant une sonde. Le deuxième moyen est une deuxième zone en guide d'onde comportant une sonde. Le dispositif comporte une deuxième zone de filtrage placée entre la première et la deuxième zone en guide d'onde. Les guides d'ondes sont circulaires. Le filtre de la première zone de filtrage est un filtre à inserts métalliques. Le filtre de la deuxième zone de filtrage un filtre à iris circulaires.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : les figures 1 et 2 représentent un même mode de réalisation préféré de l'invention selon des vue différentes.
La figure 1 correspond à la vue en coupe longitudinale de l'élément en guide d'onde d'un dispositif d'émission/réception. La figure 2 correspond à ce même élément en guide d'onde en vue éclaté faisant apparaître les cartes hyperfréquence en technologies micro-ruban. Ces deux figures seront décrites conjointement pour une meilleure compréhension. Par ailleurs, pour des raisons de représentation, certains éléments ne sont pas réalisés à l'échelle. A titre d'exemple, la bande de réception est comprise entre 40,55 et 41,5 GHz et la bande d'émission est comprise entre 42,45 et 42,5 GHz. Selon cet exemple le diamètre du guide d'ondes est environ égal à 4,8 mm, ce qui correspond à la fréquence basse du guide.
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L'élément en guide d'onde comporte cinq parties fonctionnelles : une antenne 1, une première et une deuxième zones de transition 1 et 2, et une première et une deuxième zone de filtrage 4 et 5. L'antenne 1 est par exemple un cornet 6 faisant face à une lentille ou à un réflecteur, non représenté, qui concentre les ondes électromagnétiques selon une technique bien connue de l'homme du métier.
Les première et deuxième zones de transition 2 et 3 sont des guides d'ondes traversés par des conducteurs 7 et 8. La première zone de transition 2 est obturée à ./4 d'un coté afin de ramener un circuit ouvert dans le plan du conducteur 7. Les conducteurs 7 et 8 sont par exemple réalisés sur une couche métallique d'un substrat 9 ou 10 sur lequel est réalisé le circuit hyperfréquence de réception Rx ou le circuit hyperfréquence d'émission Tx, les conducteurs 7 et 8 assurant la fonction de sonde. D'une manière pratique, les zones de transition 2 et 3 sont réalisées en deux parties qui enserrent respectivement les substrats 7 et 8 des cartes hyperfréquence de réception et d'émission. Les conducteurs 7 et 8, réalisés sur la couche métallique du substrat, sont perpendiculaires à l'axe central 11 du guide d'onde tout en appartenant à des plans perpendiculaires entre eux. Ainsi positionnés, les conducteurs 7 et 8 travaillent avec des ondes polarisées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre. La longueur des zones de transition 2 et 3 est telle que les conducteurs 7 et sont séparés des éléments de filtrage d'au moins la moitié de la longueur d'onde moyenne traversant lesdites zones 2 et 3.
Dans notre exemple de réalisation préféré, le conducteur 7 de la première zone de transition 2 transforme une onde polarisée selon une première polarisation en courant électrique qui va ensuite être traité par le circuit de réception Rx afin de pouvoir être ramener à une fréquence intermédiaire de l'ordre du GHz et transmise via un câble coaxial à une unité intérieure. Le conducteur 8 de la deuxième zone de transition 3 transforme un signal électrique provenant du circuit d'émission Tx en onde polarisée selon une deuxième polarisation, la deuxième polarisation étant perpendiculaire à la première polarisation. L'onde polarisé est ensuite transmise vers l'antenne.
La première zone de filtrage 4 comporte un filtre polarisé selon la deuxième polarité. Un tel filtre est par exemple réalisé à l'aide d'inserts métalliques 12 traversant le guide d'onde parallèlement à la polarisation
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filtrée. Les largeurs des inserts 12 ainsi que les espaces entre les inserts 12 sont calculés de manière à réaliser un filtre passe bande ne laissant passer que les fréquences de la bande d'émission. La première zone de filtrage 4 est placée entre l'antenne et la zone de transition 3 afin d'améliorer le rapport signal à bruit d'émission.
La deuxième zone de filtrage 5 est placée entre les deux zones de transition 2 et 3, et comporte un filtre ne laissant passer que les fréquences de la bande de réception. Dans notre mode de réalisation préféré, le filtre de la deuxième zone de filtrage est, par exemple, un filtre à cavités couplées par des iris circulaires 13.
