EP4383285A1 - Module de variation d'une inductance et filtre radiofrequence comportant un tel module - Google Patents

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EP4383285A1
EP4383285A1 EP23214192.9A EP23214192A EP4383285A1 EP 4383285 A1 EP4383285 A1 EP 4383285A1 EP 23214192 A EP23214192 A EP 23214192A EP 4383285 A1 EP4383285 A1 EP 4383285A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
inductance
variation module
electromagnet
ferrite plate
central opening
Prior art date
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Pending
Application number
EP23214192.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Richard Lebourgeois
Daniel Peris
Pierre Guern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/06—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by movement of core or part of core relative to the windings as a whole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H01F29/146—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps

Definitions

  • the present invention relates to an inductance variation module which can be applied to any radiocommunication product requiring the implementation of frequency tunable filters, in particular when these filters are positioned at the output of power stages.
  • varicaps make it possible to continuously control a filter in a frequency band, for example in a frequency band between 30 and 43 MHz.
  • varicaps do not support RF levels above a few mW.
  • the varicaps used in the VHF and UHF bands are threatened with obsolescence.
  • the present invention aims to remedy this need at least in part.
  • the invention thus proposes to exploit the magnetic property of an assembly consisting of a magnetic circuit having an air gap in which we will place a low loss ferrite core.
  • the main inductance is varied not by switching secondary inductances (for example with PIN diodes) but by varying the permeability of the ferrite.
  • the configuration of such a variation module leads to a significant variation in the value of the inductance without an increase in magnetic losses, or even a reduction in magnetic losses, unlike more conventional configurations for which continuous magnetic fields and radio frequencies are collinear.
  • the invention makes it possible to introduce an innovative approach in the production of broadband UHF electronic antenna.
  • the central spaces of the electromagnet parts extend the central opening by forming an angle with said central opening of between 80 and 100 degrees.
  • the central spaces of the electromagnet parts extend the central opening by forming an angle with said central opening of between 85 and 100 degrees.
  • the central spaces of the electromagnet parts extend the central opening perpendicular to said central opening.
  • the electromagnet is made of soft iron.
  • a soft magnetic material with strong saturation magnetization such as soft iron, an iron-nickel alloy, an amorphous or nanocrystalline magnetic alloy. This allows the control power to be reduced.
  • the ferrite plate is composed of a NiZnCuCo spinel ferrite.
  • the permeability of such a ferrite is between 50 and 200 and it has low magnetic losses in the HF to VHF band.
  • the ferrite plate has a thickness of between 0.1 and 2 mm.
  • the ferrite plate has a thickness less than or equal to 1 mm.
  • the module comprises means for keeping the electromagnet in contact with the ferrite plate.
  • Another object relates to a radio frequency filter comprising at least one inductance variation module according to the invention.
  • the ferrite plate 10 extends mainly in a direction X and a direction Y and it has a thickness in a vertical direction Z perpendicular to the horizontal direction X and the direction Y.
  • the ferrite plate 10 has a ratio between its thickness and its largest dimension which is less than 10%.
  • the largest dimension corresponds to the length;
  • the largest dimension corresponds to the side.
  • Other forms can be considered.
  • the plate should not be too thin, in order to avoid weakening the structure.
  • This thickness is between 0.1 and 2 mm.
  • the thickness of the plate 10 has a thickness of less than 1 mm.
  • the thickness of the plate 10 is 0.5 mm.
  • the ferrite plate 10 is composed of a NiZnCuCo ferrite.
  • This ferrite plate 10 comprises a central opening 11 passing through said plate, so that said ferrite plate 10 has a torus shape.
  • This central opening 11 has a generally rectangular shape.
  • the electromagnet 20 frames the ferrite plate 10. It therefore comprises two electromagnet parts 21, 22.
  • Each electromagnet part has a solid main body 210, 220 and an electromagnetic coil 211, 221 wound around the main body 210 , 220.
  • Each electromagnetic coil 211, 221 is intended to be powered by a set current, having a frequency greater than 100 kHz (radio waves and higher, such as HF, VHF, UHF).
  • Each main body 210, 220 has a U shape extending mainly in the direction Y and in a vertical direction Z'. The different U-shaped shapes define central spaces 212, 222 extending in the vertical direction Z'.
  • the electromagnet parts 21, 22 are arranged on either side of the ferrite plate 10 in opposite at the level of the central opening 11, so that the central spaces 212, 222 of said electromagnet parts 21, 22 extend the central opening 11 substantially perpendicularly to said central opening 11.
