FR2580429A1 - Microwave phase shifting device with shared magnetic circuit. - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif déphaseur hyperfréquence a circuit magnétique partagé.Microwave phase shifter with shared magnetic circuit.
L'invention concerne les déphaseurs hyperfrequences, qui s'appliquent aux radars, en particulier aux antennes en réseau, dites également à balayage électronique.The invention relates to microwave phase shifters, which apply to radars, in particular to array antennas, also called electronic scanning.
Parmi différents déphaseurs connus en ferrite, les déphaseurs du type REGGIA-SPENCER présentent l'avantage de pouvoir être rendus réciproques pour une onde à polarisation rectiligne, c'est-à-dire que le déphasage est indépendant de la direction de propagation de cette onde dans le déphaseur. Plusieurs exemples de déphaseurs REGGIA-SPENCER ont été décrits, notamment dans "Radar Handbook", Skolnik, Mc Graw Hill, 1970, chapitre 12, pages 23 et suivantes. Un autre exemple se trouve dans le brevet Etats-Unis 4 458 218.Among different phase-shifters known in ferrite, phase-shifters of the REGGIA-SPENCER type have the advantage of being able to be made reciprocal for a wave with rectilinear polarization, that is to say that the phase shift is independent of the direction of propagation of this wave. in the phase shifter. Several examples of REGGIA-SPENCER phase shifters have been described, in particular in "Radar Handbook", Skolnik, Mc Graw Hill, 1970, chapter 12, pages 23 et seq. Another example is found in United States patent 4,458,218.
Un déphaseur de ce type est essentiellement constitué d'un barreau de ferrite, logé axialement dans une section de guide d'onde, ou couplé d'une autre manière à un champ électromagnétique hyperfréquence. Une bobine est enroulée~autour du barreau lui-m8me, ou du guide d'onde qui le loge. Un courant continu est appliqué à cette bobine, qui produit un champ magnétique longitudinal dans le barreau: I1 en résulte une variation de la perméabilité magnétique du barreau, d'où une modification de la constante de propagation de lionde électromagnétique. Ceci constitue un déphaseur variable, commandé par l'intensité du courant continu appliqué à la bobine.A phase shifter of this type essentially consists of a ferrite rod, housed axially in a waveguide section, or otherwise coupled to a microwave electromagnetic field. A coil is wound ~ around the bar itself, or the waveguide which houses it. A direct current is applied to this coil, which produces a longitudinal magnetic field in the bar: I1 results in a variation of the magnetic permeability of the bar, from where a modification of the constant of propagation of electromagnetic lion. This constitutes a variable phase shifter, controlled by the intensity of the direct current applied to the coil.
L'expression "courant continu" est utilisée ci-dessus pour le courant de commande de la bobine. En fait, ce courant a vocation à varier avec le déphasage commandé, et ce, rapidement, car tous les phénomènes impliqués en technique radar sont rapides. Le courant de commande n'est donc pas réellement continu, et ne sera plus qualifié ainsi dans la suite.The expression "direct current" is used above for the control current of the coil. In fact, this current is intended to vary with the controlled phase shift, and this, quickly, because all the phenomena involved in radar technique are rapid. The control current is therefore not really continuous, and will no longer be described in this way below.
I1 convient de rappeler aussi qu'on ne dispose pas, à l'heure actuelle, d'une théorie rendant compte exactement du fonctionnement des déphaseurs REGGIA-SPENCER, plusieurs hypothèses concurrentes demeurant explorées. It should also be remembered that we do not currently have a theory that accurately accounts for the operation of REGGIA-SPENCER phase shifters, several competing hypotheses remaining explored.
Par ailleurs, les déphaseurs REGGIA-SPENCER connus peuvent être distingués comme suit - déphaseurs du premier type, en guide d'onde non rémanent, dans lesquels un cylindre de ferrite est placé dans un guide d'onde, tandis que la bobine de commande est extérieure à celui-ci; - déphaseurs du premier type, en guide diélectrique non rémanent, dans lesquels un barreau cylindrique de ferrite est prolongé par deux guides diélectriques ter minés par une transition, qui, en s'amincissant, adapte le guide diélectrique au ' guide d'onde classique d'alimentation (ou de charge); - déphaseurs du second type, dans lequel des pièces polaires définissent avec le barreau de ferrite un circuit magnétique fermé qui peut être rémanant, et sur lequel vient s'enrouler la bobine de commande; l'adaptation avec le guide d'onde d'alimentation ou de charge est alors réalisée le plus souvent par des pavés diélectriques formant transformateur quart d'onde.Furthermore, the known REGGIA-SPENCER phase shifters can be distinguished as follows - phase shifters of the first type, in non-remanent waveguide, in which a ferrite cylinder is placed in a waveguide, while the control coil is external to it; - phase shifters of the first type, in non-remanent dielectric guide, in which a cylindrical ferrite bar is extended by two dielectric guides terminated by a transition, which, by thinning, adapts the dielectric guide to the conventional waveguide of 'power (or charging); - phase shifters of the second type, in which pole pieces define with the ferrite bar a closed magnetic circuit which can be remanent, and on which the control coil is wound; the adaptation with the feed or load waveguide is then most often carried out by dielectric blocks forming a quarter wave transformer.
Les performances des déphaseurs se mesurent principalement par leur temps de commande (de réponse). Toutefois, lorsqu'ils doivent être montés derrière une antenne en réseau, le volume qu'ils occupent est aussi un paramètre important.The performance of phase shifters is mainly measured by their control (response) time. However, when they must be mounted behind a network antenna, the volume they occupy is also an important parameter.
