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Dispositif de couplage magnétique entre un conducteur principal
d'une ligne TEM et un guide d'ondes formant résonateur en ~gl2
Le domaine de l'invention est ceiui des dispositifs de couplage de
dispositifs de transmission de signaux dissemblables et concerne plus
précisément un dispositif de couplage magnétique entre un conducteur principal
d'une ligne TEM et un guide d'ondes formant résonateur en ~9/2, ~9 étant la
longueur d'onde guidée.
De manière connue, un résonateur hyperfréquences est constitué par un
10 guide d'ondes dans lequel un des axes de propagation du signal est délimité
pour former un résonateur équivalant à un multiple de ~9/2. Un filtre passe-
bande en technique guidée peut être réalisé à partir d'un certain nombre de ces
résonateurs, tel que représenté aux figures 1 et 2.
Les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et en coupe
d'un filtre passe-bande connu réalisé en technologie guide d'ondes et
comportant trois résonateurs en ~9/2.
Sur la figure 1, un guide d'ondes 10 comporte un premier acces
constitué par une bride de fixation 11 à un autre guide d'ondes. Le guide
d'ondes 10 constitue ici un filtre passe-bande comprenant trois resonateurs 12 à20 14 en ~9/2 et à couplage direct constitués chacun par deux iris à tiges 15, 16,
17, 18 et 19, 20. Les résonateurs 12 à 14 sont tous synchrones de la fréquence
centrale du filtrage passe-bande et la fonction de transfert globale du filtre est
obtenue en modifiant le couplage entre ces différents résonateurs. Le couplage
inter-resonateurs et d'accès est réglable à l'aide de vis 41, 42, 43 et 26 formant
plongeurs. Les vis 21, 22, 23 (plongeurs) servent à régler le synchronisme des
différents resonateurs. Le second accès est constitué par une fiche de type SMA
référencée 24. Cette fiche 24 est destinée à être raccordée à un câble coaxial
(ligne TEM) dont l'âme sera prolongée, à l'intérieur de la cavité, par une pinule
25, formant antenne. La pinule 25 est isolée du guide d'ondes 10 par un cylindre30 36 en Teflon (marque déposée). Le couplage entre l'âme du câble coaxial et lerésonateur en ~9/2 est complété par une vis d'accord 26 pénétrant dans la
cavité (guide) à proximité de l'extrémité libre 27 de la pinule 25, la vis d'accord
26 s'étendant perpendiculairement à la pinule 25. Ce couplage est de type
magnétique, c'est a dire que la vis d'accord 26 se trouve sur des lignes du
champ magnétique du signal véhiculé dans la cavité. La pinule 25 et la vis
d'accord forment une susceptance en 1/Lco.
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L'inconvénient d'un dispositif de couplage comprenant uniquement une
pinule et une vis d'accord est qu'il existe une interaction entre le réglage du
synchronisme du résonateur 14 (réglage par le plongeur 23) et celui du couplage
de sortie (réglage de la vis 26). Les différents couplages sont alors difficiles à
régler et l'optimum ne peut être atteint que difficilement. Notamment, les
couplages inter-resonateurs ne sont pas optimaux et il s'en suit que l'equi-
ondulation dans la bande passante du filtre est atteinte avec difficulté.
De plus, il n'est dans ce cas pas possible d'obtenir des accords sur une
grande plage de fréquence. Ainsi la bande de fréquences de fonctionnement est
10 réduite.
La présente invention a notamment pour objectif de pallier ces
inconvénients .
Plus précisement, un des objectifs de l'invention est de fournir un
dispositif de couplage magnétique entre un conducteur principal d'une ligne TEM
et un guide d'ondes formant résonateur en ~g/2 où les réglages du
synchronisme du résonateur 14 et de la susceptance d'accès à la ligne TEM
sont décorrélés.
