Duplexeur d'ondes électromagnétiques passif à semi-conducteur

Abstract

 Le duplexeur fonctionne dans la gamme des ondes millimétriques.
II est constitué par un premier cornet (9) associé à rémetteur radar (10), d'axe de propagation (Δ₁), par une grille (11) circulaire plane et inclinée à 45° par rapport à (Δ₁) et par un second cornet (12) associé au récepteur radar (13) et d'axe (Δ₂) perpendiculaire à (A,). La grille (11) est réalisée à partir d'un réseau de fentes résonnantes (16) munies d'au moins une diode (17).

Description

[0001] L'invention est relative à un duplexeur d'ondes électromagnétiques passif à semi-conducteur.

[0002] Dans un système radar, il est tout à fait nécessaire de protéger le récepteur radar à la fois contre l'énergie à haut niveau envoyée par l'émetteur et contre l'énergie provenant d'émetteurs radar voisins. Mais il est hautement souhaitable que toute l'énergie recueillie par l'antenne en provenance d'une cible éclairée par le rayonnement émis soit transmise sans perte au récepteur. Le duplexeur joue donc le rôle d'un commutateur isolant le récepteur lors de rémission ou d'une émission voisine puissante et ouvrant la voie lors de la réception de signaux faibles par l'antenne.

[0003] Il existe à l'heure actuelle différents types de duplexeurs qui vont être décrits dans ce qui suit, mais qui présentent l'inconvénient de ne pas ou très mal fonctionner avec des ondes millimétriques. Un premier type de duplexeur représenté sur la figure 1 est constitué par deux limiteurs identiques 1 insérés entre deux coupleurs 3dB 21, 22, chaque limiteur 1 étant passant pour les signaux faibles mais réfléchissant pour les signaux de forte puissance. Le premier coupleur 21 est relié, en entrée, d'une part à l'émetteur 3 et d'autre part à l'antenne 4, tandis que ses sorties aboutissent chacune à un des deux limiteurs 1. Eux-mêmes sont reliés aux entrées du second coupleur 22, dont les sorties sont connectées respectivement au récepteur radar 5 et à une charge dissipatrice 6. Lors de l'émission du signal radar par l'émetteur 3, les limiteurs 1 le renvoient vers l'antenne 4 tandis qu'ils laissent passer, à la réception, les faibles signaux reçus.

[0004] Un second type de duplexeur (figures 2a et 2b), comportant un dispositif à ferrite non réciproque, fonctionne suivant le principe suivant : le signal provenant de l'émetteur est dirigé vers l'antenne et tout signal reçu par l'antenne est obligatoirement dirigé vers le 'récepteur, quelle que soit sa puissance. La figure 2a montre un tel duplexeur comportant deux dispositifs à déphasage différentiel 74 et 75, dont le fonctionnement est le suivant : pour un signal initial venant de l'émetteur 7 et passant par un coupleur 71 provoquant une différence de phase de

entre les voies 72 et 73, le dispositif à ferrite à déphasage différentiel 74 déphase de

+ ϕ_o le signal de la voie 72 tandis que l'autre dispositif à ferrite 75 déphase de ϕ_o le signal de la voie 73. Les deux signaux dont les déphasages respectifs sont ϕ_o +

et ϕ_o aboutissent à un Té magique 76 à la sortie duquel ils se retrouvent en phase vers la voie antenne 77. Si on considère maintenant un signal venant de l'antenne 77, quelle que soit sa puissance, il est déphasé de ϕ o par le dispositif à férrite 74 et de ϕo +

par le dispositif à ferrite 75, de sorte que les signaux sortant respectivement des dispositifs 74 et 75 se retrouvent en phase, dans le récepteur, après passage dans le coupleur 71.

[0005] Quant à la figure 2b, elle montre un duplexeur où le dispositif non réciproque est un circulateur à trois voies 8. Pour assurer la protection du récepteur radar contre les émissions à forte puissance des émetteurs radar voisins arrivant par l'antenne, on ajoute à ce type de duplexeur une cellule de limitation supplémentaire dans la voie réception, cette cellule étant constituée soit par un tube TR à gaz, dont la durée de vie est assez limitée, soit par des dispositifs à ferrites ou à diodes.

[0006] Comme on l'a dit précédemment, ces duplexeurs n'ont pas un bon fonctionnement avec-des ondes millimétriques, car les cellules de limitations décrites soit n'existent pas pour de telles ondes, c'est le cas des tubes TR, soit n'ont pas une bonne tenue en puissance, c'est le cas des diodes existantes montées dans des structures classiques.

