WO2009121937A1 - Coupler for a multiband radiofrequency system - Google Patents

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WO2009121937A1
WO2009121937A1 PCT/EP2009/053967 EP2009053967W WO2009121937A1 WO 2009121937 A1 WO2009121937 A1 WO 2009121937A1 EP 2009053967 W EP2009053967 W EP 2009053967W WO 2009121937 A1 WO2009121937 A1 WO 2009121937A1
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WO
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central
waveguide
coupler
peripheral
waveguides
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PCT/EP2009/053967
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French (fr)
Inventor
Nelson Fonseca
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Centre National D'etudes Spatiales
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/181Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
    • H01P5/182Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides the waveguides being arranged in parallel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/16Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer

Definitions

  • the invention relates to the field of radio frequency (RF) multiband communications and finds application in satellite telecommunications systems combining, for example, the Ku and Ka bands.
  • RF radio frequency
  • the invention relates in particular to a coupler that can be integrated into the power supply system of a multiband antenna.
  • Tx transmission frequency bands
  • Rx reception
  • - Ka / Rx from 27.5 GHz to 30 GHz
  • - Ka / Tx from 17.7 GHz to 20.2 GHz
  • - Ku / Rx from 13.75 GHz to 14.5 GHz;
  • This circuit generally comprises O dB coupler type components and / or ortho-mode junctions each allowing the extraction of one of the frequency bands.
  • the design of the power system components can be complex.
  • the invention relates to a coupler for a multiband radio system ensuring a total coupling (this is called OdB coupler) of the radio frequency power of the highest frequency band of a multiband system while providing a sufficient isolation with the lower frequency bands.
  • the invention relates to a coupler for a multi-band radio frequency system comprising: a central waveguide; a plurality of peripheral waveguides; coupling means.
  • the coupler of the invention is characterized in that the peripheral waveguides are parallelepipedic and connected along a long side of the section of the peripheral waveguide to the central waveguide by means of the coupling means so forming a symmetrical coupler structure, the axis of symmetry of the structure being the central longitudinal axis of the central waveguide.
  • the central waveguide and the peripheral waveguides are sized to have the same propagation constant at the operating frequency of the peripheral guides, i.e., the high frequency band.
  • the absence of dielectric material also makes it possible to reduce the insertion losses in the peripheral guides. It is in fact known to use a dielectric material in the peripheral guides to accentuate the frequency selectivity of the coupling.
  • this selectivity is obtained in part by the height of the coupling means (which are preferably coupling slots), resulting in a natural rejection of the signals in the low bands.
  • This attenuation can then be accentuated by a recombination circuit of the peripheral guides sized with guides also under cut for the low bands.
  • the symmetry provided to the structure of the coupler of the invention makes it possible to minimize the generation of particularly disturbing higher order modes when the coupler is used with multiband antennas. Indeed, these modes constitute a loss of power by coupling with the fundamental mode in the band of interest and may also prove to be a source of interference for another frequency band.
  • these are rectangular waveguides (or slots) whose cutoff frequency allows the rejection of the low frequency bands in order to minimize the coupling of these frequency bands towards the peripheral guides. .
  • the coupling zone characterized by a regular longitudinal positioning of several slots, must be long enough to ensure the coupling of almost all the energy present in the high frequency band.
  • the invention relates to a multiband antenna characterized in that it is powered by a radio frequency circuit comprising at least one coupler according to the first aspect of the invention.
  • the radiating element of the antenna is of horn type.
  • FIG. 3 illustrates a coupler comprising a central guide with circular section and four peripheral waveguides
  • FIGS. 4a and 4b respectively show a central waveguide with an octagonal section and a circular section with flats;
  • Figure 5 is a side view of the coupler of Figure 2;
  • Figure 6 is a detailed view of the coupling means of the coupler of Figure 2;
  • Figure 7 is a block diagram of linear bi-polarization;
  • FIG. 8 is a block diagram of circular bi-polarization
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating isolated peripheral ports in Rx configuration
  • FIGS. 10a, 10b, 10c and 1 Od respectively illustrate the reflection coefficient, the insulation coefficient, the coupling coefficient and the transmission coefficient for a rectangular, circular, circular flat-flange waveguide coupler, octagonal and four peripheral waveguides based on targeted specifications
  • - Figure 1 1 illustrates a coupler according to the invention connected to a horn type antenna. DESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF REALIZATION AND IMPLEMENTATION General structure of the coupler
  • FIG. 1 shows a coupler comprising a central waveguide 10 and two peripheral waveguides 20, 21 coupled to the central waveguide 10 via coupling means 30, 31.
  • the peripheral waveguides are parallelepipedic and connected along the long side of their section to the central waveguide 10 via the coupling means 30, 31.
  • the length L (understood as the guide) is always associated with the direction of propagation of the wave while the terminology “long side”, of length noted usually has and “small side”, of length usually noted b, is used to describe the section of the guide in a plane orthogonal to the direction of propagation.
  • the arrangement of the peripheral waveguides 20, 21 around the central waveguide 10 is such that the structure of the coupler is symmetrical.
  • the axis of symmetry of the structure is the central longitudinal axis AA 'of the central waveguide 10.
  • each peripheral waveguide 20, 21 is parallel to the central longitudinal axis AA' - the axis of symmetry of the structure - of the central waveguide 10.
  • the coupling means 30, 31 consist of sets of rectangular section waveguides also called "coupling slots".
  • the waveguides are preferably all identical.
  • FIG. 6 shows two coupling slots 310, 314.
  • the longitudinal central axis FF 'of each slot is perpendicular to the central longitudinal axis AA' of the central waveguide 10 (see FIG. 6).
  • the coupling slots are connected to the respective long sides of the central and peripheral waveguides by the rectangular section 312, orthogonal to the propagation direction of the wave in the slot along the axis FF '.
  • FIG. 2 shows a coupler comprising a central waveguide 10 and four peripheral waveguides 20, 21, 22, 23 coupled to the central waveguide by coupling means 30, 31, 32, 33
  • the constraints of symmetry and arrangement of the peripheral waveguides are identical to the coupler illustrated in FIG.
  • the peripheral waveguides 20-23 are parallelepipedic and connected along the long side of the section to the central waveguide 10 via the coupling means 30-33.
  • the arrangement of the peripheral waveguides 20-23 around the central waveguide 10 is such that the structure of the coupler is symmetrical.
  • the axis of symmetry of the structure being the central longitudinal axis AA 'of the central waveguide 10.
  • each peripheral waveguide 20-23 is parallel to the longitudinal central axis AA' - the axis of symmetry of the structure - of the central waveguide 10.
  • the coupler of FIG. 2 can therefore be seen as the 90 ° superposition of two couplers of FIG.
  • peripheral waveguides are even, two or four.
  • FIG. 5 shows a side view of the coupler of FIG. 2 with square central waveguide 10 and four peripheral waveguides 20-23.
  • the central waveguide is a parallelepiped square section.
  • the central waveguide may be of square section (10 in FIGS. 1 and 2), circular (100 in FIG. 3), octagonal (200 in FIG. 4a) circular with flats (300 in FIG. 4b), or rectangular section (not shown). It should be noted that from a geometrical point of view:
  • the octagonal section central waveguide 200 is parameterized by its small diameter D 0 (see FIG. 4a);
  • the section of the central waveguide with circular section with flats 300 is designed as the intersection of a square of side I_CM and a circle of radius R CM (see FIG. 4b).
  • the coupler must be a total coupler, called OdB coupler, and must respect several sizing rules.
  • the guided wavelength must be the same in the central guide and the peripheral guides in order to ensure a coherent combination in phase of the signals coupled by the different coupling slots.