Cet objectif, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint
grâce au fait que le dispositif de couplage entre la ligne TEM et le guide d'ondes
20 formant résonateur en ~g/2 comporte également un iris réalisé autour de la
pinule d'accès et centré sur cette pinule, cet iris étant clos du côté de la paroi où
est fixée la pinule et son volume intérieur formant une zone où l'onde du champ
magnetique associe est de type évanescente, I'axe médian de la vis d'accord
étant dans le plan de l'ouverture de l'iris.
L'iris constitue alors un guide evanescent obturé et le réglage de la vis
d'accord n'a qu'une influence réduite sur le synchronisme du résonateur d'accès
(d'entrée ou de sortie).
Avantageusement, la distance séparant l'extrémité de la pinule située du
côte de la paroi et l'extrémité non libre de la vis d'accord est inférieure à ~/4,
30 avec ~ la longueur d'onde de l'onde électromagnétique.
Le guide d'ondes utilisé peut indifféremment être de forme rectangulaire
ou cylindrique.
L'invention s'applique préférentiellement au cas où le couplage
magnétique est réalisé avec une pinule raccordée à l'âme d'un câble coaxial.
Préférentiellement, la longueur de la pinule est égale à la profondeur de
l'iris.
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D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront a la
lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à
titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels:
- les figures 1 et 2 sont respectivement des vues de dessus et en coupe
d'un filtre passe-bande connu réalisé en technologie guide d'ondes et
comportant trois résonateurs en lg/2;
- les figures 3 et 4 sont respectivement des vues de dessus et en coupe
d'un filtre passe-bande selon l'invention réalisé en technologie guide
d'ondes et comportant également trois résonateurs en ~9/2;
10 - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V de la figure 3, les lignes de
champ magnétiques étant représentées.
Les figures 1 et 2 ont eté décrites precédemment en référence à l'état
de la technique.
Les figures 3 et 4 sont respectivement des vues de dessus et en coupe
d'un filtre passe-bande selon l'invention réalisé en technologie guide d'ondes et
comportant également trois r~sonateurs en ~9/2. Les éléments identiques à ceux
des figures 1 et 2 portent les mêmes références numériques.
Selon l'invention, le dispositif de couplage entre le conducteur principal
de la ligne TEM, par exemple constitué par l'âme d'un câble coaxial, ce câble
20 coaxial constituant la ligne TEM, comporte un iris réalisé autour de la pinule 25
et centré sur cette pinule 25. L'iris est référencé 30, 31 sur la figure 3 et est
constitué par deux blocs métalliques de forme parallélépipédique. L'iris 30, 31
est clos du côté de la paroi contre laquelle est fixée la fiche SMA 24 et son
volume intérieur 32 forme une zone ou l'onde associée au champ magnétique
est de type évanescente, comme il sera vu plus précisément sur la figure 5.
L'axe médian 33 (Fig.4) de la vis d'accord 26 est dans le plan de l'ouverture del'iris 30,31.
De même que dans l'état de la technique precité, les résonateurs 12 à
14 sont synchrones de la fréquence centrale du filtre passe-bande et les
30 couplages inter-résonateurs jouent sur la fonction de transfert en fonction de la
bande passante recherchée. Le couplage entre les résonateurs élargit la bande
passante du filtre.
Chaque résonateur a un coefficient de surtension propre défini par son
milieu (ici de l'air), par le volume de l'espacement entre les tiges 15 à 20, par le
matériau de surface utilisé, les imperfections de surface (aspérités, cratères,...),
au poli des surfaces réalisé, etc...
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Le couplage est de type magnétique au niveau de la pinule 25 et de la
vis 26. Comme illustré sur la figure 5, qui est une vue en coupe selon V-V de lafigure 3, une partie du champ magnétique, schematisé par les lignes de champ
50, entre dans le volume 32 de l'iris et cette partie est prélevée par la pinule 25
et la vis 26. Dans ce volume, le couplage a lieu sur un champ magnétique d'une
onde associée évanescente. Le champ magnétique à proximité de l'iris, ainsi
que dans cet iris, est perpendiculaire au dispositif de couplage.
