FR2930078A1

FR2930078A1 - Rotary phase shifting device for panel type antenna in mobile telephone network, has coupling zone whose covering surface extended from side of rotary arm is larger than covering surface extended from opposite side of arm

Info

Publication number: FR2930078A1
Application number: FR0852517A
Authority: FR
Inventors: Cam Patrick Le; Jean Pierre Harel; Gilles Coquille
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2008-04-15
Filing date: 2008-04-15
Publication date: 2009-10-16
Anticipated expiration: 2028-04-15
Also published as: FR2930078B1

Abstract

The device has upper and lower conductive pieces displaced in rotation around a longitudinal axis with respect to an electrically conductive strip (81). Lower and upper layers made of dielectric material, are arranged on both sides of the strip. Each conductive piece has a rotary arm (83) rotated around the axis. The arm has a distal end provided with a coupling zone (84) that partially covers the strip. The zone has a covering surface extended from a side of the arm. The covering surface is larger than a covering surface extended from an opposite side of the arm.

Description

Dispositif de déphasage rotatif Rotating phase shift device

La présente invention se rapporte à dispositif de déphasage pour les applications radiofréquences, en particulier les systèmes de télécommunication cellulaire L'invention s'applique notamment aux antennes de type panneau utilisées dans les réseaux de téléphonie mobile comprenant un tel dispositif de déphasage, mais peut être mise en oeuvre dans tout système nécessitant un déphasage et une distribution d'amplitude. Il existe plusieurs types de déphaseur de signal RF. Les déphaseurs rotatifs sont parmi les moins chers et les plus simples à réaliser. Leur coût raisonnable est dû à l'utilisation d'un nombre restreint d'éléments à savoir un boîtier, une piste concentrique et un élément pivotant. Dans un déphaseur rotatif, un bras conducteur pivote autour d'un axe central afin d'assurer un couplage ad hoc entre une alimentation en énergie et des pistes conductrices concentriques. La pièce pivotante assure la fonction de transformateur d'impédance entre l'alimentation et les sorties des pistes concentriques. The present invention relates to a phase-shifting device for radio frequency applications, in particular cellular telecommunication systems. The invention applies in particular to panel-type antennas used in mobile telephone networks comprising such a phase-shifting device, but may be implemented in any system requiring phase shift and amplitude distribution. There are several types of RF signal phase shifters. Rotary phase shifters are among the cheapest and easiest to make. Their reasonable cost is due to the use of a limited number of elements namely a housing, a concentric track and a pivoting element. In a rotary phase shifter, a conductive arm pivots about a central axis to provide ad hoc coupling between a power supply and concentric conductive tracks. The pivoting part acts as an impedance transformer between the power supply and the outputs of the concentric tracks.

Le couplage est le plus souvent réalisé sous la forme d'une connexion sans contact, c'est à dire où un effet capacitif entre deux pièces conductrices assure un couplage RF entre les pistes. Ces déphaseurs ont été perfectionnés par l'emploi d'un couplage capacitif permettant d'éviter les produits d'intermodulation, une des causes de distorsion du signal, et par le prolongement de l'extrémité distale du bras pivotant pour assurer le déphasage synchronisé de plusieurs pistes concentriques. Les pistes concentriques, le plus souvent réalisées par les techniques de microruban ou de stripline , peuvent être remplacées par des guides d'onde RF à fentes ou coplanaires. Les déphaseurs rotatifs connus comportent habituellement un nombre pair de sorties. L'utilisation de déphaseurs à distribution d'amplitude symétrique présente des limitations très pénalisantes par rapport au diagramme de rayonnement vertical des antennes panneau et au niveau des lobes latéraux, car ils n'offrent que peu de souplesse quant à la répartition d'énergie au niveau des différents éléments rayonnants. Le besoin se fait donc sentir d'un déphaseur offrant une distribution d'amplitude asymétrique entre les différentes sorties. The coupling is most often carried out in the form of a contactless connection, ie where a capacitive effect between two conductive parts ensures an RF coupling between the tracks. These phase shifters have been improved by the use of a capacitive coupling to avoid the intermodulation products, one of the causes of signal distortion, and by the extension of the distal end of the pivoting arm to ensure the synchronized phase shift of several concentric tracks. Concentric tracks, most often made by microstrip or stripline techniques, can be replaced by slotted or coplanar RF waveguides. Known rotary phase shifters usually have an even number of outputs. The use of symmetric amplitude distribution phase shifters has very disadvantageous limitations with respect to the vertical radiation pattern of the panel antennas and the side lobes, since they offer little flexibility in the distribution of energy at the same time. level of the different radiating elements. The need is therefore felt of a phase shifter providing an asymmetric amplitude distribution between the different outputs.

Par ailleurs, la réalisation d'un dispositif de déphasage ayant un nombre impair de sorties est complexe et implique la plupart du temps de recourir à un déphaseur multisortie qui n'est pas adapté à cette utilisation. Lorsque la connexion avec deux pistes concentriques est établie au moyen d'un bras pivotant autour d'un axe central, l'interaction entre ces deux pistes concentriques est importante. Non seulement la conception et la mise au point d'un tel dispositif sont difficiles, mais la distribution relative de phase entre les pistes concentriques est fixée par conception. Si une modification de la valeur du couplage ou de la distribution de phase vis à vis des pistes concentriques est rendue nécessaire, le dispositif de déphasage dans son entier doit être redéfini sous peine de voir ses performances sensiblement réduites. II existe donc un besoin d'un déphaseur présentant une flexibilité en terme de niveau de couplage et de distribution de phase. Enfin, notamment pour des raisons de coût, il apparaît en outre souhaitable de minimiser le nombre et la longueur des câbles utilisés, On connaît des dispositifs de déphasage comportant un ou plusieurs moyens de division du signal RF entre différentes sorties. Au moyen d'un diviseur de puissance, le signal RF incident est divisé en deux parties, un première partie du signal, de même phase que le signal incident, est dirigée vers une sortie alors que la seconde partie est envoyée vers des retardateurs de phase où elle est à nouveau divisée. Furthermore, the realization of a phase shifter having an odd number of outputs is complex and usually involves a multi-output phase shifter that is not suitable for this use. When the connection with two concentric tracks is established by means of an arm pivoting about a central axis, the interaction between these two concentric tracks is important. Not only is the design and development of such a device difficult, but the relative phase distribution between the concentric tracks is fixed by design. If a change in the value of the coupling or the phase distribution with respect to the concentric tracks is made necessary, the phase shifter as a whole must be redefined or its performance will be substantially reduced. There is therefore a need for a phase shifter having flexibility in terms of coupling level and phase distribution. Finally, especially for reasons of cost, it also appears desirable to minimize the number and the length of the cables used. Phase shifting devices comprising one or more means for dividing the RF signal between different outputs are known. By means of a power divider, the incident RF signal is divided into two parts, a first part of the signal, of the same phase as the incident signal, is directed to an output while the second part is sent to phase retarders. where she is divided again.