Ce volume dépend de la taille du barreau, mais aussi et surtout de l'agencement de la bobine qui l'entoure, et des pièces polaires éventuellement associées à celle-ci. De plus, il va exister un flux magnétique de fuite, que l'on peut chercher à confiner par un blindage. Tout cela définit un espacement minimal à respecter entre deux déphaseurs adjacents.This volume depends on the size of the bar, but also and above all on the arrangement of the coil which surrounds it, and of the pole pieces possibly associated with it. In addition, there will be a magnetic leakage flux, which we can try to confine by shielding. All this defines a minimum spacing to be respected between two adjacent phase shifters.
En pratique, les pièces polaires précitées peuvent être agencées pour former un circuit magnétique soit ouvert, soit fermé. S'il est ouvert, le circuit magnétique est moins encombrant, mais il engendre un flux de fuite important, dont il faudra tenir compte en ajoutant un blindage et/ou en augmentant l'espacement minimal entre déphaseurs adjacents; s'il est fermé, donc moins sujet à fuites magnétiques, le circuit magnétique devient par contre encombrant par lui-même. In practice, the aforementioned pole pieces can be arranged to form a magnetic circuit either open or closed. If it is open, the magnetic circuit is less bulky, but it generates a large leakage flow, which must be taken into account by adding shielding and / or increasing the minimum spacing between adjacent phase shifters; if it is closed, therefore less subject to magnetic leaks, the magnetic circuit on the other hand becomes bulky by itself.
Le problème est donc de réaliser des déphaseurs ayant un'faible temps de commande, en même temps qu'un faible encombrement, en particulier pour incorporation dans une antenne-réseau à deux dimensions.The problem is therefore to produce phase shifters having a low control time, at the same time as a small footprint, in particular for incorporation in a two-dimensional array antenna.
L'invention vient apporter une solution intéressante à ce problème, en permettant de réduire l'encombrement du circuit de commende, lorsque plusieurs déphaseurs sont utilises conjointement, ce qui est toujours le cas en antennes-reseaux.The invention provides an interesting solution to this problem, by making it possible to reduce the size of the control circuit, when several phase shifters are used jointly, which is always the case in network antennas.
Un autre but de l'invention est de fournir des déphaseurs propres à être logés derrière une antenne-réseau bidimensionnelle,
Encore un autre but de l'invention est de fournir des déphaseurs compatibles avec l'utilisation en guide multimode du type dit plan E, ou encore plan H.Another object of the invention is to provide phase shifters suitable for being housed behind a two-dimensional array antenna,
Yet another object of the invention is to provide phase shifters compatible with the use in a multimode guide of the type known as plane E, or even plane H.
Le déphaseur hyperfréquence proposé est du type comprenant un barreau de ferrite ou analogue, couplé en propagation longitudinale à une onde electrargnétique hyperfréquence, et des moyens propres à engendrer un champ magnétique contrôlé le long du barreau de ferrite, à l'aide d'un circuit magnétique fermé sur le barreau et associé à une bobine de commande.The proposed microwave phase shifter is of the type comprising a ferrite rod or the like, coupled in longitudinal propagation to a microwave electrargnetic wave, and means capable of generating a controlled magnetic field along the ferrite rod, using a circuit magnetic closed on the bar and associated with a control coil.
Selon une caractéristique de l'invention, on associe à chaque fois pour la commande au moins deux barreaux de ferrite; le circuit magnétique est un circuit en I dont l'âme est parallèle au barreau, et dont les branches forment deux circuits magnétiques fermés avec les extrémités des deux barreaux; enfin, sont prévues au moins deux bobines de commande montées sur les deux barreaux, ou sur l'un des barreaux et sur l'âme du circuit magnétique. According to a characteristic of the invention, at least two ferrite bars are associated for the control each time; the magnetic circuit is an I-circuit whose core is parallel to the bar, and whose branches form two magnetic circuits closed with the ends of the two bars; finally, at least two control coils are provided mounted on the two bars, or on one of the bars and on the core of the magnetic circuit.
Cette disposition réduit considérablement l'encombrement associé au couple de déphaseurs. En effet, on peut loger le circuit magnétique commun entre les deux déphaseurs, et utiliser la zone élémentaire d'espace associée au second déphaseur pour placer les circuits électriques de commande de la bobine que l'on appellera ci-après "meneurs" (drivers).This arrangement considerably reduces the space associated with the pair of phase shifters. Indeed, one can accommodate the common magnetic circuit between the two phase shifters, and use the elementary space zone associated with the second phase shifter to place the electrical circuits for controlling the coil which will be called "drivers" below (drivers) ).
L'effet des deux bobines de commande sur le circuit magnétique n'est pas indépendant. Mais il s'est avéré possible, avec deux bobines de commande placées sur les deux barreaux respectivement, d'ajuster le courant appliqué à celles-ci pour obtenir les déphasages respectifs désirés dans les deux barreaux. Il est également possible de le faire en disposant une bobine sur l'un des barreaux, et l'autre bobine sur l'âme du circuit magnétique. La bobine centrale située sur l'âme réalise une sorte de "mode commun de déphasage", qui va s'appliquer aux deux barreaux, tandis que la bobine située sur l'un de ceux-ci ajuste la valeur de son déphasage pour le rendre légèrement différent de celui du barreau voisin, comme c'est souvent requis dans les antennes à balayage électronique.The effect of the two control coils on the magnetic circuit is not independent. However, it has proved possible, with two control coils placed on the two bars respectively, to adjust the current applied to them to obtain the respective phase shifts desired in the two bars. It is also possible to do this by placing a coil on one of the bars, and the other coil on the core of the magnetic circuit. The central coil located on the core performs a kind of "common phase shift mode", which will apply to the two bars, while the coil located on one of them adjusts the value of its phase shift to make it slightly different from that of the neighboring bar, as is often required in electronic scanning antennas.
