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N.V. PHILIPS'GLOEILAPENFARIEKLN, résidant à EINDHOVEN (Pays-Bas).
DISCRIMINATEUR DE FREQUEN CE POUR DES OSCILLATIONS HYPERFREQUENTES.
L'invention concerne un dispositif discriminateur de fréquence pour produire une tension continue qui varie avec la dérive de fréquence d'oscillations hyperfréquentes par rapport à une fréquence nominale.
L'invention s'applique très avantageusement à la production d'une tension de réglage pour la correction automatique de fréquence d'un oscillateur à hyperfréquence.
Des discriminateurs connus du -type mentionné comportent deux circuits résonateurs désaccordés en symétrie par rapport à une fréquence centrale; ces circuits sont reliés à deux détecteurs en opposition afin d'obtenir la tension directe voulue.
Ces discriminateurs connus ne fonctionnent le plus souvent pas de façon satisfaisante à des fréquences très élevées d'environ 6000 Mc/s.
L'invention a pour objet de procurer un circuit discriminateur du type susmentionné, fonctionnant en toute sécurité, même à des fréquen- ces aussi élevées. Selon l'invention le discriminateur est pourvu de deux cavités alimentées par des oscillations hyperfréquentes et accordées sur des fréquences au-dessus et au-dessous, respectivement, de la fréquence no- minale et comportant chacune un organe réglable d'amortissement, qui sont reliés en push-pull à un générateur de tension de commande et qui produi - sent un amortissement des cavités variant avec la valeur instantanée de la tension de commande, les cavités étant pourvues de conducteurs de sortie, connectés à l'aide d'une ligne commune à un détecteur d'amplitude, dont la tension de sortie, ayant la fréquence de la tension de commande, règle un détecteur de phase,
commandé en outre par une tension prise directement du générateur de tension de commande,la tension continue de sortie de ce dé- tecteur de phase variant avec la dérive de la fréquence des oscillations hyperfréquentes de la fréquence nominale.
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Dans le dispositif discriminateur mentionné plus haut, la ten- sion continue s'obtient au moyen de deu.. détecteurs disposés en montage différentiel. Il faut alors employer des détecteurs identiques, ce qui est un inconvénient et n'est pratiquement pas réalisable à des fréquences très élevées, exigeant l'emploi de diodes à cristal, à cause des coefficients de température inégaux et du vieillissement différent des cristaux.
Ces exigences d'identicité ne s'appliquent pas au montage dis- criminateur selon l'invention, parce que dans ce cas les tensions prises des deux cavités s'appliquent à un détecteur commun. Dans le discrimina teur suivant l'invention, les organes d'amortissement comportent de préfé- rence chacun une boucle, reliée à la cavité correspondante et une barre de ferrite pré-aimantées, introduite par la boucle et pourvue d'un enroule- ment d'excitation relié au générateur de tension de commande.
La description donnée ci-après fera mieux comprendre l'inven- tion, les particularités qui ressortent tant du texte que des figures des dessins annexés faisant naturellement partie de l'invention.
La fig. 1 montre un schéma de principe d'un dispositif émet- teur comportant un montage de correction automatique de fréquence, pourvu d'un montage discriminateur de fréquence selon l'invention; les fig. 2, 3 et 5 montrent des courbes caractéristiques pour mieux comprendre l'invention; les fig. 4 et 4a sont des vues en perspective de détails de la construction; la fig. 6 montre à titre d'exemple une forme de réalisation du redresseur de phase montré schématiquement sur la fig. 1.
La fig. 1 montre un schéma synoptique d'un dispositif émetteur comportant un oscillateur à hyperfréquence ; les oscillations hyperfréquen- tes obtenues de cet oscillateur s'appliquent au moyen d'un modulateur 2, un étage amplificateur 3 et un guide 4 à une antenne émettrice 5. Le guide 4 est relié à un montage discriminateur de fréquence afin de produire une tension continue de réglage, fournie à travers une ligne 17 pour la cor- rection automatique de fréquence à un organe correcteur 18 couplé avec l'oscillateur 1 ou formant une partie de celui-ci.