  • substantially perpendicularly we means that the vertical axis Z' associated with the electromagnet 20 makes an angle ⁇ with the horizontal axis X of the ferrite plate 10, between 80° and 100°.
  • the planar shape of the ferrite plate 10 has a favorable demagnetizing effect in the plane of the plate, due to the shape anisotropy of the plate.
  • the external contour of the ferrite plate has a shape such that it matches the overall contour of the section of the main bodies 210, 220 in the xy plane.
  • the exterior contour of the ferrite plate 10 corresponds, in the main plane of extension of the plate (xy plane), to the section of the assembly formed by the main bodies 210, 220, at the level of their junction with the ferrite plate 10.
  • the width of the plate (along the x axis) is identical to the width of each of the main bodies 210, 220.
  • the length of the plate (along the y axis) is identical to the cumulative length of the main bodies 210, 220, and the central space (along the y axis).
  • the ferrite plate 10 can be slightly smaller than the section of the main body 210, 220 in the xy plane, which makes it possible to better concentrate the static fields on the ferrite plate 10.
  • the outer contour of the ferrite plate has dimensions, in the xy plane, which are smaller by at most 10% compared to the corresponding dimensions of the overall contour of the section of the main bodies (210, 220).
  • the width of the plate (along the x axis) is less than 10% compared to the width of each of the main bodies 210, 220.
  • the length of the plate (along the y axis) is less than at most 10% relative to the cumulative length of the main bodies 210, 220, and the central space (along the y axis).
  • the surface area can be uniformly reduced all around the plate.
  • the vertical axis Z' associated with the electromagnet 20 makes an angle ⁇ with the horizontal axis X of the ferrite plate 10, between 85° and 95°.
  • the vertical axis Z' associated with the electromagnet 20 makes an angle ⁇ with the horizontal axis X of the ferrite plate 10, exactly equal to 90°.
  • the vertical axis Z' and the vertical axis Z are the same.
  • the electromagnet 20 is here made of soft iron.
  • the holding means 30 make it possible to hold the electromagnet 20 against the ferrite plate 10.
  • These holding means 30 are in the form of a tab which will act in compression on each main body 210, 220 to hold the parts of electromagnet 21, 22 against the ferrite plate 10.
  • the objective is to saturate the parts of the NiZnCuCo ferrite using the set current applied in the DC circuit.
  • the DC magnetic field produced by the soft iron circuit is perpendicular to the HF magnetic field created in the HF inductor.
  • the permeability ⁇ of the NiZnCuCo ferrite in contact with the DC circuit will pass into a rotational regime which allows a more rapid variation of the permeability ⁇ of the ferrite with the applied magnetic field without increasing the magnetic losses.
  • the polarization circuit was produced by winding 50 turns of an enameled copper wire on each of the two parts of the previously machined U-shaped electromagnet 21, 22. Between these two U-shaped cores is inserted the HF core in the shape of a plate torus.
  • a first series of measurements illustrated in Figure 3 was made by winding around twenty turns on each U-shaped core.
  • the inductance and quality factor were measured as a function of the DC current injected into the windings.
  • H DC Ni/Lm.
  • B DC 2850 Gauss or 285 mT.
  • a more precise measurement with the B(H) meter allows non-linear effects to be taken into account.
  • FIG. 4 illustrates a variation of the HF inductance as a function of the applied DC current, we observe a variation of a factor of 3 for a current between 0 and 600 mA which corresponds to a control power of 220 mW. We obtain a factor of 5 for a current between 0 and 1200 mA and a power of 865 mW.
  • the set current used to check the operation of the filter was positioned between 0 and 2A.
  • the invention makes it possible to produce tunable power filters over a wide frequency band in a compact manner without the quality of the filter, in particular the losses, being affected.
  • This invention can be implemented both on low power filters, a few tens of milliwatts, and on higher powers, from a few watts to 50 watts, or even 100 watts.
  • the solution provided implements a physical phenomenon linking two materials with different magnetic properties and associated in an original way allowing perpendicularity of the magnetic fields.

