EP2092592B1 - Coupleur à bande de fonctionnement ultra large de jonction à mode orthogonal - Google Patents

Coupleur à bande de fonctionnement ultra large de jonction à mode orthogonal Download PDF

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EP2092592B1
EP2092592B1 EP07821498.8A EP07821498A EP2092592B1 EP 2092592 B1 EP2092592 B1 EP 2092592B1 EP 07821498 A EP07821498 A EP 07821498A EP 2092592 B1 EP2092592 B1 EP 2092592B1
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conductor
orthogonal
supply lines
coupler
centre conductor
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Lars Foged
Andrea Giacomini
Luc Duchesne
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Microwave Vision SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/16—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion
    • H01P1/161—Auxiliary devices for mode selection, e.g. mode suppression or mode promotion; for mode conversion sustaining two independent orthogonal modes, e.g. orthomode transducer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/04—Coaxial resonators

Definitions

  • the present invention relates to an orthogonal-mode orthogonal-mode super-wideband coupler for separating dual polarization bands propagating for example in a horn antenna.
  • EP 0222086 a polarization transducer for microwave, based on the use of at least three diodes with variable capacity. By controlling the voltage of a selected set of these diodes, the rotation of the electric wave can be controlled at a selected angle.
  • the document EP 0285879 discloses a broadband junction device for separating orthogonally and linearly polarized electromagnetic microwaves. This device comprises a branching device which subdivides a waveguide conveying the two orthogonal polarizations into two rectangular waveguide arms of the same impedance and each of which conveys more than one of these polarizations. Impedance matching is achieved by varying the size of the waveguide. It consists of an outer conductor having a cavity in which extends a central conductor.
  • JP 0725480 a coaxial converter which receives orthogonal polarizations of an incident wave, and probes by which these polarizations exit outside the coaxial converter.
  • the document US 6,211,750 discloses a signal receiving and transmitting device comprising an outer waveguide, a central waveguide, and probes for exciting electromagnetic modes in the cavity between the outer waveguide and the waveguide. central wave.
  • the document US2002 / 0163401 discloses an orthogonal orthogonal junction mode ultra-wideband coupler of a waveguide with a circular central conductor and ridges for forming a cross-shaped conductor, with probes in which the different polarizations of the incident waves leave the coupler.
  • orthogonal mode junction couplers called OMJ according to the acronym "Ortho-Mode Junctions" to separate double polarization bands.
  • these orthogonal mode junction couplers typically consist of a cross-shaped waveguide feed section comprising two central feed points, a feed point for each polarization, placed along the axis of the coupler, said points being offset along the axis of the coupler and terminated by shielding cavities at the rear.
  • This type of coaxial couplers has the disadvantage of being bulky and to provide poor insulation between the two input ports of the power points that are close to each other.
  • this type of coupler has an asymmetry that provides a degradation of the purity of the modal network due to the excitation of higher order modes.
  • One of the aims of the invention is therefore to remedy all these drawbacks by proposing a particularly compact OMJ ultra wideband coupler providing a weak coupling between the input ports as well as a single mode and an excitation. bi-polarized ultra-wide band especially stable.
  • an orthogonal mode orthogonal mode ultra-wideband coupler of a waveguide with a wavelength ⁇ which is remarkable in that it comprises an external conductor comprising a cavity in which extends a central conductor electrically isolated at radio frequency with the outer conductor, said central conductor being fed by lines feed through the outer conductor and opening into the cavity of the outer conductor.
  • Said center conductor has a cross-shaped cross section preferably having two axes of orthogonal symmetries.
  • the orthogonal mode junction coupler comprises four feed lines opening into the cavity of the outer conductor, each feed line being connected to a branch of the central conductor in the form of a cross.
  • each supply line is connected to a branch of the central conductor by an ohmic contact.
  • Two opposite branches of the central conductor are supplied with radiofrequency signals by respectively two opposite supply lines to trigger a determined polarization.
  • the supply lines are connected to an external supply circuit determining the phase distribution of each signal transmitted by the supply lines.
  • the supply lines are connected to the central conductor in the same plane orthogonal to the central conductor axis.
  • the OMJ ultra wideband coupler 1 is carried by a support frame 2 consisting of two rings, a lower ring 3 and an upper ring 4 connected by spacers 5 in the form of cylindrical columns, the upper ring 4 carrying a horn antenna 6.
  • the support frame 2 also carries an external supply circuit 7 of the coupler 1 which will be detailed a little further.
  • Said coupler 1 with reference to Figures 2 and 3 , comprises an outer conductor 8 having a cavity 9 in which extends a central conductor 10 electrically isolated at radio frequencies with the outer conductor 8. Note that the central conductor is not electrically insulated discontinuous current.
  • the outer conductor 8 consists of a cylindrical tube having a coaxial cylindrical cavity 9.
  • the central conductor 10 has a cross-shaped cross section having two orthogonal axes of symmetry.
  • the central conductor 10 has four branches 11, 12, 13 and 14 two by two opposite.
  • each branch 11, 12, 13 and 14 of said central conductor 10 is fed by supply lines 15, 16, 17 and 18 respectively passing through the outer conductor 8 through input ports 19, 20, 21 and 22. and opening into the cavity 9 of the outer conductor 8.
  • Each supply line 15, 16, 17 and 18 is connected to a branch 11, 12, 13 and 14 respectively of the central conductor 10 by an ohmic contact 23.
  • Said ohmic contact 23 will be obtained by any appropriate means well known to the Man of the Occupation.
  • the supply lines 15, 16, 17 and 18 are connected to each of the branches 11, 12, 13 and 14 respectively of the central conductor 10 in the same plane orthogonal to the longitudinal axis of said central conductor 10.
  • the supply lines 15, 16, 17 and 18 are connected to the external supply circuit 7 determining the phase distribution of each signal transmitted by said supply lines 15, 16, 17 and 18.
  • the power supply 7 feeds two opposite branches, for example the branches 11 and 13, of the central conductor 10 into radiofrequency signals by respectively the two opposite supply lines 15 and 17 respectively to trigger a determined polarization.
  • the power supply circuit 7 supplies the branches 11 and 13 with radiofrequency signals having the phase distributions (0.0 °) and respectively (0.180 °) to trigger a polarization of the branches 11 and 13 as schematically represented by arrows on the figure 3 .
  • the electrical symmetry of the OMJ ultra-wideband coaxial coupler according to the invention provides a stable ultra-wide band bi-polarized single-mode and excitation as well as a weak coupling between the input ports of the lines. power. This weak coupling between the input ports makes it possible to escape from an external compensation circuit.
  • the OMJ ultra-wideband coaxial coupler according to the invention is particularly compact in view of the fact that the supply lines 15, 16, 17 and 18 are connected to each of the branches 11, 12, 13 and respectively 14 of the central conductor 10 in the same plane orthogonal to the longitudinal axis of said central conductor 10
  • the coupler according to the invention may be obtained according to a precision milling method well known to those skilled in the art or a method of manufacturing a multi-layer printed circuit, said multi-layer printed circuit being integrated within a waveguide, without departing from the scope of the invention. It will be observed that, for a coupler obtained by a printed circuit manufacturing method, the supply lines may have an opposite direction.

