FR2545278A1 - Circuit enabling the resonant frequency of a dielectric microwave cavity to be varied - Google Patents

Circuit enabling the resonant frequency of a dielectric microwave cavity to be varied Download PDF

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10Dielectric resonators

Abstract

Circuit enabling the resonant frequency of a dielectric microwave cavity to be varied. This circuit comprises a coupling loop 12 arranged in the vicinity of the cavity 10 and tapping off a portion of the energy established in the latter and a means inserted into this loop and able to vary the reactance of the loop. According to the invention, this means consists of at least one Schottky diode 13, 14 loaded by an element equivalent to a resistor, the value of which is adjustable (for example a transistor 18). Application in telecommunications.

Description

La présente invention a pour objet un circuit permettant de faire varierThe present invention relates to a circuit for varying

la fréquence de résonance d'une cavité hyperfréquence diélectrique Elle trouve  the resonant frequency of a dielectric microwave cavity It finds

une application en télécommunications;.  an application in telecommunications ;.

Une cavité diélectrique est généra Iement- constituée d'un cylindre en matériau diélectrique de  A dielectric cavity is generally made up of a cylinder of dielectric material of

faible perte et de haute permittivité Un matériau uti-  low loss and high permittivity A material used

lisable à cette fin est Zr Sn Ti O 4 Les caractéristiq ues d'une cavité diélectrique sont comparables à celles  readable for this purpose is Zr Sn Ti O 4 The characteristics of a dielectric cavity are comparable to those

d'une cavité à parois métalliques, mais ses faibles di-  of a metal-walled cavity, but its small di-

mensions la rendent particulièrement bien adaptée aux  mensions make it particularly well suited to

circuits hyperfréquences à microrubans Une cavité dié-  microstrip microwave circuits A dedicated cavity

lec Erique de 5 mm de diamètre et de 3 mm de hauteur possède une fréquence de résonance située à environ 11 G Hz, ce qui correspond à la fr 6 quence moyenne de  lec Erique, 5 mm in diameter and 3 mm in height, has a resonant frequency of around 11 G Hz, which corresponds to the average fr 6 quence

travail de certaines liaisons bidirectionnelles.  work of certain bidirectional links.

Pour réaliser un accord, ou un changement de fréquence avec une telle cavité, on a eu recours, dans le passé, à plusieurs techniques = en disposant près de la cavité un disque métallique ou diélectrique et en faisant varier mécaniquement la distance de ce disque à la cavité, en plaçant à proximité de la cavité un ferrite et en  To achieve a tuning, or a frequency change with such a cavity, we have used, in the past, several techniques = by placing near the cavity a metallic or dielectric disc and by mechanically varying the distance from this disc to the cavity, by placing a ferrite near the cavity and

taisant varier le flux magnétique auquel il est sou-  quietly varying the magnetic flux to which it is subjected

mis à l'aide d'un générateur de courant, en disposant une boucle conductrice à proximité de la cavité et en insérant, dans cette boucle, une diode varactor dont on fait varier la capacité à l'aide  put using a current generator, by placing a conductive loop near the cavity and inserting, in this loop, a varactor diode whose capacity is varied using

d'un générateur de tension.of a voltage generator.

a La présente invention reprend ce dernier principe de la boucle de couplage disposée à proximité de la cavité, boucle dont on fait varier la réactance au moyen d'un élément approprié, mais elle renonce à  a The present invention incorporates this last principle of the coupling loop arranged near the cavity, loop whose reactance is varied by means of an appropriate element, but it renounces

l'utilisation d'une diode varactor En effet, ce compo-  the use of a varactor diode Indeed, this compound

sant nécessite un générateur de tension extérieur, ce  sant requires an external voltage generator, this

qui alourdit le système L'invention propose, au con-  which weighs down the system The invention proposes, at the

traire, d'utiliser un élamnçnt qui ne nécesas-ite pas une telle source d'énergie extérieuree Cet élément est constitué par une diode Schot tky (ou plusieurs) Une telle diode se trouve autopolarisée par la sion: hyperfréquence développée dans lia boucle et qui résulte  milk, to use an element which does not require such an external source of energy This element is constituted by a Schot tky diode (or several) Such a diode is self-polarized by the ion: microwave developed in the loop and which results

de l'énergie hyperfréquence prélevée dans la cavité.  microwave energy taken from the cavity.

