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DISPOSITIFS DE COUPLAGE ENTRE LES ANTENNES ET LES LIGNES DE
TRANSMISSION.
La présente invention se rapporte à des dispositifs électriques de transformation dont l'emploi est destiné surtout aux très hautes fréquences.
Le principal objet de l'invention est de réaliser un dispositif de transformation qui soit très compact et qui puisse procurer des rapports de transformation relativement élevés lorsque l'on doit adapter l'un à l'autre à haute fréquence des circuits d'impédance différentes.
Un autre objet de l'invention est de fournir des moyens pour adapter des antennes de divers types à des lignes de transmission sans avoir à faire usage d'un équipement volumineux: le transformateur et l'antenne sont associés l'un à l'autre par les procédés de l'invention sans augmenter de façon appréciable le volume de l'antenne.
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D'autres objets de l'invention, sont de réaliser un dispositif oscillant et amplificateur à, très haute fréquence, lequel contient les transformateurs destinés à adapter le circuit d'entrée ou le circuit de sortie du tube oscillant à l'entrée ou à la sortie correspondante du circuit ou de la ligne de tra.ns- mission.
Sous son aspect le plus général, l'invention réalise un dispositif de transformation électrique pour coupler deux circuits d'impédances différentes dans une gamme déterminée de hautes fréquences. Ledit dispositif comprend un certain nombre de conducteurs électriques répartis en deux groupes, ainsi que des moyens pour relier ces conducteurs entre eux à l'une des extrémités, de façon à ce qu'une ligne de transmission soit constituée entre ces deux groupes, court-circuités à cette extré- mité et ouverts à l'autre extrémité et de longueur telle qu'elle résonne en quart d'onde à une fréquence donnée dans la, bande spécifiée.
Le dispositif comprend aussi des moyens pour relier l'un des circuits extérieurs eux conducteurs de l'un des groupes et l'autre circuit extérieur à l'ensemble des conducteurs qui sont à l'extrémité court-circuités.
L'invention sera, mieux comprise à, la lecture de la description qui va être faite d'un certain nombre de réalisations particulières et à, l'examen des dessins qui représentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, lesdits modes de réalisation.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme simple de transformateur réalisé d'après les caractéristiques de l'invention.
La figure 2 et la. figure 3 sont des coupes transversales de deux transformateurs dont l'un est celui de la figure 1 et dont l'autre n'en diffère que par une forme légèrement différente du conducteur central.
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Les figures 4 et 5 donnent, sous deux formes différentes, le schéma électrique du circuit équivalent aux transformateurs des figures 1, 2 et 3.
La figure 6 est une vue longitudinale d'un autre transformateur du système de l'invention dont l'écran a été sectionné pour laisser voir les dispositions intérieures.
La figure 7 est la coupe transversale de la figure 6.
Les figures 8 et 9 montrent, comme les figures 6 et 7, une autre forme possible de transformateur.
Les figures 10 et 11 donnent, sous deux formes différentes, le circuit électrique équivalent au transformateur des figures 8 et 9.
Les figures 12 et 13 fournissent respectivement des coupes longitudinale et transversale d'un transformateur équilibré réalisé d'après les caractéristiques de l'invention.
La figure 14 donne la coupe longitudinale d'un transformateur, analogue à celui de la figure 1, et couplé avec une antenne rectiligne.
La figure 15 représente une antenne jouant aussi le rôle d'un transformateur analogue à celui des figures 6 et 7.
Les figures 16,17, 20,21, représentent des types d'antennes repliées réalisées conformément aux caractéristiques de l'invention.
Les figures 18 et 19 sont des variantes de coupes transversales de quelques unes des antennes des figures 16,17, 20 ou 21.
La figure 22 représente un amplificateur contenant des transformateurs d'un modèle de l'invention. L'enveloppe extérieure est sectionnée afin de laisser voir l'intérieur.
Les figures 23 et 24 sont des vues en bout des transformateurs de la figure 22.
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La figure 25 fournit le circuit électrique équivalent à l'amplificateur des figures 22, 23, 24.
La figure 26 est la coupe longitudinale d'un type de transformateur du type de l'invention susceptible d'être accordée et qui est associé avec un tube amplificateur.
Les figures 27 et 28 sont des coupes transversales du dispositif d'accord à piston de la figure 26 et montrent les détails de ce piston et d'une variante possible.
La figure 29 représente un autre transformateur accordable qui possède, en outre, des moyens pour régler le rapport de transformation.
La figure 30 donne les détails du piston du transformateur de la figure 29, en coupe transversale.
La figure 31 est une vue longitudinale d'un oscillateur pour très hautes fréquences, lequel oscillateur contient un transformateur accordable du type de celui de la.:Figure 6 L'enveloppe extérieure de l'oscillateur a, été sectionnée pour laisser voir l'intérieur.
Les figures 32 et 33 sont des vues en coupe du piston d'accord et de l'ensemble de condensateurs de la figure 31.
Les figures 34 à 38 teprésentent des détails des éléments représentés par les figures 32 et 33.
Les figures 39 et 40 donnent respectivement une vue en élévation latérale et une vue en coupe transversale d'une antenne semblable à celle de la figure 21 et contenant un générateur d'oscillations.
Les figures 41 et 42 représentent respectivement en élévation latérale et en coupe transversale une autre forme d'antenne contenant un générateur d'oscillations.
La figure 43 représente en vue longitudinale et partiellement aussi en coupe longitudinale deux transformateurs
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accordables d'un type de l'invention, lesquels sont utilisés comme transformateurs de sortie d'un amplificateur push-pull.
La figure 44 est la vue longitudinale d'un amplificateur push-pull contenant des transformateurs équilibrés d'entrée et de sortie d'un type de l'invention. L'enveloppe de l'amplificateur est sectionnée pour laisser voir l'intérieur.
La figure 45 est la vue longitudinale d'un oscillateur pour très hautes fréquences, semblable à certains égards à celui de la figure 21, mais dans lequel on a, utilisé un autre type de transformateur. L'enveloppe de l'oscillateur a été sectionnée pour laisser voir l'intérieur.
Les figures 46 et 47 représentent les coupes de deux types de piston d'accord qui peuvent être employés avec l'oscillateur de la figure 45.
On se reportera d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une forme simple d'un transformateur à haute fréquence réalisé selon les caractéristiques de l'invention. Le transformateur se compose d'une boite cylindrique métallique 1, fermée à sa partie inférieure par une plaque 2 et d'un conducteur cylindrique central dont la partie principale 3 est reliée, par sa base, à la plaque 2. Ce conducteur est fendu longitudinalement par une fente profonde 4 qui détache une languette 5 de la partie principale 3, divisant ainsi le conducteur en deux segments in- égaux. La partie inférieure de la languette 5 n'est pas en contact avec la plaque 2.
La boite 1 et le conducteur 3 sont profilés à leur partie supérieure en tronc de cône, de façon à pouvoir se raccorder à une ligne de transmission coaxiale, dont une partie est représentée sous le numéro 6. Une petite ouverture 7 est ménagée dans la plaque de base 2 afin de permettre le passage d'une connexion allant vers l'extrémité de la languette 5.
La languette 5 et la partie du conducteur 3 qui est
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en face de la languette constituent une ligne de transmission court-circuitée à son extrémité supérieure. La profondeur de la ènte doit être telle que la ligne de transmission ainsi définie résonne au quart d'onde de la fréquence moyenne de la bande sur laquelle le transformateur devra fonctionner. On remarquera que l'enveloppe 1 forme avec le conducteur central une autre ligne de transmission qui est court-circuitée à son extrémité inférieure. Cette ligne doit aussi résonner au quart d'onde de la fréquence moyenne de fonctionnement et elle doit, de préférence, posséder une impédance caractéristique égale à l'impédance termina.le de la ligne de transmission 6.
On n'a pas représenté sur la figure l'impédance de charge à. laquelle l'impédance de la ligne de transmission doit être adaptée:elle devrait être connectée entre lalanguette5et l'enveloppe extérieure 1.
La figure 3 montre la section transversale d'une autre forme de conducteur central pour le même transformateur.
Le conducteur central de la, figure 3 est un tube creux dont un secteur est détaché au moyen de deux incisions radiales et longitudinales 4A et 43 qui découpent une languette isolée 5. La portion restante du tube constitue le conducteur principal 3, lequel, comme dans la, figure 1, est relié par sa partie inférieure à l'enveloppe 1. La partie inférieure de la languette 5 est, comme dans la figure 1, isolée de l'enveloppe et la. nonnexion qui doit s'y raccorder pénètre par un trou semblable au trou 7. Le transformateur de la. figure 3 se comporte exactement, du point de vue électrique, comme celui des figures 1 et 2.
Le fonctionnement du transformateur des figures 1, 2 ou 3 sera expliqué à l'aide du circuit électrique équivalent dont le diagramme a été représenté sur les figures 4 et 5. Dans ces figures, Zl représente l'impédance terminale de la ligne de transmission 6 et Z2 représente l'impédance à laquelle z1 doit être adaptée. Le conducteur 1 des figures 4 et 5 représente
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l'enveloppe 1 de la figure 1, les conducteurs 3 et 5 des figures 4 et 5 correspondent respectivement à la portion principale 3 et à la languette 5 du conducteur central de la figure 1.
Les conducteurs 1, 3 et 5 des figures 4 et 5 forment, deux à deux, trois lignes de transmission qui sont respectivement désignées pàr les condensateurs a, b, c, qui relient les conducteurs d'eux, à deux.
La ligne de transmission A, formée par les conducteurs 1 et 5 , constitue la connexion entre les impédances Zl et Z2 . La ligne de transmission B, formée par les conducteurs 1 et 3, est connectée par une de ses extrémités sur l'impédance
Z1 tandis que son autre extrémité est court-circuitée, de sorte que cette ligne, qui résonne à quart d'onde, se présente comme un shunt de très grande impédance jeté entre les bornes terminales de gauche de la ligne A.. La figure 5 représente ce shunt en B.
La ligne de transmission c , formée par les conducteurs 3 et 5, est court-circuitée à l'une de ses extrémités, tandis que son autre extrémité est connectée sur l'impédance Z2.
Comme elle est aussi résonnante à quart d'onde, elle se présentera comme un shunt C de très grande impédance jeté entre les bornes terminales de droite de la ligne A, comme on l'a représenté sur la figure 5.
En définitive, en ce qui regarde la transmission de Zl vers Z2, les impédances B et C peuvent être négligées.
La ligne de transmission qui relie Zl à Z2 est une ligne quart d'onde et elle fonctionnera de la façon bien connue comme un dispositif inverseur d'impédance. L'impédance, vue de Zl, sera égale à Zo2/Z2 en désignant par Zo 1'impédance carac- téristique de la ligne de transmission A. Si nous posons Z2 = m2ZI, la, condition d'adaptation des impédances à l'extrémité de gauche de la ligne A sera
Zl = zo2/ m2ZI
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et l'on en déduira
Zo =mZI.
On a dit plus haut que l'impédance caractéristique Zk de la ligne de transmission constituée par l'enveloppe 1 et par le conducteur central devait être, de préférence, égale à ZI. Comme l'impédance caractéristique d'une ligne de transmission (dont on néglige les pertes par dissipation) est égale à @L/C, en désignant par L et par C la. self-induction et la capacité par unité de longueur, le rapport Zk/Zo sera.
égal au rapport inverse des capacités correspondantes par unité de longueur, parce que, dans le cas des conduteurs cylindriques du type de ceux des figurée 1 et 3 , le rapportdes self-inductions par unité de longueur est exactement égal su rapport inverse des capacités correspondantes. Il suit delé quelerapport Zk/Zo sera exacte- ment égal au rapport des capacités par unité de longueur vis é
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vis de 1 2nVE-;] TYPO ], C:u C0l1QL1.,:::,t811r 5 tOCl¯t seul et c3ec rJalX <#c>n.5u.c;., teurs 3 et 5 ensemble.
En se reportant 2. la figure 3 , si les coupures 4a et 4B sont. très étroites, les nombres de lignes de force se terminant respectivement sur la. languette 5 et sur les portions 3 et 5 ensemble, seront exactement proportionnels
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respectivement a 6 8t 8. 2 n. , en désignant par 6 l'angle au centre sous-tendu par la section transversale de la. languette 5 (voir figure 3 ). Or, ces nombres de lignes de force sont proportionnels aux capacités correspondantes.
Ainsi, si l'on désigne par N le nombre total de lignes de force se terminant sur l'ensemble des deux conducteurs 3 et 5 et par n le nombre de ces lignes se terminant sur le conducteur 5 seul, on aura approximativement:
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Zo/Zlc =- 20/ 2 = 11//n 2 n /G Liais, puisque, commeon l'a dit plus haut, l'on a aussi
Zo mZI et Z2 m2ZI il s'ensuit que
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- 9 - m=N/n=2Ò/e et le rapport de transformation des impédances est égal à m2= N2 (2 Ò)2 =N/n2 =
Il n'est pas essentiel, d'après les caractéristiques de l'invention, qu'il existe une enveloppe ou un écran, tel que 1 pour entourer le conducteur fendu 3. Lorsqu'il n'existe pas d'écran, le fonctionnement est le même et c'est la plaque de fond qui joue le rôle que jouerait l'enveloppe.
D'une façon plus générale, si l'on désigne par Yo l'admittance de la languette 5 par unité de longueur, par Y l'admittance par unité de longueur des deux conducteurs 3 et 5 pris ensemble, ces deux admittances étant prises par rapport à l'écran (ou à la plaque de fond s'il n'y a pas d'écran), on aura: m2=Y21/Y2.
En pratique , les admittances sont proportionnelles aux capacités correspondantes.
En se reportant de nouveau à la figure 1, l'effile- ment tronc-conique de la partie supérieure du transformateur doit être tel que l'impédance caractéristique en un point quel- conque de la partie profilée soit égal à celui de la ligne B, c'est à dire, en fait, à ZI.
Dans la description qui précède, on a dit que cer- taines lignes de transmission devait résonner à quart d'onde de la fréquence moyenne de fonctionnement. La longueur physique réelle d'une telle ligne sera souvent très sensiblement égale au quart de la longueur d'onde correspondante mais, comme il arrive que son extrémité ouverte puisse être shuntée par une capacité de dispersion ou bien qu'un condensateur soit même connecté entre les conducteurs de cette ligne à son extrémité ouverte ou en tout autre point, la longueur physique correspondant à la résonance sera alors de façon appréciable inférieure au quart de la longueur d'onde. La condition essentielle à observer
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est que la, longueur physique soit telle que l'impédance mesurée à. l'extrémité ouverte soit infinie ou approximativement telle.
C'est dans ce sens que l'on entend dans le présent brevet la dénomination de "ligne résonnant en quart d'onde".
En conséquence, il pourra être fait usage d'un condensateur additionnel pour amener une ligne de transmission donnée à la condition de résonance en quart d'onde.
Les figures 6 et 7 représentent une autre forme du transformateur faisant l'objet de l'invention. Les conducteurs 3 et 5 de la figure 1 sont remplacés par six conducteurs ou fils parallèles 8 disposés symétriquement en cercle autour de l'axe de l'enveloppe I. Ces fils sont tendus entre un plateau supérieur 9 et la plaque de base 2 . Une pièce conique métallique 10 fait bloc avec le plateau 9 et s'appointe suffisamment pour se raccorder au conducteur central de la, ligne de transmission 6.
L'un des fils 8 est isolé de la plaque 2 et peut passer au delà de cette plaque par l'ouverture 7, comme on le voit sur la, figure 6, pour se relier à l'impédance Z2 (non représentée) .
On peut, évidemment, constituer le transformateur avec un nombredifférent de fils analogues aux fils 8 et il n'est pas essentiel qu'ils soient disposés symétriquement. En outre, il est loisible d'isoler plusieurs d'entre eux de la plaque 2 et de les sortir pour les connecter à l'impédance Z2.
D'après ce qui a été dit plus haut, si les fils sont disposés symétriquement et sont au nombre de N, dont n sont connectés à. l'impédance Z2, le rapport de transformation m2sera approximativement égal àN2/n2.
L'impédance ZI a été représentée sur les figures 1 et 6 sous la forme d'une ligne de transmission 6, mais l'invention n'est pas limitée à ce point de vue et l'on peut accepter pour ZI, ou pour Z2, n'importe quel type particulier
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d'impédance.
En se reportant à nouveau à la figure 1, l'on voit que la partie principale 3 du conducteur central agit à la façon d'un écran partiel par rapport au conducteur isolé 5, de sorte que la capacité du conducteur 5 par rapport à l'enveloppe I s'en trouve fort réduite. Cela permet de donner à la ligne de transmission A une impédance Zo élevée sans que sa construction soit volumineuse. On sait, en effet, que l'impédance d'une ligne coaxiale ordinaire de transmission peut difficilement dépasser la valeur de 100 ohms et il en serait ainsi pour la ligne de transmission A de la figure 1 si le conducteur 3 n'existait pas pour jouer le rôle que l'on vient de préciser.
Un exemple numérique rendra ces considérations beaucoup plus claires. Supposons que l'on ait à adapter une ligne de transmission d'impédance ZI égale à 70 ohms à une antenne possédant une impédance Z2 égale à 1.050 ohmà. On aura alors m2= 15, de sorte que Zo = mZI, devra être égal à 275 ohms environ. Une ligne de transmission de type ordinaire devrait être très volumineuse pour posséder une telle impédance, mais le résultat sera obtenu ici, grâce aux procédés de l'invention, avec des dimensions modérées, en prenant l'angle q de la figure 3 égal à
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c'est à dire à environ 95 degrés.
Les figures 8 et 9 représentent une autre forme de l'invention. Dans le transformateur de la figure 8, aucune des parties du conducteur central divisé n'est reliée à l'enveloppe 1. Le conducteur central est constitué, sur les figures 8 et 9, par un tube creux que des fentes longitudinales 4A et 4B divisent en deux parties 3 et 5 analogues à celles que l'on a déjà rencontrées sur la figure 3.
Un conducteur 11 est connecté à la partie inférieure
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du cylindre central et un conducteur 12 à la partie supérieure de la, portion 3 du cylindre central. La partie supérieure de la portion 5 du cylindre central reste isolée. L'impédance inférieure ZI se connecte entre le conducteur 11 et l'enveloppe extérieure 1 du transformateur. L'impédance z2, de beaucoup supérieure à Zl, se connecte entre le conducteur 12 et l'en- veloppe 1.