Selon l'invention le montage discriminateur comprend deux ca- vités 6 et 7, couplées avec le guide 4 et accordées à des fréquences au- dessus et au-dessous, respectivement, de la fréquence nominale et compor- tant chacune un organe amortisseur 8 et 9, respectivement, à commande ré- glable. Les organes amortisseurs sont reliés en push-pull à un générateur 10 de tension de commande et produisent un amortissement des cavités 6 et 7, variant avec la valeur instantanée de la tension de commande.
Ces cavités sont en outre pourvues de conducteurs de sortie Il et 12 respectivement, reliés à travers un conducteur de couplage commun 13 à un détecteur d'amplitude 14. Le détecteur 14 fournit à travers le conden- sateur de couplage 15 une tension de sortie de la fréquence de la tension de commande qui règle un redresseur de phase 16, commandé en outre par une tension prise directement du générateur de tension de commande; ainsi, on obtient une tension qui varie avec la dérive de la fréquence des oscilla- tions hyperfréquentes par rapport à la fréquence nominale.
Les organes amortisseurs employés, qui seront décrits plus am- plement avec référence à la fig. 4, comportent des barreaux de ferrite pré- aimantés et pourvus chacun d'un enroulement d'excitation.
La tension de commande prise du générateur 10, de préférence à forme rectangulaire et à basse fréquence, fournie en push-pull aux enroule- ments d'excitation des barreaux couplés avec les cavités 6 et 7, produit une commutation périodique de sorte que les cavités fonctionnent alternati-
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vement. La tension de commande produit un amortissement des cavités 6 et 7, qui varie avec sa valeur instantanée; cet amortissement produit une grande variation du facteur de qualité Q des cavités.
Ce fonctionnement est illustré par les courbes caractéristi- ques a et b sur la fig. 2 ; les variations des facteurs Q des cavités 6 et
7 s'indiquent en fonction du champ magnétique H des barreaux de ferrite à gauche et à droite, respectivement, du point zéro des coordonnées. Les bar- reaux de ferrite sont pré-aimantés, par exemple, au moyen d'un aimant per- manent, de sorte qu'en l'absence d'une tension de commande le facteur de qualité Ao prédomine dans les deux circuits.
Il est évident de la fig. 2 qu'à une amplitude appropriée des tensions de commande el et e2' fonctionnant en push-pull les facteurs Q des cavités varient avec la valeur instantanée de la tension de commande de façon que le facteur Q d'une cavité est très bas, cette cavité étant hors de fonction au moment où le facteur Q de l'autre cavité est au maxi- mum.
Ainsi se produit aux conducteurs de sortie 11 et 12 une tension pro- venant alternativement de l'une et de l'autre des cavités ; tension s'applique à travers le conducteur de couplage commun 13 au détecteur d'am- plitude 14 redressant l'enveloppe ayant la fréquence de la tension de com- mande. Aprés la suppression de sa composante courant continu au moyen du condensateur 15, cette tension s'applique au redresseur de phase 16 afin d'obtenir la tension continue de réglage.
La fig. 3 montre les courbes de résonance des cavités 6 et 7.
La fréquence nominale fo s'indique au point zéro des coordonnées. Les ca- vités 6 et 7 sont désaccordées symétriquement par rapport à la fréquence f . A une fréquence f de l'oscillateur au-dessous de la valeur nominale f , la tension S2 d'une cavité, par exemple 6, dépasse la tension s3 de l'au- tre cavité 7. En revanche,si la fréquence de l'oscillateur dépasse la fré- quence fo' les conditions sont inverses; les tensions S2 et S3 possèdent la même amplitude, si le générateur fournit une fréquence f .
La fig. 4 est une vue en perspective d'une forme de réalisa- tion du couplage des cavités 6 et 7 avec le guide 4. Les parties correspon- dant à celles sur la fige 1 sont indiquées par des références correspondan- tes. Les cavités 6 et 7 sont disposées symétriquement par rapport à une pa- roi séparatrice commune. Cette paroi possède une ouverture commune de cou- plage à travers laquelle les oscillations p roduites dans le guide 4 sont distribuées en rapport égal aux deux cavités.
La fig. 4a montre en détail un des organes amortisseurs montrés sur la fig. 1 et 4. L'organe amortisseur comporte une boucle 19 couplée avec la cavité relative et un barreau de ferrite 21, introduit dans cette boucle et pré-aimanté au moyen d'un aimant permanent 20 ; barreau est pourvu d'un enroulement d'excitation 22.
La fig. 5 illustre les tensions produites à différents points du montage de la fig. 1.
