<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
PERFECTI O1TNEfv7EN'l'S A LA. PRODUCTION DES OS CLLIA.T.I 011TS ET AUX OSCILLATEURS.-
L'invention vise la production des oscillations, et plus parti- culièrement des procédés et moyens appropriés à la production des ondes ultra- courtes.
On a trouvé que les oscillateurs du genre magnétron convenaient bien pour les ondes courtes, mais que leur excitation par un champ magnétique conduisait à l'adoption d'un système magnétique beaucoup trop lourd pour les appareils portatifs et surtout pour ceux des avions. En outre, le parcours des électronsdans un magnétron est considérable par rapport de la distance de l'anode à la cathode, puisque les électrons suivent une trajectoire en spirale pour se rendre de l'une à l'autre de ces électrodes- Ce long trajet, ainsi que la vitesse limitée des électrons, imposent upe limitation à la longueur des
<Desc/Clms Page number 2>
ondes courtes que le magnétron permet d'obtenir.
L'oscillateur de Barschausen-Kurz, qui comporte trois électrodes, a sa grille portée à un potentiel positif élevé et sa plaque au potentiel né- gatif, Il est assez léger pour servir utilement sur les avions, mais il offre l'inconvénient que les pertes dues au choc électronique doivent être absorbées par la grille qui n'est pas bien appropriée pour dissiper l'énergie. Cette inaptitude à la dissipation de l'énergie empêche l'obtention d'un grand débit et oppose unelimite aux tensions permissibles, ce qui coptribue encore à limi- ter la vitesse des électrons et à empocher l'obtention des longueurs d'ondes que l'on désire.
La présente invention permet d'établir un oscillateur pour ondes ultra-courtes, offrant un poids réduit et un parcours électronique également réduit, permettant de dissiper toute l'énergie due à l'impact électronique et par conséquent d'atteindre des longueurs d'ondes plus courtes et des puissan- ces plus élevées* On arrive à ce résultat en utilisant, suivant l'invention, un tube à décharge électronique étudié et réglé de telle manière que les élec4 trons ne sont attirés par l'anode que lorsque les oscillations du circuit ano- dique ont porté le potentiel anodique au maximum* Le temps requis pour que les électrons atteignent l'anode, après avoir été lancés dans sa direction par la pointe de tension,
est ainsi rendu pratiquement égal à la durée d'une alternan- ce de l'oscillation anodique ou à un multiple entier de cette durée, de sorte que le potentiel anodique est voisin du minimum, ou de préférence négatif, à l'instant où se produit l'impact,
Ainis, quand le tube produit efficacement des oscillations, les électrons s'élancent vers l'anode à faible vitesse, sont accélères par le po- tentiel anodique, puis ralentis de nouveau quand l'anode devient négative, de sorte qu'ils frappent l'anode à vitesse réduite, en entraînant de faibles per- tes anodiques et en permettant d'obtenir un rendement élevé* De cette façon, on tire parti de la vitesse finie des électrons pour provoquer la génération d'oscillations*
Dans les triodes ordinaires,
le bon fonctionnement exige aussi le passage de courants anodiques sur l'anode, seulementlorsque le potentiel anodique est voisin d'un minimum* Dans les cas ordinaires, on obtient ce ré- sultat en appliquant à la grille, ou électrode de réglage du tube, un poten-
<Desc/Clms Page number 3>
tiel alternatif suffisant pour vaincre l'effet du potentiel anodique sur le courant d'anode* Dans l'oscillateur objet de l'invention, la grille peut res- ter à potentiel fixe et, seule, l'anode offre des variations de potentiel à la fréquence du courant débité.
Le retard dû à la vitesse finie des électrons suf- fit également à réaliser la condition nécessaire à une bonne oscillation* Ce- pendant en pratique la grille n'a pas besoin de rester à un potentiel tout à fait fixe par rapport au filament, et il peut intervenir des variations de po- tentiel à la fréquence du débit- Suivant les conditions du circuit, cette va- riation du potentiel de grille peut faciliter ou gêner le fonctionnement du tu- be, mais elle n'offre pas une importance primordiale pour la production des oscillations* De préférence, la variation de potentiel à haute fréquence sur la grille doit être en phase avec celle de l'anode, de manière à faciliter la production des oscillations* Cette relation de phase est opposée à celle qui est nécessaire pour les types connus d'oscillateurs à vide et est caractéris- tique des tubes objet du brevet.