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguides (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un coupleur à ultra large bande de jonction à mode orthogonal pour séparer des bandes à double polarisation se propageant par exemple dans une antenne-cornet.
  • On connaît du document EP 0222086 un transducteur de polarisation pour micro-ondes, reposant sur l'utilisation d'au moins trois diodes à capacité variable. En contrôlant la tension d'un ensemble sélectionné de ces diodes, la rotation de l'onde électrique peut être contrôlée selon un angle choisi. Le document EP 0285879 décrit un dispositif de jonction à large bande pour séparer des micro-ondes électromagnétiques polarisées orthogonalement et linéairement. Ce dispositif comporte un dispositif de ramification qui subdivise un guide d'ondes véhiculant les deux polarisations orthogonales en deux bras de guides d'ondes rectangulaires de même impédance et dont chacun ne véhicule plus qu'une de ces polarisations. L'adaptation d'impédance est réalisée en jouant sur le dimensionnement du guide d'ondes. Celui-ci est constitué d'un conducteur extérieur comportant une cavité dans laquelle s'étend un conducteur central.
  • On connaît également du document JP 0725480 un convertisseur coaxial qui reçoit des polarisations orthogonales d'une onde incidente, et des sondes par lesquelles ces polarisations sortent en dehors du convertisseur coaxial.
  • Le document US 6,211,750 décrit un dispositif de réception et de transmission de signaux comprenant un guide d'ondes extérieur, un guide d'ondes central, et des sondes permettant d'exciter des modes électromagnétiques dans la cavité située entre le guide d'ondes extérieur et le guide d'ondes central.
  • Enfin, le document JP 11168308 décrit une alimentation coaxiale à l'encombrement réduit.
  • Le document US2002/0163401 décrit un coupleur à ultra large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde avec un conducteur central circulaire et des crêtes pour former un conducteur en forme de croix, avec sondes dans lesquelles les différentes polarisations des ondes incidentes sortent du coupleur.
  • Dans le domaine des antennes radio-fréquences, il est bien connu d'utiliser des coupleurs de jonction à mode orthogonal dits OMJ suivant l'acronyme anglo-saxon « Ortho-Mode Junctions » pour séparer des bandes à double polarisation.
  • Pour de très larges bandes de fréquences de fonctionnement, ces coupleurs de jonction à mode orthogonal sont classiquement constitués d'une section d'alimentation du guide d'onde en forme de croix comprenant deux points d'alimentation centraux, un point d'alimentation pour chaque polarisation, placés le long de l'axe du coupleur, lesdits points étant décalés le long de l'axe du coupleur et terminés par des cavités de blindage à l'arrière.
  • Ce type de coupleurs coaxiaux présente l'inconvénient d'être encombrant et de procurer une mauvaise isolation entre les deux ports d'entrée des points d'alimentation qui sont proches les uns des autres.
  • De plus, ce type de coupleurs présente une asymétrie qui procure une dégradation de la pureté du réseau modal due à l'excitation de modes d'ordre supérieur.
  • L'un des buts de l'invention est donc de remédier à tous ces inconvénients en proposant un coupleur à ultra large bande d'OMJ particulièrement compact procurant un faible couplage entre les ports d'entrée ainsi qu'un mono-mode et une excitation bi-polarisée à ultra large bande particulièrement stables.
  • Conformément à l'invention, il est proposé un coupleur à ultra large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde à la longueur d'onde λ remarquable en ce qu'il comprend un conducteur dit extérieur comportant une cavité dans laquelle s'étend un conducteur central isolé électriquement aux radio-fréquences avec le conducteur extérieur, ledit conducteur central étant alimenté par des lignes d'alimentation traversant le conducteur extérieur et débouchant dans la cavité du conducteur extérieur.
  • Ledit conducteur central présente une section transversale en forme de croix présentant, de préférence, deux axes de symétries orthogonaux.
  • Par ailleurs, le coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'invention comprend quatre lignes d'alimentation débouchant dans la cavité du conducteur extérieur, chaque ligne d'alimentation étant connecté à une branche du conducteur central en forme de croix.
  • De préférence, chaque ligne d'alimentation est connectée à une branche du conducteur central par un contact ohmique.
  • Deux branches opposées du conducteur central sont alimentés en signaux de radiofréquence par respectivement deux lignes d'alimentation opposées pour déclencher une polarisation déterminée.
  • A cet effet, les lignes d'alimentation sont connectées à un circuit extérieur d'alimentation déterminant la distribution de phase de chaque signal transmis par les lignes d'alimentation.
  • Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les lignes d'alimentation sont connectées au conducteur central dans un même plan orthogonal à l'axe du conducteur central.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, d'une unique variante d'exécution donnée à titre d'exemple non limitatif, du coupleur, en particulier un coupleur coaxial, à ultra large bande de jonction à mode orthogonal conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective du coupleur coaxial à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention couplé à une antenne cornet,
    • la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique du coupleur coaxial à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention,
    • la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique du coupleur coaxial à ultra large bande d'OMJ conforme à l'invention.
  • On décrira ci-après un coupleur à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention afin de séparer des bandes à doubles polarisations orthogonales d'un cornet rayonnant circulaire coaxial ou chargé d'un cône diélectrique ; Toutefois, il est bien évident que le coupleur suivant l'invention pourra être utilisé seul et/ou dans toute autre application bien connue de l'Homme de l'Art.
  • En référence à la figure 1, le coupleur 1 à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention est porté par un bâti support 2 constitué de deux couronnes, une couronne inférieure 3 et une couronne supérieure 4 reliées par des entretoises 5 en forme de colonnes cylindriques, la couronne supérieure 4 portant une antenne cornet 6. Le bâti support 2 porte par ailleurs un circuit extérieur d'alimentation 7 du coupleur 1 qui sera détaillé un peu plus loin.
  • Ledit coupleur 1, en référence aux figures 2 et 3, comprend un conducteur dit extérieur 8 comportant une cavité 9 dans laquelle s'étend un conducteur central 10 isolé électriquement aux radio-fréquences avec le conducteur extérieur 8. On notera que le conducteur central n'est pas isolé électriquement au courant discontinu.
  • Le conducteur extérieur 8 consiste en un tube cylindrique présentant une cavité cylindrique coaxiale 9.
  • Par ailleurs, le conducteur central 10 présente une section transversale en forme de croix comportant deux axes de symétrie orthogonaux. Ainsi, le conducteur central 10 comporte quatre branches 11, 12, 13 et 14 deux à deux opposées.
  • De plus, chaque branche 11, 12, 13 et 14 dudit conducteur central 10 est alimentée par des lignes d'alimentation 15, 16, 17 et respectivement 18 traversant le conducteur extérieur 8 par des ports d'entrée 19, 20, 21 et 22 et débouchant dans la cavité 9 du conducteur extérieur 8.
  • Chaque ligne d'alimentation 15, 16, 17 et 18 est connectée à une branche 11, 12, 13 et respectivement 14 du conducteur central 10 par un contact ohmique 23. Ledit contact ohmique 23 sera obtenu par tout moyen approprié bien connu de l'Homme du Métier.
  • De manière particulièrement avantageuse, les lignes d'alimentation 15, 16, 17 et 18 sont connectées à chacune des branches 11, 12, 13 et respectivement 14 du conducteur central 10 dans un même plan orthogonal à l'axe longitudinal dudit conducteur central 10.
  • Par ailleurs, les lignes d'alimentation 15, 16, 17 et 18 sont connectées au circuit extérieur d'alimentation 7 déterminant la distribution de phase de chaque signal transmis par lesdites lignes d'alimentation 15, 16, 17 et 18. Ledit circuit d'alimentation 7 alimente deux branches opposées, par exemple les branches 11 et 13, du conducteur central 10 en signaux de radiofréquence par respectivement les deux lignes d'alimentation opposées 15 et respectivement 17 pour déclencher une polarisation déterminée. Par exemple, le circuit d'alimentation 7 alimente les branches 11 et 13 en signaux de radiofréquence présentant les distributions de phase (0,0°) et respectivement (0,180°) pour déclencher une polarisation des branches 11 et 13 telle que schématiquement représentée par des flèches sur la figure 3.
  • On notera que la symétrie électrique du coupleur coaxial à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention procure un mono-mode et une excitation bi-polarisée à ultra large bande stables ainsi qu'un faible couplage entre les ports d'entrée des lignes d'alimentation. Ce faible couplage entre les ports d'entrée permet de s'exonérer d'un circuit de compensation extérieur.
  • Par ailleurs, le coupleur coaxial à ultra large bande d'OMJ suivant l'invention est particulièrement compact compte tenu du fait que les lignes d'alimentation 15, 16, 17 et 18 sont connectées à chacune des branches 11, 12, 13 et respectivement 14 du conducteur central 10 dans un même plan orthogonal à l'axe longitudinal dudit conducteur central 10
  • Il est bien évident que le coupleur suivant l'invention pourra être obtenu suivant un procédé de fraisage de précision bien connu de l'Homme du Métier ou un procédé de fabrication d'un circuit imprimé multi-couches, ledit circuit imprimé multi-couches étant intégré à l'intérieur d'un guide d'onde, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. On observera que, pour un coupleur obtenu suivant un procédé de fabrication de circuit imprimé, les lignes d'alimentation pourront présenter une direction opposée.