Landscapes

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  • Composite Materials (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un module de variation d'une inductance adapté pour faire varier une inductance dans un circuit électrique à partir d'un courant de consigne, ledit module (1) comprenant une plaque en ferrite (10) comportant une ouverture centrale (11), un électroaimant (20) comportant deux parties d'électroaimant (21, 22), chaque partie d'électroaimant (21, 22) ayant un corps principal (210, 220) et une bobine électromagnétique destinée à être enroulée autour dudit corps principal (210, 220, ledit corps principal (210, 220) ayant une forme en U définissant un espace central (212, 222). Les parties d'électroaimant (21, 22) sont disposées de part et d'autre de la plaque ferrite (10) en vis-à-vis au niveau de l'ouverture centrale (11), de sorte que les espaces centraux (212, 222) desdites parties d'électroaimant (21, 22) prolongent l'ouverture centrale (11) sensiblement perpendiculairement à ladite ouverture centrale (11).

Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un module de variation d'inductance qui peut s'appliquer à tout produit de radiocommunication nécessitant la mise en oeuvre de filtres accordables en fréquence, en particulier lorsque ces filtres sont positionnés en sortie d'étages de puissance.
    • Technique antérieure
  • Dans la plupart des équipements de radiocommunication, en particulier tactiques et aéronautiques, il y a nécessité de mettre en place des filtres accordables pour améliorer le bruit hors bande ou le niveau des harmoniques en particulier dans la gamme VHF (pour « Very High Frequency » en anglais).
  • Historiquement, les meilleures performances de filtrage sur des filtres larges bandes sont obtenues soit par la mise en oeuvre de diodes de type varicap, soit par la commutation de capacités à l'aide de commutateurs à diodes PIN comme il est divulgué dans le document FR3059496 .
  • L'usage des varicaps permet de commander de manière continue un filtre dans une bande de fréquence, par exemple dans une bande de fréquence comprise entre 30 et 43 MHz. Cependant, les varicaps ne supportent pas des niveaux RF supérieurs à quelques mW. En outre, les varicaps utilisées dans la bande VHF et UHF sont menacées d'obsolescence.
  • La mise en oeuvre de filtres à capacités commutées par diode PIN permet de monter plus en puissance RF (jusqu'à 200 W), mais sa mise en oeuvre nécessite des circuits de commande complexes et encombrants, mettant en oeuvre des courants et des tensions élevées.
  • Les solutions utilisées actuellement sont encombrantes, coûteuses en énergie et en prix de revient, particulièrement pour les filtres de puissance à capacités commutées.
  • Il est connu de faire varier l'inductance en agissant sur la perméabilité équivalente d'un assemblage de matériaux ferrites. Cette approche a fait l'objet de diverses publications, mais toutes les solutions proposées mettaient en oeuvre un bobinage auxiliaire dans lequel était appliqué un courant continu. L'inconvénient est que si l'on parvient effectivement à faire varier suffisamment la perméabilité du ferrite, donc l'inductance, on provoque également une augmentation des pertes magnétiques, ce qui rend cette approche inutilisable pour réaliser un filtre radiofréquence performant, dans lequel les pertes sont un élément clef. Un autre inconvénient est lié au fort coefficient de couplage des deux bobinages, celui du circuit de commande et celui du circuit radiofréquence. Pour découpler les deux circuits, il est nécessaire de réaliser deux circuits magnétiques et de les relier de façon à annuler la mutuelle inductance ce qui complique significativement le module de variation de l'inductance.
  • Il existe donc un besoin de proposer un tel module de variation d'une inductance permettant de réaliser un filtre radiofréquence de puissance performant, et présentant de faibles pertes.
    • Exposé de l'invention
  • La présente invention vise à remédier au moins en partie à ce besoin.
  • Pour cela un premier objet de l'invention concerne un module de variation d'une inductance conçu pour faire varier une inductance dans un circuit électrique à partir d'un courant de consigne, ledit module comprenant :
    • une plaque en ferrite comportant une ouverture centrale ;
    • un électroaimant comportant deux parties d'électroaimant ou corps magnétiques, chaque partie d'électroaimant ayant un corps principal et une bobine électromagnétique destinée à être enroulée autour dudit corps principal, ladite bobine électromagnétique étant apte à être alimentée par le courant de consigne, ledit corps principal ayant une forme en U ou similaire définissant un espace central. Les parties d'électroaimant sont disposées de part et d'autre de la plaque ferrite en vis-à-vis au niveau de l'ouverture centrale, de sorte que les espaces centraux desdites parties d'électroaimant prolongent l'ouverture centrale sensiblement perpendiculairement à ladite ouverture centrale.