On connaît aussi un dispositif de déphasage rotatif, à couplage capacitif, comprenant une entrée et deux sorties et incluant un élément isolant entre les sorties sous la forme d'un diviseur de type Wilkinson. Chaque sortie est issue d'un segment de bande conductrice indépendant, éloignée du segment conduisant à l'autre sortie. Le diviseur permet de diviser le signal d'entrée et d'en envoyer la moitié à chacune des deux sorties, tout en maintenant l'isolation d'une sortie par rapport à l'autre. Une sortie supplémentaire directement reliée à l'entrée peut être obtenue par l'ajout d'un coupleur hybride situé en amont du diviseur. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur, et en particulier de proposer un déphaseur offrant une distribution d'amplitude 30 asymétrique entre les différentes sorties, et présentant une flexibilité en terme de niveau de couplage et de distribution de phase et de puissance. There is also known a capacitively coupled rotational phase shifter comprising an input and two outputs and including an insulating element between the outputs in the form of a Wilkinson type divider. Each output is derived from an independent conductive strip segment, remote from the segment leading to the other output. The divider divides the input signal and sends half to each of the two outputs, while maintaining the isolation of one output relative to the other. An additional output directly connected to the input can be obtained by adding a hybrid coupler located upstream of the divider. The present invention aims to eliminate the disadvantages of the prior art, and in particular to provide a phase shifter providing an asymmetric amplitude distribution between the different outputs, and having a flexibility in terms of coupling level and distribution phase and power.

L'objet de la présente invention est un dispositif de déphasage rotatif comportant une piste électriquement conductrice comprenant au moins un segment concentrique autour d'un axe X-X', au moins une pièce conductrice susceptible de se déplacer en rotation autour de l'axe X-X' par rapport à la piste, et au moins une couche diélectrique disposée entre la pièce conductrice et la piste. La pièce conductrice comporte un bras rotatif autour de l'axe X-X' dont l'extrémité distale comprend une zone de couplage recouvrant au moins partiellement la piste. La surface de recouvrement de la zone de couplage s'étendant d'un côté du bras est supérieure à la surface de recouvrement s'étendant du côté opposé du bras. The object of the present invention is a rotational phase shifter comprising an electrically conductive track comprising at least one concentric segment about an axis X-X ', at least one conductive part able to move in rotation around the axis XX 'with respect to the track, and at least one dielectric layer disposed between the conductive part and the track. The conductive part comprises a rotatable arm about the axis X-X 'whose distal end comprises a coupling zone at least partially covering the track. The overlap surface of the coupling zone extending from one side of the arm is greater than the overlapping surface extending from the opposite side of the arm.

L'invention est basée sur l'idée de réduire le couplage d'un côté de la piste conductrice conduisant à l'une des sorties et d'augmenter le couplage du côté opposé de la piste conductrice en contrepartie. Ce déséquilibre du couplage est obtenu par une dissymétrie des surfaces de couplage. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte deux pièces conductrices respectivement placées au-dessus et en-dessous de la piste, deux couches diélectriques étant placées entre la piste et chacune des pièces conductrices respectivement. Selon un mode de réalisation préféré, les deux pièces conductrices sont formées d'une seule pièce repliée, de forme symétrique par rapport à la pliure. Selon une forme d'exécution, les couches diélectriques peuvent être des 20 plaques de matériau diélectrique. Elles peuvent également être réalisées par pliage d'une seule pièce symétrique en matériau diélectrique. Selon une autre forme d'exécution, la surface de la pièce conductrice est regards de la piste est recouverte d'une couche d'un matériau diélectrique. Les couches diélectriques peuvent être réalisées par exemple par enduction par un matériau 25 diélectrique des surfaces des pièces conductrices faisant face à la piste ou encore par collage d'une pellicule de matériau diélectrique sur ces surfaces. Le matériau diélectrique est de préférence un polymère comme le polytétrafluoréthylène (PTFE) qui a pour avantage de faciliter le glissement relatif des pièces conductrice par rapport à la piste. 30 Selon un mode de réalisation particulier, la piste comprend au moins deux segments concentriques et la pièce conductrice comprend un bras rotatif comprenant au moins deux zones de couplage recouvrant respectivement chacune au moins partiellement un des segments. The invention is based on the idea of reducing the coupling of one side of the conductive track leading to one of the outputs and increasing the coupling on the opposite side of the conductive track in return. This imbalance of the coupling is obtained by an asymmetry of the coupling surfaces. According to one embodiment, the device comprises two conductive parts respectively placed above and below the track, two dielectric layers being placed between the track and each of the conductive parts respectively. According to a preferred embodiment, the two conductive parts are formed of a single folded piece, of symmetrical shape with respect to the fold. According to one embodiment, the dielectric layers may be dielectric material plates. They can also be made by folding a single symmetrical piece of dielectric material. According to another embodiment, the surface of the conductive part is viewed from the track is covered with a layer of a dielectric material. The dielectric layers may be made for example by dielectric coating the surfaces of the conductive pieces facing the track or by bonding a film of dielectric material to these surfaces. The dielectric material is preferably a polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE) which has the advantage of facilitating the relative sliding of the conductive parts relative to the track. According to a particular embodiment, the track comprises at least two concentric segments and the conductive part comprises a rotary arm comprising at least two coupling zones each respectively covering at least partially one of the segments.

