EP0032332B1 - Répartiteur de puissance radioélectrique, et dispositifs radioélectriques utilisant un tel répartiteur, notamment à l'état solide - Google Patents

Répartiteur de puissance radioélectrique, et dispositifs radioélectriques utilisant un tel répartiteur, notamment à l'état solide Download PDF

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EP0032332B1
EP0032332B1 EP80401786A EP80401786A EP0032332B1 EP 0032332 B1 EP0032332 B1 EP 0032332B1 EP 80401786 A EP80401786 A EP 80401786A EP 80401786 A EP80401786 A EP 80401786A EP 0032332 B1 EP0032332 B1 EP 0032332B1
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EP
European Patent Office
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branches
divider
branch
dividers
main
Prior art date
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EP80401786A
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EP0032332A1 (fr
Inventor
Alain Bert
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

Definitions

  • the invention relates to a power distributor for radio waves. It relates in particular to the variants of such a distributor made in the solid state for application to microwave frequencies. It also relates to devices using one or more of these distributors.
  • Power divider and recombiner circuits are used whenever it is sought, for example, to add the powers of several independent amplifiers, in particular when a power higher than that supplied by existing amplifiers is required.
  • circuits proposed so far generally do not meet a condition considered to be fundamental, which is that of allowing proper operation, even in the presence of identical mismatches on the loads of the different branches, or channels, of the divider, of the transistors for example, in high frequency distributed amplifiers; in the case of such amplifiers, an operation is always sought in a frequency range as wide as possible, the range in which such mismatches usually manifest themselves.
  • mismatches there are two kinds: some, as has just been said, resulting from the variation of the impedance of each elementary amplifier, consecutive to the displacement of the operating frequency, others resulting, at frequency given, disparities between amplifiers in the same batch.
  • the invention has for its object a power distributor capable of compensating for even symmetrical imbalances of its branches, in particular on the occasion of the impedance variations presented by the active elements which charge them when the frequency moves, this distributor being capable of operating over a much greater bandwidth than the distributors of the prior art.
  • a power distributor capable of compensating for even symmetrical imbalances of its branches, in particular on the occasion of the impedance variations presented by the active elements which charge them when the frequency moves, this distributor being capable of operating over a much greater bandwidth than the distributors of the prior art.
  • Such a distributor can a fortiori also compensate for the non-symmetrical imbalances that may arise.
  • the sections of impedances Z 1 ′ Z 2 ... Z m are quite simply sections of coaxial lines, for example quarter wave, that is to say whose length is equal to a quarter of the average wavelength of the high frequency operating wave supplied by the generator R G.
  • the device being provided for given initial conditions, in accordance with the above, that is to say with N branches formed by m section of lines, all identical to each other, (same impedances Z 1 ... Z m same elements dissipatives R 01 , R 0m and same charges R s ), and adjusted so that the charges R s are perfectly adapted, no power is reflected in the branches, in which the points located at the same distance from the source, such that L 1 , M 1 , N 1 , are in phase on all the lines; no energy is then dissipated in the resistive elements placed in bridge between the lines.
  • the invention provides an arrangement in which is ensured, permanently, that is to say whatever the state of the loads, a phase shift allowing the desired absorption.
  • the distributor comprises several dividers arranged in cascade, each of them being connected by an output branch to the next; each of them further comprises, at its outlet, a certain number of branches on which the loads are mounted.
  • this branch is connected to the input branch in the next divider, called the primary branch, through a phase shifter if necessary; this divider also has, like the previous one, secondary branches, including a main one connected to the primary path of the following divider, possibly through a phase shifter, etc.
  • Figure 2 gives the general diagram of the distributor of the invention, limited to two dividers, D (i - 1) and D (i), diagram on which we find the main secondary pathways in B (i - 1) and B (i), the other secondary routes in C (i - 1) ... C m (i - 1) and C 1 (i) ... C m (i), the primary routes A (i - 1) and A (i) and the phase shifters 0 (i - 1) and 0 (i), designated by the same letter as the phase shift that they introduce on the primary branch on which they are mounted.
  • a network of resistive elements represented as such and left without reference for clarity, is used, in addition, as in the prior art as described with reference to FIG. 1.
  • each of the dividers introduces itself a phase shift which will be called 0 D with the index of rank i as for the rest of the elements above.
