Coupleur directif à large bande pour ligne à microruban

Abstract

 Le coupleur comprend un tronçon de ligne à microruban dont l'âme (16) est couplée à l'âme (10) de la ligne sur une longueur λ/4, À étant la longueur d'onde dans un partie médiane de la bande passante recherchée. Le tronçon présente une première fraction parallèle à la ligne et à faible distance de celle-ci pour avoir un couplage serré et une seconde fraction divergeant de la ligne et fermée par une impédance caractéristique (20), l'extrémité libre de la première fraction étant reliée à la charge et cette première fraction étant prolongée sur une longueur inférieure à X/16 pour constituer une microcapacité - (26) de prélèvement d'énergie sur la ligne.

Description

[0001] L'invention concerne les coupleurs directifs utilisables pour la dérivation ou la répartition de signaux à très haute fréquence dont la transmission exige l'emploi de lignes à microruban.

[0002] On connaît déjà des coupleurs destinés à de telles applications. Beaucoup ont une bande passante et une directivité faibles, par exemple 12 dB sur 1 ou 2 octaves, et/ou des pertes élevées, ce dernier cas étant notamment celui des repartiteurs à résistance. Or, diverses applications rendent souhaitable un coupleur très directif, utilisable dans une très large bande de fréquence. On peut notamment citer le cas de coupleurs pour antenne collective ou communautaire et pour réseaux de télédistribution, pour lesquels il est souhaitable de prévoir d'ores et déjà l'évolution de fréquences d'utilisation vers des valeurs élevées. Dans la pratique, le besoin se fait sentir d'un coupleur susceptible de fonctionner dans une plage de fréquences s'étendant sur plus de cing octaves et ayant une directivité élevée.

[0003] On connaît déjà (FR-A-2 276 705) un coupleur pour ligne à ruban, constitué par un tronçon de ligne à ruban dont l'âme présente une zone localisée de rapprochement avec l'âme de la ligne principale. Un tel coupleur ne permet pas d'obtenir une bonne directivité dans une plage de fréquence étendue.

[0004] On connaît également (DE-A-2 658 364) un coupleur directif pour ligne à micro-ruban compo- rant deux lignes couplées parallèles et prolongées par des éléments réalisant des capacités et pouvant être remplacés par des composants discrets. On obtient ainsi une amélioration de la directivité, mais sans accroître de façon appréciable la bande passante.

[0005] On connaît également (US-A-3 416 102) un coupleur qui, dans un mode de réalisation, comporte un tronçon de fil qui est, sur une partie de sa longueur, parallèle au conducteur central du câble coaxial et en contact avec lui. Une partie terminale au moins du tronçon de prélèvement est avantageusement oblique pour faciliter l'insertion du tronçon (colonne 4, lignes 6 à 8). L'obliquité du trou d'introduction n'a pas d'autre rôle.

[0006] Il n'existe aucune parenté réelle entre ce coupleur et deux concernés par l'invention. Leurs modes de propagation sont entièrement différents: dans un cas, on a une structure coaxiale que l'on cherche à modifier le moins possible pour éviter d'altérer les conditions de propagation et les performances, dans l'autre cas, une structure dissymétrique (conducteur microruban et plan masse) dont on améliore les performances. Dans un cas, on a un diélectrique homogène ou quasi homogène, dans l'autre cas, on a un diélectrique non homogène, composé de deux éléments (substrat et air).

[0007] L'invention vise à fournir un coupleur pour ligne à microruban présentant des pertes faibles et une directivité élevèe, donc autorisant un montage en cascade de plusieurs coupleurs, sans pénaliser de façon excessive la portée, et cela dans une plage de fréquence élevée, tout en restant de coût de réalisation faible.

[0008] Dans ce but, l'invention propose notamment un coupleur directif comprenant un tronçon de ligne à microruban dont l'âme est couplée à celle de la ligne principale sur une longueur X/4, étant la longueur d'onde dans une partie médiane de la bande passante, ce tronçon présentant une première fraction parallèle à la ligne principale et à faible distance de celle-ci de façon à avoir un couplage serré et une deuxième fraction divergeant de la ligne et fermée sur une impédance caractéristique, l'extrémité libre de la première fraction étant reliée à la charge et cette première fraction étant prolongée, sur une longueur inférieure à X/16, pour constituer une microcapacité de prélèvement d'énergie sur la ligne principale.