L'invention a encore pour objet un réseau d'éléments rayonnants comprenant au moins un dispositif de déphasage tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'exemples de réalisation, donnés bien entendu à titre 5 illustratif et non limitatif, et dans le dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de déphasage rotatif selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue latérale du dispositif de la figure 1 dans la direction A, - la figure 3 est une vue latérale du dispositif de la figure 1 dans la direction B, 10 - la figure 4 est une vue éclatée du dispositif de la figure 1, - les figures 5a, 5b et 5c sont des vues schématiques, respectivement en perspective, de dessus et de côté dans la direction C, du coupleur du dispositif de la figure 1, - les figures 6a et 6b représentent le diagramme de rayonnement vertical d'une 15 antenne comportant un déphaseur respectivement symétrique (figure 6a) et asymétrique (figure 6b), - la figure 7 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de déphasage rotatif, sans son boîtier, selon un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de déphasage 20 rotatif, sans son boîtier, selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 9 est une vue latérale du dispositif de la figure 8 dans la direction D, - les figures 10a à 10i montrent différents modes de réalisation d'un coupleur selon l'invention, - les figures 11 a et 11 b montrent une forme particulière de réalisation d'un coupleur, 25 - les figures 12a à 12c sont respectivement des vues de dessus et une vue latérale d'un mode de réalisation du dispositif dans lequel plusieurs coupleurs sont associés, - la figure 13 est une vue de dessus d'un autre mode de réalisation du dispositif, sans son boîtier, dans lequel plusieurs coupleurs sont associés, - la figure 14 est une vue de dessus d'encore un autre mode de réalisation du 30 dispositif, sans son boîtier, dans lequel plusieurs coupleurs sont associés, - la figure 15 montre une architecture d'un réseau comportant des déphaseur à distribution d'amplitude asymétrique et des lignes à retard intégrées, - la figure 16 montre une architecture d'un réseau comportant des déphaseurs à distribution d'amplitude asymétrique et une longueur totale de câble minimisée. The invention also relates to a network of radiating elements comprising at least one phase shift device as described above. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments, given of course by way of illustration and not limitation, and in the accompanying drawing in which - Figure 1 is a schematic view of perspective of a rotary phase shifter according to one embodiment of the invention, - Figure 2 is a side view of the device of Figure 1 in the direction A, - Figure 3 is a side view of the device of Figure 1 in the direction B, FIG. 4 is an exploded view of the device of FIG. 1, FIGS. 5a, 5b and 5c are diagrammatic views, respectively in perspective, from above and from the side in the direction C, of FIG. FIG. 6a and 6b show the vertical radiation diagram of an antenna comprising a respectively symmetrical (FIG. 6a) and asymmetrical phase shifter (FIG. 6b), FIG. schematic view in perspective of a rotary phase-shifting device, without its case, according to another embodiment of the invention; FIG. 8 is a schematic perspective view of a rotary phase-shifting device, without its case, according to yet another embodiment of the invention, - Figure 9 is a side view of the device of Figure 8 in the direction D, - Figures 10a to 10i show different embodiments of a coupler according to the invention FIGS. 11a and 11b show a particular embodiment of a coupler, FIGS. 12a to 12c are respectively views from above and a side view of an embodiment of the device in which several couplers are 13 is a top view of another embodiment of the device, without its housing, in which a plurality of couplers are associated, FIG. 14 is a view from above of yet another embodiment of the device. Device, without its housing, in which a plurality of couplers are associated, - figure 15 shows an architecture of a network comprising phase shifters with asymmetric amplitude distribution and integrated delay lines, - figure 16 shows an architecture of a network comprising phase shifters with asymmetric amplitude distribution and a total length of cable minimized.