De préférence, le dispositif comporte trois bobines de commande, montées respectivement sur les deux barreaux et sur l'âme du circuit magnétique. On réalise ainsi un ajustement individuel du déphasage des deux barreaux. Preferably, the device comprises three control coils, mounted respectively on the two bars and on the core of the magnetic circuit. An individual adjustment of the phase shift of the two bars is thus carried out.
I1 est très avantageux de prévoir en outre sur les deux barreaux de ferrite deux bobines détectrices. I1 is very advantageous to further provide on the two ferrite bars two detector coils.
Celles-ci permettent de mesurer la variation de flux dans chacun des déphaseurs, information qui peut servir dans une boucle de rétro-action opérant sur les circuits meneurs qui fournissent le courant appliqué aux bobines.These make it possible to measure the variation in flux in each of the phase shifters, information which can be used in a feedback loop operating on the driving circuits which supply the current applied to the coils.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque barreau de ferrite comporte, en prolongement axial de l'une au moins de ses extrémités, une transition de couplage de forme biseautée, pointe vers l'extérieur, constituée d'un matériau de constante diélectrique voisine de celle du barreau de ferrite. Cette disposition est compatible avec l'illumination du déphaseur en hyperfréquence soit à partir d'une source d'hyperfréquence munie par exemple d'un réflecteur en oornet, soit par le fait que différents déphaseurs sont couplés à un guide d'onde, ou logés au moins partiellement à l'intérieur de celui-ci.According to another characteristic of the invention, each ferrite bar comprises, in axial extension of at least one of its ends, a coupling transition of beveled shape, point towards the outside, made of a material of dielectric constant close to that of the ferrite bar. This arrangement is compatible with the illumination of the microwave phase shifter either from a microwave source provided for example with a horn reflector, or by the fact that different phase shifters are coupled to a waveguide, or housed at least partially inside of it.
En variante, ou en complément, chaque barreau de ferrite peut comporter, en prolongement axial de l'une au moins de ses extrémités, une transition de couplage constituée d'un bloc diélectrique formant transformateur quart d'onde d'adaptation avec un guide d'onde rectangulaire ou analogue. Cette disposition permet le logement des barreaux de ferrite individuels à l'intérieur de guides d'ondes respectifs, agencement utilisé dans certains cas.As a variant, or in addition, each ferrite bar may comprise, in axial extension of at least one of its ends, a coupling transition consisting of a dielectric block forming a quarter-wave transformer of adaptation with a guide d 'rectangular wave or the like. This arrangement allows the accommodation of the individual ferrite bars inside the respective waveguides, an arrangement used in certain cases.
I1 va exister bien entendu, pour l'interaction des hyperfréquences avec le déphaseur, un côté amont et un coté aval. I1 est tout à fait envisageable que la transition de couplage du côté amont soit différente de celle du côté aval. On rappelle cependant que la propriété de réciprocité des déphaseurs dont il s'agit est qu'ils produisent le même déphasage lorsqu'on intervertit les rôles des ondes hyperfréquences amont et aval. La chose est importante dans les antennes radars à balayage électroniques, et autres antennes-réseaux, où il est courant d'utiliser en alternat un mode émetteur et récepteur en conservant la même loi de déphasage. I1 will of course exist, for the interaction of microwave frequencies with the phase shifter, an upstream side and a downstream side. It is entirely conceivable that the coupling transition on the upstream side is different from that on the downstream side. It is recalled, however, that the property of reciprocity of the phase shifters in question is that they produce the same phase shift when the roles of upstream and downstream microwave waves are reversed. This is important in electronic scanning radar antennas, and other array antennas, where it is common to alternately use a transmitter and receiver mode while maintaining the same phase shift law.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans laquelle les transitionsvde couplage forment des guides diélectriques, le barreau et la ou les transitions sont munis1 sur deux faces latérales opposées, de sections diélectriques minces dont la constante diélectrique est inférieure à celle des transitions et du barreau.According to another characteristic of the invention, in which the coupling transitions form dielectric guides, the bar and the transition (s) are provided on two opposite lateral faces with thin dielectric sections whose dielectric constant is less than that of the transitions and of the bar.
Dans la pratique, ces sections diélectriques minces sont munies, au moins au niveau du barreau, de métallisations externes couvrant toute leur largeur.In practice, these thin dielectric sections are provided, at least at the level of the bar, with external metallizations covering their entire width.
Le guide d'onde d'alimentation, ou de charge (les deux notions sont réciproques) peut être monomode. Mais il a été observé, et selon une autre caractéristique de l'invention, que les déphaseurs maintenant proposés peuvent être montés en coopération avec un guide d'onde multimode, qui opère en mode dit plan E ou plan H, c'est-à-dire que le vecteur champ électrique est soit parallèle, soit perpendiculaire à la grande dimension de la section droite du guide.The feed or charge wave guide (the two concepts are reciprocal) can be single-mode. But it has been observed, and according to another characteristic of the invention, that the phase shifters now proposed can be mounted in cooperation with a multimode waveguide, which operates in so-called E plane or H plane mode, that is to say -to say that the electric field vector is either parallel or perpendicular to the large dimension of the cross section of the guide.