La longueur des fentes 4A et 4B doit être telle que la ligne de transmission court-circuitée vers le bas constituée par les deux conducteurs 3 et 5 résonne en quart d'onde de fréquence moyenne de fonctionnement. La longueur des lignes de transmission constituées par l'enveloppe 1 avec chacun des conducteurs 3 ou 5 sera. un peu supérieure à la longueur de la fente 4A.
Les figures 10 et 11 représentent, sous deux formes différentes, le circuit équivalent du transformateur des figures 8 et 9. La figure 10 est semblable à la figure 4, sauf que le conducteur 3 est relié à. la plus forte Z2 des deux impédances, au lieu d'être relié à l'enveloppe 1 et que le conducteur 5 est isolé du côté de l'impédance Z2. La figure 11 a été obtenue en redèssinant la figure 10 et l'on peut se rendre compte, sur la figure 11, que les lignes de transmission A et B sont reliées en série, tandis que l'impédance ZI est en shunt entre la. jonction des deux lignes A et B.
Chacune des lignes de transmission A et B a été représentée sur la figure 11 sous la forme du réseau en Ò équivalent. Si l'on désigne par d la longueur physique du conducteur central 3-5, ainsi qu'on l'a indiqué sur la. figure 8, par L3 et 15 les impédances en série dans les circuits en Ò équivalents aux lignes de transmission A et B (en négligeant les pertes) et par C3 et C5 les capacités respectives qui doivent figurer dans ces circuits enÒ, l'on aura
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w L3 = Z3 sin ( 2 tL d/ .
) wC3= I/Z3 tg ( Ò d/#) w L5 == Z5 sin (2Òd/# wC5 = I/Z5 tg ( Òd/#)
La longueur d sera généralement un peu spuérieure au quart d'onde de la longueur d'onde opératoire.
On peut montrer que, dans les conditions de la figure 11, le montage fonctionne comme un transformateur abaisseur entre l'impédance Z2 et l'impédance 21. et le rapport de transformation peut être ajusté par un choix convenable des valeurs de Z3, de Z5 et de d. La formule qui donne le rapport de transformation est assez compliquée et il n'est pas nécessaire de la reproduire ici. On notera que les capacités C3 et C5 devraient être légèrement augmentées pour tenir compte des capacités de dispersion qui peuvent exister aux extrémités des parties 3 et 5 du conducteur central.
On ajoutera que, puisque les deux lignes A et B sont prises en série, un peu plus longues que la demi longueur d'onde, les tensions aux extrémités seront en opposition de phase, de sorte que la tension aux bornes de ZI, qui est à peu près au milieu électrique, sera évidemment relativement faible.
Ceci montre que le rapport de transformation'obtenu sera relativement élevé.
Il est évident que l'impédance Z2 aurait pu être reliée au conducteur 5 au lieu de l'être au conducteur 3. De même, les deux conducteurs d'un circuit équilibré auraient pu être reliés respectivement aux deux conducteurs 3 et 5 .
On a signalé plus haut que la disposition relative des conducteurs 3.et 5 du transformateur (dans n'importe laquelle des réalisations qui ont été décrites) réalise un effet d'écran de l'un par rapport à l'autre et qu'il s'ensuit que l'on obtient ainsi une ligne de transmission d'impédance caractéristique
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relativement élevée et cependant de faible volume. D'une façon encore plus généra,le, les deux conducteurs peuvent comprendre chacun, deux groupes (ou davantage) de conducteurs disposés de façon à réaliser une ligne de transmission résonnant en quart d'onde et court-circuitée à 1 une de ses extrémités.
Les deux groupes de conducteurq qui constituent cette ligne de transmission doivent, évidemment, être entièrement isolés l'un de l'autre à l'extrémité ouverte.
Si dans un transformateur semblable à ceux des figures 1 et 2, on désire que la ligne de transmission constituée pa.r le conducteur -; et l'enveloppe 1 possède une très grande impédance caractéristique, on peut constituer chacun des conducteurs et par un tube fendu longitudinalement par une fente de largeur convenable et contenant un fil à, l'intérieur.
Ceci augmentera énormément l'effet d'écran que le conducteur 3 exerce sur le conducteur 5 et l'impédance caractéristique de la ligne de transmission forcée pa.r le conducteur 5 et l'enveloppe 1 sera très élevée. Si la, ligne de transmission court-circuitée constituée par les deux conducteurs 3 et 5 reste bien résonnante à quart d'onde, la réduction de son impédance caractéristique sera sans importance. On décrira plus loin des dispositifs dans lesquels cette disposition a été adoptée.
Il est évident aussi que l'on peut augmenter l'effet d'écran dans le transformateur des figures 6 et 7 en en consti- tuant une véritable cage par un nombreassez grand de Fils parallèles reliant entre elles les plaques 2 et 9 et en utili- sant, à l'intérieur de cette cage, un fil additionnai relié au plat'-au9 et traversant, sans la. toucher, la plaque par un trou 7, pour se connecter à l'impédance Z2.
Toutes les réalisations de l'invention qui ont été décrites jusqu'à présent ne sont pas du type équilibré. Les caractéristiques de l'invention sont cependant également
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applicables à la réalisation de transformateurs équilibrés. Les figures 12 et 13 représentent deux systèmes de conducteurs tubulaires semblables à ceux qui ont été décrits dans les figures 1 et 3 et qui sont enfermés sous une enveloppe commune 1. Les portions principales 3A et 3B des deux tubes sont reliées par leur extrémité inférieure à l'enveloppe 1 tandis que les extrémités inférieures des languettes 5A et 5B, isolées de l'enveloppe 1, peuvent être reliées à des conducteurs extérieurs pénétrant par les trous 7A et 7B ménagés dans la plaque de base de l'enveloppe 1.
Deux autres trous, 13A et 13B sont percés dans la face supérieure de l'enveloppe 1 pour permettre le passage de conducteurs se reliant aux extrémités supérieures des deux tubes. Une impédance équilibrée ZI (non représentée) et de faible valeur sera reliée à ans extrémités supérieures et une autre impédance équilibrée Z2 (non représentée) et de valeur élevée sera reliée aux extrémités inférieures des languettes 5A et 5B. Les lignes de transmission court-circuitées qui sont constituées entre les portions 3A et 5A et entre les portions 3B et 5B doivent être, comme précédemment, résonnantes, en quart d'onde.
On notera que les languettes 5A et 5B ont été placées, sur les figures 12 et 13, aussi loin que possible l'une de l'autre (pour des positions données des deux tubes). On obtiendra ainsi la plus forte impédance caractéristique possible pour la ligne de transmission d'équilibrage constituée par ces deux languettes. Si les deux tubes peuvent tourner autour de leur axe, on pourra rapprocher à volonté les languettes l'une de l'autre et diminuer ainsi l'impédance caractéristique de cette ligne de transmission. On dispose alors d'un procédé commode pour faire varier le rapport de transformation.
Il est évident que la présence de l'enveloppe 1 n'est pas essentielle et qu'on peut la supprimer. Le fonctionne-
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ment du transformateur équilibré sera, exactement la même, la plaque de base jouant seule le rôle qui était dévolu à l'enve- loppe 1.
La figure 14 représente une application pratique très simple du transformateur de l'invention. Celui--ci est du type de la figure 1 nais retourné sens dessus dessous. La languet te 5 se prolonge verticalement à travers le trou 7 an delà duquel elle constitue une antenne rectiligne demi-onde 14 alimentée par le transformateur. La plaque de terre est en 15. Le Tender de la ligne coaxialede transmission qui alimente l'an- tenne est en 6.
Le transformateur sera calculé selon les prin- cipes que l'on a exposés, pour adapter la, ligne de transmission 6 à l'antenne 14, laquelle, dans ce cas, possède une impédance Z2 supérieure à celle de la ligne de transmission.
La section transversale du transformateur peut être, à volonté, celle de la figure ou celle de la. figure
La figure15 représente une autre application dans laquelle c'est l'impédance la plus faibleZ1 qui estcombinée avec le transformateur. L'antenne de la figure 15 comporte un plateau supérieur 9, supporté par des moyens non représentés sur la figure, et relié par un certain nombre de fils parallèles 8 à un- plaque de terre 1b, l'un des fils8 traversant;
sans la, toucher, ceete plaque de terre pour constituer, au delà, de celleci, 1 conducteur intérieur de la ligne de transmission 16 qui est la faeder d'alimentation de l'antenne. La disposition de la figure 15 est semblable à celle des figures 6 et 7, sauf que l'enveloppe 1 a été supprimée et que rien ne correspond sur la figure 15 aux détails 6 et 10 de la,
figure 6
Les fils 8 et le plateau 9 peuvent être enrobés dans un hémisphère 17 constitué par un matériau isolant de grande constante diélectrique et on obtient ainsi une antenne quart d'onde qui fonctionne de la manière qui a été expliquée dans la
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notice accompagnant le brevet britannique n 7.42/44. Ainsi qu'il est expliqué dans cette notice, le diélectrique a pour objet de permettre de raccourcir considérablement l'antenne et de réduire sa résistance de rayonnement à une valeur qui ne dépasse pas quelques ohms.
L'antenne et le transformateur sont combinés, sur la figure 15, en un bloc indivisible et, si l'appareil est considéré comme un transformateur, l'impédance Zl sera représentée par la résistance de rayonnement de l'antenne. Les dimensions devront être telles que cette impédance Zl soit adaptée à l'impédance Z2 de la ligne de transmission 16, laquelle (environ 70 ohms) est beaucoup plus forte que Zl.
Les figures 16 à 21 représentent d'autres types d'antennes jouant en même temps le rôle de transformateurs conformes aux caractéristiques de l'invention, en vue de leur adaptation à des lignes de transmission. Les dispositions de ces figures procurent, en outre, l'important avantage de réaliser des antennes dont la caractéristique passe-bandes est excellente aux très hautes fréquences et qui sont particulièrement convenables pour équiper des appareils de navigation aérienne pour les communications entre avions ou avec des stations au sol.
Quand on veut réaliser une antenne possédant une bonne caractéristique de bande passante, on choisit habituellement un type d'antenne repliée. Une telle antenne, même si elle n'est pas équilibrée, aura une impédance d'environ 140 ohms et si on doit l'alimenter par une ligne de transmission coaxiale, cette dernière, à moins de lui donner des dimensions inusitées, aura une impédance caractéristique inférieure à 100 ohms et l'adaptation de la ligne à l'antenne sera très mauvaise si on les relie directement.
Une antenne rectiligne quart d'onde n'aurait, par contre, qu'une impédance de base d'environ 40 ohms mais sa carac- téristique de bande passante est très étroite. On va expliquer
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plus loin qu'une telle antenne peut être combinée avec un transformateur du type de l'invention de telle façon que son impédance terminale soit augmentée jusqu'à être comparable à l'impédance caractéristique d'une ligne de transmission (70 ohms, par exemple), de telle sorte que la liaison en direct sera rendue possible et qu'en même temps l'antenne sera. devenue semblable à une antenne repliée et possédera une caractéristique satisfaisante de bande passante. On aura. alors réalisé Lui arrangement très simple et très compact.
La figure 16 représente une forme intéressante d'une telle antenne repliée. Elle comporte deux membres para.llèles 3 et
5 , reliés électriquement au sommet et séparés l'un de l'autre par une fente 4. L'un des membres 3 est relié à la plaque de terre 15 à son extrémité inférieure tandis que l'autre membre 5 est relié par son extrémité inférieure au conducteur intérieur de la ligne de transmission 16 qui constitue le feeder a.limen- taire. Les deux membres 3 et 5 sont de dimensions différentes, de sorte que le membre 5 connecté au feeder 16 possède par unité de longueur une admittance à la. terre supérieure à celle du membre 3. La longueur des membres 3 et 5 est telle que l'antenne fonctionne en antenne repliée demi-onde.
Les deux membres restent donc par rapport à la terre à des potentiels égaux en des points situés à, la même hauteur au-dessus du sol (si l'on se borne à considérer les composantes dela tension appliquée qui produisent le rayonnement).
Une autre forme d'antenne repliée est représentée par la figure 17 et diffère de celle de la figure 16 en ce que la ligne de transmission 16 es t prise dans le membre 3 et que le conducteur extérieur de cette ligne va se relier au membre en un point situé à une certaine distance de l'extrémité intérieure de celui-ci.
Dans une troisime forme, représentée par la figure
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20, le ra.pport des sections transversales des deux membres 3 et 5 varie en fonction de leur distance à la terre et de telle façon que l'admittance par unité de longueur du membre 5, relié au conducteur intérieur de la ligne de transmission 16, soit décroissante par rapport à l'admittance de l'autre membre quand on s'éloigne de la terre. Ce mode de construction se justifie par des raisons diverses d'aérodynamique et, notamment, pour diminuer le moment fléchissant et la contrainte à la base de l'antenne quand elle est installée sur un avion.
Les antennes représentées par les figures 16, 17 ou 20 peuvent être construites' au moyen d'un cylindre ou d'un cône de métal dont la section transversale sera, par exemple, à profil aérodynamique comme on l'a représenté sur la figure 18. L'en- taille longitudinale 4 s'approfondit sur presque toute la lon- gueur de l'antenne et la divise en deux parties 3 et 5 réunies par leurs sommets. Les deux parties 3 et 5 ne sont pas nécessai- rement de sections transversales inégales.
On voit sur la figure 19 une disposition dans laquelle le membre 3 possède une section transversale pourvue d'une saillie ou arête tandis que la section transversale du membre 5 est recourbée en forme de V dont les deux branches embrassent l'arête du membre 3 dont elles @ sont séparées, soit par un intervalle d'air, soit par une couche d'un diélectrique convenable figuré par le numéro 18. Ce mode de construction combine à la fois une grande résistance mécanique à la base avec un profil aérodynamique qui convient à une antenne d'avion.
La figure 21 montre comment l'une quelconque de ces antennes peut être convertie en antenne équilibrée en lui don- nant un contrepoids 19 relié au membre 3 , lequel est toujours relié à la terre comme précédemment. Le contreproids peut consti- tuer un prolongement du membre 3 , mais il doit être de forme identique à celle de l'ensemble des deux membres 3 et 5 sans
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comporter cependant aucune fente.
Une telle antenne équilibrée peut être construite, par exemple, à partir d'un cylindre plein dans lequel on a d'abord pratiqué une entaille transversale 20 qui ne sectionne que partiellement le cylindre et qui donne accès à l'entaille longitudinale 4 dont la, profondeur égale environ la, moitié de la. longueur du cylindre et qui divise le demi-cylindresupérieur en deux parties 3 et 5.Le conducteur intérieur de la ligne de transmission 16 tarverse longitudinalement le membre 3 par un canal approprié et sera relié au membre 5 en un point convenable de celui-ci, comme on le voit sur la. figure 21. Ce point sera souvent choisi à l'extrémité inférieure de la pièce 5.
Dans tous les cas, la. longueur de la, fente 4 qui sépare les deux membres doit être telle que soit réalisée une ligne de transmission dont la longueur soit effectivement équivalente au wuart de la. longueur d'onde moyenne de fonctionnement, selon les principes déjà exposés.
Le comportement des antennes des figures 16 à 20 peut s'expliquer de la même façon que celui du transformateur de la figure 1, en se reportant aux circuits équivalents des figures 4 et 5, dans lesquels la résistance de rayonnement de l'antenne remplacera, l'impédance ZI. On va cependant fournir une autre explication:
Puisque l'antenne est du type replié et résonnant à demi longueur d'onde, elle recevra un courant I5(voir figure16) dans le membre 5, par la ligne de transmission 16 et, en même temps, il apparaîtra un courant I à la, base du membre 3, les deux courants I3 et I5 étant de même sens. Le courant total à la base de l'antenne sera. donc I = I3+ I5 et l'antenne rayonne comme si elle était une simple antenne qua.rt d'onde alimentée à une de ses extrémités.
Désignons par R la résistance de rayonnement effective
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totale de cette simple antenne quart d'onde et par R5 la résistance effective de charge du feeder alimentaire 16, laquelle résulte de la connexion de ce feeder avec le membre 5. En négligeant, pour le moment, la réactance de l'antenne, les considérations d'énergie permettent d'écrire:
I2R = I5R5
Si la fente 4 est très étroite, on aura approximati- vement
I/I5= N/n en désignant par N le nombre total de lignes de force qui, dans un diagramme de champ tracé dans un plan horizontal atteignent les deux membres 3 et 5, et par n le nombre de lignes de forme qui n'atteignent que le membre 5.
On a donc: R5 (N/n)2 R
Si l'on veut maintenant tenir compte de la réactance jK de l'antenne et aussi des dimensions de la fente 4, il est clair que l'impédance apparente vue de la ligne de transmission 16 sera obtrenue par la mise en parallèle de (N/n)2 (R+jK) avec une impédance jKs ou Ks représente la réactance de la fente 4 considérée comme une ligne de transmission en court-circuit.
Cette réactance Ks sera, en général, très grande dans la bande passante de l'antenne.
Il est visible que la disposition est équivalente à la combinaison d'un transformateur de rapport (N/n)2 et d'une antenne ordinaire quart d'onde dont une extrémité est à la terre mais, on l'a déjà dit, la disposition procure, en plus, les avantages des mêmes propriétés de bande passante que celles des antennes repliées.
Dans le cas du type d'antenne équilibrée décrite en étudiant la figure 21, on peut montrer que l'antenne se comportera comme si elle possédait une impédance obtenue par
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la mise en parallèle de
1+ (N/n)2 (R + jk avec jKs.
Dans tous les cas;, l'antenne doit résonner sur la fréquence moyenne de fonctionnement de la bande choisie et les caractéristiques passe-bande sont obtenues grâce à, la, réactance caractéristique de la, fente quart d'onde 4 qui shunte effectivement l'antenne. Aux fréquences inférieures à la fréquence moyenne, l'antenne aura une réactance négative, tandis que la fente possédera une réactance pmsitive. Aux fréquences supérieures à. la fréquence moyenne, c'est l'antenne qui aura. une réactance positive et la fente 4 qui possédera une réactance négative, il est clair que, par un calcul convenable de l'impédance caractéristique de la fente, la combinaison peut procurer une réactance nulle à la fréquence moyenne et également à une certaine fréquence au dessus, ainsi qu'à une certaine fréquence au dessous.