Dans le mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 1 à 5, le dispositif de déphasage 1 comprend un boîtier composé d'un couvercle 2 et d'un fond 3 disposés parallèlement l'un à l'autre, reliés par un axe mécanique central 4 coaxial à une direction X-X'. Le couvercle 2 et le fond 3, constitués d'une matière conductrice au moins en surface, sont reliés entre eux et à la terre ; ils se trouvent donc portés au même potentiel et constituent le plan de masse . Entre le couvercle 2 et le fond 3 se trouvent une pièce inférieure 5 et une pièce supérieure 6, dont au moins la surface est conductrice. La pièce inférieure 5 et la pièce supérieure 6 peuvent être recouvertes d'un métal ou alliage métallique, ou bien constituées d'un métal ou alliage métallique, comme par exemple le cuivre, le laiton, l'aluminium, etc.... Le déphaseur 1 comprend encore une piste 7 électriquement conductrice munie d'une connexion d'alimentation 14. Des couches inférieure 8 et supérieure 9 en matériau diélectrique, disposées de part et d'autre de la piste conductrice 7, isolent respectivement les pièces inférieure 5 et supérieure 6 de la piste 7. Grâce aux couches diélectriques 8 et 9 par exemple en PTFE, les deux pièces 5 et 6 conductrices sont en mouvement glissant par rapport à la piste 7 qu'elles recouvrent au moins partiellement. Les pièces 5 et 6 sont susceptibles d'être déplacés en rotation par rapport à la piste 7 pour modifier son recouvrement, assurant ainsi la fonction de coupleur. Elles ne sont en contact électrique avec aucun autre composant, mais alimentées par couplage capacitif avec la connexion 14. Les pièces 5 et 6 sont ici de forme identique, et obtenues par pliage symétrique d'une feuille conductrice. Chaque pièce 5 ou 6 comportent un bras 10, ayant un axe longitudinal Y-Y', dont une première extrémité 10a proximale est solidaire de l'axe mécanique 4 non-conducteur, et dont la seconde extrémité 10b distale forme une zone de couplage 11 avec la piste 7. La zone de couplage 11 est constituée par une surface de recouvrement débordant de part et d'autre du bras 10. La zone de couplage 11 comprend une première partie 11a située d'un côté du bras 10, à gauche de l'axe Y-Y' sur la figure 1, dont la surface de recouvrement est supérieure à celle d'une deuxième partie 11 b située du côté opposé du bras 10, à droite de l'axe Y-Y' sur la figure 1. De cette manière la distribution d'énergie s'effectue pour une part plus importante d'un côté que de l'autre. La figure 4 permet de voir de manière plus détaillée les différentes pièces composant le dispositif de déphasage 1. Le couvercle 2 et le fond 3 sont des plaques conductrice définissant avec la piste 7 une configuration de type stripline . Une seule plaque suffirait dans une configuration de type microruban ( microstrip ). L'empilement des composants du dispositif 1 prend place autour de l'axe central 4 non-conducteur reliant mécaniquement le couvercle 2 au fond 3. Des rondelles 12 en matériau non-conducteur permettent d'isoler le couvercle 2 de la pièce supérieure 6 d'une part et d'autre part le fond 3 de la pièce inférieure 5 respectivement, tout en permettant d'ajuster la distance séparant ces composants. D'autres rondelles 13 également en matériau non-conducteur ont une fonction analogue vis à vis des pièces inférieure 5 et supérieure 6 et de la piste 7 respectivement. La connexion 14, ayant au moins sa surface externe conductrice, est une entrée de puissance et peut également faire office de sortie car il s'agit ici d'un système passif. Le coupleur 5, 6 a pour fonction de transmettre et distribuer l'énergie reçue par la connexion 14 à la piste 7 au moyen d'un couplage capacitif. La pièce conductrice inférieure 5 est isolée de la piste 7 par une couche inférieure 8 d'un matériau diélectrique, et la pièce conductrice supérieure 6 est isolée de la piste 7 par une couche supérieure diélectrique 9. Ces couches diélectriques 8 et 9 permettent de contrôler la distance séparant la piste 7 des pièces conductrices 5 et 6 respectivement. Les couches 8 et 9 sont par exemple des plaques de matériau diélectrique. Elles peuvent être réalisées par pliage d'une seule pièce. Pour réduire le nombre de pièces à assembler et diminuer la distance séparant entre elles les pièces conductrices 5 et 6, la piste 7 et la connexion 14, on peut envisager de déposer le matériau diélectrique directement sur les faces de ces éléments conducteurs. La transmission de l'énergie reçue par la connexion 14 vers la piste 7 par l'intermédiaire du coupleur 5, 6 s'effectue ainsi par couplages capacitifs entre la connexion 14 et le coupleur 5, 6 d'une part et entre le coupleur 5, 6 et la piste 7 d'autre part. Le coupleur 5, 6 doit pouvoir être mis en rotation autour de l'axe mécanique central 4. Ce résultat peut par exemple être obtenu en solidarisant mécaniquement le coupleur 5, 6 et l'axe central 4 de telle sorte qu'une rotation imposée de l'extérieur à l'axe 4 entraine celle du coupleur 5, 6. Les plaques diélectriques 8 et 9 sont solidaires de l'axe mécanique 4 directement ou indirectement par l'intermédiaire des pièces 5 et 6. Elles sont animées du même mouvement de rotation que les pièces 5 et 6. On pourrait également équiper le coupleur 5, 6, voire les pièces 5 et 6, d'un bras horizontal isolant se prolongeant à l'extérieur du dispositif 1 afin de contrôler le pivotement du coupleur 5, 6. Enfin, des engrenages pourraient être utilisés en coopération avec l'axe central 4 ou les faces externes du coupleur 5, 6, ou bien encore les plaques diélectriques 8 et 9. Le coupleur 5, 6 est formé d'une pièce inférieure 5 et d'une pièce supérieure 6 encadrant la piste 7, ayant des formes dissymétriques qui peuvent être différentes. Les pièces 5 et 6 sont des plaques dont au moins la surface externe est conductrice ; elles sont distinctes ou reliées l'une à l'autre au moins partiellement. Chaque pièce 5 ou 6 comportent un bras 10, ayant un axe longitudinal Y-Y', dont une première extrémité 10a proximale est solidaire de l'axe mécanique 4 non-conducteur, et dont la seconde extrémité 10b distale forme une zone de couplage 11 avec la piste 7. La zone de couplage 11 est constituée par une surface de recouvrement débordant de part et d'autre du bras 10. La zone de couplage 11 comprend une première partie 11a située d'un côté du bras 10, à gauche de l'axe Y-Y' sur la figure 1, dont la surface de recouvrement est supérieure à celle d'une deuxième partie 11b située du côté opposé du bras 10, à droite de l'axe Y-Y' sur la figure 1. Chaque pièce 5 ou 6 comporte un bras 10, ayant un axe longitudinal Y-Y', destiné à être solidarisé à I 'axe central 4 non-conducteur et qui se termine par une zone de couplage 11. La zone de couplage 11 comporte de part et d'autre de l'axe Y-Y' du bras 10 une partie 11a, à droite de l'axe Y-Y' sur la figure 5b, dont la surface de recouvrement est bien supérieure à celle de la partie 11 b située du côté opposé, à gauche de l'axe Y-Y' sur la figure 5b. Dans le mode de réalisation présenté sur les figures 5a à 5c, les deux pièces 5 et 6 conductrices formant le coupleur sont réalisées par pliage d'une seule pièce, de préférence de forme symétrique par rapport à une zone de pliure 15. Dans la configuration stripline , ce mode de réalisation a pour avantage