Par ailleurs,-pour faire variae la réactance de-la bou-  In addition, -to vary the reactance of -the bou-

cle, on charge la diode par un élément équivalenzt à une.  key, the diode is charged by an element equivalent to one.

t Q résistance et on agit sur la valeur de cette résistan-  t Q resistance and we act on the value of this resistance

ce. Un premier avantage de l'invention tient à ce qu'il est beaucoup plus simple de modifier la valeur d'une résistance que d'agir sur la capacité d'une diode varactor En effet, l élément resistif peut être un transistor (bipolaire ou à effet de champ) dont on fait  this. A first advantage of the invention is that it is much simpler to modify the value of a resistor than to act on the capacity of a varactor diode. In fact, the resistive element can be a transistor (bipolar or field effect) which we do

varier la résistance équivalente par une tension appli-  vary the equivalent resistance by an applied voltage

quée sur la base ou le drain, ce qui est très simple Un second avantage de l'invention est qu'elle permet des  quée on the base or the drain, which is very simple A second advantage of the invention is that it allows

développements qui étaient peu compatibles avec l'uti-  developments which were hardly compatible with the utility

lisation d'une diode varactor: par exemple, l'élément résistif peut être constitué par une thermistance, ce qui permet de stabiliser la fréquence de la cavité par rapport à la température On peut également utiliser un  reading of a varactor diode: for example, the resistive element can be constituted by a thermistor, which makes it possible to stabilize the frequency of the cavity compared to the temperature One can also use a

phototransistor, ce qui permet une modulation optoélec-  phototransistor, which allows optoelect modulation

tronique.tronic.

Les caractéristiques de l'invention apparal-  The characteristics of the invention appear-

tront mieux après la description qui suit, d'exemples  will be better after the following description, examples

de réalisation donnés à titre explicatif et nullement  of realization given for explanatory purposes and in no way

limitatif Cette description se réfère à des dessins  limiting This description refers to drawings

annexés sur lesquels:annexed on which:

la figure 1 représente un schéma d'un mode particu-  FIG. 1 represents a diagram of a particular mode

lier de réalisation de l'invention, la figure 2 illustre, en coupe, le montage du circuit de l'invention,  link of embodiment of the invention, FIG. 2 illustrates, in section, the mounting of the circuit of the invention,

la figure 3 est un diagramme représentant les diver-  FIG. 3 is a diagram representing the various

ses phases d'une liaison bidirectionnelle, la figure 4 montre les tensions de commande qu'il  its phases of a bidirectional link, Figure 4 shows the control voltages it

faut appliquer à deux oscillateurs utilisant l'inven-  must be applied to two oscillators using the invention

tion.tion.

La figure 1 montre une cavité diélectri-  Figure 1 shows a dielectric cavity

que 10 couplée à une boucle 12 dans laquelle sont insé-  that 10 coupled to a loop 12 into which are inserted

rées deux diodes Schottky 13 et 14 Une connexion 16 relie la boucle à un transistor 18 dont la base est connectée à une résistance 20 recevant un signal 21 en  two Schottky diodes 13 and 14 A connection 16 connects the loop to a transistor 18 whose base is connected to a resistor 20 receiving a signal 21 in

forme d'impulsions rectangulaires.form of rectangular pulses.

La figure 2 montre la disposition pratique de  Figure 2 shows the practical layout of

ces éléments La cavité 10 repose sur un substrat hy-  these elements The cavity 10 rests on a hy-

perfréquence 22, lui-meme supporté par un plan de masse 24 La boucle 12 est constituée par un anneau 15 gravé dans un disque 17, lequel est supporté par une colonne 26 tenue dans un couvercle 28 La cavité diélectrique  frequency 22, itself supported by a ground plane 24 The loop 12 is constituted by a ring 15 etched in a disc 17, which is supported by a column 26 held in a cover 28 The dielectric cavity

est reliée par ailleurs à des circuits hyperfréquen-  is also connected to microwave circuits

ces non représentés, comme un oscillateur par exemple,  these not shown, like an oscillator for example,

par une ligne de transmission hyperfréquence 30.  by a microwave transmission line 30.

