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Générateur d'oscillation à ultra haute fréquence accordable équilibré.
Cette invention se rapporte à un générateur d'oscillation à ultra haute fréquence équilibré accordable sur une bande large de fréquences de fonctionnement.
Les générateurs d'oscillation élaborés pour fonctionner sur une bande d'ultra haute fréquence comprennent habituellement un tube oscillateur et un circuit fixant la fréquence constitué par une ligne de transmission résonante effectivement couplée entre l'anode et les électrodes de contrôle du tube oscillateur.
Un dispositif daccord tel qu'un élément de court circuit, est compris dans la ligne et disposé de façon à être. ajustable le long de celle-ci dans le but d'accorder le générateur sur une bande prescrite de fréquences de fonctionnement. Une source de ,,, courant spacial est appliquée à l'électrode anodique du tube @
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oscillateur à travers un des conducteurs de la ligne, étant iso- lé de l'électrode de controle de celui-ci au moyen d'un condensa-. teur de blocage approprié généralement incorporé dans l'élément de court-circuit.
La bande de fréquence de fonctionnement d'un tel généra- teur est fixé par le déplacement possible de l'élément de court- circuit, la fréquence la plus élevée obtenable étant réalisée lorsque cet élément est avancé le long de la ligne aussi près que possible dans la direction du tube oscillateur. La valeur de cette plus haute fréquence obtenable est fixée par les para- mètres répartis de la ligne et la capacitance anode-électrode de contrôle du tube oscillateur qui constitue un effet de charge aux bornes d'électrode de la. ligne. Là où une bande dlarge de fréquences de fonctionnement est demandée, le générateur d'oscîl- lation peut également être équipé d'une seconde ligne de trans- mission effectivement résonante couplée au tube oscillateur et accordable de la façon décrite.
Dans ce cas, les lignes sont accordées entre elles et une partie augmentée de fréquences de fonctionnement en résulte comme l'effet de charge pour chaque ligne assuré par la capacitance entre les électrodes du tube oscillateur vaut approximativement la moitié de celle du dispo- sitif à ligne unique. De tels générateurs d'oscillation, puis- qu'ils ne possèden qu'un tube oscillateur, ne sont capables de donner qu'une quantité limitée de puissance. De plus, il est malaisé de construire des condensateurs de blocage ayant des caractéristiques électriques appropriées aux ultra hautes fré- quences et pouvant résister aux hautes tensions. Ces réserves peuvent rendre les dispositions décrites inappropriées pour cer- taines applications.
D'autres générateurs d'oscillation du début destinés à être utilisés dans la bande des ultra hautes fréquences compren- nent une paire de tubes oscillateurs reliés dans un circuit
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push-pull et ayant une première ligne de transmission effective- 'ment résonante couplée entre leurs électrodes anodiques et une seconde ligne de transmission effectivement résonante placée entre leurs électrodes de contrôle. Les lignes comprennent des éléments de court-circuit pour l'accord tels que le générateur est du type plaque accordée grille accordée.
Quoique ces dispositifs assurent une puissance de sortie accrue comparée à celle des générateurs à un seul tube mentionnés ci-dessus, ils ont une portée limitée de fréquences de fonctionnement par le fait de l'effet de charge donné par les parties terminales du côté des bornes d'électrodes de la ligne de transmission par la capacitance interélectrode des tubes oscillateurs. De plus, par suite des difficultés d'accord offertes, on n'a pas pris en considération l'expédient qui consis- te à doubler l'équipement de ligne dans le but de réduire cet effet de charge, et par le fait d'augmenter la bande de fréquence de fonctionnement de tels générateurs.
.Suivant cette invention, un générateur d'oscillations équi- libré d'ultra hautes fréquences accordable sur une bande fixée d'avance de fréquences de fonctionnement comprend une paire.: de tubes à vide ayant chacun des électrodes d'anode et de contrôle.
Le générateur contient une première ligne de transmission équili- brée comprenant une paire de conducteurs couplés individuelement directement aux électrodes correspondantes des tubes à vide et comprenant des dispositifs d'accord réglables qui forment avec eux un circuit de règlage de fréquence pour accorder le générateur dans la bande signalée plus haut de fréquences de fonctionnement.