  • the guided wavelength for the fundamental propagation mode conventionally noted TE10 in a rectangular section guide, depends directly on the long side 22 of the peripheral waveguide (the side by which the coupling is effected) according to the following formula:
  • D c is the cutoff wavelength. This last parameter depends directly on the shape and dimensions of the section of the waveguide.
  • the propagation mode is not attenuated, with insertion losses close (it is said that it is propagative).
  • the central guide 10 and the peripheral guides must be dimensioned with the same large side 22 when the central waveguide 10 is square-sectioned.
  • the sizing frequency is 10.95 GHz
  • FIG. 6 illustrates two coupling slots 310, 314. As already mentioned, for the coupling slots, these are series of rectangular waveguides whose section 312 is attached to the central waveguide 10 and the peripheral waveguide (the latter is not shown in Figure 6). The dimensions of this rectangular section are such that the fundamental mode TE10 in the low frequency bands is evanescent.
  • the optimization of the OdB coupler presented relates essentially to the spacing p between two successive slots, the total number of slots and their length.
  • the number of coupling slots is chosen so that the coupling area is between ten and twenty times ⁇ g (g Ui of centrai) - This number must be optimized to ensure good coupling. If this number is below the optimum, the coupling is insufficient. If this number is above the optimum, there is a phenomenon of over-coupling which tends to degrade the performance of the component, a part of the coupled signal returning to the main guide.
  • Coupling along the respective long sides of the central and peripheral guides 10 is "natural" in the case of guides of rectangular section and / or square. On the other hand, it is not easy to obtain good levels of coupling in the case of a section of the central guide of circular, octagonal or other shape.
  • the structure is symmetrical, which makes it possible to minimize the generation of higher order modes, which are particularly troublesome on multiband antennas because they constitute a loss of power in the band of interest but can in addition prove to be a source of interference for another frequency band.
  • FIG. 1 The structure shown in FIG. 1 is characterized by a linear mono-polarization operation, the electromagnetic field of which is parallel to the plane containing the axes AA ', BB' and CC.
  • the structure shown in Figure 2 which can be seen as a superposition of two 90 ° linear single polarization structures, offers the possibility of polarization diversity operation.
  • Isolated peripheral ports are terminated with appropriate loads, as shown in Figure 9 (in Rx configuration).
  • These adapted charges may consist of absorbent material disposed within the waveguide.
  • planar configuration E is preferable because the signals coming from two diametrically opposite peripheral guides are in phase opposition.
  • the high band is in reception, it is better to combine the signals via "magic tees" that have a good adaptation on all their ports. To do this, the component will be used as a standard tee power divider by terminating the port
  • results are presented with a 60-slot coupler comprising a central waveguide with a square, circular, octagonal, circular and flat-shaped sectional waveguide and four peripheral waveguides (see FIGS. 2, 3, 4a and 4b).
  • the results presented relate to the fundamental propagation mode. However, the analyzes were performed considering all the propagative and degenerate modes in order to ensure representativeness and convergence of the results.
  • Coefficient of Reflection Figure 10a illustrates the reflection coefficient in dB for each of the couplers presented.
  • the reflection coefficient characterizes the power reflected at the input of the component at the central waveguide. There is also talk of adaptation.
  • the target value in the different frequency bands under consideration is -25 dB.
  • the reflection coefficient presented may be indifferently that of the horn access or the low band excitation circuit access, in the case where the coupler is connected to a horn type antenna.
  • Figure 10b illustrates the isolation coefficient in dB for each of the couplers shown.
  • the insulation coefficient characterizes the power transmitted to the necessary ports in order to preserve the symmetries of the structure but towards which it is desired to minimize the power transfer. These ports are said to be isolated and are terminated by appropriate charges.
  • the target values for this parameter in the low frequencies Ka / Tx, Ku / Tx and Ku / Rx are -45 dB and -3OdB for the high band.
  • Figure 10c illustrates the coupling coefficient in dB for each of the couplers shown.
  • the coupling coefficient characterizes the coupling between the central guide and the peripheral guides. Because of the symmetries of the structure, each peripheral guide must couple half of the energy of the corresponding linear polarization in the high frequency band, ie a theoretical coupling coefficient of -3.01 dB.
  • the coupling values obtained in low bands can be accentuated by exploiting the natural rejection of an undercut guide.
  • Od illustrates the coupling coefficient in dB for each of the couplers presented.
  • the transmission coefficient characterizes the power level transmitted via the central guide. In the lower frequency bands, this parameter should be as close as possible to OdB, with the insertion losses (ohmic) close.
  • the transmission level should be as low as possible, the target value being a level below -10 dB.
  • the coupler with a rectangular section central guide has the best performance in terms of coupling in the high frequency band.
  • the difference in performance is about 0.2 dB worst case with the other forms of section.
  • This also translates into a transmission coefficient in the center guide of the high frequency band at -14.2 dB. This value is degraded by 1 to 2 dB for other section shapes.
  • This confirms that the desired coupling is more natural when the central guide is rectangular.
  • the coupling with a square section central guide has a substantially wider bandwidth than the other solutions envisaged.
  • the performances are very similar for the different section shapes in the low frequency band.
  • the section is rectangular, the latter is less efficient than other forms of section in the high band.
  • the performance of the octagonal solution is very close to the circular solution, except for the low band coupling coefficient to the peripheral guides for which the simulated performance approaches that of the square section guide.
  • the presented coupler can be connected to a horn type antenna or to other components of the power supply circuit such as an ortho-mode junction, a filter and so on.
  • the presented OdB coupler is relevant when a large ratio (greater than the octave) is observed between the lowest frequency and the highest frequency of the frequency plane. In the illustrative application, this ratio is close to three.
  • the multiband antenna thus obtained can, if necessary, be placed in front of a reflector, in particular for satellite telecommunications applications.
  • FIG. 11 shows a coupler OdB connected to a horn type antenna 1 10 and in front of a reflector 1 10 (the latter being optional).

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Abstract

The invention relates to a coupler for a multiband radiofrequency system comprising: a central waveguide (10); a plurality of peripheral waveguides (20, 21); and coupling means (30, 31), characterized in that the peripheral waveguides are parallelepipedal and connected along a long side of the section of the peripheral waveguide to the central waveguide (10) via coupling means (30, 31) so as to form a symmetric coupler structure, the axis of symmetry of the structure being the longitudinal central axis (AA') of the central waveguide (10).

Description

COUPLEUR POUR SYSTEME RADIO FREQUENCES MULTIBANDES COUPLER FOR MULTI-BAND FREQUENCY RADIO SYSTEM
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine des communications radio fréquences (RF) multibandes et trouve application dans les systèmes de télécommunications par satellites associant par exemple les bandes Ku et Ka.GENERAL TECHNICAL FIELD The invention relates to the field of radio frequency (RF) multiband communications and finds application in satellite telecommunications systems combining, for example, the Ku and Ka bands.
L'invention concerne notamment un coupleur pouvant être intégré dans le système d'alimentation d'une antenne multibandes.The invention relates in particular to a coupler that can be integrated into the power supply system of a multiband antenna.
ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
La multiplication des services de télécommunications par satellite dans différentes bandes de fréquences, allant de la bande C à la bande Ka, introduit le besoin d'antennes multibandes pour permettre de réutiliser au mieux les réflecteurs (en nombre limité du fait de leur encombrement) aménagés sur un satellite.The proliferation of satellite telecommunications services in different frequency bands, from the C-band to the Ka-band, introduces the need for multi-band antennas to enable the best use of the reflectors (limited in number due to their size). on a satellite.
Cette association d'applications est envisageable sur une seule et même source tant que les bandes de fréquences considérées sont disjointes.This association of applications can be envisaged on one and the same source as long as the considered frequency bands are disjoint.
