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Tête hyperfréquence d'émission-réception duplexées à polarisations
orthogonales.
L'invention concerne une tête hyperfréquence d'émission-récep-
tion duplexées à polarisations orthogonales.
L'utilisation des duplexeurs est actuellement généralisée
dans tous les systèmes de liaison par voie hertzienne. Dans leur
grande ma~orité, ils utili~ent des accès en guide d'onde 3ur les
deux polarités, ou sn coaxial sur des cornets re¢tangulaires ou
carrés. Ils sont généralement ~asés sur le principe qu'un guide
d'onde surdimensionné peut propager deux ondes (cas du gulde TE 11
circulaire ou carré) à polarisations orthogonales.
La séparation de~ champs électromagnétiques est obtenue par
un erfet de fi}trage de mode (par exemple à l'aide d'une plaque
de découplage qui porte sous la coupure un des types de propagations)
et de combinaison des longueurs de guide.
En principe, un duplexeur de bonne qualité assure un découplage
de 40 à 50 dB entre les accès et nécessite d'être réali~é en guide
d'onde sur tous ses acCès, oe qui préserve la distributlon des
champs électromagnétiques. Ce prlnclpe est tou~ours retenu pour
sa plus grande ridélité de reproduction et sa meilleure symétrie.
Dans la compétition lnternatlonale actuelle, les systèmes
de transmission de données font appel aux retransmissions par ~atellite
qui fonctionnent en liaison avec de mini-stations terrien-nes économi-
ques. Les retransmissions TV par ce système semblent promises à
un grand essor.
L'évolution des techniques, par exemple de :
- réalisation de circuits monolitiques en silicium (Si) ou en arséniure
de gallium (As Ga) ;
- cablage automatique de circuits en technologie de report de compo-
sants en surface (type CMS) ;
- conception de circuits assistée par ordinateur ;
permet des réalisations bon marohé, à grande échelle, de circuits
HPA (High power amplifier), LNA (Low noise amplifier) ou LNC
'~
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(low noise converter) à semi-conducteurs fiables.
La compétition est, dans ce cas, reportée sur l'environnement
mécanique et fait appel aux bo$tiers moulés ainsi qu'aux technolo-
gies hydrides ou composites.
Un brevet d'invention français publié sous le numéro 2 502 405
décrit un système de réception de signaux hyperfréquences à polarisa-
tions orthogonales linéaires comprenant essentiellement, a la suite
d'un réflecteur parabolique, un cornet de réception, un filtre
passe-bande, un séparateur de modes et un bo$tier contenant des
circuits électroniques d'amplificatlon et de conversion de fréquence.
Le cornet et le filtre sont réalisés en guide d'onde et sont, avec
le séparateur de modes et le bo$tier, porté~ par un même support
constitué de deux demi-coquilles symétrique~ par rapport à leur
plan longltudinal d'assemblage et pouvant être fabriquées par un
procédé industriel courant tel que, notamment, moulage ou in~eotion
de métal ou de matière plastlque ultérieure-ment métallisée.
Mais dans un tel système, la lialson entre la partle en guide
d'onde et les clrcults électronlques est assurée paF la subdivislon
du séparateur en deux guldes d'ondes de sections droites rectangu-
laires orthogonales ; ces deux guides étant couplés respectivement
à deux plaquettes de support de ces cirCuits-
Une telle réalisation ne permet pas une intégration poussée,
du fait de l'existence de problèmes de déformation des champs par
couplage entre les signaux hyperfréquences à polarisations orthogo-
nales.
L'invention a pour ob~et de pallier à ces inconvénients.
L'invention propo~e à cet effet une tête hyperfréquence d'émis-
sion-réception duplexée à polarisations orhogonales, comprenant
un bo$tier allongé muni à une extrémité d'un alésage longitudinal
formant un premier guide d'onde, et d'un alésage transversal formant
un second guide débouchant dans le premier guide, et une antenne
qui plonge dans le premier guide, caractérisée en ce que cette
antenne est une antenne de réception qui plonge dans le premier
guide, en un endroit situé entre l'extrémité interne de ce premier
guide et l'endroit où débouche le deuxième guide, et en ce qu'une
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antenne d'émission plonge dans le second guide à son extrémité
llbre, chacune de ce~ antennes étant reliée respectivement à un
accès coaxlal, une plaque métallique étant disposée longitudinalement
dans le premier guide entre deux plans transversaux contenant leq
deux antennes.
Avantageusement une telle tête permet une intégration oomposite
guide-coaxial. En mélangeant ces deux techniques on obtient une
grande simplification de réalisation.
