BE570334A - - Google Patents

Description

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   La présente invention concerne les dispositifs de commande de fré- quence pour oscillateur à micro-ondes et plus spécialement un dispositif stabili- sateur de fréquence pour un oscillateur à klystron. 



   Différentes tentatives ont été faites pour stabiliser les oscilla- teurs à micro-ondes. L'une d'elles est représentée et décrite dans le brevet américain N .2.681.998 du 22,juin 1954 et une autre est exposée dans la revue "Proceedings of the IRE", vol. 36, pages 794-800, juin   19480   Dans chacune, on utilise le dispositif de stabilisation dénommé MF (moyenne fréquence) suivant le- quel un oscillateur à klystron est lié à une cavité de résonance à Q élevé par un dispositif de circuits fonctionnant à une fréquence MF, habituellement de 30 mé-   gacycleso   Dans ces dispositifs, le signal sortant des guides d'onde utilisés pour les micro-ondes est une tension MF dont la polarité dépend de,

   et l'amplitude est proportionnelle à la partie imaginaire du coefficient de réflexion de la cavité à Q élevée Après amplification MF, la tension de sortie est mélangée avec une tension de la même fréquence dans un mélangeur et le signal résultant est une ten- sion continue qui a les caractéristiques d'une tension de sortie de discrimina- teuro Cette tension continue est ensuite utilisée comme signal de commande pour la stabilisation de la fréquence de 1'oscillateur., 
L'invention a pour but principal de procurer un nouveau procédé de stabilisation de la fréquence d'un oscillateur à micro-ondes. 



   L'invention a aussi pour but de procurer un procédé de stabilisation MF utilisant une cavité à Q élevé. 



   Comme il ressortira de la description donné ci-après, le dispositif de commande de fréquence de la présente invention utilise le type de fonctionne- ment MF, mais il fonctionne suivant un principe entièrement différent des prin- cipes précités. Dans le dispositif de la présente invention, le signal sortant du circuit à micro-ondes est une tension   MF   dont l'amplitude est essentiellement constante dans toute la gamme de fonctionnement et dont la phase est déterminée par le déphasage du signal U.H.F.

   traversant la cavité à Q élevée Ce signal MF est ensuite amplifié et mélangé avec une tension de référence de la même fré- quence dans un détecteur de phase dont la sortie est utilisée pour régler la fré- quence de   l'oscillateur.,   Par conséquent, dans les systèmes antérieurs, l'infor- mation nécessaire est contenue dans l'amplitude du signal MF, tandis que, dans le nouveau système décrit ci-après, l'information est contenue dans la phase du signal   MFo   Si donc les niveaux de bruit des cristaux et des tubes constituaient un facteur de limitation dans les anciens systèmes de commande à haute fréquence, les techniques F.M. courantes, comme le limiteur, peuvent être appliquées au nouveau système pour isoler l'information de phase, sans que des problèmes sem- blables de niveaux de bruits se présentent. 



   L'invention ressortira clairement de la description détaillée donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: 
La figure 1 est un schéma de circuit de la présente invention, et 
La figure 2 est un graphique donnant les caractéristiques de trans- mission de la cavité de résonance représentée à la figure 1. 



   La figure 1 montre que de l'énergie micro-ondulatoire est appliquée à un guide d'onde 10 constituant ligne de transmission par un oscillateur à kly-   tron   12 fonctionnant à une fréquence f1. De la ligne de transmission 10, l'é- nergie est envoyée dans une charge ou un dispositif d'utilisation non représenté. 



  Une partie de cette énergie est prélevée par un dispositif de couplage directif 14 et est appliquée à un cristal modulateur 16 dans lequel cette partie est mo- dulée par un oscillateur auxiliaire 18 fonctionnant à une fréquence f2, habituel-   lemerit   aux environs de 30 mégacycleso Le signal de sortie du cristal modulateur 16 apparaissant dans le guide d'onde 20 est un signal à double bande latérale et porteuse supprimée contenant les fréquences f1+f2 et f1-f2. Dans la description donnée. ci-après, on utilise la bande latérale supérieure,   fl+f2,   mais il va de 

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 soi que les mêmes résultats peuvent être obtenus avec l'une ou l'autre bande la- ' térale, la seule différence étant la fréquence d'accord de la cavité de résonan- ce 22.