Pour les services de diffusion de contenu multimédia par satellite, un besoin est identifié associant les bandes de fréquences d'émission (Tx) et réception (Rx) de signaux de télécommunications en bandes Ku et Ka :For multimedia content broadcasting services via satellite, a need is identified associating the transmission frequency bands (Tx) and reception (Rx) of telecommunications signals in Ku and Ka bands:
- Ka / Rx : de 27,5 GHz à 30 GHz ; - Ka / Tx : de 17,7 GHz à 20,2 GHz ;- Ka / Rx: from 27.5 GHz to 30 GHz; - Ka / Tx: from 17.7 GHz to 20.2 GHz;
- Ku / Rx : de 13,75 GHz à 14,5 GHz ;- Ku / Rx: from 13.75 GHz to 14.5 GHz;
- Ku / Tx : de 10,95 à 12,75 GHz.- Ku / Tx: from 10.95 to 12.75 GHz.
D'autres associations de bandes de fréquences peuvent également être envisagées (C / Ku, C / Ka...). Les sources répondant à ces applications nécessitent un circuit d'alimentation permettant d'isoler chaque bande de fréquences. Ce circuit comprend généralement des composants de type coupleur O dB et/ou jonctions ortho-mode permettant chacun l'extraction d'une des bandes de fréquences.Other combinations of frequency bands can also be considered (C / Ku, C / Ka ...). Sources responding to these applications require a power circuit to isolate each frequency band. This circuit generally comprises O dB coupler type components and / or ortho-mode junctions each allowing the extraction of one of the frequency bands.
En fonction des rapports et largeurs de bandes entre les bandes de fréquences à transmettre et à extraire, la conception des composants du système d'alimentation peut s'avérer complexe.Depending on the ratios and bandwidths between the frequency bands to be transmitted and extracted, the design of the power system components can be complex.
PRESENTATION DE L'INVENTIONPRESENTATION OF THE INVENTION
Selon un premier aspect, l'invention concerne un coupleur pour système radio fréquences multibandes assurant un couplage total (on parle alors de coupleur OdB) de la puissance radio fréquence de la bande de fréquence la plus haute d'un système multibandes tout en offrant une isolation suffisante avec les bandes de fréquences plus basse.According to a first aspect, the invention relates to a coupler for a multiband radio system ensuring a total coupling (this is called OdB coupler) of the radio frequency power of the highest frequency band of a multiband system while providing a sufficient isolation with the lower frequency bands.
Ainsi, l'invention concerne un coupleur pour système radio fréquences multibandes comprenant : un guide d'onde central ; une pluralité de guides d'onde périphériques ; des moyens de couplage.Thus, the invention relates to a coupler for a multi-band radio frequency system comprising: a central waveguide; a plurality of peripheral waveguides; coupling means.
Le coupleur de l'invention est caractérisé en ce que les guides d'ondes périphériques sont parallélépipédiques et connectés selon un grand côté de la section du guide d'onde périphérique au guide d'onde central par l'intermédiaire des moyens de couplage de manière à former une structure de coupleur symétrique, l'axe de symétrie de la structure étant l'axe central longitudinal du guide d'onde central.The coupler of the invention is characterized in that the peripheral waveguides are parallelepipedic and connected along a long side of the section of the peripheral waveguide to the central waveguide by means of the coupling means so forming a symmetrical coupler structure, the axis of symmetry of the structure being the central longitudinal axis of the central waveguide.
Le guide d'onde central et les guides d'ondes périphériques sont dimensionnés de manière à avoir la même constante de propagation à la fréquence de fonctionnement des guides périphériques, c'est-à-dire la bande de fréquences haute.The central waveguide and the peripheral waveguides are sized to have the same propagation constant at the operating frequency of the peripheral guides, i.e., the high frequency band.
Ce dimensionnement permet d'éviter l'utilisation d'un matériau diélectrique dans les guides périphériques tel que cela est utilisé dans les coupleurs de type connu. Ceci simplifie la réalisation mécanique du coupleur de l'invention.This dimensioning makes it possible to avoid the use of a dielectric material in the peripheral guides as used in couplers of known type. This simplifies the mechanical realization of the coupler of the invention.
De plus, l'absence de matériau diélectrique permet également de réduire les pertes d'insertion dans les guides périphériques. II est en effet connu d'utiliser un matériau diélectrique dans les guides périphériques pour accentuer la sélectivité en fréquence du couplage.In addition, the absence of dielectric material also makes it possible to reduce the insertion losses in the peripheral guides. It is in fact known to use a dielectric material in the peripheral guides to accentuate the frequency selectivity of the coupling.
Dans le cas du coupleur de l'invention, cette sélectivité est obtenue en partie par la hauteur des moyens de couplage (qui sont de préférence des fentes de couplage), entraînant une réjection naturelle des signaux dans les bandes basses.In the case of the coupler of the invention, this selectivity is obtained in part by the height of the coupling means (which are preferably coupling slots), resulting in a natural rejection of the signals in the low bands.
Cette atténuation peut être ensuite accentuée par un circuit de recombinaison des guides périphériques dimensionné avec des guides eux aussi sous coupure pour les bandes basses.This attenuation can then be accentuated by a recombination circuit of the peripheral guides sized with guides also under cut for the low bands.
En outre, la symétrie procurée à la structure du coupleur de l'invention permet de minimiser la génération de modes d'ordres supérieurs particulièrement gênants lorsque le coupleur est utilisé avec des antennes multibandes. En effet, ces modes constituent une perte de puissance par couplage avec le mode fondamental dans la bande d'intérêt et peuvent en outre se révéler être une source d'interférences pour une autre bande de fréquences.In addition, the symmetry provided to the structure of the coupler of the invention makes it possible to minimize the generation of particularly disturbing higher order modes when the coupler is used with multiband antennas. Indeed, these modes constitute a loss of power by coupling with the fundamental mode in the band of interest and may also prove to be a source of interference for another frequency band.
En ce qui concerne les moyens de couplage, il s'agit de guides d'onde rectangulaires (ou fentes) dont la fréquence de coupure permet la réjection des bandes de fréquences basses afin de minimiser le couplage de ces bandes de fréquences vers les guides périphériques.With regard to the coupling means, these are rectangular waveguides (or slots) whose cutoff frequency allows the rejection of the low frequency bands in order to minimize the coupling of these frequency bands towards the peripheral guides. .