de permettre la réalisation d'un système symétrique par rapport à un plan horizontal. On s'assure ainsi que la distance entre les deux plans conducteurs 5 et 6 reste constante. En outre on garantie la parfaite simultanéité de la rotation des pièces 5 et 6, en supprimant le risque d'un décalage dans l'angle de rotation des pièces 5 et 6. Enfin la présence de la surface conductrice supplémentaire de la zone de pliure 15 permet d'augmenter l'énergie couplée avec la piste 7. Ce mode de réalisation conduit à des performances améliorées au point de vue de la stabilité de la réponse en radiofréquences (RF). Le coupleur combine la symétrie selon un plan horizontal conduisant à des performances améliorées et la dissymétrie selon un plan vertical qui permet une distribution de puissance asymétrique. La figure 6a représente le diagramme dans un plan vertical, comportant un lobe principal 60 et des lobes latéraux inférieurs 61 et supérieurs 62, d'une antenne utilisant un déphaseur équi-amplitude de l'art antérieur. La figure 6b montre le diagramme dans un plan vertical, comportant un lobe principal 63 et des lobes latéraux inférieurs 64 et supérieurs 65, d'une antenne utilisant un déphaseur selon l'invention. La comparaison des deux figures fait apparaître des lobes inférieurs 64 et supérieurs 65 nettement plus bas sur la figure 6b que sur la figure 6a. Ceci est avantageux car le but est de concentrer l'énergie dans le lobe principal 63. L'essentiel de l'énergie de l'antenne se retrouve donc dans la zone où elle est nécessaire, et avec plus d'efficacité. En effet l'énergie, qui est perdue dans les lobes latéraux 61, 62 de l'antenne de la figure 6a, est ajoutée au lobe principal 63 de l'antenne de la figure 6b, donc le gain ainsi est augmenté. On considérera maintenant la figure 7 qui illustre partiellement un dispositif selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La partie 70 du dispositif qui est représentée, comprend une piste conductrice 71 coopérant avec un coupleur 72 comportant un bras rotatif 73 se prolongeant par une zone de couplage 74. La zone de couplage comporte une partie 74a disposée d'un côté du bras 73 dont la surface de recouvrement a une aire et une forme différentes de celles de la partie 74b située du côté opposé du bras 73. Dans le cas présent, la surface de recouvrement de la partie 74b est très faible et très inférieure à celle de la partie 74a. Les figures 8 et 9 montrent partiellement, en perspective et de côté, encore un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention. La partie 80 du dispositif qui est représentée comprend une piste 81 conductrice coopérant avec un coupleur 82 comportant un bras rotatif 83 se prolongeant par une zone de couplage 84. La zone de couplage comporte une partie 84a disposée d'un côté du bras 83 dont la surface de recouvrement a une aire et une forme différentes de celles de la partie 84b située du côté opposé du bras 83. On remarquera que le bras 83 rotatif peut prendre des formes différentes, ici sensiblement celle d'une flèche tronquée dirigée vers l'axe de rotation. Un bras horizontal isolant 85, relié à l'axe mécanique 86 et se prolongeant à l'extérieur du dispositif, permet de contrôler le pivotement du coupleur 82. Les figures 10a à 10i montrent plusieurs variantes de coupleurs dont le bras rotatif et la zone de couplage présentent une forme et une dissymétrie de surface différentes. La partie de la piste conductrice concernée par le recouvrement est représentée en ligne pointillée. On remarquera que le bras peut se diviser en deux branches inégales, chacune destinée à alimenter une des surfaces de recouvrement, tel que représenté sur les figures 10e, 10f et 10g. Les figures 10h et 10i montrent des coupleurs pour lesquels la longueur conductrice du bras a été très augmentée au moyen d'une spirale ou de méandres. Cette longueur supplémentaire du point de vue électrique permet de compenser la suppression de lignes de retard ou de longueur de câble. Les figures 11 a et 11 b montrent des exemples de pièces conductrices qui permettront d'obtenir un coupleur après pliage. In the embodiment of the invention illustrated in FIGS. 1 to 5, the phase-shifting device 1 comprises a housing composed of a cover 2 and a bottom 3 arranged parallel to each other, connected by a central mechanical axis 4 coaxial with a direction X-X '. The cover 2 and the bottom 3, made of a conductive material at least on the surface, are connected to each other and to the ground; they are therefore brought to the same potential and constitute the ground plane. Between the cover 2 and the bottom 3 are a lower part 5 and an upper part 6, at least the surface of which is conductive. The lower part 5 and the upper part 6 may be covered with a metal or metal alloy, or consist of a metal or metal alloy, such as copper, brass, aluminum, etc.. phase shifter 1 further comprises an electrically conductive track 7 provided with a power supply connection 14. Lower and upper layers 8 of dielectric material, disposed on either side of the conductive track 7, respectively isolate the lower parts 5 and upper 6 of the track 7. Thanks to the dielectric layers 8 and 9 for example PTFE, the two parts 5 and 6 conductors are in sliding movement relative to the track 7 they cover at least partially. The parts 5 and 6 can be rotated relative to the track 7 to change its overlap, thus ensuring the function of coupler. They are not in electrical contact with any other component, but capacitively coupled with the connection 14. The parts 5 and 6 are here of identical shape, and obtained by symmetrical folding of a conductive sheet. Each part 5 or 6 comprises an arm 10, having a longitudinal axis Y-Y ', a first end 10a of which is integral with the mechanical non-conductive axis 4 and whose second distal end 10b forms a coupling zone 11 with the track 7. The coupling zone 11 is constituted by a covering surface projecting on either side of the arm 10. The coupling zone 11 comprises a first portion 11a located on one side of the arm 10, to the left of the axis YY 'in Figure 1, the overlap surface is greater than that of a second portion 11b located on the opposite side of the arm 10, to the right of the axis YY' in Figure 1. In this way the energy distribution is carried out to a greater extent on one side than the other. FIG. 4 makes it possible to see in greater detail the different parts making up the phase shifter 1. The cover 2 and the bottom 3 are conductive plates defining with the track 7 a configuration of the stripline type. A single plate would suffice in a microstrip configuration. The stack of the components of the device 1 takes place around the central axis 4 non-conductor mechanically connecting the cover 2 to the bottom 3. Washers 12 of non-conductive material to isolate the cover 2 of the upper part 6 of on the one hand and on the other hand the bottom 3 of the lower part 5 respectively, while allowing to adjust the distance separating these components. Other washers 13 also made of non-conductive material have a similar function with respect to the lower and upper parts 5 and 6 of the track 7 respectively. The connection 14, having at least its conductive outer surface, is a power input and can also act as an output because it