[0009] Le prolongement formant microcapacité, dont l'écartement par rapport à la ligne sera voisin de celui de la première fraction, permet de donner au coupleur une directivité élevée.

[0010] Dans la pratique, on peut sans difficulté réaliser un coupleur du type qui vient d'être défini susceptible de fonctionner dans une plage de fréquence allant de 40 MHz à 2000 MHz, donc capable d'accepter tous les types de signaux de télévision et de radio aux fréquences prévues pour la télédistribution, et notamment de permettre la distribution directe à la première fréquence intermédiaire normalisée pour les canaux de diffusion directe par satellite.

[0011] Pour cette application, on utilisera généralement une deuxième fraction du tronçcon rectiligne et faisant un angle constant avec la ligne principale. Le couplage constant de la première fraction sera en règle générale inférieur à 10 dB. La courbe de réponse en fréquence du coupleur pourra être modelée en modifiant le rapport des longueurs des deux fractions. Il sera en particulier possible d'effectuer une préaccentuation compensant la caractéristique de la ligne principale. Le tronçon pourra présenter une longueur totale correspondant à X/4, À étant la longueur d'onde pour une fréquence de 460 MHz.

[0012] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel:

-la Figure 1 est une vue de dessus - schématique d'un coupleur suivant l'invention, faisant apparaître une fraction d'un second coupleur;

-la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la Figure 1;

-la Figure 3, similaire à la Figure 1, montre une variante.

[0013] Le coupleur qui sera décrit à titre d'exemple est d'un type utilisable pour la répartition ou la dérivation. de signaux dans une plage pouvant at- teindre et dépasser cinq octaves avec une directivité élevée et des pertes faibles. Le coupleur est destiné à prélever de l'énergie sur une ligne à microruban d'âme 10. Cette ligne est réalisée sur un substrat isolant 12 dont la face inférieure porte un revêtement conducteur 14 (Figure 2). Le substrat 12 pourra notamment être constitué de résine - (résine epoxy par exemple) renforcée, par exempte, par de la fibre de verre, suivant une technologie qui est celle de circuits imprimés.

[0014] Le coupleur comprend un tronçon de ligne à microruban réalisé sur le substrat 12. Ce tronçon comporte une âme 16 ayant une première fraction, de longueur L1, parallèle à l'âme 10 et à faible distance de cette dernière pour assurer un couplage serré, et une seconde fraction, de longueur L2, divergeant de la ligne et habituellement rectiligne. Dans le cas envisagé plus haut d'un coupleur destiné à fonctionner dans une bande de 40 à 2000 MHz, l'angle α des deux fractions ne dépassera en général pas 10° car, au-delà, le couplage cesse d'être satisfaisant. L'extrémité libre de la seconde fraction est munie d'une sortie 18 fermée sur l'impédance 20, impédance caractéristique du tronçon de ligne 16. L'autre extrémité du tronçon est munie d'une sortie 22, qui constitue la sortie du dérivateur. Il est possible de prévoir, sur la sortie 22, un élément métallisé 24 de compensation, permettant un ajustement d'amélioration du rapport d'onde stationnaire.

[0015] Le coupleur comprend enclore une microcapacité placée dans le prolongement de la première fraction 16, au-delà de la sortie 22. Cette microcapacité est formée par un élément de microruban 26 de longueur L3. La microcapacité ainsi réalisée, placée avant la zone de couplage, prélève de l'énergie sur la ligne d'âme 10, mais ne participe pas (du moins dans la partie basse de la bande passante) au couplage proprement dit.

[0016] On donnera au tronçon de ligne à microruban du coupleur une longueur totale L telle que:

où est la longueur d'onde dans l'air correspondant à une fréquence choisie dans la bande passante recherchée et c est la constante diélectrique du substrat.