La zone de couplage, caractérisée par un positionnement longitudinal régulier de plusieurs fentes, doit être suffisamment longue pour assurer le couplage de la quasi totalité de l'énergie présente dans la bande de fréquences haute.The coupling zone, characterized by a regular longitudinal positioning of several slots, must be long enough to ensure the coupling of almost all the energy present in the high frequency band.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une antenne multibandes caractérisée en qu'elle est alimentée par un circuit radio fréquences comprenant au moins un coupleur selon le premier aspect de l'invention. De préférence, l'élément rayonnant de l'antenne est de type cornet. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles : la figure 1 illustre un coupleur comprenant un guide central à section carrée et deux guides d'ondes périphériques ; - la figure 2 illustre un coupleur comprenant un guide central à section carrée et quatre guides d'ondes périphériques ;According to a second aspect, the invention relates to a multiband antenna characterized in that it is powered by a radio frequency circuit comprising at least one coupler according to the first aspect of the invention. Preferably, the radiating element of the antenna is of horn type. PRESENTATION OF THE FIGURES Other features and advantages of the invention will become apparent from the description which follows, which is purely illustrative and nonlimiting, and should be read with reference to the appended figures in which: FIG. 1 illustrates a coupler comprising a central guide to square section and two peripheral waveguides; FIG. 2 illustrates a coupler comprising a central guide with square section and four peripheral waveguides;
- la figure 3 illustre un coupleur comprenant un guide central à section circulaire et quatre guides d'ondes périphériques ;FIG. 3 illustrates a coupler comprising a central guide with circular section and four peripheral waveguides;
- les figures 4a et 4b illustrent respectivement un guide d'onde central à section octogonale et à section circulaire à méplats ; la figure 5 est une vue de côté du coupleur de la figure 2 ; la figure 6 est une vue détaillée des moyens de couplage du coupleur de la figure 2 ; la figure 7 est un schéma fonctionnel en bi-polarisation linéaire ;FIGS. 4a and 4b respectively show a central waveguide with an octagonal section and a circular section with flats; Figure 5 is a side view of the coupler of Figure 2; Figure 6 is a detailed view of the coupling means of the coupler of Figure 2; Figure 7 is a block diagram of linear bi-polarization;
- la figure 8 est un schéma fonctionnel en bi-polarisation circulaire ;FIG. 8 is a block diagram of circular bi-polarization;
- la figure 9 est un schéma fonctionnel illustrant les ports périphériques isolés en configuration Rx ; - les figures 10a, 10b, 10c et 1 Od illustrent respectivement le coefficient de réflexion, le coefficient d'isolation, le coefficient de couplage et le coefficient de transmission pour un coupleur à guide d'onde central rectangulaire, circulaire, circulaire à méplats, octogonal et quatre guides d'ondes périphériques en fonction de spécifications ciblées ; - la figure 1 1 illustre un coupleur conforme à l'invention connecté à une antenne de type cornet. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE Structure générale du coupleurFIG. 9 is a block diagram illustrating isolated peripheral ports in Rx configuration; FIGS. 10a, 10b, 10c and 1 Od respectively illustrate the reflection coefficient, the insulation coefficient, the coupling coefficient and the transmission coefficient for a rectangular, circular, circular flat-flange waveguide coupler, octagonal and four peripheral waveguides based on targeted specifications; - Figure 1 1 illustrates a coupler according to the invention connected to a horn type antenna. DESCRIPTION OF ONE OR MORE MODES OF REALIZATION AND IMPLEMENTATION General structure of the coupler
On a représenté sur la figure 1 un coupleur comprenant un guide d'onde central 10 et deux guides d'ondes périphériques 20, 21 couplés au guide d'onde central 10 via des moyens de couplage 30, 31.FIG. 1 shows a coupler comprising a central waveguide 10 and two peripheral waveguides 20, 21 coupled to the central waveguide 10 via coupling means 30, 31.
Les guides d'ondes périphériques sont parallélépipédiques et connectés selon le grand côté de leur section au guide d'onde central 10 par l'intermédiaire des moyens de couplage 30, 31.The peripheral waveguides are parallelepipedic and connected along the long side of their section to the central waveguide 10 via the coupling means 30, 31.
Il est à noter que dans le cadre de la technologie guide d'onde la longueur L (sous entendue du guide) est toujours associée à la direction de propagation de l'onde tandis que la terminologie « grand côté », de longueur notée usuellement a, et « petit côté », de longueur notée usuellement b, est utilisée pour décrire la section du guide selon un plan orthogonal à la direction de propagation.It should be noted that, in the context of waveguide technology, the length L (understood as the guide) is always associated with the direction of propagation of the wave while the terminology "long side", of length noted usually has and "small side", of length usually noted b, is used to describe the section of the guide in a plane orthogonal to the direction of propagation.
La disposition des guides d'ondes périphériques 20, 21 autour du guide d'onde central 10 est telle que la structure du coupleur est symétrique.The arrangement of the peripheral waveguides 20, 21 around the central waveguide 10 is such that the structure of the coupler is symmetrical.
L'axe de symétrie de la structure est l'axe central longitudinal AA' du guide d'onde central 10.The axis of symmetry of the structure is the central longitudinal axis AA 'of the central waveguide 10.
En outre, l'axe central longitudinal BB', CC de chaque guide d'onde périphérique 20, 21 est parallèle à l'axe central longitudinal AA' - l'axe de symétrie de la structure - du guide d'onde central 10.In addition, the longitudinal central axis BB ', CC of each peripheral waveguide 20, 21 is parallel to the central longitudinal axis AA' - the axis of symmetry of the structure - of the central waveguide 10.
Sur le coupleur de la figure 1 , on passe d'un guide d'onde périphérique à l'autre par une rotation de 180°.On the coupler of Figure 1, one goes from one peripheral waveguide to the other by a rotation of 180 °.
Les moyens de couplage 30, 31 sont constitués de séries de guides d'ondes de section rectangulaire encore appelées « fentes de couplage ». Les guides d'ondes sont de préférence tous identiques.The coupling means 30, 31 consist of sets of rectangular section waveguides also called "coupling slots". The waveguides are preferably all identical.
On a représenté sur la figure 6 deux fentes de couplages 310, 314. L'axe central longitudinal FF' de chaque fente est perpendiculaire à l'axe central longitudinal AA' du guide d'onde central 10 (voir figure 6).FIG. 6 shows two coupling slots 310, 314. The longitudinal central axis FF 'of each slot is perpendicular to the central longitudinal axis AA' of the central waveguide 10 (see FIG. 6).
Les fentes de couplage sont connectées aux grands côtés respectifs des guides d'onde central et périphérique par la section rectangulaire 312, orthogonale au sens de propagation de l'onde dans la fente selon l'axe FF'.The coupling slots are connected to the respective long sides of the central and peripheral waveguides by the rectangular section 312, orthogonal to the propagation direction of the wave in the slot along the axis FF '.
On a représenté sur la figure 2 un coupleur comprenant un guide d'onde central 10 et quatre guides d'ondes périphériques 20, 21 , 22, 23 couplés au guide d'onde central par des moyens de couplage 30, 31 , 32, 33. Les contraintes de symétrie et de disposition des guides d'ondes périphériques sont identiques au coupleur illustré par la figure 1.FIG. 2 shows a coupler comprising a central waveguide 10 and four peripheral waveguides 20, 21, 22, 23 coupled to the central waveguide by coupling means 30, 31, 32, 33 The constraints of symmetry and arrangement of the peripheral waveguides are identical to the coupler illustrated in FIG.
Les guides d'ondes périphériques 20-23 sont parallélépipédiques et connectés selon le grand côté de la section au guide d'onde central 10 par l'intermédiaire des moyens de couplage 30-33. La disposition des guides d'ondes périphériques 20-23 autour du guide d'onde central 10 est telle que la structure du coupleur est symétrique. L'axe de symétrie de la structure étant l'axe central longitudinal AA' du guide d'onde central 10.The peripheral waveguides 20-23 are parallelepipedic and connected along the long side of the section to the central waveguide 10 via the coupling means 30-33. The arrangement of the peripheral waveguides 20-23 around the central waveguide 10 is such that the structure of the coupler is symmetrical. The axis of symmetry of the structure being the central longitudinal axis AA 'of the central waveguide 10.
En outre, l'axe central longitudinal BB', CC, DD', EE', de chaque guide d'onde périphérique 20-23 est parallèle à l'axe central longitudinal AA' - l'axe de symétrie de la structure - du guide d'onde central 10.In addition, the longitudinal central axis BB ', CC, DD', EE ', of each peripheral waveguide 20-23 is parallel to the longitudinal central axis AA' - the axis of symmetry of the structure - of the central waveguide 10.
Sur le coupleur de la figure 2, on passe d'un guide d'onde périphérique à l'autre par une rotation de 90°.On the coupler of Figure 2, one goes from one peripheral waveguide to another by a rotation of 90 °.
Le coupleur de la figure 2 peut donc être vu comme la superposition à 90° de deux coupleurs de la figure 1.The coupler of FIG. 2 can therefore be seen as the 90 ° superposition of two couplers of FIG.
