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Duplexeur latéral

Courant
Tension
Résistance

Figure 1 : Courbes du courant et de la tension.

Courant
Tension
Résistance

Figure 1 : Courbes du courant et de la tension.

Transmetteur
Récepteur
Tube ATR
Tube TR

Figure 2 : Duplexeur avec des embouts terminaux quart d’onde utilisant de tubes TR- et ATR

Transmetteur
Récepteur
Tube ATR
Tube TR

Figure 2 : Duplexeur avec des embouts terminaux quart d’onde utilisant de tubes TR- et ATR.

Un « duplexeur latéral » est un commutateur fait de segments de ligne de transmission à impédance adaptées. Ceux-ci se terminent par des tubes à décharge gazeuse ou des diodes PIN pour conduire le signal à haute fréquence vers les composantes désirées dans un radar.

Préambule

Les segments de lignes λ/4 permettent de faire varier le courant et la tension à cause de leur impédance. Ainsi :

Le maximum de courant se produit quand la ligne est court-circuitée ce qui veut dire que la tension mesurée à ce point est minimale. Une tension maximale veut dire qu’à ce point, le circuit est équivalent à une ligne ouverte : aucun courant.

L’amplitude maximale et minimale d’une onde de haute fréquence alterne comme un sinus. La tension est en avance du courant par 90 degrés (équivalent à un quart de la longueur d’onde λ). Le courant maximal et la tension maximale sur la ligne se retrouvent donc à λ/4 l’un de l’autre. La résistance, R = V / I, en un point de maximum de tension (et donc de courant minimum) devient infinie. En un point de tension minimale (et donc de courant maximal), la résistance tend vers zéro. À cause de la périodicité du sinus, une résistance zéro (équivalent à un court-circuit) est suivi d’une résistance infinie à λ/4 (une ligne ouverte). Le tout se répétant à chaque λ/4.

Principe d’opération

Une ligne de transmission demi-onde et fermée à une extrémité, appelée un bras de réactance, est mis en parallèle avec la ligne principale. Un tube ATR (anti-transmission-réception) est placé sur cette ligne à une quart de longueur d’onde de la ligne principale de transmission et un quart de longueur d’onde de l’extrémité fermée du bras.

Pendant la transmission d’une impulsion, un arc électrique se forme à l’ouverture en C du tube ATR et à celle à D du tube TR (transmetteur-récepteur), ce qui transforme les deux tubes en bras de réactances quart d’onde. En même temps, les points A et B sont des interrupteurs ouverts. Aucune énergie dans la ligne principale de transmission ne peut donc entrer dans les tubes ATR, TR, ou dans le récepteur, et doit se diriger vers l’antenne.

Les désavantages de ce type de duplexeur sont :

La résistance d’un tube TR n’est pas nulle et l’atténuation ne peut dépasser 30 dB. Il faut donc utiliser plusieurs de ces tubes en série sur la ligne de transmission, chacun à une distance de λ/2 l’un de l’autre.

En réception, l’amplitude de l’écho reçu n’est pas suffisante pour causer un arc électrique dans les tubes. Dans ce cas le circuit du tube ATR agit comme une ligne de transmission de demi-longueur d’onde fermée. Cela donne un court-circuit à la jonction en T (point B), à une distance de trois quarts de longueur d’onde. L’écho voit donc un interrupteur ouvert vers le transmetteur et ne peut s’y diriger. D’autre part, l’impédance ajustée entre la ligne de transmission et le récepteur permet au signal de se diriger vers ce dernier avec une perte minimale.

Tubes TR
TR tube with a keep-alive electrode and its working principle
Électrode d’entretien
Ouverture principale
Mise à la terre CC

Figure 3 : Un tube TR pour bras de réactance d’un guide d’onde avec une électrode d’entretien.

Les tubes TR (transmission-réception) ont comme fonction principale de diriger les échos de retour vers le récepteur et de le protéger de l’impulsion transmise. Ils sont habituellement des éclateurs à étincelles dans un tube partiellement à vide et scellé, comme dans la figure 3. Un arc électrique peut être généré dans le tube par l’ionisation du gaz qu’il contient grâce à une tension suffisante entre les électrodes. Il est possible de diminuer cette tension-seuil en réduisant la pression dans le tube jusqu’à une pression optimale d’opération.

Il est possible raccourcir le temps nécessaire à créer l’arc électrique dans l’ouverture principale après l’émission du transmetteur en utilisant une électrode d’entretien dont la tension est de 100 à 1000 volts. Celle-ci maintient une faible décharge avec la cathode froide, appelée décharge luminescente. Lorsque la tension-seuil est mise à la cathode, l’étincelle se produit plus rapidement à cause de l’ionisation déjà présente

Il est aussi important d’avoir un court temps de dé-ionisation du tube TR pour réduire la zone aveugle près du radar. En effet, un écho provenant d’une cible rapprochée ne peut être aiguillé vers le récepteur par le duplexeur utilisant un tube TR que si ce dernier a eu le temps de récupérer après l’émission de l’impulsion du transmetteur. Pour réduire le temps de récupération, il suffit de garder une certaine pression de vapeur d’eau dans le tube TR. Par exemple, avec une pression de 1 millimètre de mercure, le temps de récupération est de 0,5 microseconde.

TR tube as waveguidesection
fenêtre
éclateur à étincelles
diaphragme

Figure 4 : Tube TR tube comme section de guide d’ondes

Le tube TR de la figure 3 est utilisé pour les micro-ondes. Il est une partie intégrale d’un guide d’onde fermé hermétiquement comme dans la figure 4. L’impulsion du transmetteur voyage dans le guide d’onde principal et entre par un point de jonction dans le tube, à travers la fenêtre en fente. Cela génère un arc électrique dans le tube et un quart de longueur d’onde plus tard cela agit comme un interrupteur ouvert empêchant l’impulsion d’entrer dans le récepteur en aval (seule une très faible énergie peut y arriver). La fenêtre est en quartz pour produire l’équivalent d’un circuit LC en parallèle en travers du guide d’onde afin d’ajuster les impédances.

Figure 5 : Tube TR MD 80 S 2 de la compagnie Raytheon

Le tube TR de la figure 5 est une composante d’un duplexeur du radar ASR–910. Les lettres et le petit collant mettent en garde l’utilisateur que ce tube est radioactif car il contient de tritium (H3) comme gaz servant à l’ionisation. Il faut donc le manipuler avec soin pour ne pas causer de pertes de gaz qui causerait une contamination de 0,6 à 1,3 Giga-Becquerels.

Tube ATR

La fonction principale du tube ATR (anti-transmission-réception) est de couper la voie vers le transmetteur pour toute impulsion se déplaçant dans la ligne de transmission. Il est en fait un tube TR simplifié. Il est rempli d’un gaz inerte comme l’argon parce que le temps de récupération n’est pas critique. De plus, un agent d’excitation, comme une électrode d’entretien, n’est pas nécessaire. Le fait de ne pas avoir un gaz actif et une électrode d’entretien permet d’obtenir un tube ayant une durée de vie plus longue que les tubes TR.