Enfin, selon une autre de ses caractéristiques, le dispositif déphaseur selon l'invention peut être commodément agencé en circuit stratifié multicouche.Finally, according to another of its characteristics, the phase shifting device according to the invention can be conveniently arranged in a multilayer laminate circuit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée ciaprès, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'une paire de déphaseurs selon l'invention; - la figure 2 est une coupe schématique suivant la ligne de coupe II-II de la figure 1, avec addition de certains éléments qui n'étaient pas illustrés sur la figure 1 dans un but de simplification; - la figure 3 est une vue de même nature que la figure 1, montrant une variante préférentielle de 1'inven- tion; - la figure 4 montre un agencement périodique unidimendionnel de paires de déphaseurs selon l'invention; - la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne de coupe V-V de la figure 4, avec une échelle agrandie sensiblement deux fois;; - la figure 6 est une vue suivant la ligne de coupe
VI-VI de la figure 4, également à échelle agrandie environ deux fois; - la figure 7 est une vue partielle de l'un des éléments des figures 4 à 6, cet élément étant un circuit imprimé double face muni de métallisations particulières sur l'une de ses faces; - la figure 8 illustre une variante préférentielle de réalisation des dispositifs selon les figures 1 à 7; et - la figure 9 illustre un autre mode de réalisation de lWinventiXon. Other characteristics and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the appended drawings, in which - Figure 1 is a block diagram of a pair of phase shifters according to the invention; - Figure 2 is a schematic section along the section line II-II of Figure 1, with the addition of certain elements which were not illustrated in Figure 1 for the purpose of simplification; - Figure 3 is a view of the same nature as Figure 1, showing a preferred variant of the invention; - Figure 4 shows a one-dimensional periodic arrangement of pairs of phase shifters according to the invention; - Figure 5 is a sectional view along the section line VV of Figure 4, with a scale enlarged substantially twice; - Figure 6 is a view along the section line
VI-VI of Figure 4, also on an enlarged scale approximately twice; - Figure 7 is a partial view of one of the elements of Figures 4 to 6, this element being a double-sided printed circuit provided with particular metallizations on one of its faces; - Figure 8 illustrates a preferred embodiment of the devices according to Figures 1 to 7; and - Figure 9 illustrates another embodiment of lWinventiXon.
I1 est reconnu qu'en hyperfréquence, la disposition géométrique des organes a-une importance. En conséquence, les dessins sont incorporés à la description, pour servir à compléter celle-ci, ainsi qu'à définir l'invention si nécessaire. It is recognized that in microwave, the geometric arrangement of the organs is of importance. Consequently, the drawings are incorporated into the description, to serve to supplement it, as well as to define the invention if necessary.
Sur la figure 1, deux déphaseurs sont constitués à partir de deux barreaux de ferrite B10 et B20, qui sont cylindriques, à base circulaire, ou de préférence rectangulaire ou carrée. Pour permettre une meilleure lecture des dessins, les barreaux de ferrite sont systématiquement munis de hachures serrées sud-ouest nordest, même s'ils ne sont pas illustrés en coupe.In FIG. 1, two phase shifters are formed from two ferrite bars B10 and B20, which are cylindrical, with circular base, or preferably rectangular or square. To allow a better reading of the drawings, the ferrite bars are systematically provided with tight hatching southwest southwest, even if they are not illustrated in section.
On admet également qu'une onde électromagnétique hyperfréquence est couplée en propagation longitudinale aux barreaux de la gauche vers la droite, ce qui définit une onde amont OM, et une onde aval OV.It is also admitted that a microwave electromagnetic wave is coupled in longitudinal propagation to the bars from left to right, which defines an upstream wave OM, and a downstream wave OV.
Le couplage de l'onde au barreau B10 est assuré par une transition en biseau GM10, dont la pointe est tournée vers l'onde amont OM. Symétriquement, le couplage aval est réalisé par une transition GV10 dont la pointe est dirigée vers l'onde aval OV.The coupling of the wave to the bar B10 is ensured by a bevel transition GM10, the point of which is turned towards the upstream wave OM. Symmetrically, the downstream coupling is achieved by a transition GV10, the tip of which is directed towards the downstream wave OV.
I1 en est de même pour le barreau B20, avec les transitions GM20 et GV20. Un bref examen comparatif des figures 1 et 3 montre que les dispositions des biseaux peuvent faire l'objet de différentes variantes. It is the same for the B20 bar, with the GM20 and GV20 transitions. A brief comparative examination of Figures 1 and 3 shows that the arrangements of the bevels can be subject to different variants.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le circuit magnétique de commande I10 est partagé par les deux barreaux de ferrite B10 et B20.According to an essential characteristic of the invention, the magnetic control circuit I10 is shared by the two ferrite bars B10 and B20.
Ils comportent ainsi une structure en forme générale de I (couché sur la figure 1). L'amie 101 du I, qui est un barreau cylindrique, est parallèle aux barreaux B10 et B20. Elle coopère avec des branches ou traverses 102 et 103 qui rejoignent respectivement les barreaux
B10 et B20, latéralement près de leurs extrémités.They thus have a structure in the general shape of an I (lying in FIG. 1). The friend 101 of I, which is a cylindrical bar, is parallel to the bars B10 and B20. It cooperates with branches or crosspieces 102 and 103 which join the bars respectively
B10 and B20, laterally near their ends.
L'intérêt de cette disposition est de partager entre deux déphaseurs adjacents un circuit magnétique de commande qui est fermé et commun aux deux déphaseurs, tout en permettant une commande sélective de ceux-ci.The advantage of this arrangement is to share between two adjacent phase shifters a magnetic control circuit which is closed and common to the two phase shifters, while allowing selective control of these.
Le circuit magnétique peut être réalisé lui aussi en ferrite.The magnetic circuit can also be made of ferrite.
Sur la figure 1, les barreaux B10 et B20 sont respectivement munis de bobines de commande CM10 et CM20.In FIG. 1, the bars B10 and B20 are respectively provided with control coils CM10 and CM20.