Il est à noter que de préférence les guides d'ondes périphériques sont en nombre pair, deux ou quatre.It should be noted that preferably the peripheral waveguides are even, two or four.
On a représenté sur la figure 5 une vue de côté du coupleur de la figure 2 à guide d'onde central 10 carré et quatre guides d'ondes périphériques 20-23.FIG. 5 shows a side view of the coupler of FIG. 2 with square central waveguide 10 and four peripheral waveguides 20-23.
Sur la figure 1 et la figure 2, le guide d'onde central est un parallélépipède à section carrée. Le guide d'onde central peut être à section carrée (10 sur les figures 1 et 2), circulaire (100 sur la figure 3), octogonale (200 sur la figure 4a) circulaire à méplats (300 sur la figure 4b) ou encore à section rectangulaire (non représenté). II est à noter que d'un point de vue géométrique :In Figure 1 and Figure 2, the central waveguide is a parallelepiped square section. The central waveguide may be of square section (10 in FIGS. 1 and 2), circular (100 in FIG. 3), octagonal (200 in FIG. 4a) circular with flats (300 in FIG. 4b), or rectangular section (not shown). It should be noted that from a geometrical point of view:
- le guide d'onde central à section octogonale 200 est paramétré par son petit diamètre D0 (voir figure 4a) ;the octagonal section central waveguide 200 is parameterized by its small diameter D 0 (see FIG. 4a);
- la section du guide d'onde central à section circulaire à méplats 300 est conçue comme l'intersection d'un carré de côté I_CM et d'un cercle de rayon RCM (voir figure 4b).the section of the central waveguide with circular section with flats 300 is designed as the intersection of a square of side I_CM and a circle of radius R CM (see FIG. 4b).
Dimensionnement du guide d'onde central et des guides d'ondes périphériquesDimensioning of the central waveguide and peripheral waveguides
Le coupleur doit être un coupleur total, dit coupleur OdB, et doit respecter plusieurs règles de dimensionnement.The coupler must be a total coupler, called OdB coupler, and must respect several sizing rules.
En particulier, la longueur d'onde guidée doit être la même dans le guide central et les guides périphériques afin d'assurer une combinaison cohérente en phase des signaux couplés par les différentes fentes de couplage. La longueur d'onde guidée pour le mode de propagation fondamental, noté de manière conventionnelle TE10 dans un guide à section rectangulaire, dépend directement du grand côté 22 du guide d'onde périphérique (le côté par lequel le couplage s'opère) selon la formule suivante :In particular, the guided wavelength must be the same in the central guide and the peripheral guides in order to ensure a coherent combination in phase of the signals coupled by the different coupling slots. The guided wavelength for the fundamental propagation mode, conventionally noted TE10 in a rectangular section guide, depends directly on the long side 22 of the peripheral waveguide (the side by which the coupling is effected) according to the following formula:
où D0 est la longueur d'onde eni propagiation libre (D0=c/f), Dc est la longueur d'onde de coupure. Ce dernier paramètre dépend directement de la forme et des dimensions de la section du guide d'onde.where D 0 is the free propagation wavelength (D 0 = c / f), D c is the cutoff wavelength. This last parameter depends directly on the shape and dimensions of the section of the waveguide.
Dans le cas du mode TE10, on a Dc=2a selon les notations de la figure 1. La formule donnant la longueur d'onde guidée révèle le comportement de filtre passe-haut d'un guide d'onde :In the case of the TE10 mode, we have D c = 2a according to the notations of FIG. The formula giving the guided wavelength reveals the high-pass filter behavior of a waveguide:
- en dessous de la fréquence de coupure (fc=c/λc), le mode de propagation est fortement atténué (on dit qu'il est évanescent) ;- below the cutoff frequency (fc = c / λ c ), the propagation mode is strongly attenuated (it is said to be evanescent);
- au dessus de la fréquence de coupure, le mode de propagation n'est pas atténué, aux pertes d'insertion près (on dit alors qu'il est propagatif).- above the cutoff frequency, the propagation mode is not attenuated, with insertion losses close (it is said that it is propagative).
Pour avoir une combinaison cohérente en phase des signaux, on comprend donc qu'il faut dimensionner le guide central 10 et les guides périphériques avec un même grand côté 22 lorsque le guide d'onde central 10 est à section carrée.To have a coherent combination in phase of the signals, it is therefore understood that the central guide 10 and the peripheral guides must be dimensioned with the same large side 22 when the central waveguide 10 is square-sectioned.
Dans le cas d'un guide central à section non carrée pour lesquels des formules analytiques simples donnant la longueur d'onde guidée en fonction des dimensions physiques du guide n'existent pas, la correspondance est obtenue via une optimisation des sections respectives sur un modèle numérique (par la méthode des éléments finis par exemple). Par ailleurs, il est important de préciser que ce grand côté 22 de guide est contraint par la fréquence la plus basse du plan de fréquence car les quatre bandes de fréquence doivent pouvoir se propager dans le guide central.In the case of a central non-square section guide for which simple analytical formulas giving the wavelength guided according to the physical dimensions of the guide do not exist, the correspondence is obtained via optimization of the respective sections on a model. numerically (by the finite element method, for example). Furthermore, it is important to specify that this large guide side 22 is constrained by the lowest frequency of the frequency plane because the four frequency bands must be able to propagate in the central guide.
Dans un cas où la fréquence dimensionnante est de 10,95 GHz, on a le grand côté 22 des guides d'onde périphériques supérieur à 15 mm en prenant une marge d'environ 10% pour éviter les pertes liées à la proximité du plan de fréquence avec la fréquence de coupure.In a case where the sizing frequency is 10.95 GHz, there is the large side 22 of the peripheral waveguides greater than 15 mm taking a margin of about 10% to avoid the losses related to the proximity of the plane of frequency with the cutoff frequency.
Dimensionnement des moyens de couplage La figure 6 illustre deux fentes de couplage 310, 314. Comme on l'a déjà mentionné, pour les fentes de couplage, il s'agit de séries de guides d'onde de forme rectangulaire dont la section 312 est fixée au guide d'onde central 10 et au guide d'onde périphérique (ce dernier n'est pas représenté sur la figure 6). Les dimensions de cette section rectangulaire sont telles que le mode fondamental TE10 dans les bandes de fréquences basses soit évanescent.Sizing of coupling means FIG. 6 illustrates two coupling slots 310, 314. As already mentioned, for the coupling slots, these are series of rectangular waveguides whose section 312 is attached to the central waveguide 10 and the peripheral waveguide (the latter is not shown in Figure 6). The dimensions of this rectangular section are such that the fundamental mode TE10 in the low frequency bands is evanescent.
Dans le cas considéré ici, il s'agit des bandes Ka / Tx, Ku / Tx et Ku / Rx. Ainsi, le couplage est assuré uniquement dans la bande haute Ka / Rx.In the case considered here, these are the Ka / Tx, Ku / Tx and Ku / Rx bands. Thus, the coupling is provided only in the high band Ka / Rx.
Avec, par exemple, une fréquence dimensionnante de 20,2 GHz, on a un grand côté a de la section de la fente inférieur à 6,7 mm en prenant là encore une marge d'environ 10%.With, for example, a sizing frequency of 20.2 GHz, there is a large side a of the section of the slot less than 6.7 mm, again taking a margin of about 10%.
L'optimisation du coupleur OdB présenté porte essentiellement sur l'espacement p entre deux fentes successives, le nombre total de fentes et leur longueur.The optimization of the OdB coupler presented relates essentially to the spacing p between two successive slots, the total number of slots and their length.