  • loads are mounted, as we have said, at the ends of the secondary branches, according to the distribution deemed best in relation to the use for which the distributor is intended. In the example of FIG. 2, these loads are distributed in a number equal to the output of the dividers; but any other distribution could be envisaged where the index m would not have the same value for all the divisors.
  • the device is first adjusted, including the phase shifters 0 (i), so that, for practically zero reflections in the secondary branches, the absorption is negligible in the resistive elements.
  • the phase differences introduced between the outputs of the successive dividers cause the waves reflected in the main secondary channel B (i) and in the different secondary pathways C (i) are not in phase; a potential difference then appears between point a on the one hand and points b, c, d on the other hand, and an absorption of the power reflected in the resistive elements is made possible.
  • Identical variations in load in the branches of the distributor are thus possible without interfering with operation, contrary to what takes place in devices of the same kind of the prior art.
  • the distributor of the invention appears as a progressive structure composed of a succession of phase dividers offset from one another.
  • the total phase shift between a secondary branch C (i) and a secondary branch C (i - 1) is 0 (1) + 0 D (i) with the previous notations.
  • phase shift will obviously be effective only if this sum differs from k ⁇ , which is always easily achieved.
  • ⁇ (i) + ⁇ D (i) (2 k + 1) ⁇ / 2.
  • the reflected power is, in this case, absorbed in the resistive elements, and one can make so that a collective mismatch of the charges has no influence on the reflection coefficient at the input, on the left of the figure 2, which is that of using the distributor as a divider, for a source whose power arrives in the direction of the arrow.
  • the payloads are transistors used for amplification over a wide bandwidth.
  • the gain of a transistor decreases by about 6 dB per octave depending on the frequency.
  • the input power should be reduced accordingly. This is achieved either by introducing selective losses into the input circuit, or by voluntarily mismatching at the bottom of the band.
  • the latter solution is the simplest, but it is necessary to absorb the power thus reflected.
  • the structure according to the invention makes it possible to obtain this result in a particularly simple manner even in the case of a large number of transistors and over a wide bandwidth. Individual mismatches are also absorbed in the same way as in a phase divider.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment thereof in the micro-band technique.
  • the view shown is a plan view of the useful part of the insulating substrate 10 on which the transmission lines are made by linear conductors applied to this substrate, coated with metal on its opposite face.
  • It is an amplifier device for microwave with four active active elements consisting of four transistors T 1 , T 2 , T 3 and T 4 .
  • the example in the figure implements two distributors of the invention as described above, designated as a whole by 1 and II; the first of them operates as a power divider to the four transistors T 1 to T 4 from a source not shown, located at the input of part 1 (arrow), and the second as a recombiner of the powers of output of these four transistors.
  • Each of them has three phase dividers, such as D (i) of the preceding diagrams, with two secondary branches each, including the main secondary branch (m (i) of the preceding diagrams is therefore here equal to 1), and a terminal line.
  • these dividers carry marks D as in the above and consist of lines (1,7), (2,6) and (3,5) as shown in the drawing; the terminal line 4 is charged by the last transistor; the drawing shows the location of the resistive elements without mark. Similar benchmarks are assigned to Set II, with the changes necessary to avoid confusion. The recombined power comes out in the direction of the arrow.
  • FIG. 6 gives a variant of the arrangement of the previous figure particularly suitable for this case, in which, in each divider, an impedance transformer is provided on the secondary branch, as shown in the drawing, where these transformers carry the marks t 1 t 2 t 3 ; each of them has a second line 01, 02, 03 coupled to the secondary lines 1, 2 and 3.
  • FIG. 7 shows, also in micro-band technique, another example of application of the distributor of the invention, to the addition of the powers of several diodes with negative resistance.
  • the variant of the figure uses impedance transformers as described with reference to the previous figure.
  • the output power is collected in the direction of the arrow on a frequency fixed by a “locking” signal using a circulator (curved arrow), frequency of the order of 10 to 20 gigahertz for example.
  • the diodes bear the marks d 1 d 2 d 3 d 4 ; those of the other elements, without designation, are easily deduced from the preceding figures.
  • FIG. 8 shows a particularly simple example, where each of the dividers and recombiners has only two branches, and where each recombiner and the divider which follows it are directly linked together.
  • the example shows a three-stage amplifier with two transistors each; the gain in decibels is multiplied by the number of stages between input and output (arrows).