Ces bobines n'apparaissent pas sur la figure 2, qui par contre montre plus en détail la structure en épaisseur du dispositif de la figure 1. These coils do not appear in FIG. 2, which on the other hand shows in more detail the thickness structure of the device in FIG. 1.
De part et d'autre du barreau de ferrite B10 sont prévues des sections diélectriques de faible épaisseur 132 et 130, munies extérieurement à leur tour de métallisations 131 et 133. Les sections métallisées vont en principe s'étendre au-dessus des transitions telles que GM10 et GV10. En revanche, les métallisations 131 et 133 couvrent toute la largeur de la section diélectrique associée 130, 132 respectivement, mais, en longueur, elles ne s'étendent pratiquement que sur la longueur du barreau de ferrite associé B10.On either side of the ferrite bar B10 are provided dielectric sections of thin 132 and 130, provided in turn externally with metallizations 131 and 133. The metallized sections will in principle extend above the transitions such that GM10 and GV10. On the other hand, the metallizations 131 and 133 cover the entire width of the associated dielectric section 130, 132 respectively, but, in length, they extend practically only over the length of the associated ferrite bar B10.
La même disposition existe pour le barreau B20, les références numériques étant simplement augmentées de 100. The same arrangement exists for the B20 bar, the numerical references being simply increased by 100.
Avec une telle structure chaque barreau de ferrite est
muni à ses deux bouts d'un guide diélectrique, dont
la transition d'extrémité va permettre l'adaptation
soit à un guide normal d'alimantation, saif, un
alimentation d'un autre type, notamment par source hyperfréquence munie d'un réflecteur.With such a structure each ferrite bar is
provided at its two ends with a dielectric guide, of which
the end transition will allow adaptation
either to a normal feed guide, saif, a
power supply of another type, in particular by microwave source provided with a reflector.
Les transitions telles que GM10 et GV10 sont en principe réalisées en un matériau diélectrique dont la constante c peut aller de 12 à 16 environ, de façon à être voisine de celle de la ferrite utilisée. On remarquera que ces transitions sont agencées avec une partie cylindrique, formant guide diélectrique, suivie de la partie amincie qui forme la transition proprement dite.The transitions such as GM10 and GV10 are in principle made of a dielectric material whose constant c can range from 12 to 16 approximately, so as to be close to that of the ferrite used. Note that these transitions are arranged with a cylindrical part, forming a dielectric guide, followed by the thinned part which forms the actual transition.
Pour leur part, les sections diélectriques telles que 130, 132, 230, 232 sur la figure 2 possèdent une constante diélectrique faible, en principe au plus égale à 3. Elles ont pour rôle de sllpporter le barreau de ferrite et les guides diélectriques d'extrémités asoncies à celui-ci.For their part, the dielectric sections such as 130, 132, 230, 232 in FIG. 2 have a low dielectric constant, in principle at most equal to 3. They have the role of supporting the ferrite rod and the dielectric guides of ends associated with it.
Les métallisations 131, 133, 231, 233 assurent le bon fonctionnement du guide diélectrique au niveau du barreau de ferrite.The metallizations 131, 133, 231, 233 ensure the proper functioning of the dielectric guide at the level of the ferrite bar.
D'autres détails d'agencements des déphaseurs et de leurs circuits de commande pourront être trouvés dans les documents antérieurs cités plus haut.Other details of arrangements of the phase shifters and their control circuits can be found in the previous documents cited above.
On revient maintenant à la figure 1. Les bobines de commande CM10 et CM20 vont agir d'une manière qui n'est pas indépendante, compte tenu du couplage introduit par le circuit magnétique I10 entre les deux bar reaux. Cependant, il s'est avéré possible d'alimenter ces bobines de façon à obtenir des déphasages différents, sélectivement, dans les barreaux B10 et B20.We now return to FIG. 1. The control coils CM10 and CM20 will act in a manner which is not independent, taking into account the coupling introduced by the magnetic circuit I10 between the two bars. However, it has been possible to supply these coils so as to obtain different phase shifts, selectively, in the bars B10 and B20.
Ceci est schématisé sur la figure 1 par le fait que les flèches représentànt l'onde aval OV2 associée au barreau B10 sont légèrement en retrait par les flèches représentant l'onde OV2 associée au barreau B20.This is shown diagrammatically in FIG. 1 by the fact that the arrows representing the downstream wave OV2 associated with the bar B10 are slightly set back by the arrows representing the wave OV2 associated with the bar B20.
Dans la variante de l'invention illustrée sur la figure 3, il est prévu une troisième bobine de commande CM12, sur l'âme 101 du circuit magnétique I10. Cette bobine centrale CM12 peut être excitée par un courant propre à donner la valeur de déphasage moyenne que l'on souhaite voir réaliser par les barreaux BlO et
B20. Les déphasages individuels de ceux-ci sont alors ajustés par les bobines respectives CM10 et CM20.Des bobines détectrices CD10 et CD20, munies d'un nombre de spires plus faible, et bobinées respectivement sur les barreaux B10 et B20 permettent de connaitre à tout moment les variations de flux appliquées à ceux-ci, et facilitent par là le rôle des circuits meneurs ou drivers qui, avec une rétro-action convenable, pourront faire une commande plus précise des déphasages dans les barreaux B10 et B20, en augmentant ainsi le temps de réponse. La disposition est également avantageuse, si l'on se rappelle qu'il est usuel de commander les déphasages par valeurs discrètes.In the variant of the invention illustrated in FIG. 3, a third control coil CM12 is provided on the core 101 of the magnetic circuit I10. This central coil CM12 can be excited by a current capable of giving the average phase shift value which it is desired to see produced by the bars BlO and
B20. The individual phase shifts of these are then adjusted by the respective coils CM10 and CM20. Detector coils CD10 and CD20, provided with a lower number of turns, and wound respectively on the bars B10 and B20 allow to know at any time the flux variations applied to them, and thereby facilitate the role of the driver or driver circuits which, with suitable feedback, will be able to control the phase shifts in the bars B10 and B20 more precisely, thereby increasing the time Answer. The arrangement is also advantageous, if one remembers that it is usual to control the phase shifts by discrete values.