Nous donnons ci-dessous quelques règles de pré-dimensionnement pour certains de ces paramètres :We give below some pre-sizing rules for some of these parameters:
- espacement p entre deux fentes successives : λg(gUide centrai)/4 où λg(gUi centrai) est la longueur d'onde guidée dans le guide d'onde central calculée au centre de la bande à coupler (dans le cas où la fréquence est de 28,75 GHz, cela représente un espacement p d'environ 2,8 mm pour un grand côté des guides central ou périphériques de l'ordre de 15 mm) ; - longueur des fentes : (2m+1 )λg(fθntθ)/4 où λg(fθntθ) est la longueur d'onde guidée dans les fentes de couplage également calculée au centre de la bande à coupler et m un entier positif ou nul (dans le cas où la fréquence est de 28,75 GHz, cela représente une longueur de 12,5 mm pour un grand côté a des fentes de l'ordre de 6,7 mm et m=1 ). Il est à noter que le fait de prendre 3λg(fθntθ)/4spacing p between two successive slots: λ g (g Ui of centrai) / 4 where λg (g U i centrai) is the guided wavelength in the central waveguide calculated at the center of the band to be coupled ( in the case where the frequency is 28.75 GHz, this represents a spacing p of about 2.8 mm for a large side of the central or peripheral guides of the order of 15 mm); slot length: (2m + 1) λ g (fθntθ) / 4 where λ g (fθntθ) is the guided wavelength in the coupling slots also calculated at the center of the band to be coupled and m a positive integer or zero (in the case where the frequency is 28.75 GHz, this represents a length of 12.5 mm for a large side has slots of the order of 6.7 mm and m = 1). It should be noted that taking 3λ g (fθntθ) / 4
(m=1 ) permet d'assurer une meilleur réjection des bandes que l'on ne souhaite pas coupler via les fentes. Pour certaines combinaisons de fréquence, des fentes de longueur λg(fθntθ)/4 (m=0) pourraient offrir une réjection suffisante. Plus généralement, les fentes doivent avoir une longueur qui est un multiple impair de λg(fθnte)/4 ; - le nombre de fentes de couplage est choisi de sorte que la zone de couplage soit comprise entre dix et vingt fois λg(gUide centrai)- Ce nombre doit être optimisé afin d'assurer un bon couplage. Si ce nombre est en dessous de l'optimum, le couplage est insuffisant. Si ce nombre est au dessus de l'optimum, on observe un phénomène de sur-couplage qui tend à dégrader les performances du composant, une partie du signal couplé revenant dans le guide principal.(m = 1) makes it possible to ensure better rejection of the bands that one does not wish to couple via the slots. For some frequency combinations, slots of length λg (fθntθ) / 4 (m = 0) could provide sufficient rejection. More generally, the slots must have a length which is an odd multiple of λ g ( f θ nte) / 4; - The number of coupling slots is chosen so that the coupling area is between ten and twenty times λ g (g Ui of centrai) - This number must be optimized to ensure good coupling. If this number is below the optimum, the coupling is insufficient. If this number is above the optimum, there is a phenomenon of over-coupling which tends to degrade the performance of the component, a part of the coupled signal returning to the main guide.
Un avantage à la structure présentée par rapport aux coupleurs tels que connus est qu'il n'est pas nécessaire d'inclure de matériau diélectrique dans les guides périphériques, ceci simplifie la réalisation mécanique et supprime les pertes radio fréquences associées.An advantage to the structure presented with respect to the couplers as known is that it is not necessary to include dielectric material in the peripheral guides, this simplifies the mechanical realization and eliminates the associated radio frequency losses.
Un couplage selon les grands côtés respectifs des guides central 10 et périphériques est « naturel » dans le cas de guides de section rectangulaire et/ou carrée. Par contre, il n'est pas évident d'obtenir de bons niveaux de couplage dans le cas d'une section du guide central de forme circulaire, octogonale ou autres.Coupling along the respective long sides of the central and peripheral guides 10 is "natural" in the case of guides of rectangular section and / or square. On the other hand, it is not easy to obtain good levels of coupling in the case of a section of the central guide of circular, octagonal or other shape.
De plus, la structure est symétrique ce qui permet de minimiser la génération de modes d'ordre supérieur, particulièrement gênants sur des antennes multibandes car ils constituent une perte de puissance dans la bande d'intérêt mais peuvent en plus se révéler une source d'interférences pour une autre bande de fréquences.In addition, the structure is symmetrical, which makes it possible to minimize the generation of higher order modes, which are particularly troublesome on multiband antennas because they constitute a loss of power in the band of interest but can in addition prove to be a source of interference for another frequency band.
Ainsi, tous les modes de propagation guidée ne présentant pas les mêmes symétries que la structure ne peuvent apparaître. Evidemment, cette hypothèse est valable sous réserve que la réalisation mécanique de ce composant assure la symétrie avec une bonne précision.Thus, all guided propagation modes that do not have the same symmetries as the structure can not appear. Obviously, this hypothesis is valid provided that the mechanical realization of this component ensures symmetry with good accuracy.
FonctionnementOperation
La structure présentée sur la figure 1 est caractérisée par un fonctionnement mono-polarisation linéaire, dont le champ électromagnétique est parallèle au plan contenant les axes AA', BB' et CC. La structure présentée sur la figure 2, qui peut être vue comme une superposition de deux structures mono-polarisation linéaire à 90°, offre la possibilité d'un fonctionnement en diversité de polarisation.The structure shown in FIG. 1 is characterized by a linear mono-polarization operation, the electromagnetic field of which is parallel to the plane containing the axes AA ', BB' and CC. The structure shown in Figure 2, which can be seen as a superposition of two 90 ° linear single polarization structures, offers the possibility of polarization diversity operation.
En effet, en fonction des recombinaisons des signaux issus des quatre guides périphériques 20-23, il est possible de séparer deux polarisations linéaires orthogonales Ev et EH (voir figure 7) ou deux polarisations circulaires orthogonales EPCD et EPCG (voir figure 8).Indeed, depending on the recombinations of the signals from the four peripheral guides 20-23, it is possible to separate two orthogonal linear polarizations E v and E H (see FIG. 7) or two orthogonal circular polarizations E PCD and E PCG (see FIG. 8).
Les ports périphériques isolés sont terminés par des charges adaptées, tel que cela est illustré sur la figure 9 (en configuration Rx). Ces charges adaptées peuvent consister en matériau absorbant disposé à l'intérieur du guide d'onde.Isolated peripheral ports are terminated with appropriate loads, as shown in Figure 9 (in Rx configuration). These adapted charges may consist of absorbent material disposed within the waveguide.
Dans le cas d'une bande haute en émission, des diviseurs de puissance en « Té » plan E ou plan H sont utilisés.In the case of a high transmission band, power dividers in "tee" plane E or plane H are used.
On note que pour limiter la dispersion en fréquence liée à un déphasage entre les deux accès combinés, la configuration plan E est préférable, car les signaux issus de deux guides périphériques diamétralement opposés sont en opposition de phase.Note that in order to limit the frequency dispersion related to a phase shift between the two combined accesses, the planar configuration E is preferable because the signals coming from two diametrically opposite peripheral guides are in phase opposition.
Dans l'application visée la bande haute est en réception, il est donc préférable de combiner les signaux via des « Té magiques » qui présentent une bonne adaptation sur tous leurs ports. Pour ce faire, le composant sera utilisé comme un diviseur de puissance en Té' standard en terminant le portIn the target application the high band is in reception, it is better to combine the signals via "magic tees" that have a good adaptation on all their ports. To do this, the component will be used as a standard tee power divider by terminating the port
'somme' ou le port 'différence' par une charge adaptée.'sum' or the 'difference' port by a suitable load.
Là encore, pour des considérations de phase, il est préférable de charger le port somme.Again, for phase considerations, it is best to load the sum port.