Ceci garantit une bonne caractéristique passe-bande.
Dans un exemple particulier d'antenne du type de la figure 16, l'impédance R + jk était de l'ordre de 36 ohms et elle était adaptée à une ligne de transmission coaxiale dont l'impédance caractéristique était d'environ 68 ohms. La forme de la section transversale de l'antenne était exactement celle de la figura 18 et la, fente longitudinale 4 était perpendiculaire au grand axe de cette section et près de son extrémité la plus large. Les surfaces inégales ainsi séparées dans la section transversale de l'antenne étaient telles que le rapport N/n était d'environ 1,31. La plus petite de ces deux surfaces constituait la section du membre 3 de l'antenne et se trouvait reliée à la terre; le conducteur intérieur de la ligne de transmission était relié à l'extrémité inférieure de l'autre membre 5.
On notera que, dans le cas de l'antenne équilibrée de la figure 21, il n'est pas nécessaire de prévoir de gaine
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extérieure quart d'onde pour le feeder de transmission en vue de supprimer les ondes stationnaires si la connexion du conducteur externe de ce feeder est faite symétriquement à l'antenne, comme il est représenté sur la figure 21.
Les figures 22,23 et 24 représentent un amplificateur pour très hautes fréquences dans lequel sont des transformateurs du type de l'invention. L'appareil comprend deux transformateurs semblables à ceux des figures I et 3 et situés bout à bout à l'intérieur d'une enveloppe métallique cylindrique 21 possédant une cloison 22 qui la divise en deux parties. Les conducteurs centraux des deux transformateurs sont semblables à ceux de la figure 1 et sont constitués par des tubes 23A et 23B portant chacun deux fentes longitudinales 24A et 24B.qui y détachent deux languettes 25A et 25B. L'enveloppe extérieure 21 est profilée en tronc de cône à ses deux extrémités pour se raccorder aux deux lignes de transmission d'entrée et de sortie 26A et 26B.
La partie centrale de la cloison 22 est perforée peur constituer une grille de commande 27. La languette 25A porte à son extrémité une plaque 28 jouant le rôle de cathode; cette plaque est isolée de la partie principale du conducteur 23A.
La forme de cette cathode est visible sur la figure 23 ; elle est parallèle à la grille de commande 27 et convenablement espacée de celle-ci. La surface de la cathode faisant face à la grille est enduite, selon des méthodes bien connues, d'une substance convenable à l'émission des électrons et des moyens de chauffage de la cathode, non représentés sur la figure, sont logés à l'intérieur du conducteur creux 23A.
La languette 25B de l'autre transformateur porte une plaque d'anode 29 dont on voit la forme sur la figure 24 et qui est située à une distance convenable de la grille 27 de l'autre côté de celle-ci. La plaque d'anode n'est évidemment pas
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revêtue d'Enduit émissif, ni pourvue de moyens de chauffage.
Les deux tubes 23A et 23B sont sépares de la cloison 22 par de minces rondelles annulaires de mica. 30A et 30B quiservent à les isoler de cette cloison etfournissent, en même temps, aux très hautes fréquences, des condensateurs de bypass, de telle sorte que les tubes 23A et 63B se trouvent effec- tivement, pour ces fréquences, en liaison avec l'enveloppe 21.
Les conducteurs intérieurs des lignes de transmission 16A et 36B sont, de foyon analogue, isoles des extrémités des
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tubes :3J1. .;t 3J3 par :1.i#;: disques de mica. 31.'. et 31) crui jouent, un même teaps, la rôle de condensateurs d'entrée et de sortie pour 1'amplificateur.
L'enveloppe 22 est scellée en 32A et 32B par des scellements en verre réa.lisés entre les conducteurs intérieur et extérieur de chacune des lignes de transmission 26A et 26B, de sorte que la. boîte de l'amplificateur peut être vidée. Deux ouvertures scellées au verre 33A et 33B sont prévues dans les parois latérales de la boîte pour la passage des conducteurs 34A et 34B qui se relient aux tubes 23A et 23B a travers des bobines de self-inductance 35A et 35B.
Ces conducteurs permettent d'appli- quer à l'anode et à la. cathode les tensions de polarisation convenables provenant des sources d'alimentation extérieures.
La, disposition qui vient d'être décrite est, en fait,
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c . 7¯7.r: d'un amplificateur dont 1 ; grille est 2. la terre et qui fait corps avec les deux transformateurs d'entrés et de sortie qui le reliant aux lignes de transmission d'entrée et de sortie.
La figure 25 donne le circuit électrique équivalent et indique aussi comment on peut, par exemple, lui fournir l'énergie nécescaire à son fonctionnement. Les éléments de la figure 25 qui correspondent à des éléments de la figure 22 ont reçu le même numéro de référence. On trouve, en plus, sur la figure 25 une source 36 fournissant la tension de polarisation de la cathode
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et une source 37 pour l'anode. Ces deux sources sont respectivement en série avec les bobines 35A et 35B; elles sont d'un type quelconque capable de fournir la tension et la pola.rité convenables selon la technique courante.
Comme les impédances d'entrée et de sortie de l'amplificateur sont, en général, inégales les rapports de transformation des transformateurs d'anode et de cathode seront habituellement différents, en supposant que les impédances des deux lignes de transmission 26A et 26B sont les mêmes. On a représenté ces différences sur la figure 22 en donnant aux languettes 25A et 25B des largeurs différentes.
Les figures 26 et 27 représentent l'utilisation d'un transformateur conforme à l'invention comme transformateur de sortie d'un amplificateur, réalisant le couplage de cet amplificateur avec une ligne de transmission, par exemple. Le dispositif de la figure 26 comporte, en outre, des moyens, pour accorder le transformateur sur la longueur d'onde moyenne de fonctionnement.
L'amplificateur de la figure 26 comporte une triode 38 dont la cathode est à la terre. Sa grille de commande est reliée par un condensateur 40 à une borne d'entrée 39, tandis qu'une résistance en dérivation 42 la relie à la borne 41 qui lui fournit une tension convenable de polarisation. La source de polarisation (non représentée) sera reliée entre la borne 41 et la borne de terre 42. L'anode du tube 38 est reliée par la bobine à haute fréquence 43 à la borne 44 qui reçoit le pôle positif d'une source à haute tension (non représentée) dont le pôle négatif est à la terre. La source est shuntée par un conden- sateur haute fréquence 45,
Le transformateur de sortie du tube 38 est très semblable à ceux qui ont été décrits sur les figures 1 et 3.
La partie principale 3 de son conducteur central est un tube
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qu'une entaille assez large 46 découpe dans le sens de la longueur. La languette des figures 1 et 3 est remplacée par un conducteur coaxial 47 (voir aussi la figure 27 ) qui traverse la plaque de base 2 par une ouverture et se relie par un conden- sateur 48 l'anode de la, triode 38.
Le conducteur 47 doit être maintenu dans sa position coaxiale dans le tube 3 par des moyens non représentés sur les figures, mais qui laissent entièrement libre l'espace annulaire entre les conducteurs 3 et 47 sur toute la longueur de l'entaille 46. Un piston 49 (visible sur la, figure 27) peut glisser sur le tube 3. Ce piston se compose du disque annulaire 49, en matière isolante, et glissant à. l'extérieur du tube 3 et d'un disque annulaire métallique 50, remplissant exactement l'inter- valle entre le tube 3 et le conducteur 47 et assurant un bon court-circuit électrique antre ces deux pièces. Les disques 49 et 50 sont assemblés par une goupille 51 qui passe à travers l'entaille 46, comme on le voir sur la figure 27.
Le piston peut glisser longitudinalement sous l'action, par exemple, d'une fine tige isolante (non représentée) qui traverse un trou 52 ménagé dans la plaque de base 2 du tramsformateur. Il est donc possible de régler à volonté la, longueur de la ligne de transmission court-circuitée formée pa.r les conducteurs 3 et 47 et, par conséquent, de la rendre résonnante au quart d'onde de la fréquence moyenne de fonctionnement.
Les signaux à amplifier sont appliqués entre les bornes 39 et 42 et les signaux amplifiés sont délivrés à la ligne de transmission 6. Comme l'impédance de sortie de la triode 38 est généralement un multiple d'ordre élevé de l'impédance d'une ligne de transmission, le rapport de transformation n2 du transformateur doit être élevé. Ceci exige, si on se reporte à la figure 5, que l'impédance Zo de la ligne de transmission de couplage A soit élevée et c'est pour cette raison que le conducteur
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47 est disposé à l'intérieur du conducteur 3 pour obtenir un effet d'écran important, ainsi qu'il a déjà,été expliqué. On obtiendra le rapport convenable Zo/ZI en déterminant convenablement la largeur à donner à l'entaille 46.
La figure 28 représente la section transversale d'une disposition meillaure et cependant plus simple pour un piston mobile permettant le réglage en quart d'onde de la ligne de transmission de la figure 26. Le conducteur intérieur est alors pourvu de deux entailles symétriques diamétralement opposées 46A et 46B qui le divisent en deux parties 3A et 3B. L'enveloppe 1 possède également deux fentes longitudinales 53A et 53B. Le disque métallique 50 est pourvu de deux tiges 54A et 54B qui s'allongent diamétralement et traversent les fentes 46A et 53A et 46B et 53B. Des manchons 55A et 55B sont disposés autour des tiges 54A et 54B et doivent glisser sans difficulté dans les fentes 53A et 53B pour permettre au piston d'atteindre la. position convenable.
Les tmges 54 et les manchons 55 sont, de préférence, en céramique, par exemple, et servent seulement de poignées de manoeuvre pour faire glisser le disque de courtcircuit 50 le long du conducteur 47. Les largeurs combinées des entailles 46A et 46B sont équivalentes à celle de l'entaille unique 46 des figures 26 et 27. Si les fentes 53A et 53B n'ont chacune qu'une largeur inférieure à 5 degrés et si leurs bords sont repliés vers l'intérieur du tube 3, comme on l'a représenté sur la figure 28, la fuite de champ à haute fréquence à travers des fentes sera négligeable.
La disposition de la figure 28 est très supérieure à celle des figures 26 et 27 pour le réglage de la position du court-circuit de la ligne de transmission.
Les figures 29 et 30 représentent une autre disposition permettant à la fois le réglage du rapport des impédances Zo/ZI et le réglage de la longueur de résonance de la ligne de
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transmission. Le tube amplificateur n'a pas été représenté sur la figure 29, mais on peut supposer qu'il est monté de la même façon que le tube 38 de la. figure 26 et que son anode est couplée par le condensateur 48 au condensateur intérieur 47.
Le conducteur central de la figure 29 est excentré par rapport à l'enveloppe 1. Le conducteur intérieur 57 de la ligne de transmission 6 augmente progressivement de diamètre versla gauche pour ae terminer par une courte section cylindrique 58 pénétrant exactement dans la partie creuse du conducteur Le conducteur intérieur 46 est vissé ou assemblé de toute autre manière, dans la partie cylindrique 58, comme on le voit sur la figure.
L'extrémité de gauche du tube 3 traverse la plaque terminale 2 de l'enveloppe 1 par un orifice circulaire dont les bords se replient vers l'intéeieur de cette enveloppe pour former, en 59, un court manchon de guidage du tube 3. L'extrémité du tube 3 est retournée vers l'extérieur pour former un petit plateau annulaire 60 qui porte contre la pièce de fond 2.
Le piston de court-circuit est conçu d'après les méthodes indiquées sur les figures 27 et 28 et il est représenté en coupe transversale par la figure 30. 11 comporte un disque annulaire 61 en substance isolante qui entoure le tube 3 et dont lediamètre est t el qu'il ne touche pas à l'enveloppe 1, et un disque métallique annulaire 50, portant une goupille 51 qui pénètre dans une rainure annulaire creusée dans l'épaisseur du disque isolant 61. Une tige de manoeuvre 62, en matière isolante, est fixée au disque 61 et traverse l'enveloppe 1 grâce à une fente longitudinale 53 ménagée dans le paroi de celle-ci.
Les bords de la fente 53 sont repliés en 56 versl'intérieur de l'enveloppe, comme on l'a expliqué sur la figure 28.
Il est évident que la disposition de la figure 29 permet de faire tourner le tube 3 autour de son axe par des
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moyens convenables agissant sur le plateau 60 (non représentés pour ne pas compliquer la figure). Pendant un tel mouvement de rotation, la goupille 51 se déplace librement à l'intérieur de la rainure annulaire où elle trouve son logement. Il est visible aussi que le piston peut glisser longitudinalement sur le tube 3 au moyen de la tige de manoeuvre 62. Il est évident enfin que les deux mouvements sont indépendants l'un de l'autre. L'extrémité de droite du tube 3, qui entoure le conducteur cylindrique
58 , doit être fendue pour assurer un bon contact flexible avec celui-ci.
Sur la figure 30, le plan bissecteur de la fente 46 a été représenté perpendiculaire au plan passant par les deux axes du tube 3 et de l'enveloppe 1. Si, dans la position de cette figure, le tube 3 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, la capacité entre le conducteur intérieur et l'enveloppe diminuera, et si on le tourne en sens inverse, cette capacité augmentera. Il est évident que cela procure un moyen convenable pour le réglage de l'impédance Zo de la ligne de transmission A servant au couplage (figure 5). Ce réglage est indépendant de celui du piston qui rend la ligne résonnante en quart dbnde sur la fréquence moyenne de fonctionnement comme on l'a expliqué sur les figures 26 à 28.
Des vis de blocage (non représentées) peuvent être prévues pour immobiliser le tube 3 dans la position trouvée pour le réglage.
Le profilage tronconique de 1(enveloppe 1 vers la ligne de transmission 6 n'est pas ici de révolution et doit rester excentré. il doit être réalisé de façon qu'il n'en résulte aucune discontinuité appréciable d'impédance.
Les figures 31 à 38 représentent un générateur de très hautes fréquences dans les éléments duquel est incorporé un transformateur réglable du type qui a été décrit sur la figure b.
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Une enveloppe cylindrique 1 contient une cage métallique constituée par huit fils parallèles désignés par SA à 8H qui sont disposés symétriquement en cercle d'un certain rayon autour de l'axe de l'enveloppe 1..Par la. figure 31, l'enveloppe a été représentée en coupe longitudinale afin de laisser voir l'intérieur, les fils figurés en trait plein sont ceux qui vont en arrière du plan de la coupe et les fils figurés en trait interrompu sont ceux qui sont en avant du plan de la coupe.
Une triode 63 se trouve à l'intérieur de l'enveloppe 1 près de son extrémité gauche. Elle fonctionne par les quatre fils 8A, 8C, SE, 8G. Les fils SA et SE sont respectivement reliés à l'anode et à la cathode, les fils 8C et 8G servent à mettre en circuit l'élément de chauffage. Les quatre fils 8A, 8C, SE, 8G doivent donc être isolés l'un de l'autre et de l'enveloppe 1.
Les quatre autres fils, 8B, 8D, 8F, 8H, ne jouent aucun rôle par rapport à la triode 63 et n'ont pas besoin d'être isolés ; ils sont reliés directement par leur extrémité de gauche à la plaque de base 2 de l'enveloppe 1. Ils traversent le piston mobile 64 qui servira. à l'accord ainsi que le bloc d'assemblage 65 et ils vont se relier à droite au conducteur intérieur de la ligne de transmission 6 qui constitue la sortie du générateur.
Une mince feuille 66, de mica. ou d'autre matériau isolant, couvre la surface extérieure de la plaque 2. Le fil 8A (fil d'anode) et le fil SE (fil de cathode) traversent la, plaque 2 et la plaque de mica 66 par des trous ménagés à cet effet et sont fixés à l'intérieur de la plaque 66 par de petites gouttes de soudure 67 et 68 ou de toute autre manière équivalente.
Les fils 8C et 8G (fils de l'élément de chauffage) passent également par des trous de la plaque 2 et viennent s'attacher à des plaques 69 et 70 placées de l'autre côté de la plaque de mica 66 pour constituer des condensateurs de by-pass, grâce auxquels les fils 8C et 8G sont effectivement, aux très
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hautes fréquences, en connexion avec la plaque 2. Les gouttes de soudure 67 et 68 doivent être aussi petites que possible de sorte que la capacité qui shunte les deux fils 8A et 8E à la plaque 2 reste faible. Il est préférable, également, de réaliser des connexions aussi courtes que possible entre les électrodes du tube 63 et les fils 8A, 8C, 8E, 8G, afin de minimiser les capacités de dispersion.
Les quatre fils d'alimentation de la triode 63 se terminent dans le bloc d'assemblage 65 d'une façon qui va maintenant être expliquée en détail. Quatre bornes 71,72, 73,74, sont respectivement reliées aux fils 8A, 8C, 8E, 8G par des bobines de self haute fréquence 75,76, 77,78. Ces bornes sont utilisées respectivement pour le raccordement de la source d'anode, de la source de polarisation de la cathode (ou pour les autres connexions à établir sur celles-ci) et pour la source d'alimentation de l'élément de chauffage. Les connexions sur les fils 8A à 8G sont prises, de préférence, aussi près que possible du bloc de montage 65.
Les fils sortant de l'enveloppe 1 vers les bornes 71 à 74 traversent de petits condensateurs de by-pass à haute fréquence constitués, comme on le voit sur la figure 31, par des plaquettes de mica serrées entre l'enveloppe 1 et une plaquette métallique extérieure.
Les huit fils 8A à 8H traversent le piston mobile 64. Ce piston est entrainé par une vis motrice en métal 79 assemblée en 80 à une tige cylindrique isolante 81 qui traverse l'enveloppe 1 dans un palier 82 et qui peut être manoeuvrée par une poignée à manivelle 83, de telle sorte que, lorsqu'on tourne cette manivelle, le piston 64 se déplace longitudinalement sur les fils 8A à 8H. Le bloc d'assemblage 65 est porté par la partie pleine 81 de la tige de la vis, de telle sorte que celleci tourne sans l'entraîner dans sa rotation.
