FR2528632A1

FR2528632A1 - Microwave tube harmonic measuring appts. - uses attenuator contg. cooling fins and absorbing fundamental microwave frequency but transmitting harmonics

Info

Publication number: FR2528632A1
Application number: FR8210406A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Bergero
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1982-06-15
Filing date: 1982-06-15
Publication date: 1983-12-16

Abstract

The attenuator (a) is connected at one end to the microwave tube(b) being examined. Attenuator(a) is a rectangular wave guide with a constant cross-section, and at least two of its walls contain an absorbent, non-magnetic material(a1) with low resistance. Material (a1) is pref. SiC. The attenuator(1) has cooling fins(2), and functions in the range 10-15 GHz and the mode TE10. The guide(6) is joined by a transition zone(3) to a thermocouple or thermistor(4) connected to a milliwatt meter(5). In experiments, the attenuation of harmonics of 23-26 GHz in guide(6) was only 1.7-2 dB so they could easily be measured. The guide(a) reflects the fundamental frequency but permits the passage of harmonics. The material(a1) is esp. a mixt. contg. 80-90% SiC.

Description

DISPOSITIF DE MESURE DU TAUX D'HARMONIQUES
D'UN TUBE HYPERFREQUENCES
La présente invention concerne un dispositif de mesure du taux d'harmoniques d'un tube hyperfréquences.HARMONIC LEVEL MEASURING DEVICE
OF A MICROWAVE TUBE
The present invention relates to a device for measuring the level of harmonics of a microwave tube.

Dans certains domaines, tels que les systèmes de transmission de données par faisceaux herziens, on cherche à mesurer le taux d'harmoniques des tubes hyperfréquences utilisés
Dans l'art antérieur, on mesure ce taux d'harmoniques, pour les faibles niveaux de puissance, en utilisant des atténuateurs à lames rotatives dont l'atténuation est constante en fonction de la fréquence. On a aussi essayé de mesurer ce taux d'harmoniques, sans grand succès, en utilisant des coupleurs.In certain fields, such as data transmission systems by herzien beams, one seeks to measure the rate of harmonics of the microwave tubes used
In the prior art, this level of harmonics is measured, for low power levels, using attenuators with rotating blades whose attenuation is constant as a function of frequency. We also tried to measure this level of harmonics, without much success, using couplers.

La présente invention concerne un dispositif de mesure du taux d'harmoniques d'un tube hyperfréquences qui cornporte:
- un atténuateur, relié par l'une de ses extrêmités au tube hyperfréquences, cet atténuateur étant constitué d'un guide d'ondes rectangulaire, de section constante, avec, inséré dans au moins deux de ses parois, un matériau absorbant non magnétique et peu résistif;
- une transition, reliée à l'autre extrêmité de l'atténuateur, dont la loi de variation de la section assure l'adaptation de la charge vue par le tube pour les fréquences harmoniques, réfléchit le fondamental et laisse passer les harmoniques;
- des moyens de mesure de la puissance reliés à la transition.The present invention relates to a device for measuring the level of harmonics of a microwave tube which comprises:
an attenuator, connected by one of its ends to the microwave tube, this attenuator consisting of a rectangular waveguide, of constant section, with, inserted into at least two of its walls, a non-magnetic absorbent material and not very resistive;
- a transition, connected to the other end of the attenuator, whose law of variation of the section ensures the adaptation of the load seen by the tube for the harmonic frequencies, reflects the fundamental and lets pass the harmonics;
- means for measuring the power connected to the transition.

Parmi les avantages du dispositif de mesure selon l'invention, on peut citer
- le fait qu'il soit utilisable pour des niveaux de puissance élevés, de plusieurs centaines de watts à quelques kilowatts, par exemple;
- sa grande souplesse d'utilisation ; comme l'on maîtrise l'évolution de l'atténuation en fonction de la fréquence, il est possible de s'adapter aux différentes valeurs du taux d'harmoniques à mesurer.Among the advantages of the measuring device according to the invention, there may be mentioned
- the fact that it can be used for high power levels, from several hundred watts to a few kilowatts, for example;
- its great flexibility of use; as one controls the evolution of the attenuation as a function of the frequency, it is possible to adapt to the different values of the level of harmonics to be measured.

