EP0088664A1 - Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences - Google Patents

Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences Download PDF

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EP0088664A1
EP0088664A1 EP83400364A EP83400364A EP0088664A1 EP 0088664 A1 EP0088664 A1 EP 0088664A1 EP 83400364 A EP83400364 A EP 83400364A EP 83400364 A EP83400364 A EP 83400364A EP 0088664 A1 EP0088664 A1 EP 0088664A1
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antenna
section
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Alcatel Espace Industries SA
Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
    • H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
    • H01P1/063—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with a limited angle of rotation
    • H01P1/064—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with a limited angle of rotation the axis of rotation being perpendicular to the transmission path, e.g. hinge joint
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/04—Fixed joints
    • H01P1/042—Hollow waveguide joints
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S343/00—Communications: radio wave antennas
    • Y10S343/02—Satellite-mounted antenna

Definitions

  • the invention relates to a joint for connecting two microwave waveguides, having a rectangular section and a common longitudinal axis, and which are capable of having a relative rotational movement around their common longitudinal axis.
  • Such an antenna has two positions: In a first position it is folded against the satellite, so as to be able to fit within the volume delimited by the cover which protects the satellite during its launch; it is deployed and placed in a second position, its operating position, when the satellite has arrived in orbit. The angle of rotation is then less than 360 °, and the second position is fixed.
  • the antenna is connected, by two waveguide sections, to the transmission or reception equipment located on board the satellite.
  • a section is secured to the antenna and a section is secured to the satellite.
  • the junction between the fixed section and the mobile section must be carried out by a device which does not attenuate the signal and which is reliable in a temperature range from - 150 ° C to + 200 ° C, in the presence of radiation.
  • the device according to the invention overcomes these drawbacks by simple means.
  • a pivoting joint for microwave waveguides for connecting a first waveguide, fixed, to a second waveguide, having the same longitudinal axis and pivoting around this axis for get into a determined position
  • each of the guides opens perpendicular to a flat face perpendicular to this axis; in that these two faces are separated by a space of non-zero thickness and much less than the length of the waves; in that at least one of these faces is hollowed out with a quarter-wave trap surrounding the opening of the waveguide opening onto this face; and in that it comprises a stop to stop the rotation of the second guide when it has reached the position where it is in the extension of the first guide.
  • a section 9 of waveguide tube, of rectangular section connects the transmission or reception equipment to the joint according to the invention
  • a section 15 of waveguide tube, of rectangular section connects the gasket to the antenna.
  • the seal mainly comprises a fixed frame 8 secured to the satellite and a part 17 secured to the antenna and the wave guide tube section 15.
  • the part 17 can rotate, relative to the frame 8, by means of two ball bearings, 11 and 16, having the same axis of revolution coincident with the longitudinal axis of the guide tube section d 'waves 9.
  • the rotation of the part 17 and the antenna is provided by a motor, or a spring, not shown in the figure.
  • the two positions of the antenna are defined by stops which are not shown either.
  • the part 17 has a flat face, perpendicular to the axis of rotation, onto which opens a waveguide 2, of rectangular section; at this end of the waveguide 2 its longitudinal axis coincides with the axis of rotation of the part 17.
  • the waveguide 2 is drilled inside the part 17 and opens, after a 90 ° bend , opposite the section of waveguide tube 15, which, in this example, is perpendicular to the axis of rotation of the part 17 ..
  • the seal according to the invention further comprises a part 7 to which the end of the section 9 of the waveguide tube is connected.
  • the part 7 is fixed by four screws 14 to the frame 8. It has a flat face perpendicular to the axis of rotation and placed opposite the flat face of the part 17.
  • a waveguide 1 is drilled in the part 7, in the extension of the waveguide tube 9 and opening onto the flat face of the part 7.
  • the part 17 has a position such as the waveguide 2 is an extension of the waveguide 1 and the waveguide 9.
  • a quarter-wave trap 5 is dug on the flat face of the part 7 circularly around the hole where the waveguide 1 opens, the axis of symmetry of revolution of the trap 5 being coincident with the 'rotation axis.
  • a quarter-wave trap is a classic device to ensure, from a radioelectric point of view, the tightness of the connection of two waveguide tubes.
  • the end of each waveguide tube is provided with a flat flange and perpendicular to the longitudinal axis of the two tubes. The flanges of the two tubes to be connected are pressed against each other by four clamping screws.
  • a quarter wave trap consists of a rectangular section groove, the depth of which is equal to a quarter of the wavelength, and which is hollowed out in one of the flanges on the flat face in contact with the other flange .
  • This groove is circular and surrounds the hole where opens the waveguide. If the waveguide has a rectangular section, the maximum distance between the groove and the walls of the guide is chosen to be equal to a quarter of the wavelength. Thus the junction between the two flanges behaves like a short circuit even if the two flanges are not entirely contiguous.
  • Figure 2 shows a top view of the part 7.
  • the wavelength is about 3cm
  • the section of the waveguide 1 is 22.86mmxl0.16mm
  • the inside diameter of the quarter-wave trap is 29.26mm
  • its outside diameter is 32.86mm
  • its depth is 9.10mm.
  • the flat face of the part 7, located opposite the flat face of the part 17, is delimited by a cylindrical flank 18, of diameter 40mm, the longitudinal axis of which coincides with the axis of rotation.
  • the space between the two opposite faces of the parts 7 and 17 has a width of 0.05 mm which allows their relative rotation without them rubbing. The absence of friction reduces the energy expenditure necessary for the deployment of the antenna and avoids the problems due to expansion as a function of the temperature.
  • the ball bearing 11 is fixed, on the one hand, to the part 17 by a clamping flange 10, screwed onto a thread, and on the other hand to the frame 8 by a flange 12 held by four screws 13.
  • the flanges 10 and 12 have an axis of symmetry of revolution coincident with the axis of rotation.
  • a variant of the seal according to the invention comprises a membrane 6 intended to perfect the radio-electric tightness of the seal, already ensured by the quarter-wave trap 5.
  • the membrane 6 is planar, with the exception of a ring curved intended to make it more elastic. It also has a circular opening concentric with the domed ring and diameter 37mm. The domed ring and the opening have their center located on the axis of rotation.
  • the membrane 6 has an axis of symmetry of revolution which coincides with the axis of rotation. The edge of the circular opening presses and rubs against the collar 10, while the periphery of the membrane 6 is fixed to the collar 12 by the four screws 13. The membrane 6 is thus secured to the frame 8 and to the part 7.
  • the invention is not limited to the embodiment described and shown. It is in particular within the reach of those skilled in the art to produce a waveguide 2 extending beyond the ball bearing 16, with or without 90 ° elbow. It is also possible for it to provide a quarter-wave trap on each of the two planar opposite faces, or to give another form to the quarter-wave trap.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Guides d'ondes, à section rectangulaire, reliant un équipement d'émission-réception situé à bord d'un satellite à une antenne qui n'est déployée qu'après la mise en orbite, comportant un tronçon fixe (1) et un tronçon mobile (2), pivotant autour de l'axe longitudinal commun aux deux tronçons. Ils débouchent en vis à vis sur deux faces planes parallèles (3, 4) séparées par une distance non nulle mais très faible par rapport à la longueur d'onde. Une de ces faces comporte un piège quart d'onde (5) assurant l'étanchéité radio-électrique du joint. Une butée détermine la position où les deux guides (1 et 2) sont dans le prolongement l'un de l'autre. Quand le satellite arrive sur orbite l'antenne est déployée, le joint pivote jusqu'à cette position. Application aux satellites ayant une antenne déployable.