  • the active elements are diodes or transistors attached to the substrate; within the limits of the invention, these elements could be integrated into the substrate.
  • the invention also includes, on the contrary, the case of embodiments by conventional means, other than those of the solid state, both with regard to the active elements and the transmission elements.

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Description

  • L'invention concerne un répartiteur de puissance pour ondes radioélectriques. Elle concerne en particulier les variantes d'un tel répartiteur réalisées à l'état solide pour application aux hyperfréquences. Elle concerne aussi les dispositifs utilisant un ou plusieurs de ces répartiteurs.
  • Des circuits diviseurs et recombineurs de puissance sont utilisés chaque fois que l'on cherche par exemple à additionner les puissances de plusieurs amplificateurs indépendants, notamment lorsque l'on a besoin d'une puissance plus élevée que celle fournie par les amplificateurs existants.
  • Les circuits proposés jusqu'ici ne répondent généralement pas à une condition considérée comme fondamentale, qui est celle de permettre un fonctionnement convenable, même en présence de désadaptations identiques sur les charges des différentes branches, ou voies, du diviseur, des transistors par exemple, dans les amplificateurs distribués à haute fréquence ; dans le cas de tels amplificateurs on recherche toujours un fonctionnement dans une plage de fréquences aussi large que possible, plage dans laquelle de telles désadaptations se manifestent habituellement.
  • Parmi ces désadaptations, il en est de deux sortes : les unes, comme il vient d'être dit, résultant de la variation de l'impédance de chaque amplificateur élémentaire, consécutive au déplacement de la fréquence de fonctionnement, les autres résultant, à fréquence donnée, des disparités entre amplificateurs d'un même lot.
  • Dans le cadre de l'invention, on s'intéressera de façon majeure aux premières d'entre elles, les plus importantes de loin vis-à-vis de la dispersion naturelle des fabrications, dans l'état actuel de la technique. On traitera donc du cas des désadaptations en quelque sorte symétriques, où tous les composants chargeant les branches sont supposées à l'origine identiques, puis varier de la même façon en fonction de la fréquence, les variations entre éléments du lot étant considérées comme du second ordre par rapport aux précédentes.
  • De façon générale, pour faire face à la désadaptation, on absorbe la puissance en excès, celle réfléchie par l'élément désadapté, dans un organe résistif monté entre les branches du répartiteur.
  • Dans les branches d'un diviseur, comme celui dont il a été question plus haut, ces résistances étaient dans l'art antérieur montées en parallèle sur chacune des branches du diviseur, comme on le précisera dans la description qui va suivre, et en quelque sorte de façon symétrique par rapport à ces branches, de sorte que l'ensemble, réglé pour un état initial à absorption nulle, n'assurait la fonction d'absorption recherchée qu'en cas de déséquilibre dissymétrique des branches, c'est-à-dire notamment de désadaptations aléatoires des branches, comme celles provenant des dissem- blances entre éléments amplificateurs.
  • Une telle disposition n'était par contre pas adaptée à l'absorption de puissance imposée par un déréglage symétrique des branches.
  • On a proposé dans l'article du Dr. W.C. TSAI (1978 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest) un répartiteur de puissance capable de résoudre ce problème. Toutefois, ce répartiteur constitué par des diviseurs de type Wilkinson fonctionne sur une largeur de bande étroite.
  • L'invention, telle qu'elle est revendiquée, a pour objet un répartiteur de puissance capable de rattraper les déséquilibres même symétriques de ses branches, notamment à l'occasion des variations d'impédance présentées par les éléments actifs qui chargent celles-ci lorsque la fréquence se déplace, ce répartiteur étant susceptible de fonctionner sur une largeur de bande bien plus importante que les répartiteurs de l'art antérieur. Un tel répartiteur peut à plus forte raison rattraper aussi les déséquilibres non symétriques pouvant se présenter.
  • L'invention sera mieux comprise en se rapportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent :
    • Figure 1 la forme générale, schématisée, d'un circuit diviseur de l'art antérieur ;
    • Figure 2 le schéma d'un circuit diviseur de l'invention ;
    • Figure 3 et 4 des compléments au schéma de la figure précédente ;
    • Figure 5 une vue d'une réalisation en technologie microbandes d'un amplificateur utilisant le répartiteur de l'invention ;
    • Figure 6 une variante de la figure précédente ;
    • Figure 7 une vue d'une autre réalisation dans la même technologie.