D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre exemple non limitatif, et illustrée par les figures annexées qui représentent:
- la figure 1, le schéma du dispositif de mesure du taux d'harmoniques d'un tube hyperfréquences selon l'invention;
- les figures 2 et 3, deux vues en perspective montrant la constitution de l'atténuateur utilisé dans le dispositif selon l'invention.Other objects, characteristics and results of the invention will emerge from the following description, given by way of nonlimiting example, and illustrated by the appended figures which represent:
- Figure 1, the diagram of the device for measuring the level of harmonics of a microwave tube according to the invention;
- Figures 2 and 3, two perspective views showing the constitution of the attenuator used in the device according to the invention.

Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. In the different figures, the same references designate the same elements, but, for reasons of clarity, the dimensions and proportions of the various elements are not observed.

La figure 1 est le schéma du dispositif de mesure du taux d'harmoniques bun tube hyperfréquences selon l'invention. FIG. 1 is the diagram of the device for measuring the harmonic rate of the microwave tube bun according to the invention.

Ce dispositif est constitué d'un atténuateur 1 dont l'une des extrêmités, celle de gauche sur la figure est reliée à un tube hyperfréquences non représenté, un tube à onde progressive par exemple. Une flèche surmontée de l'expression : F0 + 2 Fo + 3fi... This device consists of an attenuator 1, one of the ends of which, the one on the left in the figure, is connected to a microwave tube not shown, a traveling wave tube for example. An arrow surmounted by the expression: F0 + 2 Fo + 3fi ...

montre symboliquement que le tube envoie vers l'atténuateur de la puissance à la fréquence fondamentale Fo et aux fréquences harm niques 2Fo, 3fi... Cet atténuateur est refroidi par un dispositif de refroidissement quelconque 2, à circulation de fluide par exemple.symbolically shows that the tube sends power to the attenuator at the fundamental frequency Fo and at the harmonic frequencies 2Fo, 3fi ... This attenuator is cooled by any cooling device 2, for example with fluid circulation.

L'autre extrêmité de l'atténuateur est reliée à une transition 3 connectée à des moyens de mesure de la puissance constitués par une sonde 4, qui est par exemple une thermistance ou un thermocouple, et par un milliwattmètre 5.The other end of the attenuator is connected to a transition 3 connected to means for measuring the power constituted by a probe 4, which is for example a thermistor or a thermocouple, and by a milliwattmeter 5.

L'atténuateur de la figure 1 est représenté, vu en perspective, sur les figures 2 et 3. The attenuator of FIG. 1 is shown, seen in perspective, in FIGS. 2 and 3.

Il s'agit d'un guide d'ondes rectangulaire 6 de section ont tante. Le mode fondamental propagé est le plus souvent le mode TElo. Comme cela a été représenté sur les figures 2 et 3, ce guide tondes comporte, inséré dans au moins deux de ses parois, un matériau absorbant 7, non magnétique et peu résistif. Sur la figure 2, l'absorbant 7 est disposé sur les petits côtés du guide et sur la figure 3, l'absorbant est disposé sur les grands côtés du guide. It is a rectangular waveguide 6 of section aunt. The propagated fundamental mode is most often the TElo mode. As shown in FIGS. 2 and 3, this mowing guide comprises, inserted into at least two of its walls, an absorbent material 7, non-magnetic and not very resistive. In FIG. 2, the absorbent 7 is arranged on the short sides of the guide and in FIG. 3, the absorbent is arranged on the long sides of the guide.