RésultatsResults
Plusieurs coupleurs ont été testés en simulation en utilisant la méthode des éléments finis dans le domaine temporel.Several couplers were tested in simulation using the finite element method in the time domain.
On présente ici des résultats obtenus avec un coupleur à 60 fentes comprenant un guide d'onde central à section carré, circulaire, octogonale, circulaire à méplats et quatre guides d'ondes périphériques (voir figures 2, 3, 4a et 4b). Les résultats présentés sont relatifs au mode de propagation fondamental. Toutefois, les analyses ont été réalisées en considérant l'ensemble des modes propagatifs et dégénérés afin d'assurer la représentativité et la convergence des résultats.Here, results are presented with a 60-slot coupler comprising a central waveguide with a square, circular, octagonal, circular and flat-shaped sectional waveguide and four peripheral waveguides (see FIGS. 2, 3, 4a and 4b). The results presented relate to the fundamental propagation mode. However, the analyzes were performed considering all the propagative and degenerate modes in order to ensure representativeness and convergence of the results.
Des résultats pour plusieurs paramètres RF sont ci-dessous présentés.Results for several RF parameters are presented below.
Coefficient de réflexion La figure 10a illustre le coefficient de réflexion en dB pour chacun des coupleurs présentés.Coefficient of Reflection Figure 10a illustrates the reflection coefficient in dB for each of the couplers presented.
Le coefficient de réflexion caractérise la puissance réfléchie en entrée du composant au niveau du guide d'onde central. On parle également d'adaptation. La valeur ciblée dans les différentes bandes de fréquences considérées est de -25 dB.The reflection coefficient characterizes the power reflected at the input of the component at the central waveguide. There is also talk of adaptation. The target value in the different frequency bands under consideration is -25 dB.
Du fait des symétries de la structure, le coefficient de réflexion présenté peut être indifféremment celui de l'accès cornet ou de l'accès circuit d'excitation en bandes basses, dans le cas où le coupleur est connecté à une antenne de type cornet.Due to the symmetries of the structure, the reflection coefficient presented may be indifferently that of the horn access or the low band excitation circuit access, in the case where the coupler is connected to a horn type antenna.
Coefficient d'isolationCoefficient of insulation
La figure 10b illustre le coefficient d'isolation en dB pour chacun des coupleurs présentés.Figure 10b illustrates the isolation coefficient in dB for each of the couplers shown.
Le coefficient d'isolation caractérise la puissance transmise vers des ports nécessaires afin de conserver les symétries de la structure mais vers lesquels on souhaite minimiser le transfert de puissance. Ces ports sont dits isolés et sont terminés par des charges adaptées. Les valeurs ciblées pour ce paramètre dans les fréquences basses (Ka / Tx, Ku / Tx et Ku / Rx) est de -45 dB et de -3OdB pour la bande haute. Coefficient de couplageThe insulation coefficient characterizes the power transmitted to the necessary ports in order to preserve the symmetries of the structure but towards which it is desired to minimize the power transfer. These ports are said to be isolated and are terminated by appropriate charges. The target values for this parameter in the low frequencies (Ka / Tx, Ku / Tx and Ku / Rx) are -45 dB and -3OdB for the high band. Coupling coefficient
La figure 10c illustre le coefficient de couplage en dB pour chacun des coupleurs présentés.Figure 10c illustrates the coupling coefficient in dB for each of the couplers shown.
Le coefficient de couplage caractérise le couplage entre le guide central et les guides périphériques. Du fait des symétries de la structure, chaque guide périphérique doit coupler la moitié de l'énergie de la polarisation linéaire correspondante dans la bande de fréquences haute, soit un coefficient de couplage théorique de -3,01 dB.The coupling coefficient characterizes the coupling between the central guide and the peripheral guides. Because of the symmetries of the structure, each peripheral guide must couple half of the energy of the corresponding linear polarization in the high frequency band, ie a theoretical coupling coefficient of -3.01 dB.
Dans les bandes de fréquences basses, on souhaite que ce couplage soit le plus faible possible.In the low frequency bands, it is desired that this coupling is as low as possible.
Les valeurs de couplage obtenues en bandes basses peuvent être accentuées en exploitant la réjection naturelle d'un guide sous coupure.The coupling values obtained in low bands can be accentuated by exploiting the natural rejection of an undercut guide.
Pour cela, il suffit de réduire la section des guides périphériques au-delà du coupleur, en particulier au niveau du circuit de recombinaison tel qu'illustré sur les figures 7 et 8.For this, it suffices to reduce the section of the peripheral guides beyond the coupler, in particular at the level of the recombination circuit as illustrated in FIGS. 7 and 8.
Coefficient de transmissionCoefficient of transmission
La figure 1 Od illustre le coefficient de couplage en dB pour chacun des coupleurs présentés. Le coefficient de transmission caractérise le niveau de puissance transmis via le guide central. Dans les bandes de fréquences basses, ce paramètre doit être le plus proche possible de OdB, aux pertes d'insertion (ohmiques) près.Figure 1 Od illustrates the coupling coefficient in dB for each of the couplers presented. The transmission coefficient characterizes the power level transmitted via the central guide. In the lower frequency bands, this parameter should be as close as possible to OdB, with the insertion losses (ohmic) close.
Dans la bande haute, le niveau de transmission doit être le plus bas possible, la valeur visée étant un niveau inférieur à -10 dB.In the high band, the transmission level should be as low as possible, the target value being a level below -10 dB.
Synthèse des résultatsSummary of results
II ressort des résultats illustrés sur les figures 10a, 10, 10c et 10d, que le coupleur avec un guide central à section rectangulaire présente les meilleures performances en termes de couplage dans la bande de fréquences haute. L'écart en performances est d'environ 0,2 dB pire cas avec les autres formes de section. Cela se traduit également par un coefficient de transmission dans le guide central de la bande de fréquences haute à -14,2 dB. Cette valeur est dégradée de 1 à 2 dB pour les autres formes de section. Ceci confirme le fait que le couplage souhaité est plus naturel lorsque le guide central est rectangulaire. Par ailleurs, on note également que le couplage avec un guide central à section carrée présente une largeur de bande sensiblement plus large que les autres solutions envisagées.From the results illustrated in FIGS. 10a, 10, 10c and 10d, it can be seen that the coupler with a rectangular section central guide has the best performance in terms of coupling in the high frequency band. The difference in performance is about 0.2 dB worst case with the other forms of section. This also translates into a transmission coefficient in the center guide of the high frequency band at -14.2 dB. This value is degraded by 1 to 2 dB for other section shapes. This confirms that the desired coupling is more natural when the central guide is rectangular. Furthermore, it is also noted that the coupling with a square section central guide has a substantially wider bandwidth than the other solutions envisaged.
En ce qui concerne l'adaptation, les performances sont très similaires pour les différentes formes de section dans la bande de fréquence basse. Par contre, dans le cas où la section est rectangulaire, cette dernière est moins performante que les autres formes de section dans la bande haute.As far as the adaptation is concerned, the performances are very similar for the different section shapes in the low frequency band. By cons, in the case where the section is rectangular, the latter is less efficient than other forms of section in the high band.
Ce résultat est néanmoins à nuancer car les dimensions de la section du guide central n'ont pas fait l'objet d'une optimisation complète, certains paramètres étant imposés afin d'arriver à des valeurs standards permettant une connectivité plus générique entre les différents composants nécessaires à la réalisation d'une source multibandes.This result is nonetheless nuanced because the dimensions of the section of the central guide have not been fully optimized, some parameters being imposed in order to arrive at standard values allowing a more generic connectivity between the different components. necessary for the realization of a multiband source.
Pour ce qui est de l'isolation, les performances sont très similaires pour les différentes solutions.As far as insulation is concerned, the performances are very similar for the different solutions.