Le principe de fonctionnement de ce circuit est le suivant Du point de vue courant continu, le montage est équivalent à une diode en série avec une résistance En alternatif, chaque diode redresse une  The principle of operation of this circuit is as follows From the point of view of direct current, the assembly is equivalent to a diode in series with a resistance In alternating, each diode rectifies a

alternance du signal hyperfréquence Selon que la ré-  alternation of the microwave signal Depending on whether the

sistance connectée aux diodes est grande ou faible, le point de fonctionnement de la diode se déplace et la réactance offerte par la boucle change La fréquence de l'ensemble boucle-cavité et le signal de commande du  sistance connected to the diodes is high or low, the operating point of the diode moves and the reactance offered by the loop changes The frequency of the loop-cavity assembly and the control signal of the

transistor varient donc en concommittance.  transistor therefore vary in concommittance.

A titre explicatif, il peut être indiqué qu'avec un anneau réalisé sur du verre époxy ayant un rayon moyen de 4,5 mm et une largeur de 1 mm et placé à  By way of explanation, it may be indicated that with a ring produced on epoxy glass having an average radius of 4.5 mm and a width of 1 mm and placed at

une distance de 3 mm au-dessus d'un résonateur-diélec-  a distance of 3 mm above a resonator-dielect

trique stabilisant un oscillateur à transistor à effet de champ à 11 G Hz, on obtient un saut de fréquence de 2 % avec une variation de puissance inférieure à 1 d B.  plate stabilizing a field effect transistor oscillator at 11 G Hz, a frequency jump of 2% is obtained with a power variation of less than 1 d B.

Les caractéristiques de construction déter-  The construction characteristics determine

minent en partie les performances du cîrcuit Par exem-  partially undermine the performance of the circuit For example

ple, l'écart de fréquence croit lorsque: le rayon moyen de l'anneau augmente, la largeur de la ligne constituant l'anneau augmente pour un rayon donné,  ple, the frequency difference increases when: the mean radius of the ring increases, the width of the line constituting the ring increases for a given radius,

la distance de l'anneau à la cavité diélectrique di-  the distance from the ring to the dielectric cavity di-

minue.minue.

Dans le schéma de la figure 1, le transistor 18 reçoit, sur sa base, un signal rectangulaire qui le  In the diagram of FIG. 1, the transistor 18 receives, on its base, a rectangular signal which

place alternativement dans un état bloqué ou passant.  alternately places in a blocked or passing state.

La fréquence de résonance de l'ensemble prend donc deux  The resonant frequency of the set therefore takes two

valeurs distinctes Mais natrellement, on peut dispo-  distinct values But naturally, we can

ser un élément résistif présentant toute une gamme de valeurs pour obtenir une modulation de fréquence sur  ser a resistive element having a whole range of values to obtain a frequency modulation on

une plage et non plus des sauts de celle-ci.  a range and no longer jumps from it.

L'invention trouve une application privilé-  The invention finds a special application.

giée dans la réalisation de liaisons bidirectionnelles  linked in the realization of bidirectional links

fonctionnant à l'alternat De telles liaisons compren-  operating in the alternation Such links include

nent deux stations d'extrémité A et B, identiques et  two end stations A and B, identical and

travaillant alternativement en émission et en récep-  working alternately in transmission and in reception

-tion, comme indiqué sur le diagramme de la figure 3.  -tion, as shown in the diagram in Figure 3.

Dans ce diagramme: E désigne la phase d'émission, R la phase de réception, tt représente la durée de la transmission d'un bloc de données, tp le temps de propagation d'une extrémité à l'autre, t 9 le temps de garde, t le temps d'attente, a  In this diagram: E indicates the transmission phase, R the reception phase, tt represents the duration of the transmission of a data block, tp the propagation time from one end to the other, t 9 the time on call, t waiting time, a

tc le temps de cycle.tc cycle time.