  • L'invention propose ainsi d'exploiter la propriété magnétique d'un assemblage constitué d'un circuit magnétique présentant un entrefer dans lequel on va placer un noyau en ferrite faibles pertes. Contrairement aux dispositifs connus de l'état de l'art, on fait varier l'inductance principale non pas en commutant des inductances secondaires (par exemple avec des diodes PIN) mais en jouant sur la perméabilité du ferrite. On applique alors un champ magnétique continu perpendiculaire au champ magnétique radiofréquence présent dans l'inductance. On évite ainsi toute interaction négative. La configuration d'un tel module de variation conduit à une variation importante de la valeur de l'inductance et cela sans augmentation des pertes magnétiques, voire une diminution des pertes magnétiques, contrairement à des configurations plus classiques pour lesquelles les champs magnétiques continus et radiofréquences sont colinéaires. En outre, l'invention permet d'introduire une approche innovante dans la réalisation d'antenne électronique large bande en UHF.
  • Dans un mode de réalisation particulier, les espaces centraux des parties d'électroaimant prolongent l'ouverture centrale en formant un angle avec ladite ouverture centrale compris entre 80 et 100 degrés.
  • Dans un mode de réalisation particulier, les espaces centraux des parties d'électroaimant prolongent l'ouverture centrale en formant un angle avec ladite ouverture centrale compris entre 85 et 100 degrés.
  • Dans un mode de réalisation particulier, les espaces centraux des parties d'électroaimant prolongent l'ouverture centrale perpendiculairement à ladite ouverture centrale.
  • Dans un mode de réalisation particulier, l'électroaimant est en fer doux.
  • Pour le circuit de commande, il est ainsi proposé de sélectionner un matériau magnétique doux à forte aimantation à saturation, tel que du fer doux, un alliage fer-nickel, un alliage magnétique amorphe ou nanocristallin. Ceci permet de réduire la puissance de commande.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la plaque en ferrite est composée d'un ferrite spinelle NiZnCuCo.
  • La perméabilité d'un tel ferrite se situe entre 50 et 200 et il présente de faibles pertes magnétiques dans la bande HF à VHF.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la plaque en ferrite a une épaisseur comprise entre 0,1 et 2 mm.
  • Dans un mode de réalisation particulier, la plaque en ferrite a une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le module comprend des moyens de maintien en contact de l'électroaimant contre la plaque en ferrite.
  • Un autre objet concerne un filtre radiofréquence comportant au moins un module de variation d'une inductance selon l'invention.
  • Dans un mode de réalisation particulier, le filtre radiofréquence comporte :
    • un premier module de variation d'une inductance,
    • un second module de variation d'une inductance,
    • une capacité, ladite capacité étant reliée au premier module de variation d'une inductance et au second module de variation d'une inductance.
  • La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
    • La figure 1 illustre schématiquement un module de variation d'une inductance selon l'invention ;
    • La figure 2 illustre schématiquement le module de variation de la figure 1, ledit module étant connecté pour recevoir un courant de consigne ;
    • La figure 3 est une représentation graphique d'une variation d'une inductance, d'un facteur de qualité mesurés en fonction d'un courant de consigne ;
    • La figure 4 est une représentation graphique d'une variation de l'inductance en fonction d'un courant de consigne ;
    • La figure 5 illustre un filtre radiofréquence comportant au moins un module de variation d'une inductance selon les figures 1 et 2 ;
    • La figure 6 est une représentation graphique d'une variation du filtre radiofréquence de la figure 4 sur une large bande de fréquence.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentées et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier.
  • Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un module de variation d'une inductance dans un circuit électrique monophasé selon l'invention. Ce module comprend :
    • une plaque en ferrite 10 ;
    • un électroaimant 20 ;
    • des moyens de maintien 30.
  • La plaque en ferrite 10 s'étend principalement selon une direction X et une direction Y et elle présente une épaisseur selon une direction verticale Z perpendiculaire à la direction horizontale X et à la direction Y.
  • Préférentiellement, la plaque en ferrite 10 a un rapport entre son épaisseur et sa plus grande dimension qui est inférieur à 10 %. Pour une plaque en ferrite en forme de rectangle, la plus grande dimension correspond à la longueur ; Pour une plaque en ferrite en forme de carré, la plus grande dimension correspond au côté. D'autres formes peuvent être envisagées. Préférentiellement, la plaque ne doit toutefois pas être trop fine, afin d'éviter de fragiliser la structure.