Le matériau absorbant utilisé doit avoir des propriétés cons tantes en fréquence, ce qui élimine la majorité des produits généralement utilisés, comme ECCOSORB ou DISARAL (marques déposées). Pour être absorbant, ce matériau doit être résistif, mais il faut que sa résistivité soit assez faible pour éviter les conversions de modes, inférieure à 15 Sl. cm environ. Enfin, il est nécessaire que ce matériau puisse dissiper de fortes puissances, donc subir des élévations de température importantes, sans modification de ses propriétés. The absorbent material used must have constant frequency properties, which eliminates the majority of products generally used, such as ECCOSORB or DISARAL (registered trademarks). To be absorbent, this material must be resistive, but its resistivity must be low enough to avoid mode conversions, less than 15 Sl. cm approx. Finally, it is necessary for this material to be able to dissipate high powers, and therefore to undergo significant temperature increases, without modifying its properties.

On peut utiliser comme matériau absorbant du carbure de silicium SiC pur ou mélangé. Pour obtenir une résistivité faible, on peut utiliser un mélange comportant de l'ordre de 80 à 90 % de carbure de silicium, les 10 ou 20 % restants sont constitués par exemple d'alumine. A la place du carbure de silicium, on peut utiliser des céramiques imprégnées de métaux ou de carbone. Pure or mixed silicon carbide SiC can be used as absorbent material. To obtain a low resistivity, it is possible to use a mixture comprising of the order of 80 to 90% of silicon carbide, the remaining 10 or 20% consist for example of alumina. Instead of silicon carbide, ceramics impregnated with metals or carbon can be used.

Sur les figure 2 et 3, on constate que les absorbants ont des extrêmités effilées de façon à obtenir une bonne adaptation. En insérant le matériau absorbant dans les parois du guide, on évite qu'un obstacle ne vienne perturber les champs et qu'il y ait conversion de mode pour les fréquences harmoniques. In FIGS. 2 and 3, it can be seen that the absorbents have tapered ends so as to obtain a good adaptation. By inserting the absorbent material into the walls of the guide, it is avoided that an obstacle comes to disturb the fields and that there is a mode conversion for the harmonic frequencies.

Ecrivons les équations des champs dans le cas où le mode fondamental propagé par le guide d'ondes faisant partie de l'atténuateur est le mode TElo: H = - Eo # . sin #X
x # #g a
Hz = - J Eo - -
Q 2 2a a
Ey = Eo . sin
a où a est la longueur du grand côté du guide, -A est la longueur d'onde dans l'espace libre et X la longueur d'onde guidée et où t est une constante égale à ###/# . Let us write the equations of the fields in the case where the fundamental mode propagated by the waveguide forming part of the attenuator is the TElo mode: H = - Eo #. sin #X
x # #ga
Hz = - J Eo - -
Q 2 2a a
Ey = Eo. sin
a where a is the length of the long side of the guide, -A is the wavelength in free space and X the guided wavelength and where t is a constant equal to ### / #.

Ces champs peuvent aussi s'écrire en remplaçant par des constantes A, B, et C les termes qui ne sont pas liés à la fréquence
Hx =A. (
g
Hz = B. -A
E y
La puissance transportée reste constante mais l'amplitude des champs Hx et H z à l'intérieur du guide dépend de la fréquence.These fields can also be written by replacing by constants A, B, and C the terms which are not related to the frequency
Hx = A. ((
g
Hz = B. -A
E y
The power transported remains constant but the amplitude of the Hx and H z fields inside the guide depends on the frequency.

Le champ Hx qui est nul aux extrêmités du grand côté du guide et maximal en son milieu, augmente avec la fréquence car # / #g tend alors vers 1. The field Hx which is zero at the ends of the long side of the guide and maximum in its middle, increases with frequency because # / #g then tends towards 1.

Le champ H qui est maximal sur les petits côtés du guide
z décroît lorsque la fréquence augmente.The field H which is maximum on the short sides of the guide
z decreases as the frequency increases.