Pour le dimensionnement des filtres, l'homme du métier peut se reporter au livre intitulé Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures de George L. MATTHAEI, Leo YOUNG and E. M.
T JONES, publié par ARTECH HOUSE BOOKS en 1980.
Une onde reçue par l'antenne va traverser d'abord la première zone de filtrage 4 puis la deuxième zone de filtrage 5. Pendant la traversée de la première zone de filtrage 4, les ondes selon la deuxième polarisation vont être fortement atténuées à l'exception des ondes dont la fréquence correspond à la bande d'émission. La deuxième zone de filtrage 5 atténue fortement tous les signaux qui ne correspondent pas à la bande de réception. A l'intérieure de la première zone de transition, les seules ondes qui ne sont pas atténuées, sont des ondes polarisées selon la première polarisation qui appartiennent à la bande de réception. Ces ondes sont ensuite transformées en signal électrique par le conducteur 7.
Les signaux à émettre sont transformés en onde polarisée selon la deuxième polarisation par le conducteur 8. Le filtre de la deuxième zone de filtrage 5 stoppe les ondes émises. Le filtre de la première zone de filtrage laisse passer les ondes de la bande d'émission et atténue fortement les ondes hors de la bande d'émission. La première zone de filtrage permet de réaliser le filtrage d'émission avec une atténuation beaucoup plus importante que si ce filtre était réalisé en technologie micro-ruban.
Des variantes de l'invention sont tout à fait envisageables. Notre exemple montre un guide d'onde de section circulaire. L'utilisation d'un guide d'onde de section carré permet d'obtenir un résultat analogue.
Egalement, les filtres représentés peuvent être remplacés par des filtres d'un type différent pourvu que les caractéristiques finales de filtrage soit similaires. Le filtre de la deuxième zone de filtrage pourrait être d'un
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autre type. En effet, il est tout à fait possible d'utiliser un filtre qui atténue selon la première polarisation ce qui est hors de la bande de réception, et qui stoppe tout ou partie selon la deuxième polarisation. Un filtre réalisé à l'aide d'un guide d'onde rectangulaire permet de réaliser un filtrage selon la première polarisation tout en supprimant la totalité des fréquences selon la deuxième polarisation.
Claims (6)
1. Dispositif d'émission/réception placé après une antenne (1), le dispositif comportant au moins une zone de transition (2 et 3) qui comporte : - un premier moyen (7) pour transformer au moins une onde polarisée selon une première polarisation en au moins un signal électrique ; un deuxième moyen (8) pour transformer au moins un signal électrique en au moins une onde polarisée selon la deuxième polarisation ; caractérisé en ce qu'il comporte une première zone de filtrage (4) placée entre l'antenne (1) et la zone de transition (3), la première zone de filtrage (4) comportant un filtre en guide d'onde polarisé selon la deuxième polarisation, ledit filtre étant transparent selon la première polarisation.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de transition (2 et 3) comporte : - une première zone en guide d'onde (2) comportant une sonde (7) pour transformer au moins une onde polarisée selon une première polarisation en au moins un signal électrique ; - une deuxième zone en guide d'onde (3) comportant une sonde (8) pour transformer au moins un signal électrique en au moins une onde polarisée selon la deuxième polarisation, la deuxième zone (3) étant placée entre la première zone en guide d'onde (2) et la première zone de filtrage (4).
3. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les ondes polarisées selon la première polarisation sont placées dans une première bande de fréquence et les ondes polarisées selon la deuxième polarisation sont placées dans une deuxième bande de fréquence, caractérisé en ce que le filtre de la première zone de filtrage (4) laisse passer, selon la deuxième polarité, les ondes de la deuxième bande de fréquence.
4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième zone de filtrage (5) placée entre la première et la deuxième zone en guide d'onde (2,3), la deuxième zone de filtrage (5)
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comportant un filtre qui ne laisse passer que les ondes de la première bande de fréquence.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les guides d'ondes sont circulaires et en ce que le filtre de la deuxième zone de filtrage (5) est un filtre à iris circulaire (13).
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le filtre de la première zone de filtrage (4) est un filtre à insert métallique (12).
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