Par ailleurs, en utilisant trois bobines, on obtient une moindre consommation d'énergie, puisque la bobine centrale CM12 est seule traversée par le courant qui correspond au déphasage moyen entre les deux éléments
B10 et B20, tandis que les bobines CM10 et CM20 tra vaillent en différentiel, donc en courant faible.In addition, by using three coils, one obtains a lower energy consumption, since the central coil CM12 is only crossed by the current which corresponds to the average phase shift between the two elements
B10 and B20, while the coils CM10 and CM20 work in differential, therefore in low current.
On pourrait encore faire fonctionner le montage en suppri
mant la bobine CM20 par exemple.We could still operate the assembly by suppri
mant the CM20 coil for example.
L'un des avantages de la structure selon l'invention est que, par la diminution du volume des pièces polaires associées à la paire de barreaux de ferrite
B10 et B20, il est possible de loger les groupes de déphaseurs dans des dimensions compatibles avec celles d'une antenne réseau à deux dimensions. En effet, chaque déphaseur étant relié à une source élémentaire (un élément du réseau), on dispose de la dimension correspondant à deux fois le pas du réseau pour loger d'une part les deux déphaseurs et leurs circuits magnétiques, d'autre part le circuit de commande ou meneur qui va définir les courants appliqués aux bobines de commande.One of the advantages of the structure according to the invention is that, by reducing the volume of the pole pieces associated with the pair of ferrite bars
B10 and B20, it is possible to accommodate groups of phase shifters in dimensions compatible with those of a two-dimensional network antenna. Indeed, each phase shifter being connected to an elementary source (an element of the network), there is the dimension corresponding to twice the pitch of the network to accommodate on the one hand the two phase shifters and their magnetic circuits, on the other hand the control circuit or driver which will define the currents applied to the control coils.
Un autre avantage de la structure selon l'invention est qu'elle est compatible avec l'utilisation en guide multimode plan E ou plan H, c'est-à-dire opérant en polarisation horizontale ou verticale quant au champ électrique. Cette possibilité n'existe pas avec les structures de la technique antérieure.Another advantage of the structure according to the invention is that it is compatible with the use as a plane E or H plane multimode guide, that is to say operating in horizontal or vertical polarization as regards the electric field. This possibility does not exist with the structures of the prior art.
La figure 4 illustre quatre paires de déphaseurs, constitués de barreaux de ferrite B10 et B20, B30 et
B40, B50 et B60, ainsi que B70 et B80. Dans ces paires interviennent respectivement les circuits magnétiques
I10, I30, I50 et I70. Ces paires sont toutes logées à l'intérieur d'un guide d'onde multimode, dont la longueur utile est notée L. On admet par exemple que l'alimentation hyperfréquence vient par en bas, tandis que des éléments d'une antenne-réseau de pas p sont situés en haut. Ainsi, la pointe de la transition de chacun des barreaux B10, etc, va être couplée à l'un respectif des éléments du réseau.FIG. 4 illustrates four pairs of phase shifters, made up of ferrite bars B10 and B20, B30 and
B40, B50 and B60, as well as B70 and B80. In these pairs the magnetic circuits intervene respectively
I10, I30, I50 and I70. These pairs are all housed inside a multimode waveguide, the useful length of which is denoted L. It is assumed, for example, that the microwave power supply comes from below, while elements of a network antenna no p are located at the top. Thus, the tip of the transition of each of the bars B10, etc., will be coupled to a respective one of the elements of the network.
La direction Y'Y est l'une des dimensions de l'antenneréseau. Son autre dimension X'X, qui apparait sur la figure 5, est perpendiculaire au plan de la figure 4.The Y'Y direction is one of the dimensions of the antenna network. Its other dimension X'X, which appears in FIG. 5, is perpendicular to the plane of FIG. 4.
La figure 4 montre que l'on peut loger le circuit magnétique I10 entre deux déphaseurs B10 et B20, qui sont espacés du pas p, tandis que le meneur M12 associé aux barreaux B10 et B20 est logé entre le barreau B20 et le barreau B30 de la paire adjacente. Ainsi de suite, le meneur M34 des barreaux B30 et B40 est logé entre les barreaux B40 et B50, cet agencement se répétant périodiquement dans la direction Y'Y.FIG. 4 shows that the magnetic circuit I10 can be housed between two phase shifters B10 and B20, which are spaced apart by the pitch p, while the leader M12 associated with the bars B10 and B20 is housed between the bar B20 and the bar B30 of the adjacent pair. Thus, the leader M34 of the bars B30 and B40 is housed between the bars B40 and B50, this arrangement being repeated periodically in the direction Y'Y.
Pour construire une antenne réseau à deux dimensions, il faut encore arriver à ce que toute la structure associée aux déphaseurs se loge à l'intérieur du pas e, dans le plan perpendiculaire à la figure 4, c'est-àdire suivant la dimension verticale de la figure 5. To build a two-dimensional array antenna, it is still necessary to achieve that the entire structure associated with the phase shifters is housed inside the step e, in the plane perpendicular to FIG. 4, that is to say along the vertical dimension. in Figure 5.
L'invention le permet.The invention allows it.