Le générateur contient une première ligne de transmission équili- brée comprenant une paire de conducteurs ouverts couplés chacun directement aux électrodes correspondantes des tubes à vide et contenant des dispositifs d'accord de fréquence réglables qui constituent de cette façon un circuit d'accord de fréquence pour
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accorder le générateur sur les bandes indiquées de fréquences de fonctionnement,,Le générateur contient en outre une seconde ligne de transmission équilibrée comprennent une paire de con- ducteurs couplée individuellement aux autres électrodes corres- pondantes des tubes à vide et se prolongeant à partir de celles- ci dans la même direction que les lignes citées en premier lieu .
La seconde ligne possède une fréquence de résonance en dehors de la portée des fréquences de fonctionnement du générateur et elle est couplée à la première ligne pratiquement pour tous les régla- ges des dispositifs d'accord pour passer de l'énergie de la première à la seconde ligne pour l'entretien des oscillations.
Suivant une particularité de l'invention, un générateur équilibré d'oscillations à. ultra haute fréquence comprennant un circuit de fixation de fréquence et une paire de tubes à vide ayant chacun une anode, une cathode et des électrodes de contrô- le contiennent une paire de lignes de transmission court-circui- tées. Chacune des lignes a une longueur électrique effective pra- tiquement égale à un multiple entier d'un quart de la longueur d'onde à une fréquence fixée d'avance du générateur et chaque ligne comprend une paire de conducteurs ouverts couplés chacun aux électrodes correspondantes des tubes à vide.
Le circuit de fixation de fréquence possède à la fréquence de fonctionnement prémentionnée un mode de résonnane souhaité dans lequel les cou- rants dans les portions correspondantes des conducteurs de cha- cune des lignes sont en opposition de phase et les lignes sont inclues dans un circuit additionnel qui a un mode de résonnarice non souhaité dans lequel les courants dans les parties correspon- dantes des conducteurs sont en phase. Le générateur contient le moyen de charger de telle façon ce dernier circuit que le mode de résonnance non souhaité se produit à une fréquence fixée d'a- vance pratiquement différente de la fréquence de fonctionnement prémentionnée du générateur.
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Afin de mieux faire comprendre l'invention actuelle, on se repor- tera à la description suivante faite par rapport au dessin anne- xé dans lequel :
La fig. 1 est un diagramme de circuit schématique d'un générateur d'oscillation équilibré à ultra haute fréquence réq- lisant l'invention actuelle.
La fig* 2 est un diagramme de circuit schématique élec- triquement équivalent.au circuit de la fig. 1.
Les figs. 3a et 3b sont des diagrammes de circuits schéma- tiques aditionnels utilisés pour décrire une caractéristique fonctionnelle du dispositif de la fig. 1; alors que la fig. 4 comprend une représentation graphique de la caractéristique puis- sance de sortie-fréquence du générateur d'oscillations représen- té à la fig. 1.
Se reportant maintenant plus spécialement à la fig. 1 du dessin, on y a représenté un générateur équilibré d'oscillations à ultra haute fréquence accordable sur une bande darge de fré- quences de fonctionnement souhaitée et réalisant l'invention ac- tuelle. Le générateur comprend une paire de tubes à vide 10 et 11 ayant chacun une anode, une cathode et des électrodes de contrô- le. Le générateur contient également un premier ensemble de li- gnes de transmission équilibrées couplées chacune directement aux électrodes correspondantes de chacun des tubes à vide.
Plus spé- cialement, une ligne de transmission comprenant une paire de con- ducteurs ouverts parallèles 12, 13 est couplée directement aux électrodes anodiques des tubes 10 et 11, respectivement, alors qu'une autre ligne de transmission comprenant une paire de con- ducteurs parallèles ouverts 14, 15 est couplée de la même façon aux électrodes anodiques des tubes à vide. Les conducteurs de cha- cune de ces lignes ont de l'inductance et de la capacitance uni- formément distribuée et les lignes sont placées symétriquement par rapport aux tubes à vide, se prolongeant à partir de ceux-ci
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en directions opposées, comme indiqué au dessin.