Les fig. 5a et 5b illustrent les tensions haute fréquence pri- ses des cavités 6 et 7 à travers les conducteurs Il et 12 et leurs envelop- pes dans le cas d'un désaccord de l'oscillateur dans le sens de la fréquen- ce d'accord de la cavité 7. La fig. 5c illustre les tensions H.F. produites dans le conducteur de couplage avant le redressement et la fig. 5d illustre la tension ayant la fréquence de la tension de commande obtenue après le redressement. La fig. 5e illustre la même tension après la suppression de la composante courant continu.
Les fig. 5f et 5g illustrent les tensions correspondant à cel- les de la fig. 5e en cas d'un désaccord de l'oscillateur dans le sens de
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la fréquence fo de l'oscillateur.
Les tensions indiqués sur les fig. 5e et 5f ont une amplitude proportionnelle à la dérive de fréquence par rapport à la fréquence nomina- le fo et démontrent une phase variant avec la polarité de la dérive de fré- quenceo
La fig. 6 montre une forme de réalisation du redresseur de phase 16 de la fig. 1. Il comporte deux pentodes 23 et 24, montées en tu- bes mélangeurs; aux grilles-écran de ces tubes s'applique en push-pull une tension prise du générateur 10, tandis que la tension prise du redresseur 14 à travers le condensateur 15 (tension 5g ou 5k des fig. 5e-g), après am- plification dans un étage amplificateur 25, s'applique en parallèle aux grilles de commande de ces tubes.
Les tubes 23 et 24 sont normalement coupés et sont mis alterna- tivement en circuit par les demi-ondes positives de la tension de commande appliquée aux grilles-écranSi dans un des tubes, une telle demi-onde de la tension de commande coïncide avec une demi-onde positive de la tension redressée, ce tube prend du courant anodique. Les tensions produites aux anodes des tubes mélangeurs s'appliquent à travers un condensateur 26 et 27 de couplage à deux diodes détectrices 28 et 29 à passage opposé.
A une résistance 31 de sortie du redresseur, shuntée par un condensateur 30, se produit une tension continue de réglage, dont la va- leur et la polarité varient avec la valeur et la polarité de la dérive à corriger de la fréquence de l'oscillateur par rapport à la fréquence nomi- nale. Cette tension continue de réglage est fournie par des bornes de sor- tie 32 au correcteur de fréquence (18 sur la fig. 1).
Le correcteur de fréquence peut se composer d'un organe correc- teur électronique ou mécanique ou bien une des électrodes du tube oscil- lateur, par exemple, l'électrode réflectrice d'un réflex-klystron peut s'em- ployer pour la correction de fréquence.
Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, on applique une tension rectangulaire de commande aux enroulements d'excitation des organes amortisseurs.On peut employer une tension de commande d'autre forme, mais une tension rectangulaire de commande s'est avérée favorable pour des rai- sons de stabilité.
Le système décrit du montage des cavités, qui est complètement un système électrique, peut éventuellement être remplacé par un système mé- canique-électrique; l'amortissement peut être varié à l'aide d'un disque ro- tatif pourvu d'un bossage de came qui tourne périodiquement en passant une encoche prévue dans la cavitéo
Le couplage sur la fig. 4 entre le guide 4 et les cavités 6 et 7 peut évidemment être remplacé par un autre couplage connu satisfaisant à la condition que les deux cavités soient excitées dans un rapport égal, indépendamment du type des ondes dans le guide. On observera finalement que le redresseur de phase décrit ci-dessus peut être remplacé par un autre re- dresseur de phase connu.
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N.V. PHILIPS'GLOEILAPENFARIEKLN, residing in EINDHOVEN (The Netherlands).
FREQUEN CE DISCRIMINATOR FOR HYPERFREQUENT OSCILLATIONS.
Provided is a frequency discriminator device for producing a DC voltage which varies with the frequency drift of microwave oscillations from a nominal frequency.
The invention applies very advantageously to the production of an adjustment voltage for the automatic frequency correction of a microwave oscillator.
Known discriminators of the mentioned type comprise two resonator circuits which are out of tune in symmetry with respect to a central frequency; these circuits are connected to two detectors in opposition in order to obtain the desired forward voltage.
These known discriminators most often do not operate satisfactorily at very high frequencies of around 6000 Mc / s.