Description

  • L'invention concerne un joint permettant de raccorder deux guides d'ondes hyperfréquences, ayant une section rectangulaire et un axe longitudinal commun, et qui sont susceptibles d'avoir un mouvement de rotation relatif autour de leur axe longitudinal commun.
  • Elle est applicable notamment dans le cas du raccordement d'une antenne pivotante équipant un satellite. Une telle antenne possède deux positions : Dans une première position elle est repliée contre le satellite, afin de pouvoir tenir dans le volume délimité par la coiffe qui protège le satellite lors de son lancement ; elle est déployée et mise dans une deuxième position, sa position de fonctionnement, lorsque le satellite est arrivé sur orbite. L'angle de rotation est alors inférieur à 360°, et la deuxième position est fixe.
  • L'antenne est raccordée, par deux tronçons de guide d'ondes, aux équipements d'émission ou de réception situés à bord du satellite. Un tronçon est solidaire de l'antenne et un tronçon est solidaire du satellite. La jonction entre le tronçon fixe et le tronçon mobile doit être réalisée par un dispositif n'atténuant pas le signal et étant fiable dans une gamme de température allant de - 150°C à + 200°C , en présence de radiations.
  • Il est connu d'utiliser un guide d'ondes flexible, mais celui-ci est d'autant plus long que l'angle de rotation est grand ; ses pertes sont non négligeables, et varient aléatoirement en fonction de la conformation prise par le guide après le déploiement de l'antenne. Il est également connu de réaliser une liaison par un câble coaxial flexible, mais celui-ci provoque des pertes non négligeables et son isolant résiste difficilement aux températures extrêmes. Ces deux dispositifs nécessitent un moteur relativement puissant, et une certaine consommation d'énergie pour déployer l'antenne.
  • Il est connu, aussi, de réaliser des joints, tournant sur plus de 360° , en raccordant sans contact deux lignes coaxiales, leurs conducteurs externes d'une part, et leurs conducteurs internes d'autre part étant mis face à face sur une longueur égale à un quart de la longueur d'onde. Ce dispositif est de réalisation complexe et coûteuse quand les pertes doivent être minimisées.
  • Enfin, il est connu de réaliser un changement de mode de propagation des ondes pour les faire passer d'un guide à section rectangulaire à un guide à section circulaire, réaliser un joint tournant sur ce guide à section circulaire, puis refaire un changement de mode pour refaire passer les ondes dans un guide à section rectangulaire. Ce dispositif a pour inconvénient de nécessiter deux changements de mode, qui entrainent des pertes non négligeables.
  • Le dispositif selon l'invention remédie à ces inconvénients par des moyens simples.
  • Selon l'invention, un joint pivotant pour guides d'ondes hyperfréquences, à section rectangulaire, pour raccorder un premier guide d'ondes, fixe, à un deuxième guide d'ondes, ayant un même axe longitudinal et pivotant autour de cet axe pour se mettre dans une position déterminée, est caractérisé en ce que chacun des guides débouche perpendiculairement à une face plane perpendiculaire à cet axe ; en ce que ces deux faces sont séparées par un espace d'épaisseur non nulle et très inférieure à la longueur des ondes ; en ce qu'au moins une de ces faces est creusée d'un piège quart-d'onde entourant l'ouverture du guide d'ondes débouchant sur cette face ; et en ce qu'il comporte une butée pour arrêter la rotation du deuxième guide lorsqu'il a atteint la position où il est dans le prolongement du premier guide.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description ci-dessous, et sur les figures l'accompagnant :
    • - la figure 1 représente une coupe d'un exemple de réalisation du joint selon l'invention ;
    • - la figure 2 représente une vue d'une des pièces constituant cet exemple de réalisation.
  • Sur la figure 1 un tronçon 9 de tube guide d'ondes, à section rectangulaire, relie l'équipement d'émission ou de réception au joint selon l'invention, et un tronçon 15 de tube guide d'ondes, à section rectangulaire, relie le joint à l'antenne. Le joint comporte principalement un bâti fixe 8 solidaire du satellite et une pièce 17 solidaire de l'antenne et du tronçon de tube guide d'ondes 15. La pièce 17 peut tourner, par rapport au bâti 8, grâce à deux roulements à billes, 11 et 16, ayant un même axe de révolution confondu avec l'axe longitudinal du tronçon de tube guide d'ondes 9. La rotation de la pièce 17 et de l'antenne est assurée par un moteur, ou un ressort, non représenté sur la figure. Les deux positions de l'antenne sont définies par des butées qui ne sont pas, non plus, représentées. La pièce 17 comporte une face plane, perpendiculaire à l'axe de rotation, sur laquelle débouche un guide d'ondes 2, à section rectangulaire ; à cette extrémité du guide d'onde 2 son axe longitudinal est confondu avec l'axe de rotation de la pièce 17. Le guide d'ondes 2 est percé à l'intérieur de la pièce 17 et débouche, après un coude à 90° , en face du tronçon de tube guide d'ondes 15, qui, dans cet exemple, est perpendiculaire à l'axe de rotation de la pièce 17..