Cette relation des lignes 12, L3 et 14, 15 peut se décrire comme un dispositif d'aliumentation en travers tout comme les conducteurs 14 et 15 peu- vent être regardés contenir effectivement les prolongements des conducteurs 12 et 13, respectivement. Les éléments de court-cir- cuit réglables 16 et 17 sont compris, respectivement, dans les lignes 12, 13 et 14,15 et sont disposés pour être réglables le long des conducteurs de ceux-ci. Ces éléments de court-circuit comprennent des dispositifs d'accord et, en relation avec leurs lignes de transmission associées, constituent un circuit de rè- glage de fréquence pour accorder le générateur dans une bande large prescrite de fréquences de fonctionnement.
Le générateur contient en outre un second ensemble de li- gnes de transmission équilibrées correspondant en nombre avec l'ensemble précédemment décrit et couplés chacun directement aux autres électrodes correspondantes des tubes la,11. En par- ticulier, une ligne de transnission comprenant une paire de con- ducteurs ouverts 18,19 est directement couplée aux électrodes de contrôle des tubes à vide, alors qu'une autre ligne de transmis- sion comprenant une paire de conducteurs ouverts 20, 21 est cou- plée de la même façon aux électrodes de contrôle des tubes.
Les conducteurs des lignes 18,19 et 20,21 ont une inductance et une capacitance uniformément répartie et leurs dispositions matériel- le par rapport aux tubes 10 et 11 est pratiquement la même que celle décrite par rapport aux lignes 12, 13 et 14, 15. En d'autres mots, comme il est représenté au dessin, les ensembles de lignes décrits en premier et en second lieu partent des tubes dans le. même direction. Chacune des lignes 18, 19 et 20, 21 qont ca- librées de façon à avoir une longueur électrique égale à un mul- tiple entier du quart de la longueur d'onde pour une fréquence de fonctionnement fixée d'avance en dehors et de préférence au dessus, de la portée des fréquences de fonctionnement du généra-
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teur.
Ce qui veut dire, chacune de ces lignes a une fréquence de résonance qui se trouve au dessus de la bande des fréquences de fonctionnement du générateur. Le proportionnement des longueurs électriques des lignes 18, 19 et 20, 21, tout autant que leurs relations physiques par rapport aux lignes 12, 13 et 14, 15 est électriquement efficace pour coupler les premiers et les seconds ensembles de lignes pour pratiquement tous les règlages des dis- positifs d'accord 16, 17 pour transférer de l'énergie du premier au second ensemble de ligne dans le but d'entretenir des oscil- lations.
Pour aider à ce couplage, la ligne 18, 19 comprend une partie en boucle inversée ou retournée 22 magnétiquement couplée aux éléments de court-circuit 16 de la ligne 12, 13 pour prati- quement tous les règlages de l'élément de court-circuit, alors que la ligne 20, 2I contient une partie en bouvle inversée 23 magnétiquement couplée aux éléments de court-circuit 17 de la ligne 14, 15. Ces parties en boucle sont inverties dételle sorte que l'énergie échangée entre les lignes ait la polarité adéquate pour entretenir les oscillations.
Les cathodes des tubes 10 et 11 sont du type à chauffage direct et ont une paire de conducteurs de cathode qui les relient à une source de tension de chauffage, comme indiqué par la flè- che. Le point milieu de la cathode du tube 10 est couplé à la terre à travers une bobine de choke 30 à fréquences radio dans un circuit qui présente les caractéristiques d'impédance d'un circuit résonant série pour la fréquence'moyenne de fonctionne- ment du générateur, de telle sorte que la prise médiane de la cathode dans le tube se trouve pratiquement au potentiel de ter- re pour toutes les fréquences de fonctionnement. Les condensateurs 31 et 32 sont prévus pour assurer pratiquement la même tension à fréquence radio aux deux conducteurs de cathode.
