FR2722338A1

FR2722338A1 - Dispositif de couplage et d'adaptation pour la transmission de signaux haute frequence ou hyperfrequence

Info

Publication number: FR2722338A1
Application number: FR9408598A
Authority: FR
Inventors: Bernard Cunin; Paul Geist; Alphonse Martz; Joseph Albert Miehe
Original assignee: COMMUNAUTE EUROPENNE
Current assignee: COMMUNAUTE EUROPENNE
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2014-07-07
Also published as: US5774026A; DK0769213T3; DE69502610D1; FR2722338B1; CA2194470A1; JPH10505716A; DE69502610T2; WO1996002073A1; EP0769213A1; EP0769213B1; ES2119456T3

Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de couplage et d'adaptation pour la transmission de signaux haute fréquence ou hyperfréquence.Circuit de couplage et d'adaptation caractérisé en ce qu'il est principalement constitué d'une part, par deux portions de lignes (9, 10) présentant des parties (9', 10') disposées parallèlement et faiblement couplées entre elles, dont l'une (9), primaire, forme court-circuit et est reliée au dispositif (6) à faible impédance de sortie et dont l'autre (10), secondaire est reliée au dispositif (2; 7, 7') à très forte impédance d'entrée, d'autre part, par un plan de masse (11) disposé parallèlement à la portion de ligne secondaire (10) et enfin, par un moyen (12) de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire (9) par rapport au plan de masse (11) et/ou de variation de la longueur de la portion de ligne secondaire (10) située en regard dudit plan de masse (11).

Description

DESCRIPTION
La présente invention concerne le domaine de la transmission des signaux entre appareils ou circuits présentant des caractéristiques physiques et électriques différentes et nécessitant une adaptation, et a pour objet un circuit de couplage et d'adaptation destiné à relier entre eux un dispositif à faible impédance de sortie et un dispositif à très forte impédance d'entrée, pour la transmission de signaux haute fréquence et hyperfréquence.

Bien que l'invention ne soit pas limitée dans ses applications à des types spécifiques de dispositifs à relier, elle sera décrite ciaprès plus particulièrement dans le cadre d'une mise en oeuvre en rapport avec une caméra à balayage de fente.

Les caméras à balayage de fente fonctionnant en balayage synchrone, également appelée "synchroscan", sont souvent utilisées pour observer des phénomènes lumineux récurrents qui se répètent avec une fréquence constante fg de l'ordre d'une centaine de mégahertz (MHz).

Ce mode de fonctionnement est très intéressant car il présente différents avantages majeurs, à savoir que:
- la sensibilité de mesure est très élevée puisque la trace lumineuse sur l'écran résulte de l'accumulation d'un grand nombre de traces élémentaires,
- la tension V(t) appliquée aux plaques de déflexion du tube convertisseur d'images est sinusoïdale et, de ce fait, son élaboration est plus aisée que celle d'une rampe linéaire,
- elle est relativement peu sensible aux fluctuations de phase du signal lumineux.

Le schéma fonctionnel d'une telle caméra 1 et de sa boucle de synchronisation 2 de son circuit de balayage 2' est reproduit sur la figure 1 des dessins annexés.

Une partie du signal lumineux à analyser est convertie par une photodiode rapide 3 en une tension de période l/fo qui est mise en forme, puis multipliée en fréquence par un circuit adapté 4.

L'harmonique de rang n est ensuite isolé par un filtre passebande 5, injecté dans un amplificateur de puissance 6 et, enfin, appliqué aux plaques de déflexion 7, 7' du circuit de balayage 2' par l'intermédiaire d'une unité d'adaptation 8, se présentant actuellement sous la forme d'un transformateur d'impédance sélectif dont le rôle est d'optimiser le transfert de puissance entre l'amplificateur 6 et le circuit de balayage 2'
La différence de potentiel V(t) développée aux bornes des plaques de déflexion 7, 7' est donc de la forme:
V(t) = Vosin(21rnfot) avec n > I
Pour les sensibilités de déviation habituelles ( < 300 V/cm) et pour une amplitude Vg assez élevée ( I kV) on peut considérer que la déviation du faisceau électronique dans un champ de 1,5 cm de rayon est une fonction quasi-linéaire du temps.

Actuellement la résolution temporelle des caméras dites "synchroscan" est principalement déterminée par la résolution spatiale dynamique du tube ( 60cil) divisée par la vitesse de déflexion.

Cette dernière étant proportionnelle à la dérivée temporelle de la tension V(t), il est évident que l'on a intérêt à optimiser le produit nVg.