    • Figure 8 une vue d'un exemple d'utilisation du répartiteur de l'invention dans un amplificateur à plusieurs étages ;
    • Figure 9 une vue schématique d'une autre forme de réalisation du répartiteur de l'invention.
  • Tous les dispositifs diviseurs dont la fig. 1 donne le schéma peuvent être considérés comme dérivant du montage de Wilkinson, au sujet duquel on se reportera à l'article de IRE Trans. MTT3, page 116, Janvier 1960. Le schéma représente le cas de la division de puissance à partir d'un générateur haute fréquence RG débitant sur N branches, chargées chacune par la même impédance d'utilisation au second ordre près, Rs ; chaque ligne comporte m tronçons d'impédances Z1' Z2 ... Zm, entre lesquels sont montés en parallèle, comme le montre le dessin, des éléments dissipatifs Roi, R02 ... Rom. Toutes ces branches sont volontairement représentées de constitution identique même si en réalité elles comportent quelques différences de peu d'importance entre elles. Dans le cas des hyperfréquences, les tronçons d'impédances Z1' Z2 ... Zm sont tout simplement des tronçons de lignes coaxiales, par exemple quart d'onde, c'est-à-dire dont la longueur est égale au quart de la longueur d'onde moyenne de l'onde haute fréquence de fonctionnement fournie par le générateur RG.
  • La bande de fréquence de fonctionnement du dispositif est d'autant plus large, toutes choses étant égales par ailleurs, que le nombre m est grand.
  • Ceci étant, on procède ci-dessous à une brève analyse du comportement du dispositif pour des désadaptations égales des charges Rs.
  • Le dispositif étant prévu pour des conditions initiales données, conformément à ce qui précède, c'est-à-dire avec N branches formées de m tronçon de lignes, toutes identiques entre elles, (mêmes impédances Z1 ... Zm mêmes éléments dissipatifs R01, R0m et mêmes charges Rs), et réglé de façon que les charges Rs soient parfaitement adaptées, aucune puissance n'est réfléchie dans les branches, dans lesquelles les points situés à la même distance de la source, tels que L1, M1, N1, sont en phase sur toute les lignes ; aucune énergie n'est alors dissipée dans les éléments résistifs placés en pont entre les lignes. Il n'en est plus de même si des adaptations inégales se produisent dans les branches, car alors cette concordance de phase n'est plus conservée et un courant passe entre les points tels que L1, M1, N1, L2, M2, N2, etc.
  • Par contre, en cas de désadaptations symétriques des charges RS, toutes les lignes, identiques, subissent les mêmes perturbations et les points L, M1 Ni se retrouvent en phase, ainsi que M2 N2 P2 etc, comme ils l'étaient au moment du réglage initial. Dans ces conditions, les puissances supplémentaires réfléchies par les charges désadaptées ne peuvent pas être absorbées par les résistances, aux bornes desquelles n'apparaît aucune différence de potentiel. Il existe diverses variantes au montage de Wilkinson décrit ci-dessus sur lesquelles on ne s'étendra pas, toutes ces variantes, qui relèvent du même principe, présentant les mêmes inconvénients.
  • On citera aussi Lange, IEEE Trans MTT 17, Décembre 69, page 1150, comme art antérieur de ces répartiteurs de puissance, ainsi que les brevets de Marvin H. White et de Gary H. Hoffmann délivrés aux Etats-Unis sous les numéros respectifs 3.593.174 et 3.963.993.
  • Pour remédier à cet état de choses, l'invention prévoit une disposition dans laquelle est assuré, en permanence, c'est-à-dire quel que soit l'état des charges, un déphasage permettant l'absorption désirée. Selon l'invention le répartiteur comporte plusieurs diviseurs disposés en cascade, chacun d'eux étant relié par une branche de sortie au suivant ; chacun d'eux comporte en outre, à sa sortie, un certain nombre de branches sur lesquelles sont montées les charges.
  • Toutes ces branches, aussi bien celle servant à la liaison avec le diviseur suivant, que celles fermées sur les charges, seront dites branches secondaires, la première nommée étant la branche secondaire principale. En outre, selon l'invention, cette branche est reliée à la branche d'entrée dans le diviseur suivant, dite branche primaire, à travers un déphaseur éventuellement ; ce diviseur comporte lui aussi, comme le précédent, des branches secondaires, dont une principale reliée à la voie primaire du diviseur suivant, éventuellement à travers un déphaseur, etc.