Les bobines de choke 33 et 34 et les condensateurs 35 et 36 constituent un circuit de filtre pour séparer les tensions de signal à fréquen-
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ce radio de la source de tension de chauffage. Le circuit catho- dique du tube 11 est pratiquement identique à celui du tube 10 et les éléments'correspondant de celud-ci sont reprérés par les mêmes numéros de référence accentués.
Une source de courant d'espace, marquée + B, est couplée aux électrodes anodiques des tubes 10 et 11 à travers une bobi- ne de choke 40 à fréquence radio et les conducteurs de la ligne de transmission 12, 13. Les électrodes de contrôle des tubes à vide sont reliées à la terre à travers une bobine de choke à fréquence radio 41 et une résistance de grille 42. Un condensa- teur réglable 43 est couplé entre les bornes court-circuitées de la ligne de transmission 14, 15 et la terre dans un but à décrire plus en détail ci-après. Un signal de sortie s'obtient du générateur au moyen d'une boucle de captation 50 électrique- ment couplée à la ligne de transmission.
Ce signal de sortie peut être fourni à un circuit d'utilisation approprié, tel qu'un système d'antenne 51, au moyen d'un cable coaxial 52 qui couple l'antenne à la boucle de captation 50. Le circuit d'antenne est accordable à travers un condensateur réglable 53.
En examinant le fonctionnement de la disposition décrite, on doit comprendre que les éléments de court-circuit 16 et 17 sont réglés de façon à avoir pratiquement des positions identi- ques par rapport à leurs lignes de transmission associées. Pour tout règlage donné de ces éléments de court-circuit, les lignes de transmission 12, 13 et 14, 15 comprennent chacunes une ligne de transmission pratiquement résonante ayant une longueur élec- trique.effective de préférence égale à un quart de longueur d'onde correspondant à une fréquence de fonctionnement fixée d'avance ou générateur d'oscillations. Comme on le sait de la théorie des lignes de transmission, toute ligne de transmission effectivement résonante ayant une telle longueur électrique effective présente une caractéristique d'impédance d'un circuit résonant parallèle.
Dans ce but, chaque élément de court-circuit avec sa ligne de transmission associées ofre uh circuit de rè-
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glage de fréquence du générateur, le circuit de règlage de fréquen- ce$ offert par chacune de ces lignes et ses éléments de court- circuit ayant la même fréquence de résonance ou de fonctionnement.
La valeur spéciale de cette fréquence de résonance est fixée par: (1) la position de l'élément de court circuit qui fixe la lon- gueur électrique effective de la ligne; (2) les paramètres répar- tis de la ligne ; (3) l'impédance de fermeture de la ligne qui dans le cas examiné, comprend pratiquement la moitié de la capa- citance interélectrode de l'anode et de la cathode des tubes à vide 10 et 11 comme les lignes 12, 13, et 14,15 sont disposées en liaison parallèle par rapport à ces électrodes. En outre, pour un règlage donné des éléments de court-circuit 16 et 17, les lignes de transmission 18, 19 et 20, 21 ont une fréquence de résonance située au dessus de la fréquence de fonctionnement du générateur.
Pour cette raison, les lignes 18, 19 et 20, 21 contiennent effec- tivement des réactances inductives couplées électriquement aux lignes 12, 13 et 14, 15 afin de fournir la tension de contre réac- tion demandée pour entretenir les oscillations. Le couplage entre ces lignes utilisées pour transmettre l'énergie de contre réaction est assuré largement par les portions en boucle 22 et 23 puis- que ces parties en boucle sont magnétiquement couplées avec lea éléments de court-circuit de lignes de transmission la) I3 et I4, 15 ou l'on trouve un maximum de courant dans des conditions d'oscillation stable.