Pour réaliser la présente invention, il est possible d'utiliser un tube à deux électrodes, c'est-à-dire une anode et une cathode seulement* On peut faire osciller un tel tube En faisant passer le courant anodique et en accordant alors le circuit d'anode pour une fréquence telle que la durée d'une alternance soit approximativement égale au temps nécessaire pour le passage des électrons de la cathode à l'anode.
Cependant, le tube à deux électrodes n'est pas un oscillateur efficace et l'utilisation en est limitée plutôt aux tensions anodiques faibles avec débit relativement faible- Un tube à trois électrodes est capable de réa- liser un rendement beaucoup plus élevé, et débiter une puissance beaucoup plus grande, puisque l'utilisation d'une tension négative sur la grille permet de lui appliquer des tensions anodiques beaucoup plus élevées, sans entraîner une limitation par insuffisance du nombre des électrons-
Quand on utilise un tube à trois électrodes, il suffit d'appli- quer une tension nécessaire à l'anode pour surmonter l'effet de la grille ten- dant à retenir les électrons,
et pour accorder l'anode à peu près à la fré- quence telle que la durée d'une alternance corresponde au temps requis pour le déplacement d'un électron entre une grille et anodeUne fois que les oscil- lations sont amorcées, on peut augmenter le rendement en élevant le pOntaUt!81 n
<Desc/Clms Page number 4>
négatif de grille ou en abaissant la tension anodique ou en agissant sur les deux facteurs à la fois* En général, lorsqu'on change les potentiel de grille et d'anode, on doit maintenir à peu grès constante la différence antre eux, pour que le temps de passage d'un électron entre grille et anode ne varie pas et ne modifie pas la fréquence des oscillations* En d'autres tonnes, la tension entre anode et grille demeure fixe,
et c'est la tension à courant continu du filament qu'on doit modifier pour augmenter le rendement*
On peut aussi utiliser un tube à quatre ou cinq électrodes pour produire des oscillations suivant l'invention, et dans certains cas on a avan- tage à le faire au point de vue de la simplicité du réglage*
L'invention permet encore de réaliser un tube à décharge dans lequel les potentiels, pour les différentes parties d'une anode, varient de telle sorte que, après qu'une certaine partie a subi un potentiel maximum suf- fisant pour attirer un nuage d'électrons de la cathode, et lorsque les électrons sont sur le point de frapper l'anode, la tension sur la zone considérée change de sorte que les fluctuations du potentiel anodique entraînent une réaction et une oscillation entretenue,
sans nécessiter les fluctuations de potentiel d'un élément de réglage ou grille-
Pour obtenir les résultats ci-dessus, on se sert d'un tube à décharge dont l'anode a une longueur pratiquement égale à la moitié de la lon- gueur d'onde correspondant à la fréquence désirée* Pendant l'oscillation, une moitié de l'anode est donc à un potentiel maximum et l'autre moitié au poten- tiel minimum* Comme l'anode transfère les pointes de potentiel à la vitesse de la lumière et comme les éctrons traversent l'intervalle cathode-anode à une vitesse moyenne beaucoup plus basse, le temps qu'il leur faut pour atteindre l'anode peut tr@s bien être égal au temps requis pour que le potentiel de haute fréquence s'inverse sur l'anode La partie de cette anode qui est au potentiel maximum et tend à attirer vers elle les électrons,
peut (par un dimensionne- ment convenable du tube) être au potentiel minimum quand les électrons viennent la frapper, ce qui réalise la condition nécessaire de production des oscilla- tions entretenues à haut rendement.
Pour augmenter l'efficacité du dispositif, l'invention prévoit une ou plusieurs grilles autour de la cathode, polarisées de telle façon que les électrons ne sont attirés par l'anode qu'au moment des pointes de tension @
<Desc/Clms Page number 5>
sur une partie déterminée de cette dernière* Comme le potentiel de polarisation pour remplir cette condition, doit être d'une valeur telle que les oscillations ne s'amorcent pas d'elle-mêmes, l'invention fournit en outre des moyens d'ac- croîtra automatiquement, si on la désire, la polarisation de grille par rapport au filament, la portant ainsi d'une faible valeur négative (au moment où s'a- morcent les oscillations)
à une forte valeur négative dans la suite-
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif, et dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe d'un tube à décharge électroni- que avec des circuits qui conviennent à l'établissement d'un oscillateur fonc- tionnant suivant l'invention*
La figure lA est une vue en plan de l'anode de ce tube.
Les figures 2 et 3 sont des vues en coupe à angle droit d'une autre forme de réalisation d'un oscillateur établi suivant l'invention utili- sant une anode dont la longueurest d'une demi-onde*
La figure 4 indique un procédé de modulation avec propagation directionnelle des oscillations engendrées par les appareils des Fig. 1,2 et 3.