La ligne de transmission b est excentrique par
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rapport à l'axe de l'enveloppe 1, afin de ménager une place suffisante pour le passage de la tige 81 et pour la manoeuvre de la manivelle 83. Il faut donc que le raccordement conique entre l'enveloppe 1 et le conducteur extérieur de la. ligne de transmission b soit lui même excentré, mais réalisé de telle façon qu'il n'introduise pas de discontinuité d'impédances.
La. figure 32 représente la coupe du piaton b4 et la 'figure 33 elle du bloc de montage 65. Les éléments qui constituent le piston 04 te le bloc 65 sont représentés en plan par les figures 34 à 38.
Le piston 64 comprend un manchon métallique 84à filetage intérieur qui s'adape à la, vis motrice 79. Le manchon 84 fait corps avec un plateau 85 qui est représenté en élévation par la figure 34. Le plateau 85 est percé de quatre grands trous pour le passage des fils A, C, E, G, qui ne doivent pas être en contact av c lui etde quatre petits trous par lesquels passent à frottement doux les fils B, D, F, H. Un. disque circulaire de mica 86 repose sur leplateau 85. Ce disque est percé de huit petits trous dans lesquels les huit fils A à H passent à frottement doux.
Le disque de mica. 86 supporte à son tour quatre secteurs métalliques 87, 88, 89, 90, représentés en élévation par la figure 36, L'angle d'ouverture de chacun de ces secteurs est un.
peu inférieur un quadrant et chacun d'eux est percé d'un petit trou de dimensions identiques aux petits trous du plateau 85. Les secteurs 87 à 90 sont montés sur un court manchon isolant 91 qui entoure le moyeu métallique du piston et sert d'espacement entrecalui-ci ,et les disques métalliques 87 à 90. La figure 35 montre le manchon 91 en élévation, il doit êtreglissé sur le moyeu 84 après la mise en place du disque de mica 86.
Les quatre secteurs 87 à 90 doivent occuper les positions respectives repré- sentées en A.C.E.G. sur la figure36 et leurs petits trous doivent correspondre aux petits trous du plateau 85. On notera
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que les quatre fils 8B, 8D, 8F, 8H, passent dans les espaces libres entre les secteurs 87 à 90 sans prendre contact avec ceuxci.
Un second disque de mica 92, semblable au disque 86, est alors monté sur le moyeu 84, et enfin un disque métallique 93 percés de trous absolument identiques à ceux du plateau 85.
L'ensemble des disques et des secteurs énumérés est enfin serré par un écrou 94 qui visse sur un filetage extérieur qui garnit l'extrémité du moyeu du piston.
La vue en coupe de la figure 32 a été prise selon la ligne brisée A-D tracée en trait interrompu sur la figure 34, de telle sorte que l'on peut ainsi voir à la fois sur les figures 32 les dispositions qui correspondent aux fils d'alimentation de la triode et les dispositions qui correspondent aux autres fils qui ne servent pas à l'alimentation de la triode. La coupe de la moitié inférieure de la figure 32 ne coupe aucun des secteurs 87 à 90 puisque le plan de section passe, pour cette demi-figure, dans l'intervalle entre deux secteurs.
On voit, d'après la description qui a été faite, que les fils qui ne servent pas à l'alimentation de la triode sont reliés l'un à l'autre par le corps métallique du piston tandis que les fils d'alimentation sont isolés par les disques de mica 86 et 92 ainsi que par le manchon isolant 91. Les disques de mica 86 et 92 constituent cependant, aux très hautes fréquences, des condensateurs de by-pass et chacun des fils d'alimentation se trouve ainsi, pour ces fréquences, relié aux quatre fils qui ne servent pas à l'alimentation. Ainsi, aux très hautes fréquences, le piston relie électriquement tous les huit fils l'un à l'autre.
Le bloc d'assemblage 65 est construit d'une façon semblable au piston 64. La structure de base est un moyeu métallique 95 faisant corps avec un plateau 96 jouant un rôle analogue au plateau 85 du piston. Le moyeu 95 du bloc d'assemblage ne porte
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pas -le,, filetage intérieur. Quatre disques métalliques 97, 98, 99, 100, sont perforés par des trous indiqués sur la. figure 38.
Sept de ces trous sont larges et le huitième, plus petit, laisse passer le fil à frottement doux. Un manchon isolant, 101, assez mince, est glissé sur le moyeu, et les quatre disques 97 à 100 enfilés sur ce manchon sont séparés les Luis des autres et du plateau 85 par cinq disques de mica 102, 103, 104, 105, 106, qui sont tous exactement semblables au disque 86 de la figure 37. Un disque métallique 107 semblable au disque 93 de la figure 32 complète le bloc d'assemblage et le tout est serré par un écrou 108.
Les quatre disques 97 à 100 sont orientés de façon que le petit -trou que: porte chacun d'entre eux, occupe, en passant d'un disque au suivant, les positions, A, C, E, G, et les grands trous des disques 96 et 107 doivent occuper ces mêmes positions A. C. E, G. La coupe de la figure 33 a été pratiquée suivant une ligne brisée indiquée en trait interrompu sur la figure 38 et passant par les centres des trous E, B.
Quand les fils sont attachés au bloc d'assemblage 65, chacun des fils d'alimentation traverse d'abord des grands trous et se trouve ensuite arrêté et fixé dans'le petit trou qui lui fera face dans l'un des quatre disques 97 à 100. On voit, par exemple, sur la figure 33, que le fil 8E sera soudé au disque 99 dont le petit trou est en position E.
Chacun des quatre fils qui ue servent pas à l'alimen- tation traverse d'abord un des petits trous du plateau 96, puis des grands trous dans les disques 97 à. 100, ensuite un petit trou dans le disque 107 pour venir enfin se fixer sur le conducteur central de la. ligne de transmission 6, comme on le voit sur la. figure 31. Chacun de ces fils recevra, de préférence, deux points de soudure, l'un sur le plateau 96 et l'autre sur le disque 107.
La figure 33 représente, pour le fil 8B, la disposition nui vient
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d'être décrite.
Il est évident que l'épaisseur des disques a été exagérée sur les figures 32 et 33. Tous les disques peuvent être très minces et l'assemblage réalisé d'après les figures 32 et 33 est beaucoup moins volumineux qu'il n'apparaît sur ces figures.
La grille de commande du tube électronique 63 est reliée à la borne 110 par l'intermédiaire d'une résistance 109.
En outre, un condensateur de dérivation est constitué par la plaquette métallique 111 reliée à la grille de commande et la mince feuille de mica qui la sépare de la plaque de base 2 de l'enveloppe de l'appareil. Ce condensateur suffit, aux très hautes fréquences pour mettre la grille à la terre.
La source à haute tension qui doit alimenter l'anode est reliée par son pôle positif à la borne 71, son pôle négatif étant relié à la borne 72. La source de courant de chauffage de la cathode, qui est à volonté continue ou alternative, est reliée entre les bornes 73 et 74. Une source convenable de polarisation pour la grille est reliée entre la borne 110 et la borne de terre 112 située à son voisinage. L'enveloppe 1 de l'appareil doit aussi être mise à la terre en un point convenable.
On remarquera que le tube électronique 63 fonctionne comme un amplificateur dont la grille est mise à la terre. Le système des fils BA à 8H constitue une paire de transformateurs du type décrit dans la figure 6 et qui couplent respectivement l'anode et la grille à la ligne' de transmission 6. Les fils isolés 8A et 8E sont reliés respectivement à l'anode et à la cathode et chacun d'eux constitue, avec les fils restants, l'un des deux transformateurs en question. On notera que les fils 8C et 8G qui sont utilisés pour amener le courant de chauffage ne sont pas isolés pour les très hautes fréquences puisque tous deux possèdent à leur extrémité de gauche des condensateurs de dérivation auxquels les plaquettes 69 et 70 servent d'armatures.
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Les deux transformateurs que l'on a mentionnés couplent l'anode et la. cathode sur la même ligne de transmission: il existe donc un circuit oscillant et la phase du couplage sera la cause qui produira la, réaction positive sur l'amplificateur dont la grille est à la terre. La fréquence des oscillations dépendra du réglage du piston 64 et sera celle pour la,quelle les lignes de tramsmission court-circuitées formées par les fils isolés et par les autres fils sera résonnante en quart d'onde. On manoeuvre le piston 64 en tournant la poignée à manivelle 83, mais la, rotation de l'arbre 81 n'affecte pas le bloc d'assemblage 65 qui est monté à frottement doux sur la partie cylindrique et non filetée de cet arbre.
Les oscillations engendrées dans l'appareil sont transmises pour être utilisées on un point convenable quelconque par la ligne de transmission 6.
Des moyens convenables doivent être prévus dans l'appareil dela figure 31 pour supporter l'extrémité gauche de la vis motrice 79 ainsi que pour le piston 64 et le bloc d'assem- blage 65. On me les a, pa.s représentés sur la figurepour ne pas compliquer celle-ci.
La figure 31 peut faire l'objet d'une légère modification dans le but d'utiliser également les fils 8B, 8D, 8F, 8H, pour assurer l'alimentation du tube électronique 63 Dans ce cas, les qua.tre fils, 8B, 8D, 8F, 8H, doivent être isolés de la, plaque et la traversent par des ouvertures aménagées en condensateurs de by-pass pour les très hautes fréquences pour se relier, à l'extréisur à des selfs haute fréquence. Les bobines de self 75 à 78 de la, figure 31 sont supprimées. Chacun des secteurs métalliques de la figure 36 est pourvu de deux petits trous au lieu d'un, les deux trous étant à 45 degrés l'un de l'autre et la disposition générale des quatre secteurs étant décalée d'environ 22.1/2 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre.
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Le plateau 85 de la figure 34 est percé de huit gros trous. Les fils 8A et 8B sont passés par les deux petits trous du secteur 87, les fils 8C et 8D par ceux du secteur 88, et ainsi de suite.
Le pôle positif de la source à haute tension sera relié à l'extrémité du fil 8B, à travers une self-inductance. La source de chauffage de la cathode, également à travers des selfs, aux deux fils 8D et BH, et enfin la source de polarisation de la cathode au fil 8F à travers une self.
Il est évident que le bloc d'assemblage 65 devra aussi être modifié d'une façon qu'un homme de l'art imaginera aisément.
Les quatre paires de deux fils seront alors isolées électriquement l'une de l'autre, mais seront en même temps effectivement reliées au conducteur central de la ligne de transmission b, à travers des condensateurs de by-pass réalisés par les éléments de la figure 33.
Les figures 39 et 40 représentent une antenne dip8le demi-onde qui est à peu près semblable à celle de la figure 21 mais qui contient dans son intérieur un tube électronique générateur des ondes à très hautes fréquences que l'antenne rayonnera.
L'antenne comporte deux transformateurs du type de l'invention.
Un cylindre métallique creux 115 fermé à ses deux extrémités est fendu par des fentes étroites de telle sorte qu'il puisse y être créé deux languettes 114 et 115 qui se développent seulement sur la moitié droite du cylindre et sont diamétralement opposées l'une à l'autre. La languette 115 a été représentée en trait interrompu sur la figure j9 parce que, dans cette vue en élévation, elle est cachée par la languette 114. La figure 40 montre avec plus de détails les dimensions respectives des deux languettes.
Le tube électronique 110, visible sur la figure 40, est logé à l'intérieur de l'antenne et au centre de celle-ci.
Son anode et sa cathode sont respectivement reliées aux languettes 114 et 115 par l'intermédiaire des condensateurs de
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couplage 11, et 119 qui sont construits de façon analogue aux condensateurs déjà. décrits plus haut. La grille de commande est reliée à la partie principale du cylindre 113. Deux selfshaute fréquence 119 et 120, relient respectivement l'anode et la cathode aux conducteurs 121 et 122 du câble d'alimentation 123 dont l'écran extérieur est à la terre et se relie au milieu de l'antenne.
Le conducteur 121 est relié au pôle positif de la source d'alimentation anodique (non représentée) dont le pôle négatif est à la terre. Le conducteur 122 est relié à. la, terre à travers une source convenable de polarisation (non représentée).
Le montage réalisé est celui d'un oscillateur dont la, grille est à la terre et qui fonctionne de façon absolument analogue à celui de la figure 21, sauf que les ondes engendrées ne sont pas envoyées sur une ligne de transmission mais sont rayonnées direc- tement par l'antenne.On remarquera que les languettes 114 et 115 (qui ne sont pas forcément égales) constituent les transfor- mateurs d'anode et de cathode qui sont combinés avec l'antenne etque c'est ainsi qu'on obtient l'effet de réaction positive qui est nécessaire pour produire les oscillations.
Les figures 41 et 42 représentent une antenne du même type et dont le montage a été modifié pour recevoir un tube électronique fonctionnant en amplificateur ordinaire à cathode à la terre. Pour obtenir dans ce cas un effet de réaction qui possède la phase convenable, la languette 115 est découpée dans la moitié de gauche du cylindre 113, comme on le voit sur la, figure 41. La cathode est alors reliée directement à la portion principale du cylindre (voir figure 42) et la grille de commande est reliée à la fois à la languette 115 et à la self hautefréquence 120. Les autres éléments sont disposés comme dans les figures 39 et 40.
Dans les antennes des figures 39 ou 40, la fréquence
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des oscillations sera celle pour laquelle les fentes résonnant à quart d'onde et il faut que la fréquence ainsi définie soit égale à la fréquence de résonance demi onde de l'antenne prise dans son ensemble.
La figure 43 représente l'utilisation de deux transformateurs du type de l'invention pour réaliser un circuit équilibré de sortie d'amplificateur push pull. Deux tubes parallèles exactement semblables 3A et 3B portent des entailles 46A et 46B et sont garnis de conducteurs centraux 47A et 47B. Chacun de ces tubes est analogue au tube 3 de la figure 29, sauf que l'enveloppe 1 a été supprimée. Il existe ,deux pistons d'accord 49A et 49B. Les deux tubes peuvent tourner sur eux-mêmes dans des paliers convenables ménagés dans le plateau métallique 124.
Les conducteurs centraux 47A et 47B se raccordent vers la droite à des parties cylindriques 58A et 58B de plus grand diamètre (autour desquels les tubes 3A et 3B peuvent tourner à frottement doux) et qui s'appuient elles-mêmes à droite sur des disques minces de mica 125A et 125B constituant des condensateurs de couplage avec les conducteurs situés de l'autre côté de ces disques. Ces derniers se raccordent, suivant un profil convenable, aux conducteurs 126A et 126B d'une ligne de transmission équilibrée qui peut être placée sous un écran 127 ou même ne pas avoir d'écran.
Les deux tubes électroniques 38A et,388 de l'amplificateur sont montés en push pull, le circuit de chacun d'eux étant analogue à celui du tube électronique 38 de la figure 26.
Les deux cathodes sont reliées ensemble à la terre. Une source de polarisation commune 128 est reliée aux deux grilles de commande à travers des résistances individuelles 42A et 42B. Les grilles de commande sont également reliées aux bornes d'entrée 39A et 39B de l'amplificateur, à travers des condensateurs 40A et 40B.
Les anodes sont reliées directement aux conducteurs
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intérieurs 47A et 47B. La source d'alimentation des anodes 129 a son pôle négatif à la terre et son pale positif se relie, à travers une- self haute fréquence 150 au plateau. 1/4 lequel est en liaison métallique avec les tubes 3A et 3B et, par ceci, avec les conducteurs intérieurs 47A et 47B. Les disques de mica 125A et 125B forment des condensateurs de blocage pour empêcher la tension anodique de s'appliquer à la ligne de transmission. Lorsque le système doit fonctionner pour de grandes puissances, on utilisera, de préférence, à cet endroit, des condensateurs tubes à. vide.
Il est clair, d'après les explications déjà fournies, que la rapport de transformation nécessaire pour adapter les circuits d'anode à la ligne de transmission peuvent être obtenus en faisant tourner les tubes 3A ou 3B de telle sorte que les entailles 16A et 46B soient rapprochées ou éloignées l'une de l'autre. Quant à la ligne quart d'onde à réaliser entreles conducteurs intérieurs et les tubes, on peut y parvenir en réglant la position des pistons 49A et 49B de sorte que l'on obtienne la résonance sur la. fréquence moyenne de fonctionnement.
On peut adapter l'appareil à des longueursd'onde supérieures en ajoutant aux extrémités ouvertes des tubes 3A et 3B, soit un condensateur (non représenté) reliant directement les anodes des deux tubes, soit deux condensateurs égaux (non représentés) l'un entre-ls conducteur 47A et le tube 3A, l'autre entre le conducteur 47B et 1.'- tube 3B,
Cn notera que l'utilisation de tubes fendus, tels que ceux qui sont représentés sur la.
figure 43, procure des rapporte de transformation assez élevés, de l'ordre de 40 ou 50 à 1. Si l'on n'a b soin que de moindres rapports de transforma-
EMI40.1
tion, les ;. = .n 1:
1 peuvent t 1 t 1 élargies s e t l'on peut pousser cet élargissement jusqu'à un point tel qu- L8 tubes 3A et ) B se r ,r d n i à. -n 1- 1. de simples bandes ou tiges dont les s ,J 1># :- n s 1 o i>.- ne
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diffèrent guère de celles des conducteurs 47A et 47B. On peut, tout en élargissant les fentes, conserver des anneaux de support aux deux extrémités des tubes 3A et 3B et l'on pourra toujours alors faire tourner les tubes sur eux-mêmes pour régler le rapport de transformation, même si le système réduit à deux paires de tiges ou de conducteurs dans chacune desquelles l'un des fils tourne autour de l'autre. Dans ce cas, les pistons 49A et 49B sont remplacés par de simples tiges transversales ou barrettes conductrices glissant sur les deux conducteurs.
Les dispositions de la figure 43 conviennent à un oscillateur de grande puissance pour un émetteur de ra,dio-diffu- sion à ondes courtes.
La figure 44 représente un autre amplificateur push pull du type à grille à la. terre et réalisant, selon les carac- téristiques de l'invention, le couplage d'une ligne de tra-ns- mission à paire équilibrée avec une ligne de transmission coaxiale.
L'enveloppe métallique 1 renferme un tube 131 possédant deux anodes, une grille commune reliée à l'enveloppe 1, deux cathodes et un élément de chauffage.