The object of the invention is to provide a discriminator circuit of the above-mentioned type which operates safely even at such high frequencies. According to the invention, the discriminator is provided with two cavities fed by microwave oscillations and tuned to frequencies above and below, respectively, the nominal frequency and each comprising an adjustable damping member, which are connected in push-pull to a control voltage generator and which produces a damping of the cavities varying with the instantaneous value of the control voltage, the cavities being provided with output conductors, connected by means of a common line to an amplitude detector, the output voltage of which, having the frequency of the control voltage, adjusts a phase detector,
further controlled by a voltage taken directly from the control voltage generator, the DC output voltage of this phase detector varying with the frequency drift of the microwave oscillations of the nominal frequency.
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In the discriminator device mentioned above, the DC voltage is obtained by means of two detectors arranged in differential circuit. It is then necessary to use identical detectors, which is a drawback and is practically not feasible at very high frequencies, requiring the use of crystal diodes, because of the unequal temperature coefficients and the different aging of the crystals.
These identity requirements do not apply to the discriminator assembly according to the invention, because in this case the voltages taken from the two cavities apply to a common detector. In the discrimination according to the invention, the damping members preferably each comprise a loop, connected to the corresponding cavity and a pre-magnetized ferrite bar, introduced through the loop and provided with a winding d. excitation connected to the control voltage generator.
The description given below will give a better understanding of the invention, the particularities which emerge both from the text and from the figures of the appended drawings naturally forming part of the invention.
Fig. 1 shows a block diagram of a transmitter device comprising an automatic frequency correction assembly, provided with a frequency discriminator assembly according to the invention; figs. 2, 3 and 5 show characteristic curves for a better understanding of the invention; figs. 4 and 4a are perspective views of construction details; fig. 6 shows by way of example an embodiment of the phase rectifier shown schematically in FIG. 1.
Fig. 1 shows a block diagram of a transmitter device comprising a microwave oscillator; the microwave oscillations obtained from this oscillator are applied by means of a modulator 2, an amplifier stage 3 and a guide 4 to a transmitting antenna 5. The guide 4 is connected to a frequency discriminator assembly in order to produce a voltage continuous adjustment, supplied through a line 17 for automatic frequency correction to a correcting member 18 coupled with the oscillator 1 or forming a part thereof.
According to the invention, the discriminator assembly comprises two cavities 6 and 7, coupled with the guide 4 and tuned to frequencies above and below, respectively, the nominal frequency and each comprising a damping member 8 and 9, respectively, with adjustable control. The damping members are connected in push-pull to a control voltage generator 10 and produce damping of the cavities 6 and 7, varying with the instantaneous value of the control voltage.
These cavities are furthermore provided with output conductors II and 12 respectively, connected through a common coupling conductor 13 to an amplitude detector 14. The detector 14 supplies through the coupling capacitor 15 an output voltage of the frequency of the control voltage which regulates a phase rectifier 16, further controlled by a voltage taken directly from the control voltage generator; thus, a voltage is obtained which varies with the drift of the frequency of the microwave oscillations with respect to the nominal frequency.
The damping members used, which will be described more fully with reference to FIG. 4, comprise pre-magnetized ferrite bars and each provided with an excitation winding.
The control voltage taken from generator 10, preferably rectangular in shape and at low frequency, supplied in push-pull to the excitation windings of the bars coupled with the cavities 6 and 7, produces a periodic switching so that the cavities work alternatively
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vement. The control voltage produces a damping of the cavities 6 and 7, which varies with its instantaneous value; this damping produces a large variation in the quality factor Q of the cavities.
This operation is illustrated by the characteristic curves a and b in fig. 2; variations in Q factors of cavities 6 and
7 are indicated as a function of the magnetic field H of the ferrite bars to the left and to the right, respectively, of the zero point of the coordinates. The ferrite bars are pre-magnetized, for example, by means of a permanent magnet, so that in the absence of a control voltage the quality factor Ao predominates in both circuits.
It is evident from fig. 2 that at an appropriate amplitude of the control voltages e1 and e2 'operating in push-pull, the Q factors of the cavities vary with the instantaneous value of the control voltage so that the Q factor of a cavity is very low, this cavity being out of function when the Q factor of the other cavity is at maximum.