Claims (7)

  1. Coupleur à ultra large bande de jonction à mode orthogonal d'un guide d'onde à la longueur d'onde λ, caractérisé en ce qu'il comprend
    - un conducteur dit extérieur (8) comportant une cavité (9) dans laquelle s'étend un conducteur central (10) isolé électriquement aux radio-fréquences avec le conducteur extérieur (8), ledit conducteur central (10) étant alimenté par des lignes d'alimentation (15,16,17,18) en signaux radio-fréquences traversant le conducteur extérieur (8) et débouchant dans la cavité (9) dudit conducteur extérieur (8), ledit conducteur central (10) présentant une section transversale en forme de croix, et
    - quatre lignes d'alimentation (15,16,17,18) débouchant dans la cavité (9) du conducteur extérieur (8), chaque ligne d'alimentation (15,16,17,18) étant connectée à une branche (11 ,12,13,14) du conducteur central (10) en forme de croix.
  2. Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur central (10) présente deux axes de symétries orthogonaux.
  3. Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que chaque ligne d'alimentation (15, 16, 17, 18) est connectée à une branche (11, 12, 13,14) du conducteur central (10) par un contact ohmique (23).
  4. Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que deux branches (11, 12, 13, 14) opposées du conducteur central (10) sont alimentées en signaux de radiofréquence par respectivement deux lignes d'alimentation (15, 16, 17, 18) opposées pour déclencher une polarisation déterminée.
  5. Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les lignes d'alimentation (15, 16, 17, 18) sont connectées au conducteur central (10) dans un même plan.
  6. Coupleur de jonction à mode orthogonal suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le plan dans lequel s'étendent les connexions des lignes d'alimentation (15, 16, 17, 18) au conducteur central (10) est orthogonal à l'axe du conducteur central (10).
  7. Ensemble comprenant
    un coupleur de jonction à mode orthogonal suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, et
    un circuit extérieur d'alimentation (7),
    dans lequel les lignes d'alimentation (15, 16, 17, 18) sont connectées au circuit extérieur d'alimentation déterminant la distribution de phase de chaque signal transmis par les lignes d'alimentation (15, 16, 17, 18).
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FR2907601B1 (fr) 2009-11-20
FR2907601A1 (fr) 2008-04-25
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