  • La figure 2 donne le schéma général du répartiteur de l'invention, limité à deux diviseurs, D (i - 1) et D (i), schéma sur lequel on retrouve-les voies secondaires principales en B (i - 1) et B (i), les autres voies secondaires en C (i - 1) ... Cm (i - 1) et C1 (i) ... Cm (i), les voies primaires A (i - 1) et A (i) et les déphaseurs 0 (i - 1) et 0 (i), désignés par la même lettre que le déphasage qu'ils introduisent sur la branche primaire sur laquelle ils sont montés. Un réseau d'éléments résistifs, représentés comme tels et laissés sans repère pour la clarté, est utilisé, en outre, comme dans l'art antérieur tel que décrit à propos de la figure 1. Ces éléments relient les voies secondaires à la voie secondaire principale, en étoile dans le cas de l'exemple, toute autre disposition étant possible dans le cadre de l'invention. Enfin chacun des diviseurs introduit lui-même un déphasage que l'on appellera 0D avec l'indice de rang i comme pour le reste des éléments ci-dessus.
  • Les charges sont montées, comme on l'a dit, aux extrémités des branches secondaires, suivant la répartition jugée le mieux en rapport avec l'usage auquel est destiné le répartiteur. Dans l'exemple de la figure 2, ces charges sont réparties en nombre égal à la sortie des diviseurs ; mais toute autre répartition pourrait être envisagée où l'indice m n'aurait pas la même valeur pour tous les diviseurs.
  • En fonctionnement, le dispositif est d'abord réglé, y compris les déphaseurs 0 (i), de façon que, pour des réflexions pratiquement nulles dans les branches secondaires, l'absorption soit négligeable dans les éléments résistifs. Lorsque les charges sur lesquelles sont fermées les branches secondaires C sont désadaptées, et sensiblement toutes de la même quantité, les écarts de phase introduits entre les sorties des diviseurs successifs font que les ondes réfléchies dans la voie secondaire principale B (i) et dans les différentes voies secondaires C (i) ne sont pas en phase ; une différence de potentiel apparaît alors entre le point a d'une part et des points b, c, d d'autre part, et une absortion de la puissance réfléchie dans les éléments résistifs est rendue possible. Des variations identiques de charge dans les branches du répartiteur sont ainsi possibles sans gêner le fonctionnement, contrairement à ce qui a lieu dans les dispositifs du même genre de l'art antérieur.
  • La structure est terminée (i = n) en branchant la voie secondaire principale sur une charge. Deux montages sont possibles : ou bien l'on introduit un déphaseur Ø≠0, préférentiellement comme dans ce qui précède Ø = (2K + 1) π/2, entre A et la voie secondaire principale B du dernier diviseur, les autres branches secondaires étant toutes reliées à d'autres charges ; ou bien toutes les branches secondaires du dernier diviseur, y compris la voie secondaire principale, sont reliées directement à des charges : voir figures 3 et 4 où toutes les autres voies secondaires sont désignées de façon indistincte par C.
  • Le répartiteur de l'invention apparaît comme une structure progressive composée d'une succession de diviseurs en phase décalés les uns par rapport aux autres.
  • On a parlé de phase dans ce qui précède : on doit préciser bien entendu que, pour qu'en l'absence de réflexions dans les lignes, aucun courant ne circule dans les éléments résistifs, il faut aussi une relation d'amplitude entre les tensions apparaissant aux points d'insertion a, b, c, et d ; cette relation est Po Ro = P(i) R(i) (1) si R(i) et Ro désignent les impédances caractéristiques de la ligne secondaire principale et celle de toutes les autres lignes secondaires, et P(i) et Po les puissances haute fréquence dans ces lignes.
  • On revient maintenant sur le déphasage. Le déphasage total entre une branche secondaire C (i) et une branche secondaire C (i - 1) est de 0 (1) + 0D (i) avec les notations précédentes.
  • Le déphasage ne sera évidemment effectif que si cette somme diffère de kπ, ce que l'on réalise toujours facilement. On pourra prendre notamment Ø (i) + ØD (i) = (2 k + 1) π/2.