Dans une telle liaison, chaque station tra-  In such a link, each station travels

vaille sur deux fréquences différentes, l'une servant à l'émission (fe) et l'autre à la réception (fr) Avec le  works on two different frequencies, one used for transmission (fe) and the other for reception (fr) With the

circuit de l'invention on peut réaliser deux oscilla-  circuit of the invention two oscillations can be made

teurs identiques à deux états de fréquence, ces oscil-  identical to two frequency states, these oscillations

lateurs étant disposés à chacune des, extrémités A, et B de la liaison Le schéma de la figure 1 cov-itent alors,-  readers being arranged at each of the ends A and B of the link The diagram in FIG. 1 then cov-itent, -

le signal rectangulaire 21 définissant les deux fré-  the rectangular signal 21 defining the two frequencies

quences fe et fr d'émission et de réception Les si-  transmission and reception frequencies fe and fr The si-

gnaux 21 A et 21 B à appliquer aux transistors des deux circuits des stations A et B sont lies comme l'indique  general 21 A and 21 B to be applied to the transistors of the two circuits of stations A and B are linked as indicated

le schéma dë la figure 4.the diagram of figure 4.

RE.VENDICATI O NSRE.VENDICATI O NS

1 Circuit permettant de faire varier la fré-  1 circuit for varying the frequency

quence de résonance d'une cavité hyperfréquenace diélec-  resonance quence of a dielect hyperfrequency cavity

trique ( 10), ce circuit' comprenant une boucle de cou-  stick (10), this circuit 'comprising a loop

plage ( 12) disposée au voisinage de I cavité et préle vant une partie de l'énergie établie dans celle-ci et un moyen inséré dans cette boucle apte à faire varier la réactance de la bouce 1 S caracti:s e queî c -c: moyen est constitué par au moins une diode Schottky  range (12) disposed in the vicinity of the cavity and taking part of the energy established therein and a means inserted in this loop capable of varying the reactance of the bouce 1 S caracti: se queî c -c: medium consists of at least one Schottky diode

( 13, 14) chargée par un élément équivalent à une résis-  (13, 14) charged by an element equivalent to a resistor

tance, dont la valeur e St réglable.  tance, whose value e St adjustable.

2 Circuit selon la revendication 1, carac-  2 Circuit according to claim 1, charac-

térisé en ce que l élément équivalent à une résistance est un transistor ( 18) dont l'émetteur et le collecteur sônt reliés à travers les diodes Schottky et la base  terized in that the element equivalent to a resistor is a transistor (18), the emitter and collector of which are connected through the Schottky diodes and the base

reçoit un signal de comwande déterminant la valeur ré-  receives a control signal determining the value

sistive équivalente du transistor.equivalent sistive of the transistor.

3 Circuit selon la revendication 2, carac-  3 Circuit according to claim 2, charac-

térisé en ce que le signal de coniande ( 21) est rectan-  terized in that the control signal (21) is rectan-

gulaire et détermine un 'état passant ou bloqué du tran-  gular and determines a passing or blocked state of the tran

sistor ( 18).sistor (18).

4 Circuit selon la revendication 1, carac-  4 Circuit according to claim 1, charac-

térisé en ce que l'élément équivalent à une résistance  terized in that the element equivalent to a resistance

est un phototransistor.is a phototransistor.

5 Circuit selon la revendication 1, carac-  5 Circuit according to claim 1, charac-

térisé en ce que l'élément équivalent à une résistance  terized in that the element equivalent to a resistance

est une thermistance.is a thermistor.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1055514A (en) * 1965-02-23 1967-01-18 Mullard Ltd Method for varying the capacitance of a circuit
US3503010A (en) * 1966-08-16 1970-03-24 Int Standard Electric Corp Temperature compensating unit for crystal oscillators
FR2438937A1 (en) * 1978-10-11 1980-05-09 Thomson Csf Negative resistance oscillator working in ghz range - has dielectric resonator connected to negative resistance element and mounted on dielectric substrate

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Title
ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN, vol. 58-C, no. 2, février 1975, pages 123-130, Tokyo (JP); *

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