  • Le joint selon l'invention comporte en outre une pièce 7 à laquelle l'extrémité du tronçon 9 de tube guide d'ondes est raccordée. La pièce 7 est fixée par quatre vis 14 au bâti 8. Elle comporte une face plane perpendiculaire à l'axe de rotation et placée en vis à vis de la face plane, de la pièce 17. Un guide d'ondes 1 est percé dans la pièce 7, dans le prolongement du tube guide d'ondes 9 et débouchant sur la face plane de la pièce 7. Quand l'antenne est mise dans sa position de fonctionnement, la pièce 17 a une position telle que le guide d'ondes 2 est dans le prolongement du guide d'ondes 1 et du guide d'ondes 9.
  • D'autre part, un piège quart-d'onde 5 est creusé sur la face plane de la pièce 7 circulairement autour du trou où débouche le guide d'ondes 1, l'axe de symétrie de révolution du piège 5 étant confondu avec l'axe de rotation. Un piège quart-d'onde est un artifice classique pour assurer, du point de vue radio-électrique, l'étanchéité du raccordement de deux tubes guides d'ondes. Par exemple pour raccorder deux tubes guides d'ondes, fixes, l'extrémité de chaque tube guide d'ondes est munie d'un flasque plan et perpendiculaire à l'axe longitudinal des deux tubes. Les flasques des deux tubes à raccorder sont plaqués l'un contre l'autre par quatre vis de serrage. Un piège quart d'onde est constitué d'une rainure à section rectangulaire, dont la profondeur est égale à un quart de la longueur d'onde, et qui est creusée dans un des flasques sur la face plane en contact avec l'autre flasque. Cette rainure est circulaire et entoure le trou où débouche le guide d'ondes. Si le guide d'ondes a une section rectangulaire la distance maximale entre la rainure et les parois du guide est choisie égale à un quart de longueur d'onde. Ainsi la jonction entre les deux flasques se comporte comme un court-circuit même si les deux flasques ne sont pas tout-à-fait jointifs.
  • La figure 2 représente une vue de dessus de la pièce 7. Dans cet exemple de réalisation la longueur d'onde est d'environ 3cm, la section du guide d'ondes 1 est de 22,86mmxl0,16mm ; le diamètre intérieur du piège quart-d'onde est de 29,26mm, son diamètre extérieur est de 32,86mm, et sa profondeur est de 9,10mm. La face plane, de la pièce 7, située en vis à vis de la face plane de la pièce 17, est délimitée par un flanc cylindrique 18, de diamètre 40mm, dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe de rotation. L'espace entre les deux faces en regard des pièces 7 et 17 a une largeur de 0,05mm qui permet leur rotation relative sans qu'elles frottent. L'absence de frottement diminue la dépense d'énergie nécessaire au déploiement de l'antenne et évite les problèmes dus à la dilation en fonction de la température.
  • Le roulement à billes 11 est fixé, d'une part, à la pièce 17 par une collerette de serrage 10, vissée sur un filetage, et d'autre part au bâti 8 par une collerette 12 maintenue par quatre vis 13. Les collerettes 10 et 12 ont un axe de symétrie de révolution confondu avec l'axe de rotation.
  • Une variante du joint selon l'invention comporte une membrane 6 destinée à parfaire l'étanchéité radio-électrique du joint, déjà assurée par le piège quart-d'onde 5. La membrane 6 est plane, à l'exception d'un anneau bombé destiné à la rendre plus élastique. Elle comporte en outre une ouverture circulaire concentrique à l'anneau bombé et de diamètre 37mm. L'anneau bombé et l'ouverture ont leur centre situé sur l'axe de rotation. La membrane 6 a un axe de symétrie de révolution qui est confondu avec l'axe de rotation. La bordure de l'ouverture circulaire appuie et frotte sur la collerette 10, tandis que la périphérie de la membrane 6 est fixée sur la collerette 12 par les quatre vis 13. La membrane 6 est ainsi solidaire du bâti 8 et de la pièce 7.
  • L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. Il est notamment à la portée de l'homme de l'art de réaliser un guide d'ondes 2 se prolongeant au-delà du roulement à billes 16, avec ou sans coude à 90°. Il lui est possible aussi de prévoir un piège quart d'onde sur chacune des deux faces planes en regard, ou de donner une autre forme au piège quart d'onde.