  • La puissance réfléchie est, dans ce cas, absorbée dans les éléments résistifs, et l'on peut faire en sorte qu'une désadaptation collective des charges n'ait aucune influence sur le coefficient de réflexion à l'entrée, à gauche de la figure 2, qui est celle d'une utilisation du répartiteur en diviseur, pour une source dont la puissance arrive dans le sens de la flèche.
  • Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dans le cas où les charges utiles sont des transistors utilisés à l'amplification sur une large bande passante. On sait, en effet, que le gain d'un transistor décroît de 6 dB environ par octave en fonction de la fréquence. Aux fréquences les plus basses de la gamme on dispose donc d'un surplus de gain et il convient de réduire d'autant la puissance d'entrée. On obtient ce résultat soit en introduisant des pertes sélectives dans le circuit d'entrée, soit en désadaptant volontairement en bas de bande. Cette dernière solution est la plus simple, mais il convient d'absorber la puissance ainsi réfléchie. La structure conforme à l'invention permet d'obtenir ce résultat d'une façon particulièrement simple même dans le cas d'un grand nombre de transistors et sur une large bande passante. Les désadaptations individuelles sont également absorbées au même titre que dans un diviseur en phase.
  • On s'est principalement référé jusqu'ici à la structure de l'invention dans son utilisation comme diviseur de puissance. Bien entendu, la même structure peut être utilisée comme recombineur de puissances à condition que les différentes sources de puissance aient les phases relatives convenables. Cette condition peut être assurée, dans le cas d'un amplificateur, grâce à une distribution des puissances d'entrée par un diviseur de même type. On utilisera alors deux répartiteurs de l'invention, l'un agissant en diviseur et l'autre en recombineur. La figure 5 en montre un exemple de réalisation dans la technique micro-bandes. La vue représentée est une vue en plan de la partie utile du substrat isolant 10 sur lequel sont réalisées les lignes de transmission par des conducteurs linéaires appliqués sur ce substrat, revêtu de métal sur sa face opposée. Il s'agit d'un dispositif amplificateur pour hyperfréquences à quatre éléments actifs distribués consistant en quatre transistors T1, T2, T3 et T4.
  • Ces éléments fabriqués séparément sont, dans l'exemple, rapportés sur le substrat.
  • L'exemple de la figure met en œuvre deux répartiteurs de l'invention tels que décrit plus haut, désignés dans leur ensemble par 1 et Il ; le premier d'entre eux fonctionne en diviseur de puissance vers les quatre transistors T1 à T4 à partir d'une source non représentée, située à l'entrée de la partie 1 (flèche), et le second en recombineur des puissances de sortie de ces quatre transistors. Chacun d'eux comporte trois diviseurs en phase, tels que D (i) des schémas précédents, à deux branches secondaires chacun, y compris la branche secondaire principale (m (i) des schémas précédents est donc ici égal à 1), et une ligne terminale.
  • Pour l'ensemble I, ces diviseurs portent des repères D comme dans ce qui précède et sont constitués des lignes (1,7), (2,6) et (3,5) comme le montre le dessin ; la ligne terminale 4 est chargée par le dernier transistor ; le dessin montre l'emplacement des éléments résistifs sans repère. Des repères analogues sont affectés à l'ensemble II, avec les changements nécessaires pour éviter toute confusion. La puissance recombinée sort dans la direction de la flèche.
  • Le déphasage Ø (i) + ØD (i), est choisi dans l'exemple égal à π/2 par l'emploi de lignes 1, 2, 3, 4 de longueurs égales à un quart d'onde pour la fréquence centrale ; on a ici 0 (i) = 0 car pour chaque diviseur le point B (i - 1) du schéma de la figure 2 est confondu avec le point A (i) : points u, v, w sur la figure ; les impédances caractéristiques de ces lignes sont toutes de 50 ohms ; celles des lignes 5, 6 et 7 sont au contraire inégales entre elles et sont choisies respectivement de 50, 25 et 16,6 ohms pour satisfaire à la condition (1).
  • Il arrive souvent, toutefois, que les impédances des éléments actifs, tels que T1 T2 T3 T4, soient très basses (quelques ohms) et que l'adaptation à 50 ohms soit malaisée. La figure 6 donne une variante de la disposition de la figure précédente convenant particulièrement bien à ce cas, dans laquelle, dans chaque diviseur, un transformateur d'impédance est prévu sur la branche secondaire, comme le montre le dessin, où ces transformateurs portent les repères t1 t2 t3 ; chacun d'eux comporte une seconde ligne 01, 02, 03 couplée aux lignes secondaires 1, 2 et 3.