Les figures 5, 5a et 5b montrent d'autres systèmes de modulation applicables aux oscillations fournies par les appareils ci-dessus*
La figure 6 est une vue analogue à la figure 5 et représente en outre des moyens de faire varier automatiquement la polarisation de grille de l'oscillateur*
La figure 7 représente un récepteur destiné à recevoir les oscil- lations engendrées suivant les procédés et avec les appareils de l'invention.
Bas figures 8 et 9 représentent des circuits de modulation per- fectionnés suivant l'invention.
L'oscillateur de la Fig.1 a sa cathode 2 entourée d'une anode 4 refroidie par l'eau, pour permettre la dissipation d'une quantité d'énergie et l'application d'une tension d'intensité et d'énergie considérables-
L'anode 4 du la figure 1A comporte une boucle circulaire placée autour de la grille et de la cathode et qu'on obtient en coudant convenable- ment une section du tube dans lequel un liquide réfrigérant passe de l'orifi- ce 4t à l'orifice 4''. Ce tube constitue aussi le support d'anode et sa liai-
<Desc/Clms Page number 6>
son électrique, et il traverse un scellement pratiqué dans le verre, pour ga- gner l'extérieur et rejoindre les connexions d'anenéo et de sortie du fluide* La cathode est chauffée par du courant emprunté à la source 50 au moyen des conducteurs 8.
Une grille 16 est montée de façon appropriée entre l'anode et la cathode* Une résistance 60 avec condensateur 70 laissant passer la haute fréquence, sort à provoquer une chute de potentiel au passage du courant éma- nant de la génératrice 80 et traversant le tube d'anode à cathode- Cette chu- die de potentiel rend le filament positif par rapport à la grille ou, en d'au- tres termes, sert à rendre la grille négative par rapport au filament* La ré- sistance sert à faire varier automatiquement la polarisation, de telle sorte qu'il y a un courant anodique initial quand le tube est mis sous courant, ce qui permet aux oscillations de s'amorcer' puis la polarisation est automatique- ment accrue,
après que le courant anodique croit à la suite de l'amorçage des oscillations-
Pour accorder l'anode au maximum d'impédance à haute fréquence, on se sert du condensateur 90 qui provoque une réflexiop par court-circuit en un point équivalant à un nombre impair de quarts d'onde, à partir de la partie active de l'anode, c'est-à-dire de la zone anodique frappée par les électrons émis* Le condensateur "by-pass" 100 se relie au conducteur de grille en un point à peu près égal à un nombre pair de quarts d'onde à partir de la zone ac- tive de la grille, et sert à produire pratiquement un court-circuit accordé à partir de la partie active de la grille vers la terre, de sorte qu'il n'y a , sur la grille qu'un faible potentiel de haute fréquence* Comme variante de cet- te condition,
on peut faire un réglage tel qu'il existe sur la grille un car- tan potentiel de haute fréquence offrant pratiquement la même phase que le po- tentiel de plaque.
Avec cette combinaison de tube et de circuits, la grille repousse les électrons émis par la cathode et ne leur permet pas de gagner l'anode, sauf quand le potentiel de haute fréquence sur l'anode s'ajoute au potentiel de courant continu fourni par la génératrice 80, pour donner un champ maximum* @ ce moment, les électrons sont attirés à travers la grille et accélérés vers l'anode* Cependant, avant leur arrivée à l'anode, le potentiel à haute fré- quence de l'anode s'inverse et les électrons frappent l'anode quand son poten- tiel est à sa plus basse valeur positive, ou même à une valeur négative, C'est la condition d'entretien des oscillations, comme pour les tubes à trois élec-
<Desc/Clms Page number 7>
trodes.