Claims (2)

1. Joint pivotant pour guides d'ondes hyperfréquences, à section rectangulaire, pour raccorder un premier guide d'ondes (1), fixe, à un deuxième guide d'ondes (2), ayant un même axe longitudinal et pivotant autour de cet axe pour se mettre dans une position déterminée, caractérisé en ce que chacun des guides (1 et 2) débouche perpendiculairement à une face plance (3 et 4) perpendiculaire à cet axe ; en ce que ces deux faces (3 et 4) sont séparées par un espace d'épaisseur non nulle et très inférieure à la longueur des ondes ; en ce qu'au moins une de ces faces est creusée d'un piège quart-d'onde entourant l'ouverture du guide d'ondes débouchant sur cette face ; et en ce qu'il comporte une butée pour arrêter la rotation du deuxième guide lorsqu'il a atteint la position où il est dans le prolongement du premier guide.
2. Joint selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première face plane (3) est délimitée par une bordure circulaire, dont l'axe de symétrie de révolution est confondu avec l'axe longitudinal des deux guides ; et en ce qu'il comporte une membrane métallique (6), ayant une découpe circulaire de diamètre inférieur à celui de la sus-dite bordure, et ayant un axe de révolution confondu avec l'axe longitudinal ; et en ce que le bord de la membrane (6), autour de de la découpe, s'appuie sur la sus-dite bordure, la membrane (6) étant solidaire, par ailleurs, de la seconde face (4).
EP83400364A 1982-03-05 1983-02-22 Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences Expired EP0088664B1 (fr)

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FR8203732 1982-03-05

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EP0088664A1 true EP0088664A1 (fr) 1983-09-14
EP0088664B1 EP0088664B1 (fr) 1987-04-08

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EP83400364A Expired EP0088664B1 (fr) 1982-03-05 1983-02-22 Dispositif de couplage entre deux guides d'ondes hyperfréquences

Country Status (6)

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EP (1) EP0088664B1 (fr)
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