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Combineur à déphasage pour_ondes électromagnétiques
L'invention se rapporte à un combineur à déphasage pour ondes
électromagnétiques.
Dans les combineurs à déphasage de l'art antérieur, les déphaseurs
sont réalisés à partir de tronsons de ligne ou à partir d~un coupleur
hybride dont deux accès sont pourvus de lignes court-circuitées.
Les applications restent très limitées à cause des pertes ou des
désadaptations qu'ils génèrent.
Parmi les applications qui sont couramment utilisées, on peut
citer :
- les modulateurs à 2 ou 4 états de phase,
- les combineurs à déphasage,
- les guides à permitivité ou perméabilité variable.
Parmi les dispositifs de l'art antérieur, le manuel intitulé
"Microwave filters, Impedance matching, Networks and Coupling
structures" de MATTHAEI (Mc Graw-Hill 1964j pages 872 à 887 décrit un
résonateur en anneau qui est un dispositif passif multiplicateur de
puissance.
L'invention a pour objet de pallier les inconvénients mis en
évidence précédemment.
L'invention propose, à cet effet, un combineur à déphasage pour
ondes électromagnétiques, comprenant au moins une cellule à déphasage
formée d'un coupleur hybride, d'une Ligne de transmission d'entrée,
d'une ligne de transmission de sortie, et d'une ligne de transmission de
boucle reliée entré la première entrée et la première sortie du
coupleur, la ligne de~transmission d'entrée étant reliée à la deuxième
entrée du coupleur et la ligne de transmission de sortie étant reliée à
la deuxième sortie du coupleur, caractérisé en ce qu'il comprend au
moins une cellule de combineur à boucle formée d'un coupleur hybride
d'entrée et un coupleur hybride de sortie, au moins une~cellule à
déphasage étant disposée respectivement entre la première sortie du
coupleur d'entrée et la première entrée du coupleur de sortie, et entre
la deuxième sortie du coupleur d'entrée et la deuxième entrée du
coupleur de sortie.
D'une manière avantageuse, le principe du combineur à déphasage
selon l'invention est simple et sa mise en oeuvre aisée.
:
` '
' ' '
`~ ~2~385
Il possède la propriété d'être associable en série ou en parallèle
à condition de respecter les condi-tions de phase de la fonction à
obtenir.
Par ailleurs, il es-t accordable (agilité en fréquence) par
modification de la permitivité ou de la perméabilité de son milieu
(support de propagation).
En fonc-tion du mode de propagation sélectionné il est à faibles
pertes et n'apporte pas ou peu de R.O.S. (Rapport d'ondes stationnaires)
sur les lignes lorsque ses longueurs et impédances de boucle sont
optimisées et que le couplage est ajusté.
Ces divers avantages en font, notamment :
- un déphaseur adapté,
- un combineur réversible (simple ou multiple),
- un commutateur adapté.
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 :
s - la figure 1 illustre schématiquement un déphaseur utilisé dans
le combineur à déphasage de l'invention ;
- les figures 2 à 8 illustrent différentes formes de réalisation
-` du combineur à déphasage de l'invention ;
- les figures 9 et 10 représentent deux courbes illustrant le
fonctionnement respectif des combineurs des figures 6 et 8.
Le combineur à déphasage de l'invention, représenté à la figure 2,
possède au moins un déphaseur selon la figure 1, ce dernier comprend :
- une première ligne de transmission d'entrée 10 d'impédance
caractéristique Zo à une fréquence f,
- une seconde ligne de transmission de sortie 11 d'impédance
caractéristique Zo à la fréquence f,
- un coupleur hybride 12,
- une troisième ligne de transmission de boucle 13, d'impédance
caractéristique Zo à la fréquence f.