Evidemment, il y a une relation entre les tensions et la fréquen- ce devant âtre satisfaite, et cette relation doit être telle que le temps né- cessaire au déplacement des électrons entre grille et anode soit pratiquement égal à la moitié de la période d'une oscillation*
Comme on l'a indiqué, la partie de l'anode entre le condensateur 90 et le tube, y compris la partie de l'anode entourant la cathode et la partie de la tige d'anode, est accordée pour la résonance au quart d'onde ou à un mul- tiple du quart d'onde et accordée sur la fréquence de fonctionnement* Pour les ondes très courtes, la distance entre l'extrémité de la tige anodique 4'-4" et le condensateur 90, doit de préférence être un multiple du quart d'onde et,,
en autre* cendensateur by-pass devrait être placé au poind d'admission de l'eau sortant d'un tube de caoutchouc ou autre tubulure flexible analogue-
Si on le désire, l'énergie du tube peut être rayonnée directe- ment* Cependant, on peut accoupler une ligne de transmission en des points si- tués à distance déterminée le long de la tige anodique, et on peut conduire l'énergie de cette ligne à un système d'antenne:
auquel cas, le tube doit être convenablement blindé*
L'oscillateur représenté figures 2 et 3 a une cathode 2 à radia- teur, puisque cette forme de cathode offre une surface émettrice cylindrique de grande surface, à température relativement faible et à faible vitesse élec- tronique initiale* L'anode 4 reçoit un potentiel constant par un conducteur et un support 6 aboutissant pratiquement au point milieu de l'anode. Cette der- nière a, de préférence, la longueur égale à la moitié de l'ande de la fréquen- ce désirée* L'énergie est fournie à la cathode par les conducteurs 8, et les électrodes cathode, grille et anode sont convenablement supportées par les piè@s de lampe 10 et 12, par le conducteur 6 supportant l'anode, et par la colonne 14 supportant la cathode* Comme on le voit sur la figure 2,
l'anode 4 entoure la cathode 2, ce qui maintient la symétrie de l'espace anode-grille et augmente la débit du tube*
Les oscillations du genre "push-pull" sont donc engendrées dans l'anode, puisque les zones supérieure et inférieure sont alternativement sou- mises au potentiel maximum et au potentiel minimum* Si on suppose que la moi- tié supérieure est positive, les électrons saut attirés vers elle; mais lors- qu'ils arrivent, le potentiel de cette moitié supérieure a changé et est deve- nu minimum, ce qui satisfait à la condition désirée.
<Desc/Clms Page number 8>
Pour augmenter le débit et le rendement, on utilise une grille 16 cylindrique, faite d'un fil très fin 18 entouré en hélice et maintenu par des supports rigides appropries* Le potentiel de polarisation est appliqué à la grille par l'intermédiaire du conducteur 20.
En maintenant l'électrode de réglage ou grille 16 à un tension négative appropriée, on attire les électrons vers la partie de l'anode qui est pratiquement au potentiel positif maximum* Pendant l'instant très court où se potentiel est maximum, les électrons sont attirés à travers la grille et accé- lérés vers la partie de l'anode qui est au potentiel maximum* Avec un réglage approprié des électrodes et des potentiels, les électrodes arrivent à l'anode quand son potentiel a changé pour passer du maximum au minimum* Le courant électronique frappe donc une partie de l'anode quand le potentiel de cette par- tie est minimum, et paturellement tend à abaisser encoure le potentiel de cette partie de l'anode, en réalisant ainsi la condition désirée à l'entretien des oscillations,
Comme le pbtentiel de grille donnant le meilleur rendement exige un réglage à une valeur négative telle que les oscillations ne puissent pas s'amorcer, il est désirable de régler la valeur du potentiel sur la grille à partir d'un minimum négatif déterminé, lorsqu'on l'amorce, jwusqu'à un potentiel négatif maximum en fonctionnement normal* Un procédé de réalisation de ce ré- glage consiste à utiliser le dispositif représenté Fig.6 dans lequel une partie du débit de l'oscillateur est prise au moyen d'une ligne 22 accouplée par capa- cité symétriquement autour du point nodal de tension 24 de l'anode 4, est en- voyée à un redresseur 26. Un potentiel initial de polarisation peut être fourni par une source 28 à l'électrode de réglage 16, à travers une résistance 30.
Ce- pendant, comme les oscillations augmentent la tension appliquée aux bornes de la résistance 30 à partir du redresseur, l'effet est de sens voulu pour augmen- ter la polarisation négative de la grille*
On peut réaliser la modulation en faisant varier la tension de plaque au moyen d'un relais approprié 32, ou dans le cas de la téléphonie par le système de Haising(qui effectue la modulation dans le conducteur de la sour- ce de potentiel de plaque) à l'aide d'une bobine de choc à haute fréquence 34 reliée au point milieu de l'anode 4 dont la longueur est d'une demi-onde-
L'anode 4 peut être entièrement logée à l'intérieur de l'envelop.. pe 36 ou, de préférence, faire saillie comme le représente la figure* Pour
<Desc/Clms Page number 9>
propager directement les ondes engendrées dans l'anode,
on peut se servir d'un réflecteur parabolique 38 placé à une distance égale à un nombre impair de quarts d'onde de l'anode 4, et de préférence un quart d'onde* L' excitation de la cathode peut s'obtenir par l'emploi de courants alternatifs (cas de la Fig-6 ou bien par une source unidirectionnelle 40 (cas de la fig.4).