  • Cette épaisseur est comprise entre 0,1 et 2 mm. Préférentiellement, l'épaisseur de la plaque 10 a une épaisseur inférieure à 1 mm. Préférentiellement, l'épaisseur de la plaque 10 est de 0,5 mm.
  • La plaque en ferrite 10 est composée d'un ferrite NiZnCuCo.
  • Cette plaque en ferrite 10 comprend une ouverture centrale 11 traversant ladite plaque, de sorte que ladite plaque en ferrite 10 a une forme de tore. Cette ouverture centrale 11 présente une forme globalement rectangulaire.
  • L'électroaimant 20 encadre la plaque en ferrite 10. Il comprend pour cela deux parties d'électroaimant 21, 22. Chaque partie d'électroaimant présente un corps principal massif 210, 220 et une bobine électromagnétique 211, 221 enroulée autour du corps principal 210, 220. Chaque bobine électromagnétique 211, 221 est destinée à être alimentée par un courant de consigne, ayant une fréquence supérieure à 100 kHz (ondes radio et supérieures, telles que HF, VHF, UHF). Chaque corps principal 210, 220 a une forme en U s'étendant principalement selon la direction Y et selon une direction verticale Z'. Les différentes formes en U définissent des espaces centraux 212, 222 s'étendant selon la direction verticale Z'. Les parties d'électroaimant 21, 22 sont disposées de part et d'autre de la plaque ferrite 10 en vis-à-vis au niveau de l'ouverture centrale 11, de sorte que les espaces centraux 212, 222 desdites parties d'électroaimant 21, 22 prolongent l'ouverture centrale 11 sensiblement perpendiculairement à ladite ouverture centrale 11. Par sensiblement perpendiculairement, on entend que l'axe vertical Z' associé à l'électroaimant 20 fait un angle θ avec l'axe horizontal X de la plaque en ferrite 10, compris entre 80° et 100°.
  • La forme planaire de la plaque en ferrite 10 a un effet démagnétisant favorable dans le plan de la plaque, en raison de l'anisotropie de forme de la plaque.
  • Selon un mode de réalisation, le contour extérieur de la plaque en ferrite a une forme telle qu'il épouse le contour global de la section des corps principaux 210, 220 dans le plan xy. En d'autres termes, le contour extérieur de la plaque en ferrite 10 correspond, dans le plan principal d'extension de la plaque (plan xy), à la section de l'ensemble formé par les corps principaux 210, 220, au niveau de leur jonction avec la plaque en ferrite 10. La largeur de la plaque (selon l'axe x) est identique à la largeur de chacun des corps principaux 210, 220. La longueur de la plaque (selon l'axe y) est identique à la longueur cumulée des corps principaux 210, 220, et de l'espace central (selon l'axe y). Le fait que la plaque en ferrite ne dépasse pas du tout des corps principaux permet de récupérer tout le flux DC dans le noyau magnétique constitué par la plaque en ferrite et permet une plus grande efficacité.
  • Selon un autre mode de réalisation, la plaque en ferrite 10 peut être légèrement plus petite que la section du corps principal 210, 220 dans le plan xy, ce qui permet de mieux concentrer les champs statiques sur la plaque en ferrite 10. Ainsi, le contour extérieur de la plaque en ferrite a des dimensions, dans le plan xy, qui sont inférieures d'au plus 10% par rapport aux dimensions correspondantes du contour global de la section des corps principaux (210, 220). La largeur de la plaque (selon l'axe x) est inférieure d'au plus 10% par rapport à la largeur de chacun des corps principaux 210, 220. La longueur de la plaque (selon l'axe y) est inférieure d'au plus 10% par rapport à la longueur cumulée des corps principaux 210, 220, et de l'espace central (selon l'axe y). La surface peut être uniformément réduite sur tout le pourtour de la plaque.
  • Préférentiellement, l'axe vertical Z' associé à l'électroaimant 20 fait un angle θ avec l'axe horizontal X de la plaque en ferrite 10, compris entre 85° et 95°.
  • Préférentiellement, l'axe vertical Z' associé à l'électroaimant 20 fait un angle θ avec l'axe horizontal X de la plaque en ferrite 10, exactement égal à 90°. Dans ce cas, l'axe vertical Z' et l'axe vertical Z sont confondus.
  • L'électroaimant 20 est ici en fer doux.