Lorsque la fréquence augmente, les champs se concentrent donc au milieu du guide, au détriment des zones situées vers les petits côtés du guide. When the frequency increases, the fields therefore concentrate in the middle of the guide, to the detriment of the areas located towards the short sides of the guide.

II apparaît donc qu'en insérant un matériau absorbant dans les petits côtés du guide, l'atténuation diminue lorsque la fréquence augmente. Les harmoniques sont donc moins atténués que le fondamental. It therefore appears that by inserting an absorbent material into the short sides of the guide, the attenuation decreases when the frequency increases. The harmonics are therefore less attenuated than the fundamental.

Par contre, en insérant un matériau absorbant dans les grands côtés du guide, I'atténuation augmente avec la fréquence. Les harmoniques sont donc plus atténuées que le fondamental. On the other hand, by inserting an absorbent material in the long sides of the guide, the attenuation increases with frequency. The harmonics are therefore more attenuated than the fundamental.

En répartissant judicieusement le matériau absorbant sur la section du guide, on maîtrise l'évolution de l'atténuation en fonction de la fréquence. By judiciously distributing the absorbent material over the section of the guide, the evolution of the attenuation is controlled as a function of the frequency.

On peut donc s'adapter aux différentes valeurs du taux d'harmoniques à mesurer, comme on le verra ultérieurement par deux exemples, et réaliser un atténuateur à atténuation croissante, décroisante ou constante. It is therefore possible to adapt to the different values of the level of harmonics to be measured, as will be seen later by two examples, and to produce an attenuator with increasing, decreasing or constant attenuation.

Mise à part sa fonction d'atténuation variable ou constante avec la fréquence, I'atténuateur selon l'invention doit bien entendu assurer l'adaptation de la charge vue par le tube pour le mode fondamental. Aside from its variable or constant attenuation function with frequency, the attenuator according to the invention must of course ensure the adaptation of the load seen by the tube for the fundamental mode.

L'atténuateur qui vient d'être décrit de façon détaillée est suivi par la transition 3. Cette transition ne doit pas introduire de conversion de mode. Elle doit donc être suffisamment longue et la loi de variation de sa section est avantageusement approximativement gaussienne ou cosinusoidale par exemple. La loi de variation de la section de la transition est aussi choisie pour assurer l'adaptation de la charge vue par le tube pour les fréquences harmoniques, pour réfléchir le fondamental et pour laisser passer les harmoniques. De telle transitions sont bien connues. La transition 3 est reliée à des moyens de mesure de la puissance constitués par une sonde 4 et un milliwattmètre 5. Ces moyens ne reçoivent que les modes harmoniques et les mesurent. Ils permettent d'obtenir le taux d'harmoniques. The attenuator which has just been described in detail is followed by the transition 3. This transition must not introduce any mode conversion. It must therefore be long enough and the law of variation of its section is advantageously approximately Gaussian or cosine for example. The law of variation of the section of the transition is also chosen to ensure the adaptation of the load seen by the tube for the harmonic frequencies, to reflect the fundamental and to let pass the harmonics. Such transitions are well known. The transition 3 is connected to means for measuring the power constituted by a probe 4 and a milliwattmeter 5. These means receive only the harmonic modes and measure them. They make it possible to obtain the level of harmonics.

On va maintenant donner, à titre d'exemple, les résultats obtenus lors de deux expérimentations du dispositif de mesure du taux d'harmonique d'un tube hyperfréquences selon l'invention. We will now give, by way of example, the results obtained during two experiments of the device for measuring the harmonic rate of a microwave tube according to the invention.

Le guide utilisé pour constituer l'atténuateur est de dimensions: a = 19,05 cm et b = 9,52 cm. Il est prévu pour fonctionner dans la bande 10 - 15 GHz. Le matériau absorbant utilisé est du carbure de silicium mélangé à un liant. The guide used to constitute the attenuator is of dimensions: a = 19.05 cm and b = 9.52 cm. It is intended to operate in the band 10 - 15 GHz. The absorbent material used is silicon carbide mixed with a binder.