En général, l'amplitude Vg est réglée de manière à ce que la puissance dissipée dans le tube soit voisine du maximum autorisé ( 5 W). Quant au paramètre n, il est souvent pris égal à l'unité (nif0 100 MHz) car la réalisation du transformateur d'adaptation 8 est plus simple: la résolution temporelle est alors d'environ 1,5 ps.

En pratique, la fréquence de balayage est limitée supérieurement par la résonance du tube qui se situe habituellement entre 500 et 600 MHz. Il s'ensuit que sa valeur maximale correspond à n = 5, valeur pour laquelle la résolution théorique est inférieure à 500 fs. Or, dans ce domaine de fréquence, les transformateurs de type magnétique employés à 100 MHZ sont inutilisables et ne peuvent être adaptés au niveau de leur secondaire, du fait de l'inductance propre de ce dernier.

Le problème posé à la présente invention consiste, par conséquent, à concevoir et à réaliser un circuit de couplage et d'adaptation, de structure simple, peu encombrant, permettant d'assurer la transmission de signaux haute fréquence et hyperfréquence (de quelques dizaines de MHz à quelques GHz) entre deux dispositifs non accordés et non adaptés, présentant des impédances très différentes, notamment entre un amplificateur ou générateur haute fréquence d'une boucle de synchronisation du balayage et le dispositif ou circuit de balayage intégré ou les plaques de déviation d'une caméra à balayage de fente fonctionnant en mode dit "synchroscan"
A cet effet, la présente invention a pour objet un circuit de couplage et d'adaptation destiné à relier entre eux un dispositif à faible impédance de sortie et un dispositif à très forte impédance d'entrée, pour la transmission de signaux haute fréquence et hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué d'une part, par deux portions de lignes présentant des parties disposées parallèlement et faiblement couplées entre elles, dont l'une, primaire, forme court-circuit et est reliée au dispositif à faible impédance de sortie et dont l'autre, secondaire, est reliée au dispositif à très forte impédance d'entrée, d'autre part, par un plan de masse disposé parallèlement à la portion de ligne secondaire et pouvant faire partie d'une enveloppe de blindage entourant ledit circuit de couplage et d'adaptation, et, enfin, par un moyen de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire par rapport au plan de masse et/ou de variation de la longueur de la portion de ligne secondaire située en regard dudit plan de masse.

L'invention sera mieux comprise grâce à la description ciaprès, qui se rapporte à des modes de réalisation préférés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et expliqués aux dessins schématiques annexés, dans lesquels:
la figure 1 est une représentation schématique d'une caméra à balayage de fente fonctionnant en mode dit "synchroscan" ensemble avec sa boucle de synchronisation du balayage;
la figure 2 est une vue en perspective d'un circuit de couplage et d'adaptation selon l'invention, relié aux deux dispositifs à accorder, et,
la figure 3 est un schéma électrique équivalent de l'ensemble [dispositif à faible impédance de sortie (amplificateur ou générateur
HF) -circuit de couplage et d'adaptation- dispositif à très forte impédance d'entrée], représenté à la figure 2.

Conformément à l'invention, et comme le montre notamment la figure 2 des dessins annexés, le circuit 8 de couplage et d'adaptation est principalement constitué d'une part, par deux portions de lignes 9, 10 présentant des parties 9', 10' disposées parallèlement et faiblement couplées entre elles, dont l'une 9, primaire, forme court-circuit et est reliée au dispositif 6 à faible impédance de sortie et dont l'autre 10, secondaire, est reliée au dispositif 2; 7, 7' à très forte impédance d'entrée, d'autre part, par un plan de masse 11 disposé parallèlement à la portion de ligne secondaire 10 et pouvant faire partie d'une enveloppe de blindage électromagnétique 11' entourant ledit circuit 8 de couplage et d'adaptation , et, enfin, par un moyen 12 de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire 9 par rapport au plan de masse 11 et/ou de variation de la longueur de la portion de ligne secondaire 10 située en regard dudit plan de masse 11, entraînant une variation dans le meme sens de l'impédance caractéristique Z2 de ladite portion de ligne secondaire 10, en association avec le plan de masse 11, et donc de son inductance L2, en vue de l'accord des inductances et capacités globales du secondaire.