Les deux anodes sont couplées à la ligne coaxiale de sortie 6 de l'amplificateur par un transformateur analogue à celui qui a été décrit sur la figure 8. Le conducteur central se divise en deux parties 3 et 5 dont les admittances par rapport à l'enveloppe 1 sont différentes et qui peuvent être court-circui- tées par pièce transversale de métal ou barrette mobile 132 dont le rôle est d'ajuster, pour la rendre résonnante en quart d'onde, la longueur de la ligne de transmission formée entre les parties 3 et 5. La barrette 132 se manoeuvre au moyen d'une poignée isolante 133 qui passe par une fente étroite 134 percée sur le côté de l'enveloppe 1.
Le potentiel de fonctionnement nécessaire aux anodes est pris sur la borne 135 par un conducteur qui est relié au
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membre 5 à travers une self à. haute fréquence 137, tandis que le condensateur 136 constitue sur ce conducteur un by-pass haute fréquence vers l'enveloppe.
Un disque mince de mica 138 isole le conducteur central de la ligne de transmission 6 et sert de condensateur de blocage pour la tension alimentant l'anode. Dans le cas d'un amplificateur utilisé pour de grandes puissances, le condensateur 138 sera. du type à vide.
Du côté de la. ligne de transmission équilibrée 139 qui est à 1 entrée de l'amplificateur, les deux conducteurs de cette ligne sont reliés respectivement aux deux cathodes par l'intermédiaire de deux tubes fendus 3A et 3B analogues à ceux qui ont été décrits sur la figure 43. Les deux pistons d'accord 49A et 49B sont associés par un coupleur mécanique 140 et sont manoeuvrés ensemble par une poignée isolante 141 qui traverse une fente 142, ménagée dans l'enveloppe 1. Deux selfs hautefréquence 143A et 143B sont reliées respectivement entre les pièces tubulaires 3A et 3B et les bornes extérieures 144A et 144B; les fils de liaison sortent de l'enveloppe à travers des conden- sateurs de by-pass 145A et 145B.
Deux feuilles de mica 146A et 146B séparent les conducteurs de la ligne de transmission 139 d'avec les pièces tubulaires 3A et 3B et constituent des condensateurs de blocage.
Les bornes 149A et 149B du circuit de chauffage du tube électronique sont reliées à l'élément de chauffage de celuici à travers des selfs haute fréquence 14-7A et 14713. Les fils de liaison traversent l'enveloppe 1 par des ouvertures aménagées en condensateurs de by-pass 148A et 148B.
Ms '..iode de fonctionnement de l'appareil de la. figure 44 sera aisément compris à l'aise de tout ce qui a déjà été expliqué sur les autres figures.
Pour faire fonctionner le dispositif on peut mettre
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le boîtier 1 à la. terre et relier également les bornes 144A et 144B à la terre, à travers des résistances de polarisation correspondantes (non représentées). La borne positive de la source d'alimentation anodique (non représentée) peut être connectée à la borne 135, la borne négative de'la source étant mise à la terre. Binalement, les bornes 149A et 149B peuvent être connectées à la source d'alimentation de l'élément chauffant (non représentée).
Les pistons d'accord seront ajustés de façon à obtenir la résonance quart d'onde à la fréquence moyenne des ondes arrivant par la ligne 139 des lignes de transmission correspondant à des pistons et court-circuitées par eux. La disposition des deux conducteurs tubulaires 3A et 3B reliés, à l'entrée de l'amplificateur, un couplage push pull par transformateurs qui adaptent la ligne de transmission 149 au circuit des cathodes du tube électronique 151. Le système des conducteurs 3 et 5 réalise, en push pull, un couplage par transformateur entre les anodes et la ligne de transmission coaxiale 6, selon les principes déjà expliqués sur la figure 8.
Il est évident que l'on peut, si on le désire, ajouter des dispositions permettant de faire tourner sur eux-mêmes les conducteurs tubulaires 3A et 3B, ainsi que pour faire tourner le groupe des conducteurs 3 et 5. Ceci permet, comme on l'a déjà expliqué, de faire varier le rapport de transformation des transformateurs. De plus, il est évident que l'on peut remplacer le tube électronique double 131 par deux triodes distinctes,, auquel cas les deux grilles seraient reliées l'une à l'autre et à l'enveloppe 1 et les deux éléments de chauffage seraient montés, soit en série, soit en parallèle, entre les selfs 147A et 147B.
Les figures 45 et 46 représentent un autre type d'oscillateur utilisant un transformateur de l'invention. L'oscillateur des figures 45 et 46 ressemble, par certains aspects,
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à celui de la figure 31, mais il est plus spécialement conçu pour des installations de grande puissance où l'on a besoin de se préoccuper de dissiper la, chaleur produite en grandes quantités.
La triode 150 est du type bien connu dit "à disques scellés". Les disques métalliques 151, 152 et 153 qui sont scellés à travers l'enveloppe, constituent respectivement les prises de connexions pour la cathode, la. grille de commande et l'anode (ces diverses électrodes ne sont pas représentées).
L'élément de chauffage de la cathode, qui n'est pas représenté, est enfermé dans le compartiment à gauche du disque 151 et les deux broches 154 et 155 lui amènent le courant de chauffage.
Le disque 151 constitue la plaque métallique de fermeture de l'enveloppe cylindrique l, laquelle est profilée à droite en tronc de cône pour se relier à la ligne de transmission coaxiale 6. Le transformateur est constitue par un tube métallique coaxial 156, qui correspond au conducteur principal 3 de la. figure 1, et par une partie coaxiale 157 d'un tube de plus grand diamètre, qui correspond à la languette 5 de la, figure 1.
Le tube 156 est fermé à son extrémité de gauche par le disque 153 et le tube 157, légèrement plus long, est relié sur sa gauche au disque 152.
A l'extrémité de droite, le tube languette 157 se relie à un disque métallique 158, séparé et isolé à la fois du conducteur central de la ligne de transmission 6 et de l'extré- mité de droite du conducteur tubulaire 156 par deux disques de mica 159 et 160. Ces disques de mica constituent des condensateurs de bloca.ge, mais les éléments métalliques 156 et 157 se trouvent néanmoins, aux hautes fréquences, reliés effectivement entre eux et avec la ligne de transmission servant à la sortie de l'oscillateur
Le conducteur tubulaire 156 et l'élément tubulaire
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157 découpé en languette sont reliés l'un à l'autre par un piston mobile 161 qui servira à ajuster la longueur de la ligne de transmission constituée entre eux pour la faire résonner en quart d'onde.
Les détails de ce piston sont représentés par la coupe de la figure 46. Il comprend un anneau métallique 162 qui peut glisser à frottement doux sur le tube 156 et qui s'appuie aussi sur la languette 157 dont il est cependant séparé par une mince feuille de mica (non représentée) qui empêche le courtcircuit direct. On peut aussi réaliser l'anneau mobile 162 en deux parties coaxiales séparées l'une de l'autre par une petite bande de mica enroulée en anneau. Une poignée isolante 163, fixée à l'anneau 162, traverse l'enveloppe 1 par une fente dont les,bords sont repliés vers l'intérieur pour éviter les fuites d'ondes électro-magnétiques. Une plaquette métallique 165 fixée à la poignée 163 porte sur les bords ainsi repliés et oblige le piston à glisser bien droit et sans se déformer.
Une autre plaquette semblable (non représentée) peut être prévue, si c'est nécessaire, toujours fixée à la poignée 163, mais portant sur le côté extérieur de l'enveloppe 1.
Les bornes 166 et 167 sont reliées respectivement par des selfs haute fréquence 168 et 169, aux extrémités de droite du conducteur tubulaire 156 et de la languette 157. Ces bornes sont destinées, d'autre part, à recevoir le pôle positif de la source d'alimentation à haute tension et la connexion venant de la source de polarisation de la grille (les sources ne sont pas représentées). Les conducteurs reliant les bornes 156 et 157 aux selfs 168 et 169 traversent l'enveloppe 1 par des trous aménagés en condensateurs de by-pass 170 et l'il comme on l'a déjà vu pour d'autres exemples. La source de chauffage de la cathode (non représentée) se relie aux broches 154 et 155.
Le fonctionnement de l'oscillateur de la figure 45 est exactement le même que celui de l'oscillateur de la figure 31
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et la fréquence des oscillations se règle par la manoeuvre du piston 151
La figure 47 représente une autre forme du piston -Le piston de la figure 47 est manoeuvré au moyen d'une vis motrice disposée de la. façon déjà décrite sur la. figure 31.
La ligne de transmission o est alors excentrée par rapport l'enveloppe cylindrique 1 afin que l'on puisse trouver la place pour loger la vis de manoeuvre.
La vis 172 de lafigure 47 est entourée par un écrou 173 susceptible de se déplacer longitudinalement quand on tourne la vis. Cet écrou porte trois rayons 174 disposés à 120 degrés l'un de l'autre. Les rayons 174 sont en substance isolante et traversent le conducteur tubulaire 156 par des fentes dont les bords sont repliés vers l'intérieur du tube 156. Les rayons 1,4 s'engagent dans l'anneau 362 comme on le voit sur la figure 47 et, lorsque l'écrou 173 se déplace, ils entraînent longitudina.lement l'anneau 162 entre le conducteur tubulaire 156 et la languette 157. Une feuille de mica, non représentée, sera interposée comme on le sait, pour empêcher tout effet direct de courtcircuit entre l'anneau 162 et la languette 157.
Il est évident que les disques 158, 159, 160 de la figure 45 devront être percés d'un trou central convenable pour laisser passer la vis 172 et que la. partie élargie du conducteur central de la ligne de transmission 6 devra aussi laisser passer la tige de cette vis qui doit sortir de l'enveloppe 1, sur la droite.
Dans toutes les descriptions qui précèdent, il a été fait usage de 1 expression relié ou connecté dans le cas de conducteurs dont les extrémités méta.lliques sont cependant séparées l'une de l'autre par un condensateur de blocage ou par tout autre élément dont l'impédance est négligeable aux très hautes fréquences. Il s'agit donc bien, au sens pratique, d'une
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@ connexion effective à haute fréquence.
Bien que l'invention ait été ci-dessus décrite en relation avec des appareils particuliers et des réalisations particulières de ceux-ci, il doit être bien compris que cette description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne saurait aucunement limiter le domaine de l'invention.
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COUPLING DEVICES BETWEEN THE ANTENNAS AND THE
TRANSMISSION.
The present invention relates to electrical transformation devices the use of which is intended above all for very high frequencies.
The main object of the invention is to provide a transformation device which is very compact and which can provide relatively high transformation ratios when it is necessary to adapt circuits of different impedance to one another at high frequency. .
Another object of the invention is to provide means for adapting antennas of various types to transmission lines without having to use bulky equipment: the transformer and the antenna are associated with one another. by the methods of the invention without appreciably increasing the volume of the antenna.
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Other objects of the invention are to provide a very high frequency oscillating and amplifier device, which contains the transformers intended to adapt the input circuit or the output circuit of the oscillating tube to the input or the output circuit. corresponding output of the circuit or the transmission line.
In its most general aspect, the invention provides an electrical transformation device for coupling two circuits of different impedances in a determined range of high frequencies. Said device comprises a certain number of electrical conductors divided into two groups, as well as means for connecting these conductors to one another at one end, so that a transmission line is formed between these two groups, short- circuited at that end and open at the other end and of a length such that it resonates in quarter-wave at a given frequency in the specified band.
The device also comprises means for connecting one of the external circuits which are conductors of one of the groups and the other external circuit to all the conductors which are short-circuited at the end.
The invention will be better understood on reading the description which will be given of a certain number of particular embodiments and on examining the drawings which schematically represent, by way of nonlimiting examples, said embodiments. .
Figure 1 is a longitudinal section of a simple form of transformer made according to the characteristics of the invention.
Figure 2 and the. FIG. 3 are cross sections of two transformers, one of which is that of FIG. 1 and the other of which only differs from it by a shape slightly different from the central conductor.
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Figures 4 and 5 give, in two different forms, the electrical diagram of the circuit equivalent to the transformers of figures 1, 2 and 3.
FIG. 6 is a longitudinal view of another transformer of the system of the invention, the screen of which has been cut to reveal the interior arrangements.
Figure 7 is the cross section of Figure 6.
Figures 8 and 9 show, like Figures 6 and 7, another possible form of transformer.
Figures 10 and 11 give, in two different forms, the electrical circuit equivalent to the transformer of Figures 8 and 9.
Figures 12 and 13 respectively provide longitudinal and cross sections of a balanced transformer made according to the features of the invention.
FIG. 14 gives the longitudinal section of a transformer, similar to that of FIG. 1, and coupled with a rectilinear antenna.
Figure 15 shows an antenna also playing the role of a transformer similar to that of Figures 6 and 7.
Figures 16,17, 20,21 represent types of folded antennas produced in accordance with the characteristics of the invention.
Figures 18 and 19 are cross-sectional variations of some of the antennas of Figures 16, 17, 20 or 21.
Fig. 22 shows an amplifier containing transformers of a model of the invention. The outer casing is sectioned to reveal the interior.
Figures 23 and 24 are end views of the transformers of Figure 22.
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Figure 25 provides the electrical circuit equivalent to the amplifier of Figures 22, 23, 24.
Figure 26 is the longitudinal section of a type of transformer of the type of the invention which can be tuned and which is associated with an amplifier tube.
Figures 27 and 28 are cross sections of the piston tuning device of Figure 26 and show details of this piston and a possible variant.
Fig. 29 shows another tunable transformer which further has means for adjusting the transformation ratio.
Figure 30 shows the details of the piston of the transformer of Figure 29, in cross section.
Figure 31 is a longitudinal view of an oscillator for very high frequencies, which oscillator contains a tunable transformer of the type shown in Figure 6 The outer envelope of the oscillator has been cut to show the interior .
Figures 32 and 33 are sectional views of the tuning piston and the capacitor assembly of Figure 31.
Figures 34 to 38 show you details of the elements shown in Figures 32 and 33.
Figures 39 and 40 respectively show a side elevational view and a cross-sectional view of an antenna similar to that of Figure 21 and containing an oscillation generator.
Figures 41 and 42 show in side elevation and in cross section respectively another form of antenna containing an oscillation generator.
Figure 43 shows in longitudinal view and partially also in longitudinal section two transformers
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tunables of a type of the invention, which are used as output transformers of a push-pull amplifier.
Figure 44 is the longitudinal view of a push-pull amplifier containing balanced input and output transformers of one type of the invention. The amplifier envelope is cut to reveal the interior.
FIG. 45 is the longitudinal view of an oscillator for very high frequencies, similar in certain respects to that of FIG. 21, but in which another type of transformer has been used. The oscillator envelope has been cut to reveal the interior.
Figures 46 and 47 show cross-sections of two types of tuning piston which can be used with the oscillator of figure 45.
Reference will firstly be made to FIGS. 1 and 2 which represent a simple form of a high frequency transformer produced according to the characteristics of the invention. The transformer consists of a cylindrical metal box 1, closed at its lower part by a plate 2 and a central cylindrical conductor whose main part 3 is connected, by its base, to the plate 2. This conductor is split longitudinally. by a deep slot 4 which detaches a tab 5 from the main part 3, thus dividing the conductor into two unequal segments. The lower part of the tab 5 is not in contact with the plate 2.
The box 1 and the conductor 3 are profiled at their upper part in a truncated cone, so that they can be connected to a coaxial transmission line, part of which is shown under the number 6. A small opening 7 is made in the plate. base 2 to allow passage of a connection going to the end of the tab 5.
The tab 5 and the part of the conductor 3 which is
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opposite the tab constitute a short-circuited transmission line at its upper end. The depth of the ente must be such that the transmission line thus defined resonates at a quarter wave of the average frequency of the band on which the transformer will have to operate. It will be noted that the casing 1 forms with the central conductor another transmission line which is short-circuited at its lower end. This line should also resonate at a quarter wave of the average operating frequency and it should preferably have a characteristic impedance equal to the terminal impedance of the transmission line 6.
The load impedance at is not shown in the figure. which the impedance of the transmission line must be matched: it should be connected between the tongue 5 and the outer casing 1.
Figure 3 shows the cross section of another form of center conductor for the same transformer.
The central conductor of, Figure 3 is a hollow tube of which a sector is detached by means of two radial and longitudinal incisions 4A and 43 which cut an insulated tab 5. The remaining portion of the tube constitutes the main conductor 3, which, as in the, Figure 1, is connected by its lower part to the casing 1. The lower part of the tongue 5 is, as in Figure 1, isolated from the casing and. The connection which must be connected to it enters through a hole similar to hole 7. The transformer of the. Figure 3 behaves exactly, from the electrical point of view, like that of Figures 1 and 2.
The operation of the transformer of Figures 1, 2 or 3 will be explained using the equivalent electrical circuit whose diagram has been shown in Figures 4 and 5. In these figures, Zl represents the terminal impedance of the transmission line 6 and Z2 represents the impedance to which z1 must be matched. Conductor 1 in figures 4 and 5 represents
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the casing 1 of FIG. 1, the conductors 3 and 5 of FIGS. 4 and 5 correspond respectively to the main portion 3 and to the tongue 5 of the central conductor of FIG. 1.
The conductors 1, 3 and 5 of Figures 4 and 5 form, two by two, three transmission lines which are respectively designated by the capacitors a, b, c, which connect the conductors of them, two.
The transmission line A, formed by the conductors 1 and 5, constitutes the connection between the impedances Z1 and Z2. The transmission line B, formed by conductors 1 and 3, is connected by one of its ends to the impedance
Z1 while its other end is short-circuited, so that this line, which resonates at a quarter-wave, appears as a shunt of very high impedance thrown between the left terminal terminals of line A. Figure 5 represent this shunt in B.
The transmission line c, formed by the conductors 3 and 5, is short-circuited at one of its ends, while its other end is connected to the impedance Z2.
As it is also quarter-wave resonant, it will appear as a shunt C of very high impedance thrown between the right terminals of line A, as shown in figure 5.
Ultimately, with regard to the transmission from Z1 to Z2, the impedances B and C can be neglected.
The transmission line which connects Z1 to Z2 is a quarter wave line and will function in the well known fashion as an impedance inverter device. The impedance, seen from Zl, will be equal to Zo2 / Z2 by denoting by Zo the characteristic impedance of the transmission line A. If we set Z2 = m2ZI, the, condition of adaptation of the impedances at the end left of line A will be
Zl = zo2 / m2ZI
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and we will deduce
Zo = mZI.