[0017] On peut modeler la courbe de réponse par ajustement du rapport des longueurs L1 et L2. L'angle entre la seconde fraction et la ligne principale peut également varier mais restera en règle générale largement inférieur à 45°.

[0018] Le calcul permettra de déterminer, à partir de l'écartement entre l'âme 10 et le tronçon 16, de l'épaisseur du substrat et de la largeur du tronçon 16, les différentes valeurs de couplage C :

où Z_oe et Z_∞ sont les impédances caractéristiques en mode pair et en mode impair, respectivement.

[0019] La longueur L3 de l'élément 26 doit rester inférieure à λ/16, pour ne pas perturber le fonctionnement de la ligne principale. Ce sont la longueur L3 et l'écartement S (Figure 1) qui déterminent essentiellement l'influence de l'élément 26 : ils seront ajustés par l'expérience. La largeur W de l'élément 26 est par contre sans influence notable sur la directivité, et sera choisie notamment en fonction de la charge reliée à la sortie 22, étant donné qu'elle influence l'impédance de sortie.

[0020] Grâce à la disposition qui vient d'être décrite, on obtient sans difficulté une bande passante dépassant cinq octaves et une directivité sur toute cette plage allant de 20 à 12 dB (la directivité étant le rapport des puissances sortant en 22 et en 18).

[0021] A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un coupleur sur substrat verre-epoxy, sur 1,6 mm d'épaisseur a été réalisé avec L = 80 mm, L1 = 25 mm, L3 = 15 mm. L'écartement S était de 0,3 mm. L'angle a était d'environ 3°. La même épaisseur de revêtement métallique a été utilisée pour réaliser le tronçon 16, les sorties 18 et 22 et l'élément 26.

[0022] Dans la variante de réalisation montrée en Figure 3, les performances du coupleur sont encore accrues par l'adjonction d'une impédance 30 entre l'âme 10 et le tronçon 16, à hauteur de la sortie 22. La valeur Z de cette impédance 30 est choisie en fonction du couplage désiré en basse fréquence. Elle n'altère pas la transmission dans le reste de la bande si elle est convenablement choisie : une résistance dont la valeur est comprise entre 750 et 1000 Ohms a donné Odes résultats satisfaisants pour la bande passante mentionnée plus haut. Elle peut être constituée par un composant discret ou être intégrée sur le substrat.

Revendications

1. Coupleur directif pour ligne à microruban, comprenant un tronçon de ligne à microruban, caractérisé en ce que l'âme (16) du tronçon est couplée l'âme (10) de la ligne sur une longueur X/4, X étant la longueur d'onde dans une partie médiane de la bande passante recherchée, le tronçon présentant une première fraction parallèle à la ligne et à faible distance de celle-ci pour avoir un couplage serré et une seconde fraction divergeant de la ligne et fermée par une impédance caractéristique (20), l'extrémité libre de la première fraction étant reliée à la charge et cette première fraction étant prolongée sur une longueur inférieure à λ/16 pour constituer une microcapacité de prélèvement d'énergie sur la ligne.

2. Coupleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde fraction est rectiligne et fait un angle constant avec l'âme (10) de la ligne.

3. Coupleur selon la revendication 1 ou 2, prévu pour fonctionner dans la plage de fréquence comprise entre 40 et 2000 MHz en vue de la télédistribution de signaux radio ou de télévision, caractérisé en ce que l'on adopte la longueur d'onde pour une fréquence de 460 MHz.

4. Coupleur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la première fraction présente un couplage avec la ligne inférieur à 10 dB.

5. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la distribution par câble, caractérisé en ce que le rapport des lôngueurs des deux fractions est choisi pour compenser la caractéristique de transmission du câble.

6. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'âme de l'élément prolongeant le premier tronçon (26) a la même épaisseur que l'âme dudit tronçon (16).

7. Coupleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une impédance résistive (30) est placée entre l'âme - (10) de la ligne et l'âme (16) du tronçon, à hauteur de la sortie (22) de la ligne.

8. Coupleur selon l'une des revendications 3 ou 7, caractérisé en ce que l'impédance est comprise entre 750 et 1000 Ohms.

Dessins