  • La figure 7 montre, en technique micro-bandes également, un autre exemple d'application du répartiteur de l'invention, à l'addition des puissances de plusieurs diodes à résistance négative ; la variante de la figure utilise des transformateurs d'impédance comme décrit à propos de la figure précédente.
  • La puissance de sortie est recueillie dans la direction de la flèche sur une fréquence fixée par un signal de « locking » à l'aide d'un circulateur (flèche courbe), fréquence de l'ordre de 10 à 20 gigahertz par exemple.
  • Sur la figure les diodes portent les repères d1 d2 d3 d4 ; ceux des autres éléments, sans désignation, se déduisent aisément des figures précédentes.
  • On a décrit ci-dessus des réalisations appliquées à quatre éléments actifs ; il va sans dire que .ces exemples n'ont rien de limitatif, le nombre de ces éléments pouvant, dans le cadre de l'invention, dépasser cette valeur ou lui être inférieur.
  • Une autre application du répartiteur de l'invention consiste dans l'emploi répété de diviseurs, recombineurs, D1 R1 D2 ... R3 montés en série. La figure 8 en montre un exemple particulièrement simple, où chacun des diviseurs et recombineurs ne comporte que deux branches, et où chaque recombineur et le diviseur qui le suit sont directement reliés entre eux. L'exemple montre un amplificateur à trois étages à deux transistors chacun ; le gain en décibels se trouve multiplié par le nombre d'étages entre l'entrée et la sortie (flèches). Un avantage de la structure représentée est de réduire au minimum les transformations d'impédance nécessaires.
  • Dans les exemples de réalisation à l'état solide du répartiteur de l'invention donnés ci-dessus, des lignes ont été représentées sous forme de bandes déposées sur un substrat. On notera que ces lignes pourraient, dans le cadre de l'invention, être remplacées par des cellules à éléments localisés - self - inductances et capacités - type passe-bande, passe-bas ou passe-haut, comme le montre le schéma de la figure 9, où ces éléments ont été laissés sans repères ; on a, par contre, reproduit sur cette figure les repères nécessaires pour permettre d'établir la correspondance entre celle-ci et le schéma de la figure 2. Chacune des cellules est un des diviseurs de cette figure. La partie de la figure à gauche du point Ao est un adaptateur d'impédance, et celle à droite du point B2 une ligne terminale. Toutes les lignes secondaires sont désignées par la même lettre C.
  • En outre, il a été admis que dans une forme hybride les éléments actifs étaient des diodes ou des transistors rapportés sur le substrat ; dans les limites de l'invention, ces éléments pourraient être intégrés au substrat.
  • L'invention comprend aussi, au contraire, le cas de réalisations par des moyens conventionnels, autres que ceux de l'état solide, tant en ce qui concerne les éléments actifs que les éléments de transmission.

Claims (8)

1. Un répartiteur de puissance radioélectrique, pour la division de puissance entre une voie et plusieurs autres voies et la recombinaison des puissances de plusieurs voies dans une même voie dans une bande de fréquence de fonctionnement donnée du type comportant plus de deux diviseurs (D(i - 1). D(i)), connectés en chaîne les uns à la suite des autres, chacun comportant une entrée ou branche principale (A(i - 1), A(i)) et au moins deux sorties ou branches secondaires (B(i - 1), C1(i - 1), C2(i - 1), Cm(i - 1) ; B(i), C1(i), C2(i), Cm(i)), avec une branche secondaire principale, constituant l'entrée ou branche principale d'un diviseur suivant, des charges étant branchées ou des puissances étant appliquées aux extrémités des branches secondaires non principales de manière que l'impédance caractéristique R(i) de la voie secondaire dite principale et l'impédance caractéristique Ra des autres voies secondaires soient liées par la relation
Figure imgb0001
dans laquelle P(i) et Po représentent les puissances haute fréquence dans ces lignes et que QD(i) ≠ 2 k π, ØD(i) étant le déphasage introduit par le diviseur d'ordre i, caractérisé en ce que chacune des branches secondaires d'un diviseur autre que la branche secondaire principale (C1(i - 1), C2(i - 1), Cm(i - 1)) et (C1(i), Cm(i)) est reliée par un élément dissipatif différent de zéro à un même point donné de la sortie principale permettant de faire en sorte que les réflexions simultanées sur les sorties soient absorbées dans ledit élément dissipatif.