is a passive system. The coupler 5, 6 has the function of transmitting and distributing the energy received by the connection 14 to the track 7 by means of a capacitive coupling. The lower conductive part 5 is isolated from the track 7 by a lower layer 8 of a dielectric material, and the upper conductive part 6 is isolated from the track 7 by a dielectric upper layer 9. These dielectric layers 8 and 9 make it possible to control the distance separating the track 7 from the conductive parts 5 and 6 respectively. The layers 8 and 9 are, for example, plates of dielectric material. They can be made by folding one piece. In order to reduce the number of parts to be assembled and to reduce the distance between the conductive parts 5 and 6, the track 7 and the connection 14, it is conceivable to deposit the dielectric material directly on the faces of these conductive elements. The transmission of the energy received by the connection 14 to the track 7 via the coupler 5, 6 is thus carried out by capacitive coupling between the connection 14 and the coupler 5, 6 on the one hand and between the coupler 5 , 6 and runway 7 on the other hand. The coupler 5, 6 must be able to be rotated around the central mechanical axis 4. This result can for example be obtained by mechanically securing the coupler 5, 6 and the central axis 4 so that an imposed rotation of the outside of the axis 4 drives that of the coupler 5, 6. The dielectric plates 8 and 9 are integral with the mechanical axis 4 directly or indirectly via the parts 5 and 6. They are driven by the same movement of rotation that parts 5 and 6. It could also equip the coupler 5, 6, or parts 5 and 6, an insulating horizontal arm extending outside the device 1 to control the pivoting of the coupler 5, 6 Finally, gears could be used in cooperation with the central axis 4 or the external faces of the coupler 5, 6, or else the dielectric plates 8 and 9. The coupler 5, 6 is formed of a lower part 5 and a superior room 6 flanking the track 7, having asymmetrical shapes that may be different. Parts 5 and 6 are plates whose at least the outer surface is conductive; they are distinct or connected to each other at least partially. Each part 5 or 6 comprises an arm 10, having a longitudinal axis Y-Y ', a first end 10a of which is integral with the mechanical non-conductive axis 4 and whose second distal end 10b forms a coupling zone 11 with the track 7. The coupling zone 11 is constituted by a covering surface projecting on either side of the arm 10. The coupling zone 11 comprises a first portion 11a located on one side of the arm 10, to the left of the axis YY 'in FIG. 1, the overlapping surface of which is greater than that of a second part 11b situated on the opposite side of the arm 10, to the right of the axis YY' in FIG. 1. Each part 5 or 6 comprises an arm 10, having a longitudinal axis Y-Y 'intended to be secured to the central non-conductive axis 4 and which terminates in a coupling zone 11. The coupling zone 11 comprises on the one hand and other of the axis YY 'of the arm 10 a portion 11a, to the right of the axis YY' in Figure 5b, whose overlap face is much greater than that of the part 11b located on the opposite side, left of the Y-Y 'axis in Figure 5b. In the embodiment shown in FIGS. 5a to 5c, the two conductive parts 5 and 6 forming the coupler are made by folding in one piece, preferably symmetrically shaped with respect to a folding zone 15. In the configuration stripline, this embodiment has the advantage of allowing the realization of a symmetrical system with respect to a horizontal plane. This ensures that the distance between the two conductive planes 5 and 6 remains constant. In addition, it guarantees the perfect simultaneity of the rotation of the parts 5 and 6, eliminating the risk of an offset in the angle of rotation of the parts 5 and 6. Finally the presence of the additional conductive surface of the folding zone 15 allows to increase the energy coupled with the track 7. This embodiment leads to improved performance from the point of view of the stability of the radio frequency (RF) response. The coupler combines symmetry along a horizontal plane leading to improved performance and asymmetry in a vertical plane that allows asymmetric power distribution. FIG. 6a shows the vertical plane diagram, comprising a main lobe 60 and lower, upper and lower side lobes 61, of an antenna using an equi-amplitude phase shifter of the prior art. Figure 6b shows the diagram in a vertical plane, comprising a main lobe 63 and lower side lobes 64 and upper 65, of an antenna using a phase shifter according to the invention. The comparison of the two figures shows lower lobes 64 and higher 65 significantly lower in Figure 6b than in Figure 6a. This is advantageous because the goal is to concentrate the energy in the main lobe 63. Most of the energy of the antenna is therefore found in the area where it is needed, and with more efficiency. Indeed the energy, which is lost in the side lobes 61, 62 of the antenna of Figure 6a, is added to the main lobe 63 of the antenna of Figure 6b, so the gain is increased. FIG. 7, which partially illustrates a device according to another embodiment of the present invention, will now be considered. The part 70 of the device which is shown comprises a conductive track 71 cooperating with a coupler 72 comprising a rotary arm 73 extending by a coupling zone 74. The coupling zone comprises a portion 74a disposed on one side of the arm 73 of which the covering surface has a different area and shape from those of the portion 74b located on the opposite side of the arm 73. In this case, the covering surface of the portion 74b is very small and much smaller than that of the portion 74a. . Figures 8 and 9 show partially, in perspective and side, yet another embodiment of the device of the invention. The portion 80 of the device that is shown comprises a conductive track 81 cooperating with a coupler 82 comprising a rotary arm 83 extending by a coupling zone 84. The coupling zone comprises a portion 84a disposed on one side of the arm 83 whose covering surface has a different area and shape from those of the portion 84b located on the opposite side of the arm 83. Note that the rotary arm 83 can take different forms, here substantially that of a truncated arrow directed towards the axis of rotation. An insulating horizontal arm 85, connected to the mechanical axis 86 and extending outside the device, makes it possible to control the pivoting of the coupler 82. FIGS. 10a to 10i show several variants of couplers including the rotary arm and the coupling have a different shape and surface dissymmetry. The part of the conductive track concerned by the covering is represented in dashed line. Note that the arm can be divided into two unequal branches, each for feeding one of the overlapping surfaces, as shown in Figures 10e, 10f and 10g. Figures 10h and 10i show couplers for which the conductive length of the arm has been greatly increased by means of a spiral or meanders. This additional length from the electrical point of view makes it possible to compensate for the deletion of delay lines or cable lengths. Figures 11a and 11b show examples of conductive parts that will obtain a coupler after folding.