   La bande latérale voulue est sélectionnée par la cavité-,,de transmission ,   22   à Q élevé et appliquée à un cristal mélangeur 24 dans lequel cette bande la- térale est combinée à un second échantillon du signal de sortie du klystron pré- levé par le dispositif de couplage directif 26 et la section de guide d'onde 28. 



   Le cristal mélangeur 24 produit un signal-différence de fréquence MF, ayant la fréquence f2. Le mélangeur 24 comprend un dispositif à fonction quadratique, dont la caractéristique peut être représentée par ip = a e2g où ip est le courant de sortie   instantanée du   mélangeur, a est une constante et eg est la tension d'entrée instantanée du mélangeur. 



   Les cristaux représentés à la figure 1 peuvent être montés de diffé- rentes manières. Par exemple, un cristal peut être monté à l'intérieur d'une section d'onde, un cristal peut être alimenté par deux guides différents, ou bien on peut utiliser une monture de cristal normale sur un dispositif de couplage directif. En fait, des tés magiques peuvent être utilisés pour obtenir un modu- lateur symétrique et un mélangeur symétrique si on le désire. Ces tés magiques constituent une exécution mécanique convenable et assurent en même temps une meilleure suppression de la porteuse dans le modulateur ainsi qu'une séparation plus efficace entre la sortie principale et les diverses bandes latérales. 



   Le signal de sortie du cristal mélangeur 24 traverse un amplificateur 
MF. 30 et un limiteur 32, pour atteindre un détecteur de phase 35, où il est comparé à un signal de référence de fréquence f2 provenant de l'oscillateur 18. 



   La sortie du détecteur de phase est un signal à courant continu qui est appliqué à l'électrode réflex (non représentée) du klystron 12 par un amplificateur de courant continu 36. 



   Les caractéristiques de transmission de la cavité de résonance 22 sont données à la figure 2. Quand la fréquence du klystron s'écarte de la valeur voulue fi et atteint une nouvelle valeur fi   + #f,   un déphasage se produit dans l'énergie de bande latérale (dont la fréquence est maintenant   f1+f2+#f)   arri- vant au cristal mélangeur 24, comme indiqué à la figure 2.

   Le signal de   fréquen-   ce   f1+#f   arrivant au cristal mélangeur par la section de guide d'onde 28 subit un déphasage uniquement dù à la différence de longueur du guide d'onde, 'ce, dé- phasage étant négligeable comparativement à celui provoqué par la cavité; pour de très faibles variations de fréquence (ce qui doit être le cas pour un oscilla- teur bien stabilisé), le système maintient son point de fonctionnement au sommet de la courbe de réponse de la cavité, et, en conséquence, le signal de sortie est en principe constant. 



   Le signal de sortie du cristal modulateur 16 peut être représenté par   Ecm (cos#2t) (cos#1t)   où Ec représente l'amplitude d'entrée de la porteuse à fréquence f1, m représen- te l'indice de modulation,   et#1t     etW2t   représentent les temps angulaires en radians du signal de sortie du klystron 12 et de celui de l'oscillateur 18 res- pectivement.

   Dans l'hypothèse où la cavité de résonance 22 transmet la bande la- térale supérieure; le signal arrivant au cristal mélangeur   24,   après avoir traver- sé le guide   d'onde   20, peut être représenté par 
Ecm2K   cos [(#1+#2)     t   + e] où K représente la fraction du signal transmise par la cavité et 9 représente le déphasage introduit par la cavité, comme représenté à la figure 2. 



   Une description détaillée et complète du fonctionnement du cristal mélangeur 24 est   donnée   dans "Electron Tube Circuits" de S. Seely ; Me   Graw.Hill   
Book   Co.   Inc. New York, pages 358-9, 1950. Pour la présente invention, il suffit 

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 de dire que le signal de fréquence f1 arrivant au cristal mélangeur 24, peut être représenté par 
Ec cos   (#1t+#)   où Eo est l'amplitude du signal provenant du dispositif de couplage 26   et,dé-   signe un déphasage déterminé par la différence de longueur réelle entre les che- mins parcourus par les deux signaux appliqués au cristal mélangeuro Si ce signal est mélangé à la sortie de la cavité 22 représenté par 
 EMI3.1 
 E ILIK cos r(lt 2)

   t 7 dans un dispositif à fonction quadratique comme un mélangeur 25 de caractéristique ip = ae2g on peut démontrer que le courant de sortie à la fréquence-différence ou moyenne fréquence est donné par 
 EMI3.2 
 ai KEcBo cos (2t + G - "'l') Pour une forme d'élément   déterminée,est   fixe. En conséquence, la sortie du cristal mélangeur 24 est de la forme   cos (#2t + #)   ce qui constitue un signal à amplitude constante et à phase variable; en compa- rant ce signal de référence de fréquence f2 dans le détecteur de phase 34, on peut produire là tension de commande nécessaire au klystron 12.