L'iris 30, 31 est un classique iris de couplage, présentant ici la
particularité d'être clos à l'une de ses extrémités. Sa section d'entrée est
10 ouverte, dans le plan de l'axe median 33 de la vis 26 et coïncide
préférentiellement avec l'extrémité libre de la pinule, référencée 27 sur la figure
4. Cela revient à dire que la longueur de la pinule 25 est egale à la profondeurde l'iris 30, 31.
Le connecteur SMA utilisé est de type standard et présente un diamètre
extérieur de 4,15 mm, une âme de 1,27 mm de diamètre, le diélectrique utilisé
étant du PTFE (Téflon, marque déposée).
La distance séparant l'extrémité de la pinule située du côté de la paroi
d'extrémité, cette extrémite étant référencée 34 sur la figure 4 et l'extremité non
libre de la vis d'accord, référencée 35 sur cette même figure, est inférieure a
20 ~/4, avec ~ la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. On a donc L1+L2 <~/4. La distance séparant l'extrémité libre de la vis d'accord 26 et l'extrémite 27
de la pinule est faible et il apparaît un effet capacitif entre ces deux éléments.
Cette distance, additionnée à L1+L2, est egale à ~/4.
Le principal avantage de l'invention est qu'il existe une séparation
importante entre la cavité et le couplage de sortie. L'iris charge peu la cavité en
guide d'ondes et les réglages sont décorrélés. Plus précisément, les fonctions
de translation en fréquence du filtre et de couplage avec la ligne TEM sont
décorrélées. L'équi-ondulation est donc intrinsèquement constamment
maintenue dans toute la bande et les pertes réduites. De plus, la plage de
30 fonctionnement en fréquences du filtre est augmentée par rapport à l'état de la
technique.
L'invention s'applique non seulement aux résonateurs rectangulaires,
mais également aux résonateurs cylindriques. Le principe reste le même, à
partir du moment où le champ est perpendiculaire au niveau de la susceptance
formée par les vis de couplage.
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De même, I'iris n'est pas nécessairement rectangulaire, comme
représenté sur les figures 3 et 5, et peut être de forme oblongue ou circulaire.Dans ce dernier cas, I'iris a une forme de cylindre creux.
Sur les figures 3 à 5, I'accès selon l'invention est situé en extrémité de
guide mais cet accès peut également être réalisé sur une paroi latérale de ce
guide, I'essentiel étant qu'une onde évanescente soit presente à l'intérieur de
l'iris .
Le dispositif de couplage décrit jusqu'ici a permis de réaliser un filtre
passe-bande à 5 pôles (5 resonateurs) accordé de 7600 à 8400 MHz, la bande
passante du filtre étant de 30 MHz et l'équi-ondulation réduite à 0,01 dB sur ces
30 MHz, ce qui correspond à un ROS (Rapport d'Ondes Stationnaires) d'entree
de 1,1.
Comme indiqué précédemment, I'extrémité de la pinule 25 est
idéalement située à ras de la section d'entrée de l'iris. Cependant, il est possible
de rallonger cette pinule de sorte qu'elle pénètre dans le guide, au-dela de la
section d'entrée de l'iris. Elle joue dans ce cas un effet de rétraction électrique
de la cavite et la fait monter en fréquence (I'effet est équivalent à utiliser une
cavite plus petite) . I l est ainsi possible de rattraper des dissymétries
mécaniques, telles que celles citées précédemment.
Le couplage de l'invention est, de même que dans l'état de la technique,
un couplage réciproque et passif, qui peut donc être aussi bien utilisé en entree
qu'en sortie de signal.
Par ailleurs, la ligne TEM n'est pas nécessairement constituée par un
câble coaxial et peut par exemple être constituée par une ligne micro-ruban.
L'invention s'applique préférentiellement aux filtres bande étroite, de
l'ordre de quelques dizaines de MHz de bande passante.