It has been said above that the characteristic impedance Zk of the transmission line formed by the envelope 1 and by the central conductor should preferably be equal to ZI. As the characteristic impedance of a transmission line (whose losses by dissipation are neglected) is equal to @ L / C, denoting by L and C la. self-induction and the capacitance per unit length, the Zk / Zo ratio will be.
equal to the inverse ratio of the corresponding capacitances per unit length, because, in the case of cylindrical conductors of the type shown in figures 1 and 3, the ratio of the self-inductions per unit of length is exactly equal to the inverse ratio of the corresponding capacitances. It follows that the ratio Zk / Zo will be exactly equal to the ratio of the capacities per unit of length aimed at.
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screw of 1 2nVE-;] TYPO], C: u C0l1QL1., :::, t811r 5 tOCl¯t alone and c3ec rJalX <#c> n.5u.c;., tor 3 and 5 together.
Referring to Figure 3, if the cuts 4a and 4B are. very narrow, the numbers of lines of force respectively ending on the. tab 5 and on portions 3 and 5 together, will be exactly proportional
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respectively a 6 8t 8. 2 n. , denoting by 6 the angle at the center subtended by the cross section of the. tab 5 (see figure 3). However, these numbers of lines of force are proportional to the corresponding capacities.
Thus, if we denote by N the total number of lines of force ending on the set of two conductors 3 and 5 and by n the number of these lines ending on conductor 5 alone, we will have approximately:
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Zo / Zlc = - 20/2 = 11 // n 2 n / G Liais, since, as we said above, we also have
Zo mZI and Z2 m2ZI it follows that
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- 9 - m = N / n = 2Ò / e and the transformation ratio of the impedances is equal to m2 = N2 (2 Ò) 2 = N / n2 =
It is not essential, from the characteristics of the invention, that there is a casing or a screen, such as 1 to surround the split conductor 3. When there is no screen, the operation is the same and it is the bottom plate that plays the role that the envelope would play.
More generally, if we denote by Yo the admittance of the tongue 5 per unit length, by Y the admittance per unit length of the two conductors 3 and 5 taken together, these two admittances being taken by compared to the screen (or to the base plate if there is no screen), we will have: m2 = Y21 / Y2.
In practice, the admittances are proportional to the corresponding capacities.
Referring again to figure 1, the frustoconical taper of the upper part of the transformer must be such that the characteristic impedance at any point of the profile part is equal to that of line B , that is to say, in fact, to ZI.
In the foregoing description, it has been said that certain transmission lines must resonate at a quarter wave of the average operating frequency. The actual physical length of such a line will often be very substantially equal to a quarter of the corresponding wavelength but, as it happens that its open end can be shunted by a dispersion capacitor or else a capacitor is even connected between the conductors of this line at its open end or at any other point, the physical length corresponding to the resonance will then be appreciably less than a quarter of the wavelength. The essential condition to observe
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is that the physical length is such that the measured impedance at. the open end is either infinite or approximately such.
It is in this sense that the term “quarter-wave resonant line” is understood in the present patent.
Accordingly, an additional capacitor may be used to bring a given transmission line to the quarter wave resonance condition.
Figures 6 and 7 show another form of the transformer forming the subject of the invention. The conductors 3 and 5 of FIG. 1 are replaced by six parallel conductors or wires 8 arranged symmetrically in a circle around the axis of the casing I. These wires are stretched between an upper plate 9 and the base plate 2. A metallic conical piece 10 is integral with the plate 9 and joins together enough to connect to the central conductor of the transmission line 6.
One of the wires 8 is isolated from the plate 2 and can pass beyond this plate through the opening 7, as can be seen in FIG. 6, to be connected to the impedance Z2 (not shown).
We can, of course, constitute the transformer with a number of different son analogous to son 8 and it is not essential that they are arranged symmetrically. In addition, it is possible to isolate several of them from plate 2 and take them out to connect them to the Z2 impedance.
According to what was said above, if the wires are arranged symmetrically and are N in number, of which n are connected to. impedance Z2, the transformation ratio m2 will be approximately equal to N2 / n2.
The impedance ZI has been shown in Figures 1 and 6 in the form of a transmission line 6, but the invention is not limited from this point of view and we can accept for ZI, or for Z2 , any particular type
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impedance.
Referring again to Figure 1, it can be seen that the main part 3 of the central conductor acts as a partial screen with respect to the insulated conductor 5, so that the capacitance of the conductor 5 with respect to the The envelope I is greatly reduced. This makes it possible to give the transmission line A a high impedance Zo without its construction being bulky. We know, in fact, that the impedance of an ordinary coaxial transmission line can hardly exceed the value of 100 ohms and this would be the case for the transmission line A of FIG. 1 if the conductor 3 did not exist for play the role just specified.
A digital example will make these considerations much clearer. Let us suppose that we have to adapt a transmission line of impedance ZI equal to 70 ohms to an antenna having an impedance Z2 equal to 1,050 ohmà. We will then have m2 = 15, so that Zo = mZI, must be equal to approximately 275 ohms. An ordinary type transmission line should be very bulky to have such an impedance, but the result will be obtained here, thanks to the methods of the invention, with moderate dimensions, taking the angle q of Figure 3 equal to
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ie around 95 degrees.
Figures 8 and 9 show another form of the invention. In the transformer of figure 8, none of the parts of the divided central conductor is connected to the casing 1. The central conductor is constituted, in figures 8 and 9, by a hollow tube which longitudinal slots 4A and 4B divide. in two parts 3 and 5 similar to those which have already been encountered in FIG. 3.
A conductor 11 is connected to the lower part
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of the central cylinder and a conductor 12 at the top of the, portion 3 of the central cylinder. The upper part of portion 5 of the central cylinder remains insulated. The lower impedance ZI connects between the conductor 11 and the outer casing 1 of the transformer. The impedance z2, much greater than Z1, connects between conductor 12 and envelope 1.
The length of the slits 4A and 4B must be such that the downward short-circuited transmission line formed by the two conductors 3 and 5 resonates in a quarter wave of average operating frequency. The length of the transmission lines formed by the casing 1 with each of the conductors 3 or 5 will be. a little longer than the length of the slot 4A.
Figures 10 and 11 show, in two different forms, the equivalent circuit of the transformer of Figures 8 and 9. Figure 10 is similar to Figure 4, except that the conductor 3 is connected to. the higher Z2 of the two impedances, instead of being connected to the envelope 1 and that the conductor 5 is isolated on the side of the impedance Z2. FIG. 11 was obtained by redesigning FIG. 10 and one can see, in FIG. 11, that the transmission lines A and B are connected in series, while the impedance ZI is shunted between the. junction of the two lines A and B.
Each of the transmission lines A and B has been shown in FIG. 11 in the form of the equivalent Ò network. If we denote by d the physical length of the central conductor 3-5, as indicated on the. figure 8, by L3 and 15 the impedances in series in the circuits in Ò equivalent to the transmission lines A and B (by neglecting the losses) and by C3 and C5 the respective capacities which must appear in these circuits in l'on, one will have
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w L3 = Z3 sin (2 tL d /.
) wC3 = I / Z3 tg (Ò d / #) w L5 == Z5 sin (2Òd / # wC5 = I / Z5 tg (Òd / #)
The length d will generally be a little greater than a quarter wavelength of the operating wavelength.
It can be shown that, under the conditions of figure 11, the assembly works like a step-down transformer between impedance Z2 and impedance 21. and the transformation ratio can be adjusted by a suitable choice of the values of Z3, of Z5 and d. The formula which gives the transformation ratio is quite complicated and it is not necessary to reproduce it here. It will be noted that the capacities C3 and C5 should be slightly increased to take account of the dispersion capacities which may exist at the ends of the parts 3 and 5 of the central conductor.
We will add that, since the two lines A and B are taken in series, a little longer than the half wavelength, the voltages at the ends will be in phase opposition, so that the voltage at the terminals of ZI, which is roughly in the electrical middle, will obviously be relatively small.
This shows that the transformation ratio obtained will be relatively high.
It is obvious that the impedance Z2 could have been connected to conductor 5 instead of being connected to conductor 3. Likewise, the two conductors of a balanced circuit could have been respectively connected to two conductors 3 and 5.
It has been pointed out above that the relative arrangement of the conductors 3 and 5 of the transformer (in any of the embodiments which have been described) produces a screen effect of one with respect to the other and that it It follows that a characteristic impedance transmission line is thus obtained
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relatively high and yet low in volume. In an even more general way, the two conductors can each comprise two groups (or more) of conductors arranged so as to produce a transmission line resonating in quarter wave and short-circuited at one of its ends. .
The two groups of conductors that constitute this transmission line must, of course, be completely isolated from each other at the open end.
If in a transformer similar to those of Figures 1 and 2, it is desired that the transmission line formed by the conductor -; and the casing 1 has a very high characteristic impedance, each of the conductors can be constituted by a tube slit longitudinally by a slot of suitable width and containing a wire inside.
This will enormously increase the screen effect which the conductor 3 exerts on the conductor 5 and the characteristic impedance of the transmission line forced by the conductor 5 and the casing 1 will be very high. If the short-circuited transmission line formed by the two conductors 3 and 5 remains fully quarter-wave resonant, the reduction in its characteristic impedance will be irrelevant. Devices in which this provision has been adopted will be described later.
It is also obvious that we can increase the screen effect in the transformer of Figures 6 and 7 by constituting a real cage by a fairly large number of parallel Wires connecting between them the plates 2 and 9 and using - health, inside this cage, an additional wire connected to the plate'-au9 and crossing, without the. touch, the plate through a hole 7, to connect to the Z2 impedance.
All the embodiments of the invention which have been described so far are not of the balanced type. The characteristics of the invention are however also
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applicable to the realization of balanced transformers. Figures 12 and 13 show two tubular conductor systems similar to those which have been described in Figures 1 and 3 and which are enclosed in a common envelope 1. The main portions 3A and 3B of the two tubes are connected by their lower end to the casing 1 while the lower ends of the tongues 5A and 5B, insulated from the casing 1, can be connected to external conductors entering through the holes 7A and 7B made in the base plate of the casing 1.
Two other holes, 13A and 13B are drilled in the upper face of the casing 1 to allow the passage of conductors connecting to the upper ends of the two tubes. A balanced impedance Z1 (not shown) and low value will be connected to its upper ends and another balanced impedance Z2 (not shown) and high value will be connected to the lower ends of the tabs 5A and 5B. The short-circuited transmission lines which are formed between the portions 3A and 5A and between the portions 3B and 5B must be, as before, resonant, in quarter wave.
It will be noted that the tongues 5A and 5B have been placed, in FIGS. 12 and 13, as far apart as possible from each other (for given positions of the two tubes). The highest possible characteristic impedance will thus be obtained for the balancing transmission line formed by these two tabs. If the two tubes can rotate about their axis, the tabs can be brought closer to each other at will and thus reduce the characteristic impedance of this transmission line. A convenient method is then available for varying the transformation ratio.
It is obvious that the presence of the envelope 1 is not essential and that it can be removed. The works
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The balanced transformer will be exactly the same, the base plate playing only the role which was assigned to enclosure 1.
Figure 14 shows a very simple practical application of the transformer of the invention. This is of the type shown in Figure 1 but turned upside down. The tongue 5 extends vertically through the hole 7, beyond which it constitutes a rectilinear half-wave antenna 14 supplied by the transformer. The earth plate is in 15. The Tender of the coaxial transmission line which supplies the antenna is in 6.
The transformer will be calculated according to the principles which have been explained, to adapt the transmission line 6 to the antenna 14, which, in this case, has an impedance Z2 greater than that of the transmission line.
The cross section of the transformer can be, at will, that of the figure or that of the. figure
Figure 15 shows another application in which it is the lowest impedance Z1 which is combined with the transformer. The antenna of FIG. 15 comprises an upper plate 9, supported by means not shown in the figure, and connected by a number of parallel wires 8 to an earth plate 1b, one of the wires 8 passing through;
without touching this earth plate to constitute, beyond this, 1 inner conductor of the transmission line 16 which is the feed faeder of the antenna. The arrangement of figure 15 is similar to that of figures 6 and 7, except that the casing 1 has been omitted and nothing in figure 15 corresponds to details 6 and 10 of the,
figure 6
The wires 8 and the plate 9 can be embedded in a hemisphere 17 formed by an insulating material of high dielectric constant and thus a quarter-wave antenna is obtained which operates in the manner which has been explained in
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notice accompanying British Patent No. 7.42 / 44. As explained in this manual, the purpose of the dielectric is to allow the antenna to be considerably shortened and its radiation resistance to be reduced to a value which does not exceed a few ohms.
The antenna and the transformer are combined, in figure 15, in an indivisible block and, if the apparatus is considered as a transformer, the impedance Zl will be represented by the radiation resistance of the antenna. The dimensions should be such that this impedance Z1 matches the impedance Z2 of the transmission line 16, which (about 70 ohms) is much higher than Z1.
FIGS. 16 to 21 represent other types of antennas playing at the same time the role of transformers in accordance with the characteristics of the invention, with a view to their adaptation to transmission lines. The arrangements of these figures provide, moreover, the important advantage of producing antennas whose band-pass characteristic is excellent at very high frequencies and which are particularly suitable for equipping air navigation devices for communications between airplanes or with airplanes. ground stations.
When we want to achieve an antenna having a good bandwidth characteristic, we usually choose a type of folded antenna. Such an antenna, even if it is not balanced, will have an impedance of about 140 ohms and if it is to be supplied by a coaxial transmission line, the latter, unless it is given unusual dimensions, will have an impedance characteristic less than 100 ohms and the adaptation of the line to the antenna will be very poor if they are connected directly.
A quarter-wave rectilinear antenna, on the other hand, would only have a base impedance of about 40 ohms, but its passband characteristic is very narrow. We will explain
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further that such an antenna can be combined with a transformer of the type of the invention so that its terminal impedance is increased until it is comparable to the characteristic impedance of a transmission line (70 ohms, for example ), so that the live link will be made possible and at the same time the antenna will be. become like a folded-up antenna and will possess a satisfactory bandwidth characteristic. We will have. then realized Him very simple and very compact arrangement.
Figure 16 shows an interesting form of such a folded antenna. It has two para. 3 members and
5, electrically connected at the top and separated from each other by a slot 4. One of the members 3 is connected to the earth plate 15 at its lower end while the other member 5 is connected by its end lower than the internal conductor of the transmission line 16 which constitutes the feeder a.limen- tary. The two members 3 and 5 are of different dimensions, so that the member 5 connected to the feeder 16 has per unit length an admittance to the. earth greater than that of member 3. The length of members 3 and 5 is such that the antenna operates as a folded half-wave antenna.
The two members therefore remain with respect to the earth at equal potentials at points situated at the same height above the ground (if we limit ourselves to considering the components of the applied voltage which produce the radiation).
Another form of folded antenna is shown in figure 17 and differs from that of figure 16 in that the transmission line 16 is taken in member 3 and the outer conductor of this line will connect to the member in a point located at some distance from the inner end of it.
In a third form, represented by the figure
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20, the ratio of the cross sections of the two members 3 and 5 varies according to their distance from the earth and in such a way that the admittance per unit length of the member 5, connected to the inner conductor of the transmission line 16 , or decreasing in relation to the admittance of the other member when we move away from the earth. This method of construction is justified for various aerodynamic reasons and, in particular, for reducing the bending moment and the stress at the base of the antenna when it is installed on an airplane.
The antennas shown in Figures 16, 17 or 20 may be constructed by means of a cylinder or cone of metal the cross section of which will be, for example, airfoil as shown in Figure 18. The longitudinal size 4 deepens over almost the entire length of the antenna and divides it into two parts 3 and 5 joined by their vertices. The two parts 3 and 5 are not necessarily of unequal cross sections.
We see in Figure 19 an arrangement in which the member 3 has a cross section provided with a projection or ridge while the cross section of the member 5 is curved in the form of V whose two branches embrace the edge of the member 3 whose they are separated either by an air gap or by a layer of a suitable dielectric represented by the number 18. This method of construction combines both high mechanical resistance at the base with an aerodynamic profile suitable for an airplane antenna.
Figure 21 shows how any of these antennas can be converted to a balanced antenna by giving it a counterweight 19 connected to member 3, which is still connected to earth as before. The counterproids can be an extension of limb 3, but it must be identical in shape to that of the set of two limbs 3 and 5 without
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however, have no slits.
Such a balanced antenna can be constructed, for example, from a solid cylinder in which a transverse notch 20 has first been made which only partially cuts the cylinder and which gives access to the longitudinal notch 4 of which the, depth is about half the. length of the cylinder and which divides the upper half-cylinder into two parts 3 and 5 The inner conductor of the transmission line 16 crosses the member 3 longitudinally by a suitable channel and will be connected to the member 5 at a suitable point thereof, as seen on the. figure 21. This point will often be chosen at the lower end of part 5.
In all cases, the. length of the, slot 4 which separates the two members must be such that a transmission line is produced, the length of which is effectively equivalent to the wuart of the. average operating wavelength, according to the principles already explained.
The behavior of the antennas of figures 16 to 20 can be explained in the same way as that of the transformer of figure 1, by referring to the equivalent circuits of figures 4 and 5, in which the radiation resistance of the antenna will replace, the impedance ZI. However, we will provide another explanation:
Since the antenna is of the folded type and resonant at half wavelength, it will receive a current I5 (see figure 16) in the member 5, through the transmission line 16 and, at the same time, there will appear a current I at the , base of member 3, the two currents I3 and I5 being in the same direction. The total current at the base of the antenna will be. therefore I = I3 + I5 and the antenna radiates as if it were a simple qua.rt wave antenna fed at one of its ends.
Let R denote the effective radiation resistance
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total of this simple quarter-wave antenna and by R5 the effective load resistance of the food feeder 16, which results from the connection of this feeder with the member 5. By neglecting, for the moment, the reactance of the antenna, the energy considerations allow to write:
I2R = I5R5
If the slot 4 is very narrow, we will have approximately
I / I5 = N / n denoting by N the total number of lines of force which, in a field diagram drawn in a horizontal plane reach the two members 3 and 5, and by n the number of lines of form which n ' reach that member 5.