Plus particulièrement l'invention propose une tête hyperfréquen-
ce comprenant un boItier de forme cylindrique ou semi-cylindrique
formé d'ailettes concentriques, servant de radiateur, qui ont été
usinées à une première extrémité de ce bo~tier pour former trois
méplats, les deux premiers, en dessus et au dessous, étant parallèles
et le troisième leur étant perpendiculaire. Ces trois méplats sont
creusés respectivement chacun d'une cavité o~longue destinées à
contenlr chacune un circult. La troi~ième cavité est reliée aux
deux autres par un succession d'ori~lces parallèles destinés à
contenir des rils de llalsons entre les dlfférents clrcults. Ces
trois cavités communlquent respectivement avec la premlère extrémlté
du boItier grâce à trois oririces. La première et la seconde cavité
disposées de part et d'autre de cet alésage longitudinal communiquent
avec celul-cl par l'lntermédiaire respectivement d'un premier alésage
transversal de forme cylindrique et d'un second alésage transversal
qui forme le second guide.
Une telle t8te présente de nombreuses caractéristiques mécaniques
avantageuses :
- boItier unique moulable sous pression ;
- accessibilité aux fonctions d'amplification et d'alimenta-
tion par les cavités ;
- faible encombrement (utilisation au foyer d'une antenne)0
Elle présente, également de nombreuses caractéristiques élec-
triques avantageuses :
- découplage émission/réception supérieur à 45 dB ;
- sur les CirCUits LNA (low noise amplifier) et LNC (low
noise converter), une température de bruit d'entrée inférieure
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à 150 K avec les nouveaux transistors HEMT (High electron mobility
translstor) et trois étage~ d'amplification ;
- sur le HPA (Hlgh power amplifier) une puissanoe effective
de 1 et 2 watt.
Elle présente, enfin, des caractéristique~ thermiques avanta-
geuses :
- évacuation des calories dissipées par oonvexion naturelle
sur le corps à ailettes et par aonduotion sur le support d'excitation
ou "bracon" porteur.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront
d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non
limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
- les figures 1, 2, 3, 4 et 5 montrent respectivement
. une vue de face ;
. une de vue de profil selon la flèche II de la figure 1 ;
. une vue en coupe selon III-III de la flgure 1 ;
. une vue de des~U~ ;
. une vue de dessous,
du bo~tier de la tête hyperfréquence de l'inventlon.
- la figure 6 est une vue en coupe de la tête hyperfréquence
de }'lnvention selon un plan vertical VI-VI de la figure 7 ;
- la figure 7 est une vue en coupe transversale de la tête
hyperfréquence de l'invention selon VII-VII de la figure 6.
La tête hyperfréquence selon l'invention comprend un boitier
illustré aux figures 1 à 5.
Ce bo~tier 10 de forme cylindrique ou semi-cylindrlque est
formé d'ailettes 11 concentriques, servant de radiateur, qui ont
été usinées à une première extrémité 12 du boItier 10 pour former
trois mépiats, les deux prsmiers 13, 14 au dessus et en dessous
étant parallèles et le troisième 15 leur étant perpendiculaire.
Ces trois méplats 13, 14, 15 ~ont creusés respeativement
chacun d~une cavité oblongue 16, 17, 18.
Ces trois méplats comportent chacun des trous 19 permettant
la fixation sur chacun d'eux d'un couvercle plan.
Les trols cavités 16, 17, 18 comportent elleq aussi des trous 20
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permettant la fixation dans chacune d'elle~ d'un cir-cuit.
La troisième cavité 18 est reliée aux deux autre~ par une
succession d'orifices 21 parallèles, destinés à contenir des fils
de liaisons entre les différents circuits.
Ces trois cavités 16, 17, lô communiquent re~pectivement
avec la première extrémité 12 du bo~tier 10 grâce à trois orifi-
ce3 22, 23 et 24.
Un alésage cylindrique longitudinal 25 est usiné dans ce
bo$tier pour déboucher a la seconde extrémité 26 de celui-ci de
manière à former un premier guide en mode TE 11.
La première (16) et la seconde (17) cavité disposées de part
et d'autre de cet alésage 25 communiquent avec celui-ci par l'intermé-
diaire respectivement d'un premier alésage transver-sal 27 de
forme cylindrique et d'un second alésage 28 transversal de forme
rectangulaire, partiellement refermé du côté du premier alésage
longitudinal par un iris 29, de manière à former un guide rectangu-
laire en mode TE 10 a compensatlon par lrls.
Une plaque de polarisation 31 coupe la premlère cavlté dans
un plan médlan dans le sens longitudinal et elle est située entre
le premler t 27) et le second ( 28) alésage transversal. Cette plaque
permet de court-circuiter celui des champs électriques qui lui
est parallèle.
La tête selon l'invention est représentée aux figures 6 et
7, une fois montée.
Les trois cavités 16, 17 et 18 sont respectivement fermées,
pour former des enceintes de blindage électro-magnétiques, par
trois couvercles plans 35, 36 et 37 qui reposent sur les trois
méplats 13, 14 et 15.