De la dicussion précédente il apparaîtra, à l'évidence que le diagramme de circuit schématique de la fig. 2 est électrique- ment équivalent au dispositif de la fig. I. Pour ce circuit é- quivalent l'inductance répartie des lignes de transmission 12, 13 et I4, 15 est représentée par l'inductance localisée L, Tandis que la capacitance répartie de celle-ci et la capacitance inter- electrode anode cathode des tubes Io et II sont représentés par la capacité localisée C. Les lignes de transmission I8, 19 et 20
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2I, qui ont été décrites comme présentant une réactance induc- tive pour tout réglage donné des éléments de court-circuit 16 et I7, sont représentées par l'inductance LL ayant un couplage mu- tuel M avec l'inductance L. La disposition du circuit de la fig.
2 sera reconnue comme un type habituel de générateur d'oscilla- tions push-pull dont le fonctionnement est désormais classique dans la. branche rendant toute description de celle-ci inutile.
Pour accorder le générateur d'oscillation dans la bande de fré- quences de fonctionnement, l'inductance et la capacitance de son circuit d'accord de fréquence sont simultanément réglables com- me indiqué à la fig. 2, à travers les éléments de court-circuit 16 et 17 aptes respectivement, àrégler les longueurs électriques des lignes de transmission 12, 13 et 14, I5 suivant des multi- ples entiers d'un quart de longueur d'onde corrspondant à une fréquence de fonctionnement souhaitée.
Quoiqu'un générateur d'oscillations équilibré du type ex- aminé a des caractéristiques de stabilité satisfaisantes lors- qu'il est exécuté avec des paramètres localisés, un état de fonc- tionnement instable est possible lorsque le générateur utilise des lignes de transmission disposées en alimentation en travers, comme indiquéeà la fig. I.Cette condition de fonctionnement ins- table peut être attribuée à un miode de résonnance parasite des lignes de transmission qui comprend le circuit de réglage de fré- quende du générateur et sera décrite en se reportant particuli- èrement aux schémas des fig. 3a et 3b.
Le diagramme de la fig. 3a représente le circuit de régla- ge de fréquence du générateur équipé des lignes de transmission 12, 13 et 14, I5 court-circuitées effectivement résonnantes dans des conditions particulières de fonctionnement. Ce circuit est représenté comme ayant à la fréquence spéciale de fonctionnement du générateur, un mode choisi de résonance pour lequel un maxima de tension se produit aux électrodes anodiques, comme représenté par les indications de polarité, et dans lequel le maxima de cou- rant se produit aux bornes court-circuitées de chaque ligne de
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transmission. La répartition du courant le long des lignes est telle que le courant dans les parties correspondantes des con- ducteurs de chaque ligne sont en opposition de phase.
Cette re- lation de courant est indiquée par les flèches. Dans ceci, le mode souhaité de résonance, le circuit de réglage de fréquence a un axe A de symétrie électrique correspondant à celui du géné- rateur et la fréquence de résonance varie avec les réglages des éléments de court-circuit 16 et 17. L'état représenté à la fig.
3b. est on mode de résonance non souhaité ou parasite dans le- quel le maxima de tension se produit aux bornes court-circuitées des lignes de transmission, alors que le maxima de courant se produit aux électrodes anodiques des tubes à vide. La distribu- tion du courant le long des lignes est telles que les courants dans les parties correspondantes des conducteurs de chaque li- gne sont en p@ase. Pour ce mode de résonance le. circuit est sy- métrique suivant un 'axe A perpendiculaire à le'axe de symétrie électrique du générateur.
Lorsque ce mode de résonance indésira- ble se produit, les, conducteurs 12 et 14 sont effectivement en parallèle avec les conducteurs 13 et 15 dans un circuit qui s'é- tablit à travers la terre via les condensateurs C' indiqués en traits interrompus comme ils contiennent la capacitance inhéren- te à la terre aux bornes court-circuitées de la ligne de trans- mission. On peut montrer en première approximation que la fréquen- ce de ce mode de résonance indésirable est indépendant de la po- sition des éléments de court-circuit 16 et 17.
Là ou le mode de résonance souhaité et parasite apparait pour la même fréquence de fonctionnement des générateurs, la puis- sance de sortie est sérieusement réduite par le fait que le cir- cuit produisant le mode de référence indésirable agit comme une charge sur le générateur et absorbe une partie importante de la puissance. Suivant l'ihvention, le- condensateur 43 est couplé à
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la. ligne de transmission I4, 15 dans le but décharger de telle sorte l'aménagement du circuit représenté au diagramme de la fig.