  • Les moyens de maintien 30 permettent de maintenir l'électroaimant 20 contre la plaque en ferrite 10. Ces moyens de maintien 30 se présentent sous la forme d'une patte qui va agir en compression sur chaque corps principal 210, 220 pour maintenir les parties d'électroaimant 21, 22 contre la plaque en ferrite 10.
  • Par la suite, nous appellerons circuit DC un circuit de commande en fer doux constitué des deux parties d'électroaimant 21, 22 en forme de U et d'un circuit HF formé par la plaque en ferrite 10
  • Après insertion de la plaque en ferrite 10 entre les deux parties électroaimant 21, 22, l'objectif est de saturer les parties du ferrite NiZnCuCo à l'aide du courant de consigne appliqué dans le circuit DC.
  • Le champ magnétique DC produit par le circuit en fer doux est perpendiculaire au champ magnétique HF créé dans l'inductance HF. Ainsi la perméabilité µ du ferrite NiZnCuCo en contact avec le circuit DC passera dans un régime rotationnel ce qui permet une variation plus rapide de la perméabilité µ du ferrite avec le champ magnétique appliqué sans pour autant augmenter les pertes magnétiques.
  • Comme il est illustré à la figure 2, le circuit de polarisation a été réalisé en bobinant 50 spires d'un fil de cuivre émaillé sur chacun des deux parties d'électroaimant 21, 22 en forme de U préalablement usiné. Entre ces deux noyaux en forme de U est inséré le noyau HF en forme de tore plaque.
  • Une première série de mesures illustrée à la figure 3, a été réalisée en bobinant une vingtaine de spires sur chaque noyau en U.
  • L'inductance et le facteur de qualité ont été mesurés en fonction du courant DC injecté dans les bobinages.
  • On observe ainsi une variation de l'inductance supérieure à un facteur 3 pour un courant de consigne qui varie entre 0 et 1,6 A. On constate également que le facteur de qualité augmente surtout à haute fréquence ce qui indique une diminution des pertes magnétiques.
  • En connaissant le nombre de spires, il est possible de calculer par la loi d'Ampère le champ magnétique appliqué au ferrite HF en fonction du courant polarisant : HDC = Ni/Lm. Pour Lm = 46.1 mm et N = 100, nous avons pour 1 A appliqué HDC = 2170 A/m soit 27.1 Oe. On obtient ainsi BDC = 2850 Gauss soit 285 mT. Une mesure plus précise au B(H) meter permet de tenir compte des effets non linéaires.
  • La figure 4 illustre une variation de l'inductance HF en fonction du courant DC appliqué, on observe une variation d'un facteur 3 pour un courant compris entre 0 et 600 mA ce qui correspond à une puissance de commande de 220 mW. On obtient un facteur 5 pour un courant compris entre 0 et 1200 mA et une puissance de 865 mW.
  • Ainsi, l'utilisation d'un fer « doux » permet d'obtenir une variation de l'inductance d'un facteur 3 pour un courant DC appliqué de 0.6 A sans augmentation des pertes contrairement à une configuration dite classique où le champ magnétique appliqué DC est parallèle au champ magnétique HF.
  • Ce principe physique de variation d'une inductance commandée par un courant est mis en oeuvre pour la réalisation d'un filtre prototype dans la bande 30-50 MHz. Un tel filtre F est illustré à la figure 5. Ce filtre F comprend :
    • un premier module de variation 1A d'une inductance,
    • un second module de variation 1B d'une inductance,
    • une capacité 2, ladite capacité 2 étant reliée au premier module de variation 1A d'une inductance et au second module de variation 1B d'une inductance. Un tel filtre F est réalisé sur la base d'une structure de Tchébytcheff dont les principales
    caractéristiques sont :
    • filtre à Q constant, la bande passante est proportionnelle à la fréquence centrale ;
    • fonctionnement avec deux inductances identiques dans un filtre du second ordre ;
    • pertes maximales visées inférieures à 3 dB.
  • Le courant de consigne mis en oeuvre pour vérifier le fonctionnement du filtre a été positionné entre 0 et 2A.
  • La figure 6 illustre les résultats obtenus pour le filtre F. Les pertes du filtre F sont un peu supérieures à la valeur attendue et la bande couverte est plus réduite, mais le principe de variation de la perméabilité de l'assemblage des deux matériaux par une commande de courant est démontré ainsi que son effet pour commander la fréquence centrale du filtre.