   Comme l'informa- tion voulue est contenue dans la phase de signal de sortie, le signal peut être comprimé dans un limiteur 32 de manière à éviter les niveaux de bruit difficiles, le système fonctionnant de façon satisfaisante malgré cette limitation. 



   Le type habituel de détecteur de phase exige que les deux signaux d'entrée soient déphasés entre eux de 90  dans le cas d'une sortie nulle. Il peut aussi y avoir un certain déphasage provoqué par l'amplificateur MF 30, et l'an- gle de   déphassage #,   quoique fixe, peut être différent de zéro.

   Un déphaseur 38 est, de ce fait, intercalé dans le canal de signal de référence, entre l'oscil- lateur 18 et le détecteur de phase   34.   Ce déphaseur est à commande manuelle et est réglé de manière à introduire un signal maximum dans le limiteur, de   façon - -   que le point de fonctionnement soit maintenu au sommet de la courbe de réponse de la cavité, comme précitée 
La description précédente montre que la présente invention procure un dispositifde commande de fréquence dans lequel l'information voulue est contenue dans la phase d'un signal de sortie d'un mélangeur plutôt que dans son amplitude., Des limiteurs peuvent donc être utilisés pour réduire les effets des niveaux de bruit des cristaux et des tubes.

   Comme la figure 1 le montre, les deux signaux arrivant au cristal mélangeur 24 parcourent, par construction, des chemins d'égale longueur. Cependant, la longueur de ces chemins peut être réglée indépendamment, si on le désire, pour un cas d'application déterminée Les deux signaux peuvent aussi être atténués de façon indépendante, si on le désire, pour un cas particulier d'application ou d'essai. 



   Quoique l'invention ait été décrite dans le cas d'une forme d'exé- cution déterminée, il va de soi que de nombreuses modifications de forme et de disposition peuvent y être apportées sans sortir du cadre de   l'inventiono   
REVENDICATIONS. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. 1. Dispositif de commande de fréquence pour un générateur de fré- quence à micro-ondes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de pré- lèvement d'énergie de sortie du générateur, un oscillateur, un moyen de modula- tion de la sortie prélevée du générateur avec la sortie de l'oscillateur, un <Desc/Clms Page number 4> moyen de filtrage de la sortie du modulateur, un second moyen de prélèvement à la sortie du générateur, un moyen pour mélanger la sqrtie du filtre avec l'éner- gie ondulatoire provenant du second moyen de prélèvement, un moyen couplé au mé- langeur et à l'oscillateur pour produire une tension continue proportionnelle au déphasage entre les signaux du mélangeur et ceux de l'oscillateur,

   et un moyen pour appliquer la sortie du dispositif cité en dernier lieu au générateur de fré- quence en qualité de tension de commande.

   2. Combinaison suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la sortie du modulateur est un signal à double bande latérale et à porteuse suppri- mée et en ce que la sortie du mélangeur est un signal à amplitude constante et à phase variable.

   3. Dispositif de commande de fréquence pour un générateur de fréquen- ce à micro-ondes, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen de prélève- ment d'énergie de sortie du générateur, un oscillateur, un moyen de modulation de la sortie prélevée du générateur avec la sortie de l'oscillateur un guide d'onde faisant fonction de ligne de transmission et relié au modulateur à l'effet de recevoir l'énergie débitée par celui-ci, une cavité de résonance contenue dans la ligne de transmission, un second moyen de prélèvement d'énergie à la sor- tie du générateur, un moyen relié au second moyen de prélèvement et à la ligne de transmission pour mélanger l'énergie provenant de ce second moyen de prélèvement et celle traversant la cavité de résonance,

   un moyen couplé au mélangeur et à l'oscillateur pour produire une tension continue proportionnelle au déphasage entre les signaux du mélangeur et ceux de l'oscillateur, et un moyen pour appli- quer la sortie du dispositif cité en dernier lieu au générateur de fréquence en qualité de tension de commande.