Si on le désire, une résistance 42 (Fig-4) de valeur appropriée peut être insérée sur le parcours suivi par la courant anodique lors de son retour à la cathode, cette résistance assurant la polarisation négative de la grille par rapport au filament, qui non seulement permet l'amorqage des oscillations, mais encore assure l'accroisse- ment automatique de la polarisation, après cet amorçage* On peut prévoir un commutateur de court-circuit 42, une résistance shunt (non représentée) en dé- rivation sur une partie de la résistance 43 lorsque les oscillations sont d'a- morçage difficile* Plutôt que de manipuler la tension anodique, on peut la va- rier, pour la modulation, au moyen de potentiels introduits par le transforma- teur 44 recevant les courants modulants amplifiés par l'amplificateur 46.
Comme dans la Big.6, le rayonnement unidirectionnel des ondes engendrées peut s'obte- nir au moyen d'un réflecteur 38.
On peut réaliser la modulation, non seulement en variant la ten- sion de plaque, mais aussi en modifiant la 'polarisation de grille, comme dans la figure Sa* Ainsi, le manipulateur 50 permet d'appliquer à la grille, soit le potentiel de la source 52, soit celui de la source 54 ;
En raison du poten- tiel négatif élevé imparti par la source 54, les oscillations sont évidemment arrêtées, ce qui correspond à des "blancs" tandis que l'application de la sources 52 permet l'oscillation et produit des traits en télégraphie* Si on le désire, le potentiel de grille peut aussi être modulé de façon continue et il est capa- ble de fournir une modulation suffisante au débit de l'émetteur*
La Figure 5b représente un procédé de modulation appliqué à l'os- cillateur au moyen d'un système Heising modifiant le potentiel de l'anode 4, la polarisation de grille suivant automatiquement la modulation pour permettre l'oscillation sur un registre étendu de modulation* L'énergie modulante du cir- cuit 1, appliquée au tube 3, modifie le potentiel au point 5 et par conséquent le potentiel appliqué au tube 4.
Les procédés de modulation ci-dessus entraînent une variation de la fréquence, aussi bien que l'intensité de l'onde émise, et on peut utiliser aussi bien une variation de fréquence que la variation d'amplitude, ensemble ou
<Desc/Clms Page number 10>
séparément ,pour agir sur un récepteur* Si l'on désire moduler seulement l'in- tensité des ondes émises et maintenir la fréquence pratiquement constante, il est préférable de moduler la différence de potentiel entre grille et filament* Les Fig.8 et 9 représentent deux méthodes qui permettent d'obtenir ce résultat*
Ainsi, dans la Fig.8, grâce à l'action du condensateur à résis- tance de fuite 17, et par suite du redressement d'énergie oscillante empruntée à l'oscillateur, la grille 16 est maintenue à un potentiel approprié ,
tant que la résistance et le condensateur/17 ont des valeurs appropriées- Cette polarisa- tion initiale de grille varie par addition algébrique de potentiels modulants au circuit de grille, à travers la transformateur modulateur 14. Les cathodes ou filmments peuvent évidemment être chauffés par les courants alternatifs, comme l'indique la figure*
Dans la Fig.9, les potentiels modulants sont appliqués aux élec- trodes d'antrée d'un tube modulant SI* Les variations de modulation à l'entrée font évidemment varier le potentiel de la cathode 2 de l'oscillateur par rap- port à la terre, de façon à faire varier le potentiel de grille 16 de l'o@cil- lateur. De la sorte,
l'intensité des ondes émises par l'oscillateur varie sui- vant la modulation à l'entrée*
Pour recevoir et transmettre les oscillations modulées d'un des oscillateurs décrits, on peut utiliser un système récepteur tel que le repré- sente la Fig.7 Dans ce système est appliqué un tube à vide à trois électrodes ayant un potentiel positif sur la grille, et un potentiel négatif sur la pla- que, suivant les principes de Barkhausen-Kurz :
le réglage des tensions et l'ac cord du tube sont faits jusqu'à ce que le tube approche de la condition d'oscil- lation, suivant les principes indiqués par Barkhausen et Kurz, à même fréquence que l'émetteur* La combinaison du tube et du circuit forme alors un récepteur à réaction très sensible. L'énergie recueillie sur les fils 60 est envoyée par la ligne de transmission 62, à travers l'accouplement inductif 64, le conduc- teur d'anode 66 accordé par un condensateur 68. La variation de potentiel anc- dique entraîna une variation du courant moyen de grille, de aorte qu'on obtient une indication dans le récepteur 70.