  • L'invention permet de réaliser de manière compacte des filtres accordables de puissance sur une large bande de fréquence sans que la qualité du filtre, en particulier les pertes, n'en soit affectée.
  • Cette invention peut être mise en oeuvre aussi bien sur des filtres basse puissance, quelques dizaines de milliwatt, que sur des puissances plus importantes, de quelques watts à 50 watts, voire 100 watts.
  • La solution apportée met en oeuvre un phénomène physique reliant deux matériaux aux propriétés magnétiques différentes et associés de manière originale permettant une perpendicularité des champs magnétiques.
  • L'invention apporte ainsi les avantages suivants :
    • elle permet de mettre en oeuvre un dispositif d'accord en fréquence multi-octave ;
    • elle permet de maintenir des performances RF optimales (pertes, TOS, sélectivités, etc.) ;
    • elle permet de diminuer le coût de fabrication ;
    • elle permet de réduire fortement le volume et le coût de fabrication des boîtes d'accord antenne pour les postes HF.

Claims (14)

  1. Module de variation d'une inductance adapté pour faire varier une inductance dans un circuit électrique à partir d'un courant de consigne, ledit module (1 ; 1A, 1B) comprenant :
    - une plaque en ferrite (10) comportant une ouverture centrale (11) ;
    - un électroaimant (20) comportant deux parties d'électroaimant (21, 22), chaque partie d'électroaimant (21, 22) ayant un corps principal (210, 220) et une bobine électromagnétique (211, 221) destinée à être enroulée autour dudit corps principal (210, 220), ladite bobine électromagnétique (211, 221) étant apte à être alimentée par le courant de consigne, ledit corps principal (210, 220) ayant une forme en U définissant un espace central (212, 222), caractérisé en ce que les parties d'électroaimant (21, 22) sont disposées de part et d'autre de la plaque ferrite (10) en vis-à-vis au niveau de l'ouverture centrale (11), de sorte que les espaces centraux (212, 222) desdites parties d'électroaimant (21, 22) prolongent l'ouverture centrale (11) sensiblement perpendiculairement à ladite ouverture centrale (11).
  2. Module de variation d'une inductance selon la revendication 1, dans lequel les espaces centraux (212, 222) des parties d'électroaimant (21, 22) prolongent l'ouverture centrale (11) en formant un angle θ avec ladite ouverture centrale (11) compris entre 80 et 100 degrés.
  3. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les espaces centraux (212, 222) des parties d'électroaimant (21, 22) prolongent l'ouverture centrale (11) en formant un angle θ avec ladite ouverture centrale (11) compris entre 85 et 100 degrés.
  4. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les espaces centraux (212, 222) des parties d'électroaimant (21, 22) prolongent l'ouverture centrale (11) perpendiculairement à ladite ouverture centrale (11).
  5. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'électroaimant (20) est en fer doux.
  6. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la plaque en ferrite (10) est composée d'un alliage NiZnCuCo.
  7. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la plaque en ferrite (10) a un rapport entre son épaisseur et sa plus grande dimension qui est inférieur à 10 %.
  8. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plaque en ferrite (10) a une épaisseur comprise entre 0,1 et 2 mm.
  9. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la plaque en ferrite (10) a une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm.
  10. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, ledit module (1 ; 1A, 1B) comprenant des moyens de maintien (30) en contact de l'électroaimant (20) contre la plaque en ferrite (10).
  11. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le contour extérieur de la plaque en ferrite (10) correspond, dans le plan principal d'extension de la plaque, au contour global de la section des corps principaux (210, 220) dans le plan principal d'extension de la plaque, au niveau de leur jonction avec la plaque en ferrite (10).
  12. Module de variation d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le contour extérieur de la plaque en ferrite (10) a des dimensions, dans le plan principal d'extension de la plaque (xy), qui sont inférieures d'au plus 10% par rapport aux dimensions correspondantes du contour global de la section des corps principaux (210, 220) dans le plan principal d'extension de la plaque, au niveau de leur jonction avec la plaque en ferrite (10).
  13. Filtre radiofréquence comportant au moins un module de variation (1A, 1B) d'une inductance selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
  14. Filtre radiofréquence selon la revendication 13, ledit filtre comportant :
    - un premier module de variation (1A) d'une inductance,
    - un second module de variation (1B) d'une inductance,
    - une capacité (2), ladite capacité (2) étant reliée au premier module de variation (1A) d'une inductance et au second module de variation (1B) d'une inductance.
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