Finalement, la réjection de la bande basse vers les guides périphériques est meilleure pour le guide central à section circulaire. Il y a jusqu'à 5 dB de différence avec les autres solutions.Finally, the rejection of the low band towards the peripheral guides is better for the central guide with circular section. There is up to 5 dB difference with other solutions.
Les performances de la solution octogonale sont très proches de la solution circulaire, sauf pour le coefficient de couplage en bande basse vers les guides périphériques pour lequel la performance simulée se rapproche de celle du guide à section carrée.The performance of the octagonal solution is very close to the circular solution, except for the low band coupling coefficient to the peripheral guides for which the simulated performance approaches that of the square section guide.
Enfin, pour le guide à section circulaire à méplats un comportement intermédiaire entre la solution à guide central carré et circulaire est observé, ce qui va dans le sens de ce qui était attendu dans la mesure où les méplats visaient justement à améliorer le couplage de la solution à guide central circulaire. Cette solution apparaît comme un bon compromis, mais il est important d'évaluer comment elle s'interface avec des composants à section circulaire ou rectangulaire (formes de section génériques pour des composants de type cornet, jonction ortho-mode...).Finally, for the circular section guide with flats an intermediate behavior between the square and circular central guide solution is observed, which is in line with what was expected since the flats were intended to improve the coupling of the solution with circular central guide. This solution appears to be a good compromise, but it is important to evaluate how it interfaces with components to circular or rectangular section (generic section forms for cornet type components, ortho-mode junction ...).
Application Le coupleur présenté peut être connecté à une antenne de type cornet ou à d'autres composants du circuit d'alimentation tel qu'une jonction ortho-mode, un filtre etc.Application The presented coupler can be connected to a horn type antenna or to other components of the power supply circuit such as an ortho-mode junction, a filter and so on.
Comme plusieurs formes de section pour le guide central ont démontré de bonnes performances, il est possible d'adapter le coupleur OdB aux autres composants afin de réduire voire supprimer les transitions entre guides de section différentes.As several forms of section for the central guide have demonstrated good performance, it is possible to adapt the OdB coupler to other components to reduce or eliminate transitions between guides of different section.
Le coupleur OdB présenté est pertinent lorsqu'un rapport important (supérieur à l'octave) est observé entre la fréquence la plus basse et la fréquence la plus haute du plan de fréquence. Dans l'application servant d'illustration, ce rapport est proche de trois.The presented OdB coupler is relevant when a large ratio (greater than the octave) is observed between the lowest frequency and the highest frequency of the frequency plane. In the illustrative application, this ratio is close to three.
L'antenne multibandes ainsi obtenue peut au besoin être placée devant un réflecteur, notamment pour des applications de télécommunications par satellite.The multiband antenna thus obtained can, if necessary, be placed in front of a reflector, in particular for satellite telecommunications applications.
On a représenté sur la figure 11 un coupleur OdB connecté à une antenne de type cornet 1 10 et devant un réflecteur 1 10 (ce dernier étant optionnel). FIG. 11 shows a coupler OdB connected to a horn type antenna 1 10 and in front of a reflector 1 10 (the latter being optional).

Claims

REVENDICATIONS
1. Coupleur pour système radio fréquences multibandes comprenant : - un guide d'onde central (10) ;A coupler for a multiband radio frequency system comprising: - a central waveguide (10);
- une pluralité de guides d'onde périphériques (20, 21 ) ;a plurality of peripheral waveguides (20, 21);
- des moyens de couplage (30,31 ) ; caractérisé en ce que les guides d'ondes périphériques sont parallélépipédiques et connectés selon un grand côté de la section du guide d'onde périphérique au guide d'onde central (10) par l'intermédiaire des moyens de couplage (30, 31 ) de manière à former une structure de coupleur symétrique, l'axe de symétrie de la structure étant l'axe central longitudinal (AA') du guide d'onde central (10) et en ce que les moyens de couplages sont répartis sur une zone dite de couplage dont la longueur est comprise entre dix et vingt fois la longueur d'onde guidée dans le guide d'onde central calculée au centre de la bande à coupler.coupling means (30, 31); characterized in that the peripheral waveguides are parallelepipedal and connected along a long side of the section of the peripheral waveguide to the central waveguide (10) via the coupling means (30, 31) of in order to form a symmetrical coupler structure, the axis of symmetry of the structure being the central longitudinal axis (AA ') of the central waveguide (10) and in that the coupling means are distributed over a so-called zone coupling whose length is between ten and twenty times the wavelength guided in the central waveguide calculated at the center of the band to be coupled.
2. Coupleur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'axe central longitudinal (BB', CC) de chaque guide d'onde périphérique est parallèle à l'axe central longitudinal (AA') du guide d'onde central (10).2. Coupler according to claim 1, characterized in that the longitudinal central axis (BB ', CC) of each peripheral waveguide is parallel to the central longitudinal axis (AA') of the central waveguide (10). ).
3. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de couplage (30, 31 ) sont constitués de séries (30, 31 ) de guides d'ondes (310, 31 1 ) de section rectangulaire, l'axe central longitudinal (FF') de chacun d'eux étant perpendiculaire à l'axe central longitudinal (AA') du guide d'onde central (10).3. Coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling means (30, 31) consist of series (30, 31) of waveguides (310, 31 1) of rectangular section, the longitudinal central axis (FF ') of each of them being perpendicular to the central longitudinal axis (AA') of the central waveguide (10).
4. Coupleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de couplage (30, 31 ) sont constitués de séries (30, 31 ) de guides d'ondes (310, 31 1 ) de section rectangulaire connectés au grand côté de la section des guides d'onde central et périphériques. 4. Coupler according to the preceding claim, characterized in that the coupling means (30, 31) consist of series (30, 31) of waveguides (310, 31 1) of rectangular section connected to the long side of the section of the central and peripheral waveguides.
5. Coupleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les guides d'ondes rectangulaires formant moyens de couplage sont espacés de λg(gUide centrai)/4, λg(gUide centrai) étant la longueur d'onde guidée dans le guide d'onde central calculée au centre de la bande à coupler.5. Coupler according to the preceding claim, characterized in that the rectangular waveguides forming coupling means are spaced from λ g ( centric gU ide) / 4, λg (g U ide centrai) being the guided wavelength in the central waveguide calculated at the center of the band to be coupled.
6. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur des fentes de couplage est égale à (2m+1 )λg(fθntθ)/4, où λg(ferite) est la longueur d'onde guidée dans les fentes de couplage calculée au centre de la bande à coupler et m est un entier positif ou nul.6. Coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the coupling slots is equal to (2m + 1) λ g (fθntθ) / 4, where λg (f eri te) is the wavelength guided in the coupling slots calculated at the center of the band to be coupled and m is a positive integer or zero.
7. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les guides d'ondes périphériques sont en nombre pair, de préférence deux ou quatre.7. Coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the peripheral waveguides are even in number, preferably two or four.
8. Coupleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide d'onde central est à section choisie parmi le groupe suivant : carrée, circulaire, octogonale, circulaire à méplats ou rectangulaire.8. Coupler according to one of the preceding claims, characterized in that the central waveguide is section selected from the following group: square, circular, octagonal, circular flat or rectangular.
9. Antenne multibandes, caractérisée en ce qu'elle est alimentée par un circuit radio fréquences comprenant au moins un coupleur selon l'une des revendications précédentes.9. Antenna multiband, characterized in that it is powered by a radio frequency circuit comprising at least one coupler according to one of the preceding claims.
10. Antenne selon la revendication précédente, caractérisée en ce que son élément rayonnant est de type cornet. 10. Antenna according to the preceding claim, characterized in that its radiating element is cornet type.
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