Sur la pièce 100 de la figure 11a, on a un bras 101 comportant un orifice 102 pour la liaison du coupleur à l'axe mécanique du dispositif afin de permettre sa rotation. Le bras 101 est prolongé d'une zone de recouvrement 103 comprenant deux parties 103a et 103b de surface différente. Cette disposition se retrouve de manière identique de part et d'autre du double trait de pliure 104. Une fois pliée, on obtient une pièce analogue à celle représentée sur la figure 5. La pièce 105 de la figure 11 b est une variante de réalisation. On y retrouve un bras 106 comportant un orifice 107 prolongé d'une zone de recouvrement 108 symétrique par rapport à la pliure 109. On a représenté sur les figures 12a à 12c un mode de réalisation dans lequel plusieurs coupleurs sont utilisés. Un premier coupleur 110 coopère avec un premier segment 111 de piste possédant une première 112 et une seconde 113 sorties. Un second coupleur 114 coopère avec un second segment 115 de piste possédant une première 116 et une seconde 117 sorties. Les premier 110 et second 114 coupleurs peuvent pivoter de manière indépendante autour d'un axe 118 non-conducteur commun, comme le montre la figure 12b. Un mouvement en rotation du premier coupleur 110, représenté par une flèche 119, permet de modifier la distribution en puissance entre les sorties 112 et 113. De même, un mouvement en rotation d'amplitude différent du second coupleur 114, représenté par une flèche 120, permet de modifier de manière différente la distribution en puissance entre les sorties 116 et 117. Bien entendu l'un des coupleurs peut pivoter cependant que l'autre est maintenu immobile. Ce mode de réalisation permet d'avoir un dispositif dont la distribution de puissance entre les sorties peut s'ajuster au mieux en fonction des besoins. Chaque coupleur 110, 114 est maintenu à distance des segments 111, 115 de piste par une couche de matériau diélectrique 121. Plusieurs rondelles 122 non-conductrices sont intercalées afin d'écarter et séparer entre eux les coupleurs 110, 114, la connexion d'alimentation 123, le couvercle 124 et le fond 125. On the piece 100 of Figure 11a, there is an arm 101 having an orifice 102 for connecting the coupler to the mechanical axis of the device to allow its rotation. The arm 101 is extended by a covering zone 103 comprising two parts 103a and 103b of different surface. This arrangement is found identically on both sides of the double fold line 104. Once folded, a piece similar to that shown in FIG. 5 is obtained. Piece 105 of FIG. 11b is an alternative embodiment. . There is an arm 106 having an orifice 107 extended by a covering zone 108 symmetrical with respect to the fold 109. FIGS. 12a to 12c show an embodiment in which several couplers are used. A first coupler 110 cooperates with a first track segment 111 having a first 112 and a second 113 outputs. A second coupler 114 cooperates with a second track segment 115 having a first 116 and a second 117 outputs. The first 110 and second 114 couplers may independently pivot about a common non-conductive axis 118, as shown in Figure 12b. A rotational movement of the first coupler 110, represented by an arrow 119, makes it possible to modify the power distribution between the outputs 112 and 113. Likewise, a rotation movement of amplitude different from the second coupler 114, represented by an arrow 120 , allows to modify differently the power distribution between the outputs 116 and 117. Of course one of the couplers can rotate while the other is held stationary. This embodiment makes it possible to have a device whose power distribution between the outputs can be adjusted as best as necessary. Each coupler 110, 114 is kept at a distance from the track segments 111, 115 by a layer of dielectric material 121. Several non-conductive washers 122 are interposed in order to separate and separate the couplers 110, 114, the connection of 123, the cover 124 and the bottom 125.