[0007] Le but de la présente invention est de résoudre ces difficultés en réalisant un duplexeur passif à semi-conducteur pour ondes électromagnétiques, comportant un premier cornet, connecté à l'émetteur radar et d'axe de propagation Δ₁, une grille circulaire plane, réfléchissante ou transparente en fonction de la puissance des signaux incidents et inclinée à 45° par rapport à l'axe Δ₁, et un second cornet connecté au récepteur et d'axe de propagation 2 orthogonal à l'axe Δ₁.

[0008] Selon une caractéristique de l'invention, la grille est constituée par un disque diélectrique ou semi-conducteur, métallisé sur une face, comportant un réseau de fentes résonnantes munies d'au moins une diode, cette grille étant transparente pour les signaux faibles et réfléchissante pour les signaux de forte puissance.

[0009] Selon une autre caractéristique, le duplexeur selon l'invention comporte plusieurs grilles parallèles.

[0010] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description, illustrée par les figures suivantes qui, outre les figures 1 et 2 déjà décrites, représentent :

- la figure 3 : un schéma du duplexeur réalisé selon l'invention ;

- la figure 4 : une vue de face d'une grille utilisée dans un tel duplexeur ;

- les figures 5, 6 et 7 : différentes formes de fentes résonnantes utilisées dans un tel duplexeur.

[0011] La figure 3 montre le schéma d'un duplexeur selon l'invention. Il comprend un premier cornet 9 associé à l'émetteur radar 10, envoyant des ondes électromagnétiques millimétriques sur une grille 11, circulaire plane dont le diamètre est compatible avec un fonctionnement en ondes millimétriques, et inclinée à 45^* par rapport à l'axe d ₁, de propagation du cornet 9. Il comprend également un second cornet 12 associé au récepteur radar 13, dont l'axe Δ₂ de propagation est orthogonal à l'axe Δ₁, et par une antenne 14 émettrice-réceptrice.

[0012] La grille 11 plane (figure 4) a un pouvoir réfléchissant ou transparent fonction de la puissance des signaux incidents, autrement dit, elle est totalement réfléchissante pour les signaux de forte puissance émis par l'émetteur 10 et totalement transparente pour les signaux faibles reçus par l'antenne 14. Elle est constituée par un disque soit diélectrique, soit semi-conducteur, mais dans les deux cas métallisé sur une face 15. La métallisation de cette face réalise un réseau de fentes résonnantes 16, comme le montre la figure 4, munies chacune d'au moins une diode 17. Lorsque le disque est en diélectrique, les diodes sont reportées puis connectées aux deux bords opposés de la fente. Lorsque le disque est en matériau semi-conducteur, les diodes 17 sont directement élaborées sur le disque.

[0013] Le duplexeur ainsi réalisé fonctionne de la manière suivante : l'émetteur radar 10 envoie un signal radar à haute énergie, par l'intermédiaire du cornet 9 qui le dirige sur la grille 11. Recevant ce signal fort, les diodes 17 se comportent comme un court-circuit et l'ensemble fente-diode, est désaccordé rendant ainsi la grille 11 réfléchissante. La grille Il envoie donc le signal radar vers l'antenne 14 qui le réfléchit à son tour vers l'espace, protégeant totalement le récepteur radar 13. ¹

[0014] Inversement, lorsque l'antenne 14 reçoit un signal de faible puissance, elle le dirige vers la grille 11. Or, pour les faibles signaux, les diodes 17 sont équivalentes à des capacités et l'ensemble fente-diode est adapté pour résonner aux fréquences d'utilisation. De sorte que le réseau de fentes résonnantes qui constitue la grille 11 est passant pour le signal à bas niveau, qui est bien reçu par le récepteur radar 13 par l'intermédiaire du cornet 12.

[0015] Enfin, si un émetteur voisin de celui considéré 10, envoie des signaux hyperfréquence de forte puissance, qui sont captés par l'antenne 14, vers la grille 11, celle-ci redevient réfléchissante, protégeant le récepteur 13.

[0016] La forme des fentes résonnantes 17 peut-être rectangulaire, (figure-5a), ovale (figure 5b) ou bien encore présenter un étranglement 18 dans son milieu (figure 5c).