I1 est rappelé que l'échelle de la figure 5 est environ double de celle de la figure 4, pour faciliter l'illustration des blocs. I1 is reminded that the scale of Figure 5 is approximately double that of Figure 4, to facilitate the illustration of the blocks.
La figure 5 fait apparaître tout d'abord des plans masse haut et bas, respectivement PMH et PMB, qui délimitent extérieurement le guide d'onde multimode général GG (ce guide est appelé général par opposition aux guides diélectriques individuels associés aux barreaux respectifs B10, B20, etc). FIG. 5 first shows high and low ground planes, PMH and PMB respectively, which externally delimit the general multimode waveguide GG (this guide is called general as opposed to the individual dielectric guides associated with the respective bars B10, B20, etc).
Entre les plans masse PNH et PMB, on trouve d'abord des supports hauts et supports bas SH et SB, qui sont par exemple réalisés en diélectrique de faible constante.Between the PNH and PMB ground planes, there are first high supports and low supports SH and SB, which are for example made of dielectric of low constant.
On trouve ensuite deux circuits imprimés double face, l'un CIH en haut, l'autre CIB en bas. Après cela, la structure est celle déjà décrite en référence à la
figure 2, avec les métallisations extrêmes 131 et 133 du barreau B10, puis en allant vers l'intérieur les sections ou lames diélec triques minces 130 et 132, et enfin le barreau proprement dit B10. There are then two double-sided printed circuits, one CIH at the top, the other CIB at the bottom. After that, the structure is that already described with reference to the
Figure 2, with the extreme metallizations 131 and 133 of the bar B10, then going inwards the thin sections or dielectric blades 130 and 132, and finally the bar itself B10.
Certaines des bobines sont schématisées en cl30, C434 et CM40. Some of the coils are shown diagrammatically in cl30, C434 and CM40.
La figure 6, qui est une coupe suivant la ligne VI-VI de la figure 4, montre comment s'agencent ces différents éléments le long du guide diélectrique défini autour du barreau de ferrite B10 et des guides extrêmes d'adaptation GM10 et GV10 de celui-ci.Figure 6, which is a section along line VI-VI of Figure 4, shows how these different elements fit along the dielectric guide defined around the ferrite bar B10 and the extreme adaptation guides GM10 and GV10 of this one.
Pour conserver le parallélisme entre la figure 5 et la figure 2, on a représenté les métallisations 131, 231, 133,233,etc, avec une épaisseur importante.To keep the parallelism between FIG. 5 and FIG. 2, the metallizations 131, 231, 133, 233, etc. have been shown, with a significant thickness.
En fait, il s'agit simplement de dépôts minces effectués sur la face interne du circuit imprimé double face CIH ou CIB, suivant le cas. Ainsi, la figure 7 montre des métallisations MCI10, MCI20, MCI30, correspondant par exemple aux métallisations 131, 231, etc.In fact, these are simply thin deposits made on the internal face of the CIH or CIB double-sided printed circuit, as the case may be. Thus, FIG. 7 shows metallizations MCI10, MCI20, MCI30, corresponding for example to metallizations 131, 231, etc.
La largeur de ces métallisations correspond à la largeur des lames diélectriques telles que 130 et 230.Leur longueur est sensiblement égale à celle des barreaux diélectriques B10, B20, etc. Toutefois, il peut être préférable de donner à ces métallisations
MCI les mêmes dimensions que les lames diélectriques 130, 132, 230, 232 qui les jouxtent. The width of these metallizations corresponds to the width of the dielectric strips such as 130 and 230. Their length is substantially equal to that of the dielectric bars B10, B20, etc. However, it may be preferable to give these metallizations
MCI the same dimensions as the dielectric strips 130, 132, 230, 232 which adjoin them.
La face extérieure du circuit imprimé double face CI (de l'autre côté sur la figure 7) va comprendre - aux extrémités de la lame diélectrique, des pavés métalliques d'adaptation, compte tenu du bord abrupt que présente la structure empilée SH, CIH, 131, 130 ou encore SB, CIB, 133, 132 sur la figure 6 (une variante consisterait à conformer les extrémités de cette structure et en particulier celles des lames diélectriques 130 et 132 de façon arrondie, pour assurer la même adaptation);; - les fils-de liaison entre les bobines de commande et les circuits de commande ou meneurs M12, M34, M56,
M78, ainsi qu'entre ces derniers et leurs propres circuits de commande et d'alimentation (apport de l1ali- mentation électrique aux circuits meneurs, ainsi que des informations binaires qui vont leur permettre d'établir la valeur e déphasage voulue dans chacun des barreaux)) - le circuit imprimé double face comprend encore les ouvertures permettant de faire passer les bobinages et de loger ceux-ci.The outer face of the double-sided printed circuit CI (on the other side in FIG. 7) will include - at the ends of the dielectric strip, metallic matching blocks, taking into account the abrupt edge presented by the stacked structure SH, CIH , 131, 130 or even SB, CIB, 133, 132 in FIG. 6 (a variant would consist in conforming the ends of this structure and in particular those of the dielectric strips 130 and 132 in a rounded manner, to ensure the same adaptation); - the connecting wires between the control coils and the control circuits or drivers M12, M34, M56,
M78, as well as between the latter and their own control and supply circuits (supply of electrical power to the driving circuits, as well as binary information which will enable them to establish the desired value of phase shift in each of the bars )) - the double-sided printed circuit also includes the openings making it possible to pass the windings and to house them.