There is thus produced at the output conductors 11 and 12 a voltage originating alternately from one and the other of the cavities; voltage is applied across the common coupling conductor 13 to the amplitude detector 14 rectifying the envelope having the frequency of the control voltage. After removing its direct current component by means of the capacitor 15, this voltage is applied to the phase rectifier 16 in order to obtain the adjustment direct voltage.
Fig. 3 shows the resonance curves of cavities 6 and 7.
The nominal frequency fo is indicated at the zero point of the coordinates. Cavities 6 and 7 are symmetrically detuned with respect to frequency f. At a frequency f of the oscillator below the nominal value f, the voltage S2 of one cavity, for example 6, exceeds the voltage s3 of the other cavity 7. On the other hand, if the frequency of l 'oscillator exceeds the frequency fo' the conditions are opposite; the voltages S2 and S3 have the same amplitude, if the generator supplies a frequency f.
Fig. 4 is a perspective view of one embodiment of the coupling of the cavities 6 and 7 with the guide 4. The parts corresponding to those on the pin 1 are indicated by corresponding references. The cavities 6 and 7 are arranged symmetrically with respect to a common dividing wall. This wall has a common coupling opening through which the oscillations produced in the guide 4 are distributed in equal relation to the two cavities.
Fig. 4a shows in detail one of the damping members shown in FIG. 1 and 4. The damper member comprises a loop 19 coupled with the relative cavity and a ferrite bar 21, introduced into this loop and pre-magnetized by means of a permanent magnet 20; bar is provided with an excitation winding 22.
Fig. 5 illustrates the tensions produced at different points of the assembly of FIG. 1.
Figs. 5a and 5b illustrate the high frequency voltages taken from cavities 6 and 7 through conductors II and 12 and their envelopes in the event of a detuning of the oscillator in the direction of the tuning frequency. of the cavity 7. FIG. 5c illustrates the H.F. voltages produced in the coupling conductor before rectification and fig. 5d illustrates the voltage having the frequency of the control voltage obtained after rectification. Fig. 5th illustrates the same voltage after removing the DC component.
Figs. 5f and 5g illustrate the voltages corresponding to those of FIG. 5th if the oscillator is out of tune in the direction of
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the frequency fo of the oscillator.
The voltages shown in fig. 5e and 5f have an amplitude proportional to the frequency drift with respect to the nominal frequency fo and demonstrate a phase varying with the polarity of the frequency drifto
Fig. 6 shows an embodiment of the phase rectifier 16 of FIG. 1. It has two pentodes 23 and 24, mounted in mixing tubes; a voltage taken from generator 10 is applied in push-pull to the screen grids of these tubes, while the voltage taken from rectifier 14 through capacitor 15 (voltage 5g or 5k in fig. 5e-g), after am- amplification in an amplifier stage 25, is applied in parallel to the control gates of these tubes.
The tubes 23 and 24 are normally cut off and are switched on alternately by the positive half-waves of the control voltage applied to the screen gates. If in one of the tubes such a half-wave of the control voltage coincides with a half-wave positive of the rectified voltage, this tube takes anode current. The voltages produced at the anodes of the mixing tubes are applied through a capacitor 26 and 27 for coupling to two detector diodes 28 and 29 with opposite passage.
At an output resistor 31 of the rectifier, shunted by a capacitor 30, there is produced a direct adjustment voltage, the value and polarity of which vary with the value and the polarity of the drift to be corrected of the frequency of the oscillator. with respect to the nominal frequency. This dc regulating voltage is supplied by output terminals 32 to the frequency corrector (18 in fig. 1).
The frequency corrector can consist of an electronic or mechanical corrector or one of the electrodes of the oscillator tube, for example the reflective electrode of a reflex-klystron can be used for the correction. frequency.
In the embodiment described above, a rectangular control voltage is applied to the excitation windings of the damping members. A control voltage of other form can be used, but a rectangular control voltage has been found to be favorable for this. reasons of stability.
The described cavity assembly system, which is completely an electrical system, can optionally be replaced by a mechanical-electrical system; the damping can be varied by means of a rotating disc provided with a cam boss which rotates periodically passing a notch provided in the cavity.
The coupling in fig. 4 between the guide 4 and the cavities 6 and 7 can obviously be replaced by another known coupling satisfying the condition that the two cavities are excited in an equal ratio, independently of the type of the waves in the guide. Finally, it will be observed that the phase rectifier described above can be replaced by another known phase rectifier.