On peut écrire les champs électriques à l'origine :
- E1 = 1 (avec une phase = O)
- E2 = (1-c2)1/2 (avec une phase = O)
- EB1 = c (avec une phase = ~/2)
: `
~2~88s
-- 3 _
- EB2 = c e ( ~ i~) (avec une phase ~ 1 = 2 ~rl/ ~ et ~Y/2
avec
c : coefficient de couplage en tension
1 : longueur de la boucle d'impédance Zo
~ : coefficient d'affaiblissement
; ~: coefficient de propagation
: longueur d'onde avec ~ = Cl/f : (Cl célérité de la lumière,
f fréquence d'utilisation )
Si on considère les simplifications suivantes :
~ = 0 lignes sans pertes (ou très faibles pertes)
1 = n.2.1r =~ l=n~
~` En régime établi, nous obtenons :
E2 (l c2)1/2 EB2
avec
EB2 = ~ 2 l/2 (avec une phase de 7r/2)
et qui, reportée dans E2, fournit l'équation :
E2 = (l_C2~l/2 ~Z
Lorsque le coefficient de couplage est à -3dB
c = lO 20 0,71 ~ ~ -
nous obtenons pour expression de E2
; E2 = ~ E2 = El.e
L'onde E1, après passage dans le déphaseur à boucle de
l'invention, subit un déphasage de 7r(180) lorsque la longueur (L) de
la ligne résonante (boucle) est un multiple de ~ (n=1, 2, . . . 9 etc).
Le domaine d'application du dispositif de l'invention est le
suivant : ~
~;~ 30 - I1 est utilisable dans toutes les structures de propagation quipermettent la réalisation de coupleurs hybrides ou (T) associés à des
lignes de transmission.
- I1 est utilisable pour tout type d'ondes électromagnétiques
Ex : H.F. (High Frequency) ; U.H.F. (Ultra High frequency) ; VHF (Very
:
~.,, . ., . ,.. .. ., , ~ : ~
; :
. .
:
,, ~ .
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High Frequency) ; Optique cohérente.
- Il est utilisable avec tous supports de propagation pour ondes
électromagnétiques (lignes de transmission)
Ex : coaxial ; micro-ruban ("micros-trip") ; triplaque ; guide
d'onde ; fibre optique...
Dans des variantes de réalisation on considère :
- n faible" avec c égal ou non à -3dB
on obtient alors un déphaseur non sélectif quelconque
- n élevé avec c égal ou non à -3dB
on obtient alors un déphaseur sélectif.
pour l'accordabilité du déphaseur selon l'invention on peut jouer
sur la permitivité relative ~ r ou la perméabilité ~ r du milieu
support de la propagation : en effet une onde électromagnétique se
propage avec une vitesse de
v = ( ~ . ~ )1/2
avec ~ = ~ o. ~ r ~ o = ~/(36.~r .109)
et ~ = ~ o. ~ r ~ = 4. l~.10 7
Si l'on considère à présent le cas des hyperfréquences, suivant
l'expression des phases, deux coupleurs hybrides en cascade permettent,
en sortie, une recombinaison de l;'onde sur l'accès opposé (annulation
des ondes sur la deuxième sortie).
Un principe équivalent met en évidence les recombinaisons avec
des "T magiques".
L'utilisation de déphaseurs à boucle selon l'invention offre la
possibilité d'agir sur la phase de l'une ou des deux entrées en
conservant au système les propriétés recherchées~; c'est-à-dire :
- faibles pertes en transmission,
- bon R.O.S. aux acces,
- bon découplage entre accès.
Ainsi avec une valeur de n faible on peut réaliser un commutateur
hyperfréquence en considérant, comme représenté sur la figure 2, deux
déphaseurs selon l'invention 20 et 21 dont les entrées sont reliées aux
sorties d'un premier coupleur hybride 22 et dont les sorties sont
reliées aux entrées d'un second coupleur hybride 23.
L'insertion entre les deux coupleurs hybrides 22, 23 d'un
déphaseur (20, 21) sur chaque liaison fournit la variation de phase à
,
12~98~
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deux états dont la bande passante est élargie par le décalage des deux
déphaseurs 20 et 21.
L'action sur la permitivité I ou la perméabilité ~ r du milieu
fournit l'état des sorties.