L'homme de l'art comprendra que, par commande des différents déphaseurs, on réalise un milieu à indice variable entre les plans métalliques PMH et PMB, l'indice étant sélectivement variable dans chacun des barreaux B10,B20, etc.Those skilled in the art will understand that, by controlling the different phase shifters, a medium with variable index is produced between the metallic planes PMH and PMB, the index being selectively variable in each of the bars B10, B20, etc.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits. En particulier, elle peut s'appliquer à de nombreuses configurations de déphaseurs du type REGGIA-SPENCER, dans lequel les bobi nages sont montés à l'intérieur da guide d'onde d'alimentation associé à ces déphaseurs
Suivant les besoins, on pourra utiliser soit des -transi tisons en guide diélectrique amincies à leurs extrémités comme illustré, soit des transitions constituées de blocs diélectriques formant transformateur quart d'onde, soit encore des couplages entre l'onde incidente (ou l'onde transmise) et le barreau qui soient définis comme des lignes de transmission à bande ou strip transmission Liner
La figure 8, simplifiée, montre une variante préférentielle applicable aux figures 1 à 7.Of course, the present invention is not limited to the embodiments described. In particular, it can be applied to numerous configurations of phase-shifters of the REGGIA-SPENCER type, in which the bi-nages are mounted inside the supply waveguide associated with these phase-shifters.
According to the needs, one will be able to use either - transitions in thinned dielectric guide at their ends as illustrated, or transitions made up of dielectric blocks forming quarter-wave transformer, or still couplings between the incident wave (or the wave transmitted) and the bar which are defined as strip transmission lines or strip transmission liner
FIG. 8, simplified, shows a preferred variant applicable to FIGS. 1 to 7.
Chaque barreau de ferrite (B10; B20) est muni d'extensions latérales (B110, B120; B210, B220) qui esquissent le circuit magnétique en I. Entre ces extensions et les branches 102, 103 du I sont prévus des entrefers métallisés de très faible épaisseur (typiquement moins de 10 um), notés 102A, 102B, 103A, 103B.Each ferrite bar (B10; B20) is provided with lateral extensions (B110, B120; B210, B220) which outline the magnetic circuit in I. Between these extensions and the branches 102, 103 of I are provided metallized air gaps of very thin (typically less than 10 µm), noted 102A, 102B, 103A, 103B.
Ces entrefers métallisés sont positionnés pour empêcher tout couplage hyperfréquence entre deux barreaux déphaseurs commandés par le même groupe de bobines (non représentées ici).These metallized air gaps are positioned to prevent any microwave coupling between two phase shifting bars controlled by the same group of coils (not shown here).
La figure 9 illustre un autre mode de réalisation de l'invention, où trois barreaux de ferrite B10, B15 et B20 partagent leur circuit magnétique fermé de commande. La structure générale de celui-ci est celle des figures 3 et 8.FIG. 9 illustrates another embodiment of the invention, where three ferrite bars B10, B15 and B20 share their closed magnetic control circuit. The general structure of the latter is that of FIGS. 3 and 8.
Toutefois, l'âme 101 du I (figures 3 et 8) est remplacée (figure 9) par un barreau de ferrite B15 qui porte sa bobine de commande (CM15) et, de préférence, sa bobine de détection (CDi5). Ce barreau B15 est muni lui aussi de guides diélectriques d'extrémité, à transitions amincies, GM15 et GV15 Comme les barreaux B1Q et B20, mais de chaque côté, le barreau B15 peut être muni d'extensions
B161, B162, B171 et B172 formant entame du circuit magnétique.However, the core 101 of I (Figures 3 and 8) is replaced (Figure 9) by a ferrite bar B15 which carries its control coil (CM15) and, preferably, its detection coil (CDi5). This bar B15 is also provided with end dielectric guides, with thinned transitions, GM15 and GV15 Like the bars B1Q and B20, but on each side, the bar B15 can be provided with extensions
B161, B162, B171 and B172 forming the start of the magnetic circuit.
Les branches de celui-ci (antérieurement en 105, 103) sont maintenant dédoublées en 105, 106 d'une part, 107, 108 d'autre part. Ces portions, comme 105, sont reliées aux entames, telles B110 et B161, par de minces entrefers métallisés, comme précédemment. Il est à noter au passage que les entames comme B110 et B161 peuvent être des pièces polaires rapportées, au lieu de venir de matière avec le barreau concerné. The branches of this one (previously in 105, 103) are now split in 105, 106 on the one hand, 107, 108 on the other hand. These portions, like 105, are connected to the openings, such as B110 and B161, by thin metallized air gaps, as previously. It should be noted in passing that the starters such as B110 and B161 can be added pole pieces, instead of coming in one piece with the bar concerned.
Enfin, les modes de réalisations des figures 8 et 9 sont susceptibles des mêmes variantes que précédemment, notamment en ce qui concerne la structure stratifiée multicouches (figures 4 à 6). Finally, the embodiments of FIGS. 8 and 9 are susceptible of the same variants as above, in particular as regards the multilayer laminate structure (FIGS. 4 to 6).
Claims (14)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR8505629A FR2580429B1 (en) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | HYPERFREQUENCY PHASE DEVICE WITH SHARED MAGNETIC CIRCUIT |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8505629A FR2580429B1 (en) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | HYPERFREQUENCY PHASE DEVICE WITH SHARED MAGNETIC CIRCUIT |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2580429A1 true FR2580429A1 (en) | 1986-10-17 |
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ID=9318221
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|---|---|---|---|
| FR8505629A Expired FR2580429B1 (en) | 1985-04-15 | 1985-04-15 | HYPERFREQUENCY PHASE DEVICE WITH SHARED MAGNETIC CIRCUIT |
Country Status (1)
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|---|---|
| FR (1) | FR2580429B1 (en) |
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| FR2580429B1 (en) | 1988-03-18 |
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