2. Un répartiteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un déphaseur (0(i - 1), 0(i)) est connecté dans la branche principale (A(i - 1), A(i)) d'au moins un des diviseurs (D(i - 1), D'(i)), le déphasage apporté par le déphaseur étant tel que Ø(i) + ØD(i) ≠ 2 k π.
3. Un répartiteur suivant la revendication 1, notamment pour hyperfréquences, caractérisé en ce que, ledit répartiteur étant réalisé suivant la technologie microbandes, utilisant des conducteurs linéaires posés sur l'une des faces d'un substrat isolant (10) revêtu de métal sur sa face opposée, les diviseurs (D'(i=3), D'(i=2), D'(i=1) ; D(i=1), D(i=2), D(i=3)) consistent en des conducteurs en forme de U, alignés, le fond d'un U étant situé à hauteur de l'extrémité des branches du U précédent et sa branche inférieure (31, 21, 71) ou sa branche supérieure (1, 2, 3) dans le prolongement respectivement de la branche supérieure (81, 11, 61) ou de la branche inférieure (8, 7, 6) de ce dernier et en contact avec elle, ces branches (31, 21, 71, 1, 2, 3) ayant toutes une longueur sensiblement égale au quart de la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale de fonctionnement, et en ce que la branche supérieure (51) ou inférieure (5) du premier diviseur (D'i=3) et (D i=3) est prolongée par une ligne (41 ou 4) de longueur sensiblement égale au quart de cette longueur d'onde.
4. Un répartiteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que, dans chaque diviseur, un transformateur d'impédance (t1, t2, t3) est prévu sur la branche secondaire (1, 2, 3) autre que la branche secondaire principale.
5. Un répartiteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que des conducteurs linéaires supplémentaires ((01), (02), (03), (04)) sont disposés parallèlement aux branches supérieures (1, 2, 3) des U et de la ligne terminale constituant avec elles des transformateurs d'impédance (t1, t2, t3, t4) et en ce que les charges (T1, T2, T3, T4) sont connectées à ces conducteurs supplémentaires au niveau de l'extrémité des branches des U et de l'extrémité de la ligne terminale.
6. Utilisation d'un répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans un dispositif radioélectrique pour la recombinaison des puissances de n générateurs (T1, T2, T3, T4) caractérisé en ce que le répartiteur comprend n - 1 diviseurs (D'(i=1), D'(i=2), D'(i=3)) avec deux branches secondaires ((11, 71) ; (21, 61) ; (31, 51)), le premier diviseur (D'(i=3)) ayant une (51) de ses branches secondaires connectée à un des générateurs (T1) à travers un déphaseur (41).
7. Utilisation d'un répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans un dispositif radioélectrique pour la division d'une puissance en n puissances partielles caractérisé en ce que le répartiteur comporte n - 1 diviseurs ((D(i=1), D(i=2), D(i=3)) avec deux branches secondaires ((1,7) ; (2,6) ; (3,5)), une (5) des branches secondaires du diviseur final (D3) étant connectée à une (T4) des charges (T1, T2, T3, T4) à travers un déphaseur (4).
8. Utilisation d'un répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 utilisé dans un dispositif radioélectrique pour diviser la puissance d'une source en puissance partielles alimentant l'entrée de n amplificateurs (T1, T2, T3, T4) et pour recombiner les puissances de sortie de ces n amplificateurs (T1, T2, T3, T4) caractérisé en ce qu'il comporte un premier répartiteur (I) comportant n - 1 diviseurs (D(i=1 D(i=2), D(i=3)) avec deux branches secondaires ((1,7) ; (2,6) ; (3,5)), une (5) des branches secondaires du diviseur final (D3) étant connectée à une charge (T4) à travers un déphaseur (4), les charges étant constituées par les entrées des amplificateurs (T1, T2, T3, T4) et un second répartiteur (II) comprenant n - 1 diviseurs (D'(i=3), D'(i=2), D'(i=1)) avec deux branches secondaires ((31, 51) ; (21.61) ; (11,71)), le premier diviseur (D'(i=3)) ayant une (51) de ses branches secondaires connectée à un générateur (T,) à travers un déphaseur (41), les générateurs étant constitués par la sortie des amplificateurs (T,, T2, T3, T4).
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