[0017] Etant donné le nombre de fentes 16 du réseau, la puissance du signal hyperfréquence, répartie sur toute la grille au moyen du cornet 9 ou de l'antenne 14, est relativement faible sur chaque fente donc sur chaque diode, permettant d'obtenir une bonne tenue en puissance. Cette tenue peut d'ailleurs être considérablement améliorée en connectant, entre les deux bords de chaque fente, au moins une paire de diodes 19, de même polarité montées en shunt tête-bêche dans un même plan comme le montre les figures 6a, 6b et 6c. Dans ce cas, selon la polarité du signal hyperfréquence incident, c'est soit l'une, soit l'autre diode 19 qui conduit, protégeant l'autre diode en limitant la tension appliquée à ses bornes. La figure 6 montre un tel montage suivant la forme des fentes résonnantes 16.

[0018] Pour améliorer encore le duplexeur selon l'invention, notamment lorsque le signal hyperfréquence arrivant sur la grille est polarisé selon deux directions, on réalise un réseau de fentes résonnantes 20 en forme de croix comme le montre la figure 7, chaque bras 22 et 23 agissant comme une fente simple pour une des deux polarisations. Pour chaque bras, les diodes 21 sont placées deux à deux tête-bêche, mais pas tout à fait dans le même plan, puisqu'elles sont séparées par la largeur de l'autre bras.

[0019] Enfin, une dernière amélioration, portant sur la largeur de la bande passante du système, peut être apportée en plaçant plusieurs grilles, identiques à celle déjà décrite, parallèlement les unes aux autres de façon à constituer un filtre à réponse de Tchebisoheff ou Butterworth par exemple.

[0020] Pour tout ce qui vient d'être décrit, le diamètre de la grille, le nombre et la forme des fentes résonnantes sont déterminés par les caractéristiques des diodes, la polarisation et la puissance du signal hyperfréquence à traiter.

[0021] Grâce au duplexeur qui vient d'être décrit, le duplexage et la protection du récepteur radar contre tous les signaux hyperfréquence à forte puissance sont assurés, ces signaux se situant dans la gamme des ondes millimétriques. Ce dispositif présente l'avantage d'être passif et d'avoir une bonne tenue en puissance car celle-ci est entièrement répartie sur un grand nombre de diodes, d'ailleurs facilement réalisables et intégrables dans la grille.

Revendications

1. Duplexeur d'ondes électromagnétiques passif à semi-conducteur, dans un système radar comportant un émetteur (10) illuminant une antenne (14) qui renvoie elle-même à un réflecteur (13) les signaux électromagnétiques émis par une cible, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur fonctionnant dans la gamme des ondes millimétriques, il comporte un premier cornet (9), connecté à l'émetteur (10) et d'axe de propagation ( Δ₁), une grille (11) circulaire plane, réfléchissante ou transparente fonction de la puissance des signaux incidents et inclinée à 45° par rapport à l'axe (Δ₁) et un second cornet (12), connecté au récepteur (13) et d'axe de propagation (Δ₂) orthogonal à l'axe (Δ ₁) du premier cornet (9).

2. Duplexeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille (11) est totalement transparente pour les signaux électromagnétiques de faible puissance et totalement réfléchissante pour les signaux de forte puissance.

3. Duplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille (11) est constituée par un disque diélectrique métallisé sur une face (15) comportant un réseau de fentes (16) résonnantes munies chacune d'au moins une diode (17).

4. Duplexeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la grille (11) est constituée par un disque semi-conducteur, métallisé sur une face (15) comportant un réseau de fentes (16) résonnantes _ munies d'au moins une diode (17) directement élaborée sur le semi-conducteur.

5. Duplexeur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les fentes résonnantes (16) sont munies d'au moins une paire de diodes (19) de même polarité, montées en shunt tête-bêche dans un même plan.

6. Duplexeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fentes résonnantes (16) ont une forme rectangulaire adaptée à la polarisation du signal radar à traiter.

7. Duplexeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fentes résonnantes (16) ont une forme ovale.

8. Duplexeur selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fentes résonnantes (16) présentent un étranglement (18) dans leurs milieux.

9. Duplexeur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fentes résonnantes 20 ont une forme de croix, et sont munies de quatre diodes 21 placées tête-bêche deux à deux.

10. Duplexeur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux grilles parallèles, séparées par une distancè telle que leur ensemble constitue un filtre à réponse de Tchebischeff ou Butterworth.

Dessins