Selon une première caractéristique de l'invention, le circuit 8 de couplage et d'adaptation comprend également des moyens 13, 13' de déplacement relatif, en termes de distance d'espacement, de la portion de ligne primaire 9 par rapport à la portion de ligne secondaire 10 ou réciproquement, plus particulièrement de leurs parties 9' et 10' respectives en regard, permettant ainsi de régler le degré de couplage entre les deux portions de lignes 9 et 10 et donc le rapport de transformation k, entre primaire et secondaire, avec adaptation de la résistance de sortie RS du dispositif 6 avec le résistance d'entrée R'S + R'P du dispositif 7, 7', due aux pertes ohmiques et diélectriques.

Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, représenté aux figures 2 et 3 des dessins annexés, la portion de ligne primaire 9 consiste en une ligne microruban ou microstrip à air dont la longueur et l'impédance caractéristique Z I sont suffisamment faibles pour que son inductance équivalente Li soit négligeable par rapport à la résistance de sortie RS du dispositif 6 à faible impédance de sortie et la portion de ligne secondaire 10 est composée d'une ligne microruban à air et présente une impédance caractéristique Z2 suffisamment élevée pour que ladite portion de ligne secondaire 10 puisse etre assimilée à une inductance pure L2 dont la valeur est donné par l'expression:
L2 = Z2 x l/c
avec 1: longueur de la portion de ligne secondaire 10 en regard du plan de masse 11,
et c: vitesse de la lumière
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu que, pour une valeur donnée de l'inductance L2 de la portion de ligne secondaire 10, la somme LG2 des valeurs des inductances du dispositif 7, 7' à très forte impédance d'entrée, des fils de connexion 14, 14' et d'une éventuelle bobine de selfinductance d'appoint 15 est fixée de telle manière que: (L2 + LG2)o ~ 1/CG2 x o
où CG2 correspond à la capacité globale du dispositif 7, 7' à très forte impédance d'entrée, des fils de connexion 14, 14' et de la portion de ligne secondaire 10 et o correspond à la pulsation ou fréquence angulaire des signaux transmis (Voir figures 2 et 3).

Afin de pouvoir fournir, au niveau du secondaire, des tensions de signes opposées (et de valeurs absolues identiques) et d'améliorer le taux de réjection du mode commun, le point milieu 16 de la portion de ligne secondaire 10, généralement confondu avec le point milieu de la partie 10', peut avantageusement être mis à la masse, par exemple par connexion au plan de masse 11.

L'accord au niveau du secondaire pourra être réalisé, par exemple, soit par des organes de réglage de la longueur de la portion de ligne secondaire 10 située dans le boîtier constitué par l'enveloppe de blindage 11', ces organes pouvant être disposés sur la face externe dudit boîtier et niveau de la sortie des lignes de connexion 14, 14' ou des extrémités de la portion de ligne secondaire 10 (traversant le boîtier blindé au niveau d'une zone 11" réalisée en un matériau isolant), soit par un système de déplacement par translation dudit plan de masse 11 par rapport à la portion de ligne secondaire 10 selon une direction perpendiculaire à l'axe de la partie 10'
Toutefois, selon une variante de réalisation simple et préférée de l'invention, et comme le montre la figure 2 des dessins annexés, le moyen 12 de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire 10 par rapport au plan de masse 11 consiste en un organe de déformation par flexion dudit plan de masse 11.

Par ailleurs, en vue de l'ajustement de la distance entre les parties 9' et 10' en regard des portions de ligne 9 et 10, il peut être prévu, comme le montre également la figure 2 des dessins annexés, que la portion de ligne primaire 9 soit montée sur un support 13 pouvant être déplacé ou être incliné, par déformation par exemple, dans une direction perpendiculaire aux axes longitudinaux des parties 9' et 10' des portions de lignes primaire 9 et secondaire 10 parallèles entre elles, ce en actionnant un organe 13' de réglage de la position dudit support 13.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les organes 12 et 13' de déformation et de réglage de la position consistent en des vis à faible pas, logées dans des supports isolants fixes 17, 17', pourvus chacun d'au moins un orifice fileté correspondant, les têtes desdites vis étant avantageusement situées à l'extérieur de l'enveloppe de blindage 11' de manière à en faciliter l'accessibilité et le réglage manuel.

Bien que décrite ci-dessus dans le cadre général d'une liaison entre un dispositif 6 à faible impédance de sortie et un dispositif 7, 7' à très forte impédance d'entrée, le circuit 8 de couplage et d'adaptation selon l'invention est plus particulièrement destiné à être intégré à une boucle de synchronisation du balayage 2 reliée aux plaques de déflexion 7, 7' ou au circuit de balayage d'une caméra 1 à balayage de fente fonctionnant en mode de balayage synchrone, les extrémités de la portion de ligne secondaire 10 étant reliées respectivement par l'intermédiaire de lignes de connexion 14, 14' à l'une des deux plaques de déflexion 7 ou 7' de ladite caméra 1 (Figures I et 2).