3b. que le mode parasite de résonance se produise à une fréquence fixée d'avance pratiquement différente de toute fréquence de fonctionnement du générateur. Le circuit d'accord de fréquence présente un minima de tension aux bornesde court-circuit des lignes de transmission de telle sorte que le couplage du condensateur de charge 43 en ce point n'a pratiquement pas d'effet sur la fréquence de fonctionnement du circuit de réglage de fréquence.
La caractéristique puissance de sortie-fréquence du générateur d'osrillations de la fig. I est représentée par la ligne en traits pleins de la fige 4. Dans cette figure, les désignations de fréquence fI et F2 représentent les limites inférieures et supérieures, respectivement, de la bande de fréquence souhaitée pour le générateur d'oscillations. Dans cette bande, la puissance de sortie a pratiquement une valeur constante. L'effet de charge du condensateur 43 entraine une puissance de sortie réduite résultant du mode de fonctionnement parasite décrit plus haut, à se produire à une fréquence f4 située en dehors de la bande souhaitée. En l'absence de ce dispositif de charge, une puissance réduite de sortie peut survenir pour une fréquence quelconque f3 dans la bande souhaitée de fréquence de fonctionnement.
Un générateur d'oscillation équilibré à ultra haute fréquence conforme à l'invention actuelle sera constaté avoir une bande relativement large de fréquence de fonctionnement par le fait du dispositif d'aménagement de ligne d'alimentation en travers utilisé comme circuit de réglage de fréquence. DE plus; le dispositif se caractérise par une stabilité accrue et fournit une puissance de sortie pratiquement constante à toutes fréquences de fonctionnement dans la large bande souhaitée.
Là ou une largeur de bande de fonctionnement anormale n'est pas: exigée, il est évident qu'une ligne de transmission unique équilibrée peut"être couplée aux électrodes anodiques des tubes IO et II et une ligne de transmission unique équilibrée
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peut de la même façon être couplée aux électrodes de contrôle de ceux-ci. Dans tous cas, les lignes de transmission peuvent a- voir une quelconque des variétés de,formes. Il est seulement né- cessaire que les lignes soient proportionnées de telle façon qu'il y ait un couplage électrique entre les lignes reliées aux électrodes anodiques et celles reliées aux électrodes de contrô- le des tubes à vide dans le but d'établir un réseau de contre- réaction en tension.
Les générateurs d'oscillation construits suivant l'inven- tion et aménagés pour fonctionner à très haute fréquence peuvent conjtenir des lignes de transmission de longueur physique relati- vement petite. En particulier, les lignes 18; 19 et 20, 21 ont des longueurs physiques progressivement plus courtes pour des fréquences de fonctionnement plus élevées du générateur. Dans le cas limite ces lignes se présentent saus l'effet physique d'un inducteur à spire unique et, dans un tel cas, les. conducteurs d'inducteur peuvent être considérés comme comprenant les condue- 'teurs ouverts de la ligne de transmission.
De plus, alors que les lignes 18, 19 et 20, 21 comprennent des parties en boucle renver- sées dans la réalisation décrite préférée, on doit comprendre que l'induction ne se limite,pas à une telle structure de ligne.
Sous une disposition en variante, les lignes 18, 19 et 20, 21 peuvent consister de lignes en court-circuit classiques. Dans cet- te variante de l'invention, la longueur électrique effective dé.- crite pour ces lignes par rapport à celle dea lignes 12, 13 et 14, 15 tout comme la relation géométrique décrite pour ces lignes, présente suffisamment de contre-réaction pour l'entretien des oscillations. On doit bien comprendre que la réaftance de charge, constituée du condensateur 43, peut être répartie et appliquée aux bornes de court-circuit de chaque ligne de transmission 12, 13 et 14, 15 au lieu d'être- couplée à une seule ligne de la fac- on représentée à la fig. I.