Dans un premier cas, I'absorbant a été disposé sur les petits côtés du guide. Les résultats suivants ont été obtenus:
-Fréquence (GHz) 10 12 15 23 26
- Atténuation (dB) 15 9 6,5 1,7 2
On constate donc que l'atténuation diminue lorsque la fréquence augmente. Les harmoniques sont donc moins atténués que le fondamental, et on peut donc les mesurer avec plus de précision.In a first case, the absorbent was placed on the short sides of the guide. The following results were obtained:
-Frequency (GHz) 10 12 15 23 26
- Attenuation (dB) 15 9 6.5 1.7 2
It can therefore be seen that the attenuation decreases when the frequency increases. The harmonics are therefore less attenuated than the fundamental, and we can therefore measure them with more precision.

Dans certains cas, il arrive que l'on désire atténuer davantage les harmoniques que le fondamental car, par exemple, leur puissance n'est pas facilement mesurable avec les appareils de rnesure courants. En particulier, il faut noter que les puissances entre 10 mW et 50 W sont très difficiles à mesurer en haute fréquence. In some cases, it may happen that one wishes to attenuate the harmonics more than the fundamental because, for example, their power is not easily measurable with current measuring devices. In particular, it should be noted that the powers between 10 mW and 50 W are very difficult to measure at high frequency.

Dans le deuxième cas expérimenté, avec le même guide que pour le premier cas, mais en disposant le matériau absorbant sensiblement au milieu des grands côtés, l'atténuation augmente légèrement avec la fréquence comme le montrent les résultats enregistrés
- Fréquence (GHz) 10 12 15 22 24 26
- Atténuaticn (dB) 16,3 15,8 16,2 18,4 19 20
Il serait possible d'obtenir une atténuation sensiblement constante avec la fréquence en disposant le matériau absorbant toujours au milieu des grands côtés mais en augmentant sa largeur.In the second experimented case, with the same guide as for the first case, but by placing the absorbent material substantially in the middle of the long sides, the attenuation increases slightly with frequency as shown by the results recorded
- Frequency (GHz) 10 12 15 22 24 26
- Attenuation (dB) 16.3 15.8 16.2 18.4 19 20
It would be possible to obtain a substantially constant attenuation with frequency by placing the absorbent material still in the middle of the long sides but by increasing its width.

Il faut noter que pour les deux expérimentations réalisées le rapport d'ondes stationnaires mesuré jusqu'à 26 GHz est dans tous les cas inférieur à 1,07. It should be noted that for the two experiments carried out, the standing wave ratio measured up to 26 GHz is in all cases less than 1.07.

Claims

1. Device for measuring the level of harmonics of a microwave tube, characterized in that it comprises:

an attenuator (1), connected by one of its ends to the microwave tube, this attenuator consisting of a rectangular waveguide (6), of constant section, with, inserted in at least two of its walls, an absorbent material (7) non-magnetic and not very resistive;

- a transition (3), connected to the other end of the attenuator, whose law of variation of the section ensures the adaptation of the load seen by the tube for the harmonic frequencies, reflects the fundamental and lets the harmonics pass ;

- means for measuring the power (4,5) connected to the transition.

2. Device according to claim 1, characterized in that the absorbent material (7) is inserted into the long sides of the rectangular guide (6) constituting the attenuator (1).

3. Device according to claim I, characterized in that the absorbent material (7) is inserted in the short sides of the rectangular guide (6) constituting the attenuator (1).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the absorbent material (7) is silicon carbide.

5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the absorbent material (7) is a mixture comprising of the order of 80 to 90% of silicon carbide.

6. Device according to one of claims I to 3, characterized in that the absorbent material (7) consists of ceramics impregnated with metals or carbon.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fundamental mode propagating in the rectangular guide (6) constituting the attenuator (1) is the TE10 mode.