Un exemple pratique de réalisation de l'invention, dans le cadre d'une application telle que mentionnée ci-dessus, peut être décrit en se reportant aux figures 1, 2 et 3 des dessins annexés.

Comme le montrent ces figures, le circuit 8 de couplage et d'adaptation comporte un ajustage fin de l'accord de la capacité des plaques 7, 7' de déviation ou de déflexion (~ 4 pF) et un réglage de la transformation entre la résistance de sortie R'S (= 50 Q) de l'amplificateur 6 et la résistance d'entrée du circuit de déflexion correspondant sensiblement aux pertes R'S + R'P dans le tube.

Le circuit 8 est formé essentiellement de deux tronçons ou portions de lignes de type "microstrip" à air qui sont parallèles sur une longueur d'environ 3 cm et faiblement couplées.

L'une 9 desdites lignes (dite primaire) est court-circuitée, son autre extrémité étant reliée au générateur d'attaque (amplificateur 6) de résistance interne ou de sortie RS (= 50 Q).

La deuxième ligne 10 (ou secondaire) est connectée à l'ensemble de déflexion, notamment aux plaques 7, 7', et son point milieu 16 est mis à la masse de manière à augmenter le taux de réjection du mode commun. Ce découplage du circuit de balayage 2' par rapport aux autres électrodes du tube de la caméra 1 est intéressant surtout lorsque l'une d'elle est pulsée.

Enfin, on peut noter que le plan de masse 11 fait partie intégrante d'un blindage électromagnétique extérieur 11' qui évite les pertes par rayonnement (ce blindage n'est représenté que par des traits interrompus sur la figure 2 pour ne pas compliquer le dessin).

L'impédance caractéristique Z1 et la longueur de la ligne primaire 9 sont assez faibles pour que son inductance équivalente
Ll soit négligeable devant RS
Au contraire, celle de la ligne secondaire 10 de longueur 1(= 4 cm), est élevée (Z2 100 Q) et dans ces conditions, ce tronçon ou cette portion secondaire équivaut pratiquement à une inductance
L2 ajustable donnée par l'expression:
L2 = Z2 x lic 15 nH
En agissant sur la vis 1 2 on fait varier la distance entre le plan de masse 1 1 et la ligne secondaire 10: il en résulte une variation de même sens de Z2 et, par suite, de L2.

Par ailleurs, la vis 13' permet de modifier la séparation des deux parties 9' et 10' en regard desdites portions 9 et 10 de lignes et donc le degré de couplage (faible) entre primaire et secondaire: on peut décrire cet effet par un transformateur abaisseur de tension parfait, de rapport k ajustable (- 0,1).

L'ensemble amplificateur 6/circuit 8/circuit de déflexion (plaques 7, 7') équivaut au quadripôle représenté sur la figure 3.

Dans ce schéma, les résistances série R'S et parallèle R'P caractérisent respectivement les pertes ohmiques et diélectriques dans le circuit de déflexion (plaques 7, 7'). LG2 désigne l'inductance globale qui intègre celle des fils ou lignes de connexion 14, 14' et, si nécessaire, celle d'une self d'appoint 15; elle est choisie telle que:
(LG2 + L2)o - l/CG2 x o
On en déduit les conditions d'adaptation:
k2RS ~ R'S + I/R'P(CG2 x
CG2(L2 + LG2 + k2 x Ll) ~ CG2(LG2 + L2) =
Ces deux équations montrent que:
- le circuit de balayage s'accorde finement en ajustant l'inductance variable L2 (vis 12),
- I'adaptation des résistances est obtenue en réglant le coefficient k et, donc, le couplage entre primaire et secondaire (vis 13').