We therefore have: R5 (N / n) 2 R
If we now want to take into account the reactance jK of the antenna and also the dimensions of the slot 4, it is clear that the apparent impedance seen from the transmission line 16 will be obtained by placing (N / n) 2 (R + jK) with an impedance jKs where Ks represents the reactance of slot 4 considered as a short-circuited transmission line.
This reactance Ks will generally be very large in the passband of the antenna.
It is visible that the arrangement is equivalent to the combination of a transformer of ratio (N / n) 2 and of an ordinary quarter-wave antenna, one end of which is earthed but, as we have already said, the The arrangement further provides the advantages of the same bandwidth properties as those of folded antennas.
In the case of the type of balanced antenna described by studying figure 21, it can be shown that the antenna will behave as if it had an impedance obtained by
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the paralleling of
1+ (N / n) 2 (R + jk with jKs.
In all cases ;, the antenna must resonate on the average operating frequency of the selected band and the band-pass characteristics are obtained by virtue of the characteristic reactance of the quarter-wave slot 4 which effectively shunts the antenna. At frequencies below the average frequency, the antenna will have negative reactance, while the slit will have pmsitive reactance. At frequencies above. the average frequency is the antenna that will have. positive reactance and slot 4 which will have negative reactance, it is clear that, by a suitable calculation of the characteristic impedance of the slot, the combination can provide zero reactance at the average frequency and also at a certain frequency above , as well as at a certain frequency below.
This guarantees a good bandpass characteristic.
In a particular example of an antenna of the type of FIG. 16, the impedance R + jk was of the order of 36 ohms and it was adapted to a coaxial transmission line whose characteristic impedance was approximately 68 ohms. The shape of the cross-section of the antenna was exactly that of figure 18 and the longitudinal slot 4 was perpendicular to the major axis of this section and near its widest end. The uneven surfaces thus separated in the cross section of the antenna were such that the N / n ratio was about 1.31. The smaller of these two surfaces formed the section of member 3 of the antenna and was connected to earth; the inner conductor of the transmission line was connected to the lower end of the other member 5.
It will be noted that, in the case of the balanced antenna of FIG. 21, it is not necessary to provide a sheath
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quarter-wave outer for the transmission feeder in order to suppress standing waves if the connection of the outer conductor of this feeder is made symmetrically to the antenna, as shown in figure 21.
Figures 22, 23 and 24 represent an amplifier for very high frequencies in which are transformers of the type of the invention. The apparatus comprises two transformers similar to those of Figures I and 3 and located end to end inside a cylindrical metal casing 21 having a partition 22 which divides it into two parts. The central conductors of the two transformers are similar to those of FIG. 1 and consist of tubes 23A and 23B each carrying two longitudinal slots 24A and 24B.qui detach therein two tabs 25A and 25B. The outer casing 21 is shaped into a truncated cone at its two ends to connect to the two input and output transmission lines 26A and 26B.
The central part of the partition 22 is perforated to form a control grid 27. The tongue 25A carries at its end a plate 28 acting as a cathode; this plate is isolated from the main part of the conductor 23A.
The shape of this cathode is visible in figure 23; it is parallel to the control gate 27 and suitably spaced therefrom. The surface of the cathode facing the grid is coated, according to well-known methods, with a substance suitable for the emission of electrons and means for heating the cathode, not shown in the figure, are housed in it. inside the hollow conductor 23A.
The tab 25B of the other transformer carries an anode plate 29, the shape of which can be seen in FIG. 24 and which is located at a suitable distance from the grid 27 on the other side thereof. The anode plate is obviously not
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coated with emissive plaster, nor provided with heating means.
The two tubes 23A and 23B are separated from the partition 22 by thin annular mica washers. 30A and 30B which serve to isolate them from this partition and provide, at the same time, at very high frequencies, bypass capacitors, so that the tubes 23A and 63B are effectively, for these frequencies, in connection with the envelope 21.
The inner conductors of the transmission lines 16A and 36B are, similarly, insulated from the ends of the
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tubes: 3J1. .; t 3J3 by: 1.i # ;: mica discs. 31. '. and 31) which, together, play the role of input and output capacitors for the amplifier.
The envelope 22 is sealed at 32A and 32B by glass seals réa.lisés between the inner and outer conductors of each of the transmission lines 26A and 26B, so that the. amplifier box can be emptied. Two glass-sealed openings 33A and 33B are provided in the side walls of the box for the passage of conductors 34A and 34B which connect to tubes 23A and 23B through choke coils 35A and 35B.
These conductors make it possible to apply to the anode and to the. cathodes the appropriate bias voltages from external power sources.
The arrangement which has just been described is, in fact,
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vs . 7¯7.r: an amplifier including 1; grid is 2. the earth and which is integral with the two input and output transformers which connect it to the input and output transmission lines.
Figure 25 gives the equivalent electrical circuit and also indicates how one can, for example, provide it with the energy necessary for its operation. Elements of Figure 25 which correspond to elements of Figure 22 have been given the same reference number. In addition, FIG. 25 shows a source 36 providing the bias voltage of the cathode
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and a source 37 for the anode. These two sources are respectively in series with the coils 35A and 35B; they are of any type capable of providing the proper voltage and polarity according to current art.
As the input and output impedances of the amplifier are, in general, unequal the transformation ratios of the anode and cathode transformers will usually be different, assuming that the impedances of the two transmission lines 26A and 26B are the same. same. These differences have been shown in FIG. 22 by giving the tongues 25A and 25B different widths.
FIGS. 26 and 27 represent the use of a transformer according to the invention as an output transformer of an amplifier, providing the coupling of this amplifier with a transmission line, for example. The device of FIG. 26 further comprises means for tuning the transformer to the average operating wavelength.
The amplifier of FIG. 26 comprises a triode 38, the cathode of which is earthed. Its control gate is connected by a capacitor 40 to an input terminal 39, while a shunt resistor 42 connects it to terminal 41 which supplies it with a suitable bias voltage. The bias source (not shown) will be connected between terminal 41 and earth terminal 42. The anode of tube 38 is connected by high frequency coil 43 to terminal 44 which receives the positive pole from a source to high voltage (not shown), the negative pole of which is earthed. The source is shunted by a high frequency capacitor 45,
The output transformer of tube 38 is very similar to those which have been described in Figures 1 and 3.
The main part 3 of its central conductor is a tube
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that a fairly wide notch 46 cuts lengthwise. The tongue of Figures 1 and 3 is replaced by a coaxial conductor 47 (see also Figure 27) which passes through the base plate 2 through an opening and is connected by a capacitor 48 to the anode of the triode 38.
The conductor 47 must be maintained in its coaxial position in the tube 3 by means not shown in the figures, but which leave the annular space between the conductors 3 and 47 entirely free over the entire length of the notch 46. A piston 49 (visible in, Figure 27) can slide on the tube 3. This piston consists of the annular disc 49, insulating material, and sliding. the outside of the tube 3 and of an annular metal disc 50, exactly filling the gap between the tube 3 and the conductor 47 and ensuring a good electrical short-circuit between these two parts. The discs 49 and 50 are assembled by a pin 51 which passes through the notch 46, as seen in Figure 27.
The piston can slide longitudinally under the action, for example, of a thin insulating rod (not shown) which passes through a hole 52 made in the base plate 2 of the transformer. It is therefore possible to adjust at will the length of the short-circuited transmission line formed by the conductors 3 and 47 and, consequently, to make it resonant at a quarter wave of the average operating frequency.
The signals to be amplified are applied between terminals 39 and 42 and the amplified signals are supplied to the transmission line 6. As the output impedance of the triode 38 is generally a high order multiple of the impedance of one. transmission line, the transformation ratio n2 of the transformer must be high. This requires, referring to Figure 5, that the impedance Zo of the coupling transmission line A be high and it is for this reason that the conductor
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47 is arranged inside the conductor 3 to obtain a significant screen effect, as has already been explained. The suitable ratio Zo / ZI will be obtained by suitably determining the width to be given to the notch 46.
Figure 28 shows the cross section of a better and yet simpler arrangement for a movable piston allowing quarter-wave adjustment of the transmission line of Figure 26. The inner conductor is then provided with two diametrically opposed symmetrical notches 46A and 46B which divide it into two parts 3A and 3B. The casing 1 also has two longitudinal slots 53A and 53B. The metal disc 50 is provided with two rods 54A and 54B which elongate diametrically and pass through the slots 46A and 53A and 46B and 53B. Sleeves 55A and 55B are arranged around the rods 54A and 54B and must slide without difficulty in the slots 53A and 53B to allow the piston to reach the. suitable position.
The tmges 54 and sleeves 55 are preferably ceramic, for example, and serve only as operating handles to slide the shorting disc 50 along the conductor 47. The combined widths of the notches 46A and 46B are equivalent to that of the single notch 46 of Figures 26 and 27. If the slots 53A and 53B each have a width of less than 5 degrees and if their edges are folded towards the inside of the tube 3, as we have shown in Fig. 28, the high frequency field leakage through slits will be negligible.
The arrangement of FIG. 28 is much greater than that of FIGS. 26 and 27 for the adjustment of the position of the short-circuit of the transmission line.
Figures 29 and 30 show another arrangement allowing both the adjustment of the ratio of the impedances Zo / ZI and the adjustment of the resonance length of the line of
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transmission. The amplifier tube has not been shown in Figure 29, but it can be assumed that it is mounted in the same way as the tube 38 of the. figure 26 and that its anode is coupled by capacitor 48 to internal capacitor 47.
The central conductor of Figure 29 is eccentric with respect to the casing 1. The inner conductor 57 of the transmission line 6 gradually increases in diameter towards the left to end with a short cylindrical section 58 penetrating exactly into the hollow part of the conductor. The inner conductor 46 is screwed or assembled in any other way, in the cylindrical part 58, as seen in the figure.
The left end of the tube 3 passes through the end plate 2 of the casing 1 through a circular orifice whose edges fold towards the inside of this casing to form, at 59, a short guide sleeve for the tube 3. L The end of the tube 3 is turned outwards to form a small annular plate 60 which bears against the bottom part 2.
The short-circuit piston is designed according to the methods shown in Figures 27 and 28 and is shown in cross-section by Figure 30. 11 has an annular disc 61 of insulating substance which surrounds the tube 3 and whose diameter is such that it does not touch the casing 1, and an annular metal disc 50, carrying a pin 51 which penetrates into an annular groove hollowed out in the thickness of the insulating disc 61. An operating rod 62, made of insulating material , is fixed to the disc 61 and passes through the casing 1 by virtue of a longitudinal slot 53 formed in the wall thereof.
The edges of the slit 53 are folded back at 56 towards the interior of the casing, as explained in Figure 28.
It is obvious that the arrangement of FIG. 29 makes it possible to rotate the tube 3 around its axis by means of
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suitable means acting on the plate 60 (not shown so as not to complicate the figure). During such a rotational movement, the pin 51 moves freely inside the annular groove where it finds its housing. It is also visible that the piston can slide longitudinally on the tube 3 by means of the operating rod 62. Finally, it is obvious that the two movements are independent of one another. The right end of tube 3, which surrounds the cylindrical conductor
58, must be split to ensure good flexible contact with it.
In Figure 30, the bisecting plane of the slot 46 has been shown perpendicular to the plane passing through the two axes of the tube 3 and of the casing 1. If, in the position of this figure, the tube 3 rotates in the direction of clockwise, the capacitance between the inner conductor and the casing will decrease, and if turned counterclockwise, this capacitance will increase. It is obvious that this provides a suitable means for the adjustment of the impedance Zo of the transmission line A serving for the coupling (FIG. 5). This adjustment is independent of that of the piston which makes the line resonant in quarter dbnde on the average operating frequency as explained in Figures 26 to 28.
Locking screws (not shown) can be provided to immobilize the tube 3 in the position found for the adjustment.
The frustoconical profiling of 1 (envelope 1 towards the transmission line 6 is not here of revolution and must remain eccentric. It must be carried out in such a way that no appreciable discontinuity in impedance results.
Figures 31 to 38 show a generator of very high frequencies in the elements of which is incorporated an adjustable transformer of the type which has been described in Figure b.
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A cylindrical casing 1 contains a metal cage consisting of eight parallel son designated by SA at 8H which are arranged symmetrically in a circle of a certain radius around the axis of the casing 1..Par la. figure 31, the casing has been shown in longitudinal section in order to show the interior, the threads shown in solid lines are those which go behind the plane of the section and the threads shown in broken lines are those in front of the section plane.
A triode 63 is located inside the envelope 1 near its left end. It works by the four wires 8A, 8C, SE, 8G. The SA and SE wires are respectively connected to the anode and the cathode, the wires 8C and 8G serve to switch on the heating element. The four wires 8A, 8C, SE, 8G must therefore be isolated from each other and from the casing 1.
The other four wires, 8B, 8D, 8F, 8H, play no role with respect to the triode 63 and do not need to be isolated; they are connected directly by their left end to the base plate 2 of the casing 1. They pass through the movable piston 64 which will be used. to the tuning as well as the assembly block 65 and they will connect on the right to the inner conductor of the transmission line 6 which constitutes the output of the generator.
A thin sheet 66, of mica. or other insulating material, covers the outer surface of the plate 2. The wire 8A (anode wire) and the SE wire (cathode wire) pass through the plate 2 and the mica plate 66 through holes provided at this effect and are fixed inside the plate 66 by small drops of solder 67 and 68 or in any other equivalent manner.
The wires 8C and 8G (wires of the heating element) also pass through holes in the plate 2 and come to attach to plates 69 and 70 placed on the other side of the mica plate 66 to constitute capacitors by-pass, thanks to which the 8C and 8G wires are effectively, very
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high frequencies, in connection with plate 2. The solder drops 67 and 68 must be as small as possible so that the capacitance which bypasses the two wires 8A and 8E at plate 2 remains low. It is preferable, also, to make connections as short as possible between the electrodes of the tube 63 and the wires 8A, 8C, 8E, 8G, in order to minimize the dispersion capacities.
The four power leads from triode 63 terminate in assembly block 65 in a manner which will now be explained in detail. Four terminals 71,72, 73,74, are respectively connected to the wires 8A, 8C, 8E, 8G by high frequency choke coils 75,76, 77,78. These terminals are used respectively for the connection of the anode source, of the polarization source of the cathode (or for the other connections to be made thereon) and for the power source of the heating element. Connections on wires 8A to 8G are preferably made as close as possible to mounting block 65.
The wires coming out of the casing 1 towards the terminals 71 to 74 pass through small high-frequency bypass capacitors formed, as can be seen in figure 31, by mica plates clamped between the casing 1 and a wafer metallic exterior.
The eight wires 8A to 8H pass through the movable piston 64. This piston is driven by a metal driving screw 79 assembled at 80 to an insulating cylindrical rod 81 which passes through the casing 1 in a bearing 82 and which can be operated by a handle. crank 83, so that, when this crank is turned, the piston 64 moves longitudinally on the wires 8A to 8H. The assembly block 65 is carried by the solid part 81 of the shank of the screw, so that the latter rotates without causing it to rotate.
The transmission line b is eccentric by
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relative to the axis of the casing 1, in order to provide sufficient space for the passage of the rod 81 and for the operation of the crank 83. It is therefore necessary that the conical connection between the casing 1 and the outer conductor of the. transmission line b is itself eccentric, but produced in such a way that it does not introduce an impedance discontinuity.
Figure 32 shows the section of piaton b4 and figure 33 shows the mounting block 65. The elements which constitute the piston 04 and the block 65 are shown in plan by Figures 34 to 38.
The piston 64 includes a metal sleeve 84 with internal thread which mates with the drive screw 79. The sleeve 84 is integral with a plate 85 which is shown in elevation in Figure 34. The plate 85 is drilled with four large holes for the passage of the threads A, C, E, G, which must not be in contact with it, and four small holes through which the threads B, D, F, H pass with gentle friction. A circular disc of mica 86 rests on the plate 85. This disc is pierced with eight small holes in which the eight wires A to H pass with gentle friction.
The mica disc. 86 in turn supports four metal sectors 87, 88, 89, 90, shown in elevation in Fig. 36. The opening angle of each of these sectors is one.
slightly lower a quadrant and each of them is pierced with a small hole of dimensions identical to the small holes of the plate 85. The sectors 87 to 90 are mounted on a short insulating sleeve 91 which surrounds the metal hub of the piston and serves as a spacing between this, and the metal discs 87 to 90. Figure 35 shows the sleeve 91 in elevation, it must be slipped on the hub 84 after the installation of the mica disc 86.
The four sectors 87 to 90 must occupy the respective positions represented in A.C.E.G. in figure 36 and their small holes must correspond to the small holes of the plate 85. It will be noted
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that the four wires 8B, 8D, 8F, 8H, pass through the free spaces between sectors 87 to 90 without making contact with them.
A second mica disc 92, similar to disc 86, is then mounted on hub 84, and finally a metal disc 93 pierced with holes absolutely identical to those of plate 85.
All the discs and sectors listed are finally tightened by a nut 94 which screws onto an external thread which lines the end of the piston hub.
The sectional view of figure 32 has been taken along the broken line AD drawn in broken line in figure 34, so that one can thus see both in figures 32 the arrangements which correspond to the threads of power supply of the triode and the arrangements which correspond to the other wires which are not used to supply the triode. The section of the lower half of FIG. 32 does not intersect any of the sectors 87 to 90 since the section plane passes, for this half-figure, in the interval between two sectors.
It can be seen, from the description which has been given, that the wires which are not used to supply the triode are connected to one another by the metal body of the piston while the supply wires are insulated by the mica discs 86 and 92 as well as by the insulating sleeve 91. The mica discs 86 and 92, however, at very high frequencies, constitute bypass capacitors and each of the supply wires is thus located, for these frequencies, connected to the four wires that are not used for power. Thus, at very high frequencies, the piston electrically connects all eight wires to one another.
The assembly block 65 is constructed in a manner similar to the piston 64. The basic structure is a metal hub 95 integral with a plate 96 playing a role analogous to the plate 85 of the piston. The hub 95 of the assembly block does not carry
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pitch, internal thread. Four metal discs 97, 98, 99, 100, are perforated by holes indicated on the. figure 38.