Dar,~ chacune de ¢es cavités sont disposés respectivement:
- un circuit de réception 38 dans la première cavité 16
- un circuit d'émlssion 39 dans la seconde cavité 17;
- un circuit d'alimentation 40 des deux autres circuit3 37 et 38
dans la troi3ième cavité 18.
Chacun de ces trois circuits est relié a une fiche fixée
dans l'un des orifices 22, 23 et 24, les deux premièrea étant des
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fiches coaxiales 41 et 42, la troi~ième n'apparai~sant pas sur
les figures.
Le cirouit de réception 38, par exemple de type LNC ("Low
noise converter"), est un circuit d'amplification du signal réception
5 comprenant une antenne 44 qui traverse le premier alésage trans-
versal 27 de manière à être disposée, quant à sa partie réception
proprement dite, dan~ l'alésage longitunal 25.
Le circuit d'émission 39, par exemple de type HPA ~"high
power amplifier"), est un circuit d'amplication du signal émi~sion
comprenant une antenne 45 positionnée dan~ le deuxième alésage
transversal 28. Ce circuit forme un obturateur dudit alésage trans-
versal 28.
Le troisième cir¢uit 40 permet de polariser en courant les
composants des deux autres circuits 38 et 39, notamment leurs transis-
15 tors, par l'intermédiaire de fils qui passent par les orifices 21.
Sur la deuxlème extrémité de ce bo~tier 10 peut être montéeun cornet d'excitation ~ltué dan~ le prolongement de l'alésage
longitudlnal 25 de manlère à compléter la tête hyperfréquence de
l'invention, un tel cornet bien connu de l'homme de l'art n'étant
pas représenté ~ur les figures.
Sur la face de chacun des circuits 38, 39, 40 située du côté
du boitier peut êtrs disposée une semelle métallique servant de
plan de masse.
La tête hyperfréquence selon l'invention consiste donc en
25 un système composite intégré d'émis~ion et de réception à polarisations
orthogonales ayant notamment les caractéristiques suivantes :
- une source dupléxée présentant un grand découplage (supérieur
à 50 dB) par sa disposition composite (antenne coaxiale dans un
guide cylindrique 25 en mode TE ll et guide rectangulaire 28 à
30 compensation par iris 29 en mode TE 10) ;
- un circuit 38 d'amplification réception se montant directement
dans le corps de duplexeur en fonderie ; ce circuit 38 d'amplifica-
tion réception étant muni d'une antenne 44 qui accède directement
au guide cylindrique 25;
35 - un circuit 39 d'amplification émission se montant directement
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,7
dans le corps du duplexeur en fonderie ; C8 circuit 39 d'amplifica-
tion émission, étant muni d'une antenne 45, formant l'obturateur
du guide émission 28 et la transition guide-coaxial.
L'ensemble de la tête constitue un bloc étanche qui forme
un radiateur calorifique monté à l~air libre ou en salle, au foyer
d'une antenne parabolique ou off-set par l'intermédiaire d'une
source circulaire bipolaire corrugée ou à piège~.
L'invention concerne la disposition composite du duplexeur
associée aux circuits d'amplication émission et réception, tout
en servant de radiateur à l'énergie consommée sans pertes de liaison
sur l'émission et une très faible température de bruit à la réception.
Dans un exemple de réalisation la tête selon l'invention
a les caractéristiques suivantes :
~ Dimensions physiques :
- longueur : 130 mm
- diamètre extérleur : ~2 mm
- premlère cavlté
. diamètre : 17,8 mm
. profondeur : 91 mm
- ouverture rectangulalre
. section transversale : 19 x 9,5 mm2
. profondeur : 22 mm
matériaux employés :
- le bo~tler 10 peut être uslné classiquement dans un métal, par
exemple un alliage léger, ou moulé SOU9 pression puls métallisé,
par exemple un époxy métallisé ;
- les clrcults peuvent être réallsés par exemple en duroid ou en
verre téflon de 0,254 mm d'épaisseur disposés sur une semelle métal-
lique rlgide d'épaisseur supérieure à 2 mm.
~ Performances :
Elles sont réalisées, par exemple, dans les bandes de fréquence
- réception : 10,95 - 12,75 GHz
- émission : 14-14, 5 GHz
Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite
et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra
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remplacer ses éléments constituti~s par des éléménts équiva-lents
sans, pour autant, sortlr du cadre de l'invention.
Ainsl l'lris 29 qui permet l'adaptation entre le premier
guide 25 et le second guide 28 peut être remplacé par un poteau.
Ainsi l'alésage longitudinal peut être carré ou rectangulaire :
Il propage, dans ce cas aussi, un mode TE 11.
Ainsi le second guide 28 peut être carré ou rectangulaire :
il propage alors un mode TE 10, mais il peut être auQsi c~rculaire :
il propage alors un mode TE 11.
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