Pour réaliser un combineur à boucles avec une valeur de n élevée
on uti~ise, comme représenté sur les figures 3 et 4, un tel déphaseur 14
dans lequel l'une des deux entrées ou l'une des deux sorties est reliée
à une terminaison adaptée R.
La sélectivité est ici la fonction recherchée (application aux
branchements).
Sa définition autorise la sommation (2 entrées-1 sortie) ou
différenciation (1 entrée-2 sorties).
Ici la variation sur la perméabilité ~ r ou la permitivité ~ r du
milieu crée la translation en fréquence de l'accès déphasé donc son
accordabilité (agilité).
La mise en cascade de n cellules, comme représen-tées à la figure 3
par exemple, permet de réaliser un multiplexeur à n+1 entrées représenté
à la figure 5, qui par application du principe de la réciprocité de tout
élément passif est un démultiplexeur à n+1 sorties.
Toute autre disposition par interpénétration des boucies est aussi
concevable.
; Dans un exemple de réalisationj représenté à la figure 6, on
obtient un combineur à double boucle, à deux entrées et à une sortie tel
que ce combineur comprend un coupleur hybride d'entrée 30 et un coupleur
hybride de sortie 31, deux déphaseurs selon l'invention (32, 33 et 34,
35) étant disposés en cascade respectivement entre la première sortie du
coupleur d'entrée 30 et la première entrée du coupleur de sortie 31 et
entre la deuxième sortie du coupleur d'entrée 30 et la deuxième entrée
du coupleur de sortie 31.
L'ensemble 36 des deux déphaseurs 32 et 34 peut être réalisé dans
un même boîtier représenté à la figure 7 qui comprend :
- deux demi-coquilles métalliques obtenues par fraisage, munies à
l'extérieur d'un radiateur, dont l'une d'elles 40 est représentée sur la
figure,
- une première boucle 37 en INVAR*
- une seconde boucle 38 en INVAR*
* INVAR est une marque de commerce
::
, ', :
~LZ~388~
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L'assemblage des deux demi-coquilles se fait, dans le plan de la
figure par dépôt sérigraphié de pâte à souder.
La demi-coquille 40 représentée comporte des bossages 41 qui
correspondent sur l'autre coquille à des vis d'accord. Sur chacune des
boucles 37, 38 est disposée une lame de quartz d'accord 42, 48.
Les deux boucles sont réalisées en INVAR pour garantir la
stabilité en température.
Avec les dimensions suivantes pour un boitier :
- longueur du boîtier 11 ~ 500 millimètres
- largeur du boîtier 12 ~ 250 millimètres
- longueur de la première boucle 37 ~ 400 millimètres
- longueur de la seconde boucle 38 ~~390 millimètres
on obtient les performances suivantes pour le combineur à double boucle
à deux entrées et à une sortie de la figure 8 :
- une bande de fréquence de 5,85 à 6,425 MHz.
- R.O.S. aux accès C 1,2
- Pertes entre la première entrée E1 et la sortie S ~ 0,2dB dans +
18MHz
- Pertes entre la seconde entrée E2 et la sortie S ~ 0,2dB
- Découplage entre les deux entrées E1 et E2 ~ 20dB
La courbe représentée sur la figure 9 illustre la recombinaison de
la deuxième entrée E2 vers la sortie S.
Il serait tout aussi possible de réaliser l'ensemble des deux
parties 36 et 39 et même l'ensemble du combineur à double boucle de la
figure 6 dans un boitier à deux demi-coquilles tel que celui représenté
à la figure 7.
Une autre réalisation possible est illustrée à la figure 8, où à
la différence de la figure 6 on n'utilise~plus sur chaque voie qu'un
seul déphaseur (32, 34) selon l'invention.
On obtient alors le signal représenté à la figure 10, qui illustre
la recombinaison de la première entrée E1 vers la sortie S.
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
remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans,
pour autant, sortir du cadre de l'invention.
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