Le circuit 8 de couplage et d'adaptation a donc été réalisé en faisant appel à des techniques propres aux circuits fonctionnant en hautes fréquences et en hyperfréquence, en particulier, en utilisant des lignes du type "microstrip" ou microruban faiblement couplées par champ électrique. Cette conception garantit un encombrement réduit et des pertes négligeables à condition de minimiser le rayonnement par un blindage extérieur 11'
Par ailleurs, le choix judicieux des paramètres géométriques de la ligne secondaire 10 permet de diminuer suffisamment l'inductance L2 pour que le tube convertisseur d'images de la caméra 2 puisse fonctionner à une fréquence très proche de sa résonance
De plus, ce circuit, peu encombrant et très peu coûteus à réaliser est muni de deux réglages simples et précis pour contrôler l'accord du circuit de déflexion et le rapport de transformation.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments, ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

l. Circuit de couplage et d'adaptation destiné à relier entre eux un dispositif à faible impédance de sortie et un dispositif à très forte impédance d'entrée, pour la transmission de signaux haute fréquence et hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué d'une part, par deux portions de lignes (9, 10) présentant des parties (9', 10') disposées parallèlement et faiblement couplées entre elles, dont l'une (9), primaire, forme court-circuit et est reliée au dispositif (6) à faible impédance de sortie et dont l'autre (10), secondaire, est reliée au dispositif (2; 7, 7') à très forte impédance d'entrée, d'autre part, par un plan de masse (11) disposé parallèlement à la portion de ligne secondaire (10) et pouvant faire partie d'une enveloppe de blindage (11') entourant ledit circuit (8) de couplage et d'adaptation , et, enfin, par un moyen (1 2) de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire (9) par rapport au plan de masse (11) et/ou de variation de la longueur de la portion de ligne secondaire (10) située en regard dudit plan de masse (11 )
2. Circuit de couplage et d'adaptation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (13, 13') de déplacement relatif, en termes de distance d'espacement, de la portion de ligne primaire (9) par rapport à la portion de ligne secondaire (10) ou réciproquement.
3. Circuit de couplage et d'adaptation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la portion de ligne primaire (9) consiste en une ligne microruban à air dont la longueur et l'impédance caractéristique (Z l ) sont suffisamment faibles pour que son inductance équivalente (Ll) soit négligeable par rapport à la résistance de sortie (RS) du dispositif (6) à faible impédance de sortie et en ce que la portion de ligne secondaire (10) est composée d'une ligne microruban à air et présente une impédance caractéristique (Z2) suffisamment élevée pour que ladite portion de ligne secondaire (10) puisse être assimilée à une inductance pure (L2) dont la valeur est donnée par l'expression:

L2 = Z2 x lic

avec 1. longueur de la portion de ligne secondaire (10) en regard du plan de masse (11),

et c: vitesse de la lumière
4. Circuit de couplage de d'adaptation selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour une valeur donnée de l'inductance (L2) de la portion de ligne secondaire (10), la somme (LG2) des valeurs des inductances du dispositif (7, 7') à très forte impédance d'entrée, des fils de connexion (14, 14') et d'une éventuelle bobine de self-inductance d'appoint (15) est fixée de telle manière que:

(L2 + LG2)o - 1/CG2 x o

où CG2 correspond à la capacité globale du dispositif (7, 7') à très forte impédance d'entrée, des fils de connexion (14, 14') et de la portion de ligne secondaire (10) et w correspond à la fréquence angulaire des signaux transmis.
5. Circuit de couplage et d'adaptation selon l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que le point milieu (16) de la portion de ligne secondaire (10) est mis à la masse.
6. Circuit de couplage et d'adaptation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen (12) de déplacement relatif de la portion de ligne secondaire (10) par rapport au plan de masse (11) consiste en un organe de déformation par flexion dudit plan de masse (11).
7. Circuit de couplage et d'adaptation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la portion de ligne primaire (9) est montée sur un support (13) pouvant être déplacé ou être incliné, par déformation par exemple, dans une direction perpendiculaire aux axes longitudinaux des parties (9' et 10') des portions de lignes primaire (9) et secondaire (10) parallèles entre elles, ce en actionnant un organe (13') de réglage de la position dudit support (13).

9. Circuit de couplage et d'adaptation selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il est intégré à une boucle de synchronisation du balayage (2) reliée aux plaques de déflexion (7, 7') ou au circuit de balayage d'une caméra (1) à balayage de fente fonctionnant en mode de balayage synchrone, les extrémités de la portion de ligne secondaire (10) étant reliées respectivement par l'intermédiaire de lignes de connexion (14, 14'), à l'une des deux plaques de déflexion (7 ou 7') de ladite caméra (1).
8 Circuit de couplage et d'adaptation selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les organes (12 et 13') de déformation et de réglage de la position consistent en des vis à faible pas, logées dans des supports isolants fixes (17, 17'), pourvus chacun d'au moins un orifice fileté correspondant, les têtes desdites vis étant avantageusement situées à l'extérieur de l'enveloppe de blindage (11')