   4. En combinaison avec un'générateur de fréquence à klystron, un gui- de d'onde faisant fonction de ligne de transmission et servant à écouler l'éner- gie provenant du klystron, un premier dispositif de coulage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de l'énergie traversant celle-ci, un second dispositif de couplage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de 1'énergie traversant celle-ci, des appareils de transmis- sion à guide d'onde connee-bés entre ces dispositifs de couplage, ces appareils comprenant des modulateurs, des mélangeurs et des filtres intercalés entre le modulateur et le mélangeur, un moyen pour appliquer un signal de modulation au modulateur,

   un dispositif répondant au signal de modulation et à la sortie du mélangeur pour produire une tension continue proportionnelle au déphasage entre le signal de sortie du mélangeur et le signal de modulation, et un moyen pour appliquer cette tension continue au klystron en tant que signal de commande.

   5. En combinaison avec un générateur de fréquence à klystron, un gui- de d'onde faisant fonction de ligne de transmission et servant à écouler l'éner- gie provenant du klystron, un premier dispositif de couplage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de l'énergie traversant celle-ci, un second dispositif de couplage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de l'énergie traversant celle-ci, des appareils de transmis- sion à guide d'onde connectés entre ces dispositifs de couplage, un modulateur à cristal et un mélangeur à cristal répartis le long de l'appareil de transmission, une cavité de résonance intercalée entre le mélangeur et le modulateur, un moyen pour appliquer un signal de modulation au modulateur,

   un détecteur de phase ré- pondant à la sortie du mélangeur et au signal de modulation pour produire une tension continue proportionnelle au déphasage entre le signal de sortie du mélan- geur et le signal de modulation, et un moyen pour appliquer cette tension conti- nue à un klystron, en qualité de signal de commande., 6.

   En combinaison avec un générateur de signaux à klystron, une ligne de transmission à guide d'onde pour écouler 1 énergie ondulatoire provenant du klystron, un premier dispositif de couplage directif réuni à la ligne de trans- mission, un modulâtes à cristal, une ligne de transmission à guide d'onde re- <Desc/Clms Page number 5> liant le modulateur au premier dispositif de couplage, un second dispositif de couplage directif réuni à la première ligne de transmission, un mélangeur à cris- tal, une ligne de transmission à guide d'onde reliant le mélangeur au second dis- positif de couplage directif, et un appareil à guide d'onde comprenant une cavité de résonance et reliant entre eux le modulateur et le mélangeur,

   de façon que l'é- nergie ondulatoire provenant de modulateur et traversant la cavité de résonance soit mélangée à l'énergie ondulatoire du second dispositif de couplage directif, afin de produire un signal de sortie à fréquence-différence.

   7. En combinaison avec un générateur de fréquence à klystron, une ligne de transmission à guide d'onde pour écouler l'énergie provenànt du klystron, un premier dispositif de couplage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de l'énergie traversant celle-ci, un second dispositif de couplage directif réuni à la ligne de transmission pour prélever une partie de l'énergie ondulatoire traversant celle-ci, un appareil de transmission à guide d'onde reliant entre eux les dispositifs de couplage, un modulateur à cristal et un mélangeur à cristal répartis le long de cet appareil de transmission, une cavité de résonance intercalée entre le mélangeur et le modulateur, un moyen pour appliquer un signal de modulation au modulateur,

   un moyen répondant à la sortie du mélangeur et au signal de modulation pour produire un signal de comman- de qui varie en fonction du déphasage entre le signal de sorti,e du mélangeur et le signal de modulation, et un moyen pour appliquer le signal de commande au klystron afin de faire varier la fréquence de sortie de celui-ci. EMI5.1

   8.'En combinaison-avec un gé#ra:toor de fréque produisaJnt une fréquence de sortie fl, une source de signaux ayant une fréquence f2, un moyen pour moduler une partie de la sortie du générateur avec la source de signaux de façon à produire un signal à double bande latérale et à porteuse supprimée ayant une composante de fréquence de fl+f2 et une autre composante de fréquence f1-f2, un moyen pour séparer la composante de fréquence fl-f2 de celle de fréquence fl+f2, un moyen pour mélanger une partie de la sortie du générateur à une des composantes de ma- nière à produire un signal de fréquence f2 à amplitude constante,

   un moyen pour comparer la phase de la sortie à amplitude constante du mélangeur avec la phase de la source de signaux de manière à produire un signal de commande variant en fonction du déphasage entre les signaux respectifs, et un moyen pour appliquer ce signal de commande au générateur à l'effet de faire varier la fréquence de @ sortie de celui-ci.

   9. Dispositif de commande de fréquence, en substance comme décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexés et comme représenté sur ces dessins,