Seven of these holes are large and the eighth, smaller, lets the thread pass gently. An insulating sleeve, 101, rather thin, is slipped over the hub, and the four discs 97 to 100 threaded on this sleeve are separated the Luis from the others and from the plate 85 by five mica discs 102, 103, 104, 105, 106 , which are all exactly similar to the disc 86 of figure 37. A metal disc 107 similar to the disc 93 of figure 32 completes the assembly block and the whole is tightened by a nut 108.
The four discs 97 to 100 are oriented so that the small-hole that: each of them bears, occupies, while passing from one disc to the next, the positions, A, C, E, G, and the large holes discs 96 and 107 must occupy these same positions AC E, G. The cut in figure 33 has been made along a broken line indicated in dashed line in figure 38 and passing through the centers of holes E, B.
When the wires are attached to the assembly block 65, each of the power wires first passes through large holes and is then stopped and fixed in the small hole which will face it in one of the four discs 97 to 100. It can be seen, for example, in FIG. 33, that the wire 8E will be soldered to the disc 99, the small hole of which is in position E.
Each of the four wires that are not used for power goes through one of the small holes in tray 96 first, then through large holes in discs 97 to. 100, then a small hole in the disc 107 to finally come to be fixed on the central conductor of the. transmission line 6, as seen in the. figure 31. Each of these wires will preferably receive two solder points, one on the plate 96 and the other on the disc 107.
Figure 33 shows, for the wire 8B, the arrangement harmed comes
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to be described.
It is evident that the thickness of the discs has been exaggerated in figures 32 and 33. All the discs can be very thin and the assembly made according to figures 32 and 33 is much less bulky than it appears on these figures.
The electronic tube control gate 63 is connected to terminal 110 via a resistor 109.
In addition, a bypass capacitor is formed by the metal plate 111 connected to the control grid and the thin sheet of mica which separates it from the base plate 2 of the casing of the apparatus. This capacitor is sufficient at very high frequencies to ground the grid.
The high voltage source which must supply the anode is connected by its positive pole to terminal 71, its negative pole being connected to terminal 72. The source of heating current for the cathode, which is continuous or alternating at will, is connected between terminals 73 and 74. A suitable source of bias for the gate is connected between terminal 110 and the earth terminal 112 located in its vicinity. The enclosure 1 of the device must also be earthed at a suitable point.
It will be noted that the electron tube 63 functions as an amplifier, the gate of which is earthed. The system of wires BA to 8H constitutes a pair of transformers of the type described in FIG. 6 and which respectively couple the anode and the grid to the transmission line 6. The insulated wires 8A and 8E are respectively connected to the anode. and at the cathode and each of them constitutes, with the remaining wires, one of the two transformers in question. It will be noted that the wires 8C and 8G which are used to bring the heating current are not insulated for the very high frequencies since both have bypass capacitors at their left end to which the plates 69 and 70 serve as armatures.
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The two transformers mentioned above couple the anode and the. cathode on the same transmission line: there is therefore an oscillating circuit and the phase of the coupling will be the cause which will produce the positive reaction on the amplifier whose grid is earthed. The frequency of the oscillations will depend on the setting of the piston 64 and will be that for which the short-circuited transmission lines formed by the insulated wires and by the other wires will be quarter-wave resonant. The piston 64 is operated by turning the crank handle 83, but the rotation of the shaft 81 does not affect the assembly block 65 which is mounted with gentle friction on the cylindrical and unthreaded part of this shaft.
The oscillations generated in the apparatus are transmitted for use at any convenient point by the transmission line 6.
Suitable means should be provided in the apparatus of Figure 31 to support the left end of the driving screw 79 as well as for the piston 64 and the assembly block 65. They have been shown to me, not shown in the figure so as not to complicate it.
Figure 31 can be the object of a slight modification in order to also use the wires 8B, 8D, 8F, 8H, to supply the electron tube 63 In this case, the four wires, 8B , 8D, 8F, 8H, must be isolated from the, plate and cross it by openings arranged as bypass capacitors for the very high frequencies to be connected, at the extréisur to high frequency chokes. The choke coils 75 to 78 of Figure 31 are omitted. Each of the metal sectors in figure 36 is provided with two small holes instead of one, the two holes being 45 degrees apart and the general arrangement of the four sectors being offset by approximately 22.1 / 2 degrees. clockwise.
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The plate 85 of FIG. 34 is pierced with eight large holes. The wires 8A and 8B have passed through the two small holes of the sector 87, the wires 8C and 8D through those of the sector 88, and so on.
The positive pole of the high voltage source will be connected to the end of wire 8B, through a self-inductor. The cathode heating source, also through chokes, to the two wires 8D and BH, and finally the source of polarization of the cathode to the wire 8F through a choke.
Obviously, assembly block 65 will also need to be modified in a way that one skilled in the art will readily imagine.
The four pairs of two wires will then be electrically isolated from each other, but will at the same time be effectively connected to the central conductor of the transmission line b, through bypass capacitors produced by the elements in the figure. 33.
Figures 39 and 40 show a half-wave dip8le antenna which is roughly similar to that of Figure 21 but which contains in its interior an electron tube generating waves at very high frequencies which the antenna will radiate.
The antenna has two transformers of the type of the invention.
A hollow metal cylinder 115 closed at both ends is slit by narrow slits so that there can be created two tabs 114 and 115 which develop only on the right half of the cylinder and are diametrically opposed to each other. 'other. The tongue 115 has been shown in broken lines in Figure j9 because, in this elevational view, it is hidden by the tongue 114. Figure 40 shows in more detail the respective dimensions of the two tabs.
The electron tube 110, visible in FIG. 40, is housed inside the antenna and in the center thereof.
Its anode and its cathode are respectively connected to the tongues 114 and 115 via the capacitors of
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coupling 11, and 119 which are constructed analogously to the capacitors already. described above. The control grid is connected to the main part of the cylinder 113. Two frequency chokes 119 and 120, respectively connect the anode and the cathode to the conductors 121 and 122 of the power cable 123, the outer screen of which is earthed and connects to the middle of the antenna.
The conductor 121 is connected to the positive pole of the anode power source (not shown), the negative pole of which is grounded. The conductor 122 is connected to. the, earth through a suitable source of bias (not shown).
The assembly carried out is that of an oscillator whose grid is grounded and which operates in a manner absolutely analogous to that of figure 21, except that the waves generated are not sent on a transmission line but are radiated directly. It will be noted that the tabs 114 and 115 (which are not necessarily equal) constitute the anode and cathode transformers which are combined with the antenna and that is how we obtain the positive feedback effect which is necessary to produce the oscillations.
FIGS. 41 and 42 represent an antenna of the same type, the assembly of which has been modified to receive an electron tube operating as an ordinary amplifier with a cathode to the ground. In order to obtain in this case a reaction effect which has the correct phase, the tab 115 is cut in the left half of the cylinder 113, as can be seen in FIG. 41. The cathode is then connected directly to the main portion of the cylinder. cylinder (see figure 42) and the control grid is connected both to the tongue 115 and to the high-frequency choke 120. The other elements are arranged as in figures 39 and 40.
In the antennas of figures 39 or 40, the frequency
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of the oscillations will be that for which the slits resonate at a quarter wave and the frequency thus defined must be equal to the half wave resonant frequency of the antenna taken as a whole.
FIG. 43 represents the use of two transformers of the type of the invention to produce a balanced push-pull amplifier output circuit. Two exactly similar parallel tubes 3A and 3B have notches 46A and 46B and are lined with central conductors 47A and 47B. Each of these tubes is similar to tube 3 of Figure 29, except that the casing 1 has been omitted. There are two tuning pistons 49A and 49B. The two tubes can rotate on themselves in suitable bearings provided in the metal plate 124.
The central conductors 47A and 47B connect to the right to cylindrical parts 58A and 58B of larger diameter (around which the tubes 3A and 3B can rotate with gentle friction) and which themselves rest on the right on thin discs of mica 125A and 125B constituting coupling capacitors with the conductors located on the other side of these disks. These are connected, following a suitable profile, to the conductors 126A and 126B of a balanced transmission line which can be placed under a screen 127 or even not have a screen.
The two electronic tubes 38A and 388 of the amplifier are mounted in push-pull, the circuit of each of them being similar to that of the electron tube 38 of FIG. 26.
The two cathodes are connected together to earth. A common bias source 128 is connected to the two control gates through individual resistors 42A and 42B. The control gates are also connected to the input terminals 39A and 39B of the amplifier, through capacitors 40A and 40B.
The anodes are connected directly to the conductors
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interiors 47A and 47B. The power source for the anodes 129 has its negative pole to earth and its positive blade connects, through a high frequency choke 150 to the platter. 1/4 which is in metallic connection with the tubes 3A and 3B and, by this, with the internal conductors 47A and 47B. Mica discs 125A and 125B form blocking capacitors to prevent anode voltage from being applied to the transmission line. When the system has to operate for high powers, it is preferable to use tube capacitors at this location. empty.
It is clear from the explanations already given that the transformation ratio necessary to adapt the anode circuits to the transmission line can be obtained by rotating the tubes 3A or 3B so that the notches 16A and 46B are near or far from each other. As for the quarter-wave line to be produced between the inner conductors and the tubes, this can be achieved by adjusting the position of the pistons 49A and 49B so that the resonance is obtained on the. average operating frequency.
The apparatus can be adapted to longer wavelengths by adding to the open ends of the tubes 3A and 3B, either a capacitor (not shown) directly connecting the anodes of the two tubes, or two equal capacitors (not shown) one between -ls conductor 47A and tube 3A, the other between conductor 47B and 1 .'- tube 3B,
Cn will note that the use of slotted tubes, such as those shown in.
Figure 43, provides fairly high transformation ratios, of the order of 40 or 50 to 1. If we only take care of lower transformation ratios.
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tion, the;. = .n 1:
1 can t 1 t 1 widened s t one can push this widening to a point such that L8 tubes 3A and) B se r, r d n i to. -n 1- 1. simple bands or rods whose s, J 1> #: - n s 1 o i> .- ne
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hardly differ from those of conductors 47A and 47B. We can, while widening the slots, keep support rings at the two ends of the tubes 3A and 3B and we can still rotate the tubes on themselves to adjust the transformation ratio, even if the system reduces to two pairs of rods or conductors in each of which one of the wires spins around the other. In this case, the pistons 49A and 49B are replaced by simple transverse rods or conductive bars sliding on the two conductors.
The arrangements of Fig. 43 are suitable as a high power oscillator for a shortwave radio broadcast transmitter.
Fig. 44 shows another gate type push pull amplifier at a. earth and realizing, according to the characteristics of the invention, the coupling of a balanced pair transmission line with a coaxial transmission line.
The metal casing 1 contains a tube 131 having two anodes, a common grid connected to the casing 1, two cathodes and a heating element.
The two anodes are coupled to the coaxial output line 6 of the amplifier by a transformer similar to that which has been described in FIG. 8. The central conductor is divided into two parts 3 and 5, the admittances of which with respect to the casing 1 are different and which can be short-circuited by a transverse piece of metal or movable bar 132 whose role is to adjust, to make it resonant in quarter wave, the length of the transmission line formed between the parts 3 and 5. The bar 132 is operated by means of an insulating handle 133 which passes through a narrow slot 134 pierced on the side of the casing 1.
The operating potential required for the anodes is taken on terminal 135 by a conductor which is connected to the
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member 5 through a self at. high frequency 137, while the capacitor 136 constitutes on this conductor a high frequency bypass to the envelope.
A thin disc of mica 138 isolates the central conductor of the transmission line 6 and serves as a blocking capacitor for the voltage supplying the anode. In the case of an amplifier used for large powers, the capacitor 138 will be. of the vacuum type.
On the side of the. balanced transmission line 139 which is at 1 input of the amplifier, the two conductors of this line are respectively connected to the two cathodes by means of two split tubes 3A and 3B similar to those which have been described in FIG. 43. The two tuning pistons 49A and 49B are associated by a mechanical coupler 140 and are operated together by an insulating handle 141 which passes through a slot 142, formed in the casing 1. Two high-frequency chokes 143A and 143B are respectively connected between the parts. tubular 3A and 3B and the outer terminals 144A and 144B; the connecting wires exit the casing through bypass capacitors 145A and 145B.
Two sheets of mica 146A and 146B separate the conductors of the transmission line 139 from the tubular parts 3A and 3B and constitute blocking capacitors.
The terminals 149A and 149B of the electronic tube heating circuit are connected to the heating element of the latter through high frequency chokes 14-7A and 14713. The connecting wires pass through the casing 1 by openings made up of capacitors. bypass 148A and 148B.
Ms' .. iode of operation of the device. Figure 44 will be easily understood at ease with everything that has already been explained in the other figures.
To operate the device, you can put
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the box 1 to the. earth and also connect terminals 144A and 144B to earth, through corresponding polarization resistors (not shown). The positive terminal of the anode power source (not shown) may be connected to terminal 135 with the negative terminal of the source being grounded. Alternatively, the terminals 149A and 149B can be connected to the power source of the heating element (not shown).
The tuning pistons will be adjusted so as to obtain the quarter-wave resonance at the average frequency of the waves arriving through line 139 of the transmission lines corresponding to the pistons and short-circuited by them. The arrangement of the two tubular conductors 3A and 3B connected, to the input of the amplifier, a push-pull coupling by transformers which adapt the transmission line 149 to the circuit of the cathodes of the electronic tube 151. The system of conductors 3 and 5 achieves , in push pull, a transformer coupling between the anodes and the coaxial transmission line 6, according to the principles already explained in FIG. 8.
It is obvious that we can, if desired, add provisions making it possible to rotate the tubular conductors 3A and 3B on themselves, as well as to rotate the group of conductors 3 and 5. This allows, as is done. already explained, to vary the transformation ratio of transformers. In addition, it is obvious that one can replace the double electron tube 131 by two separate triodes, in which case the two grids would be connected to each other and to the casing 1 and the two heating elements would be mounted, either in series or in parallel, between the chokes 147A and 147B.
Figures 45 and 46 show another type of oscillator using a transformer of the invention. The oscillator of Figures 45 and 46 resembles, in certain aspects,
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to that of figure 31, but it is more specially designed for high power installations where one needs to be concerned with dissipating the heat produced in large quantities.
The triode 150 is of the well-known type called "sealed disc" type. The metal discs 151, 152 and 153 which are sealed through the casing, respectively constitute the connection sockets for the cathode, 1a. control grid and the anode (these various electrodes are not shown).
The heating element of the cathode, which is not shown, is enclosed in the compartment to the left of the disc 151 and the two pins 154 and 155 bring the heating current to it.
The disc 151 constitutes the metal plate for closing the cylindrical casing 1, which is profiled on the right into a truncated cone to connect to the coaxial transmission line 6. The transformer is constituted by a coaxial metal tube 156, which corresponds to the main driver 3 of the. Figure 1, and by a coaxial part 157 of a tube of larger diameter, which corresponds to the tab 5 of, Figure 1.
The tube 156 is closed at its left end by the disc 153 and the slightly longer tube 157 is connected on its left to the disc 152.
At the right end, the tongue tube 157 connects to a metal disc 158, separated and insulated both from the central conductor of the transmission line 6 and from the right end of the tubular conductor 156 by two discs. of mica 159 and 160. These mica discs constitute blocking capacitors, but the metallic elements 156 and 157 are nevertheless found, at high frequencies, effectively connected to each other and to the transmission line serving for the output of the oscillator
The tubular conductor 156 and the tubular element
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157 cut into tabs are connected to each other by a movable piston 161 which will serve to adjust the length of the transmission line formed between them to make it resonate in quarter wave.
The details of this piston are represented by the section of figure 46. It comprises a metal ring 162 which can slide gently on the tube 156 and which also rests on the tongue 157 from which it is however separated by a thin sheet. of mica (not shown) which prevents direct short-circuiting. The movable ring 162 can also be made in two coaxial parts separated from each other by a small strip of mica wound in a ring. An insulating handle 163, fixed to the ring 162, passes through the casing 1 by a slot, the edges of which are folded inwards to prevent leakage of electromagnetic waves. A metal plate 165 fixed to the handle 163 bears on the edges thus folded over and forces the piston to slide straight and without being deformed.
Another similar plate (not shown) can be provided, if necessary, still attached to the handle 163, but bearing on the outer side of the casing 1.
The terminals 166 and 167 are respectively connected by high frequency chokes 168 and 169, to the right ends of the tubular conductor 156 and of the tongue 157. These terminals are intended, on the other hand, to receive the positive pole of the source d high voltage power supply and connection coming from the grid bias source (the sources are not shown). The conductors connecting the terminals 156 and 157 to the chokes 168 and 169 pass through the casing 1 via holes made as bypass capacitors 170 and the il as we have already seen for other examples. The cathode heat source (not shown) connects to pins 154 and 155.
The operation of the oscillator in figure 45 is exactly the same as that of the oscillator in figure 31
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and the frequency of the oscillations is regulated by the operation of the piston 151
FIG. 47 shows another form of the piston. The piston of FIG. 47 is operated by means of a driving screw arranged in the. way already described on the. figure 31.
The transmission line o is then eccentric relative to the cylindrical casing 1 so that space can be found to house the operating screw.
The screw 172 of lafigure 47 is surrounded by a nut 173 capable of moving longitudinally when the screw is turned. This nut carries three spokes 174 arranged at 120 degrees from each other. The spokes 174 are substantially insulating and pass through the tubular conductor 156 by slits whose edges are folded towards the inside of the tube 156. The spokes 1,4 engage in the ring 362 as seen in FIG. 47. and, when the nut 173 moves, they longitudina.lement the ring 162 between the tubular conductor 156 and the tongue 157. A sheet of mica, not shown, will be interposed as is known, to prevent any direct effect of short circuit between ring 162 and tongue 157.
It is obvious that the discs 158, 159, 160 of FIG. 45 will have to be drilled with a suitable central hole to allow the screw 172 to pass and that the. widened part of the central conductor of the transmission line 6 must also allow the rod of this screw to pass through, which must come out of the casing 1, on the right.
In all the preceding descriptions, use has been made of the expression connected or connected in the case of conductors whose metal ends are however separated from each other by a blocking capacitor or by any other element whose the impedance is negligible at very high frequencies. It is therefore, in the practical sense, a
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@ effective high frequency connection.
Although the invention has been described above in relation to particular apparatuses and particular embodiments thereof, it should be understood that this description has been given only by way of example and should not be understood in any way. limit the scope of the invention.