Si le mode de réalisation décrit et représenté sur les figures 12a-12c comporte seulement deux coupleurs, il est bien entendu que le nombre de coupleurs pourrait être bien plus important. Les figures 13 et 14 illustre deux modes de réalisation dans le cas où le dispositif comprend une piste comprenant au moins deux segments concentriques et un coupleur double comprenant au moins deux zones de couplage recouvrant chacune au moins partiellement un des segments. Sur la figure 13, un segment 130 de piste est disposé face à un deuxième segment 131 de piste ayant un diamètre un peu supérieur. Les deux segments 130 et 131 sont des arcs de cercle de même centre qui se confond avec l'axe 132 du dispositif. Le coupleur 133 possède un bras 134 relié à l'axe mécanique 118 en son centre et dont les extrémités opposées porte chacune une zone de couplage 135 et 136 respectivement associée aux segments 130 et 131. Chaque zone de couplage 135 et 136 comporte des surfaces de recouvrement dissymétriques de part et d'autre du bras 134. Lors de la rotation du coupleur 133 autour de l'axe 132, la distribution en puissance est modifiée simultanément et en sens inverse dans les deux segments 130 et 131 de la piste. Sur la figure 14, les deux segments 140 et 141 de piste sont disposés côte-à-côte concentriquement autour de l'axe central 142. Le coupleur 143 possède un bras 144 qui comporte à son extrémité distale une zone de couplage 145 avec le segment 140 de piste ayant le plus grand diamètre. Le bras 144 comprend aussi entre ses deux extrémités une seconde zone de couplage 146 avec le segment 141 de piste ayant le plus petit diamètre. Chacune des zones de couplage 145 et 146 comporte des surfaces de recouvrement dissymétriques de part et d'autre du bras 144. Lors de la rotation du coupleur 143 autour de l'axe 142, la distribution de puissance est modifiée simultanément dans les deux segments 140 et 141 de la piste dans le même sens. La figure 15 représente un réseau comportant dix éléments rayonnants 150 ayant une alimentation 151 commune à chaque paire. Les paires d'éléments 150a, 150e et 150b, 150d placées aux extrémités sont reliées par l'intermédiaire de dispositifs de déphasage 152a et 152b conformes à l'invention. Au moins un dispositif de déphasage 152b intègre une ligne à retard. La paire d'éléments 150c située au centre du réseau est raccordée à l'alimentation en puissance 153 commune au réseau, et donc aux autres éléments, par l'intermédiaire d'une ligne à retard 154. Cette configuration présente l'avantage de nécessiter une longueur totale de câble bien inférieure à celle habituellement utilisée pour ce type de réseau. Dans le réseau représenté sur la figure 16, trois déphaseurs rotatifs sont utilisés au lieu de deux sur la figure précédente. La figure 16 représente un réseau comportant dix éléments rayonnants 160 ayant une alimentation 161 commune à chaque paire. Les paires d'éléments 160a, 160b et 160d, 160e contiguës sont reliées par l'intermédiaire de dispositifs de déphasage 162a et 162e conformes à l'invention. Les dispositifs de déphasage 162a et 162e sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un dispositif de déphasage 162c selon l'invention. La paire d'éléments 160c située au centre du réseau est raccordée à l'alimentation en puissance 163 commune au réseau. Les éléments sont ainsi connectés entre eux avec la plus petite longueur de câble possible. If the embodiment described and shown in Figures 12a-12c has only two couplers, it is understood that the number of couplers could be much larger. FIGS. 13 and 14 illustrate two embodiments in the case where the device comprises a track comprising at least two concentric segments and a double coupler comprising at least two coupling zones each covering at least partially one of the segments. In FIG. 13, a track segment 130 is disposed facing a second track segment 131 having a slightly larger diameter. The two segments 130 and 131 are arcs of the same center circle which merges with the axis 132 of the device. The coupler 133 has an arm 134 connected to the mechanical axis 118 at its center and whose opposite ends each carries a coupling zone 135 and 136 respectively associated with the segments 130 and 131. Each coupling zone 135 and 136 comprises asymmetrical coverage on either side of the arm 134. During the rotation of the coupler 133 around the axis 132, the power distribution is modified simultaneously and in opposite directions in the two segments 130 and 131 of the track. In FIG. 14, the two track segments 140 and 141 are arranged side-by-side concentrically around the central axis 142. The coupler 143 has an arm 144 which has at its distal end a coupling zone 145 with the segment 140 of track with the largest diameter. The arm 144 also includes between its two ends a second coupling zone 146 with the smaller diameter track segment 141. Each of the coupling zones 145 and 146 has asymmetric covering surfaces on either side of the arm 144. During the rotation of the coupler 143 about the axis 142, the power distribution is modified simultaneously in the two segments 140 and 141 of the track in the same direction. FIG. 15 represents a network comprising ten radiating elements 150 having a power supply 151 common to each pair. The pairs of elements 150a, 150e and 150b, 150d placed at the ends are connected by means of phase shifters 152a and 152b according to the invention. At least one phase shift device 152b incorporates a delay line. The pair of elements 150c located in the center of the network is connected to the power supply 153 common to the network, and therefore to the other elements, via a delay line 154. This configuration has the advantage of requiring a total length of cable much lower than that usually used for this type of network. In the network shown in Figure 16, three rotational phase shifters are used instead of two in the previous figure. FIG. 16 represents a network comprising ten radiating elements 160 having a power supply 161 common to each pair. The pairs of elements 160a, 160b and 160d, 160th contiguous are connected through phase shifters 162a and 162e according to the invention. The phase shifters 162a and 162e are connected to each other via a phase shift device 162c according to the invention. The pair of elements 160c located at the center of the network is connected to the power supply 163 common to the network. The elements are thus connected together with the smallest cable length possible.

Claims

REVENDICATIONS1. Rotating phase shift device comprising: an electrically conductive track, comprising at least one concentric segment about an axis X-X '; at least one conductive part able to move in rotation around the axis XX' with respect to the track, and - at least one dielectric layer disposed between the conductive part and the track, characterized in that the conductive part comprises a rotatable arm about the axis XX 'whose distal end comprises a coupling zone covering at least partially the track, and in that the overlap surface of the coupling zone extending from one side of the arm is greater than the overlapping surface extending on the opposite side of the arm.

2. Device according to claim 1, wherein the device comprises two conductive parts respectively placed above and below the track, two dielectric layers being placed between the track and each of the conductive parts respectively.

3. Device according to claim 2, wherein the two conductive parts are formed of a single folded part, of symmetrical shape with respect to the fold.

4. Device according to one of the preceding claims, wherein the surface of the conductive part is viewed from the track is covered with a layer of a dielectric material.

5. Device according to one of the preceding claims, wherein the track comprises at least two concentric segments and the conductive part comprises a rotary arm comprising at least two coupling areas respectively covering at least partially one of the segments.

6. Network of radiating elements comprising at least one phase shift device according to one of the preceding claims. 12