Dispositif pour l'amplification d'oscillations haute fréquence
modulées, équipé d'au moins un tube amplificateur.
L'invention concerne un dispositif d'amplification d'oscillations haute fréquence modulées, équipé d'au moins un tube amplificateur et particulièrement indiqué pour l'emploi dans l'étage de sortie d'un émetteur.
On connaît le procède consistent à utiliser pour
<EMI ID=1.1>
tube est conducteur pendant la moitié de chaque période de la tension alternative à amplifier. Un tel amplificateur est connu sous le
<EMI ID=2.1>
pour autant que l'amplitude de la tension alternative aux bornes du circuit de sortie soit égale à la tension anodique continue. En pratique, on admet cependant une amplitude maximum de la tension alternative égale à 0,8 - 0,9 fois la tension anodique continue, de sorte que le rendement maximum d'un amplificateur B ne dépasse guère
5Z
0,8 - 0,9 x 4 = 0,67. Lorsqu'un tel amplificateur est utilisé pour l'amplification d'oscillations haute fréquence modulées, ce rendement' de 0,67 ne s'obtiendra que pour une pointe positive de modulation correspondant à un taux de modulation de 100% de l'onde porteuse, étant donné que seulement dans ce cas, l'amplitude de la tension anodique alternative est égale à 0,8 - 0,9 fois la tension anodique continue. En cas d'absence de modulation, l'amplitude de la tension anodique alternative n'est égale qu'à la moitié de la valeur mention-
<EMI ID=3.1>
tions de radiodiffusion, la valeur moyenne du taux de modulation considérée pour une journée entière, est très petite, car la valeur instantanée du taux de modulation dépasse rarement 30%, en d'autres termes, le rendement moyen d'un amplificateur B ne dépasse guère 0,33,
Pour obtenir un amplificateur à rendement plus élevé, on
a proposé des dispositifs dans lesquels on fournit de l'énergie à une impédance de charge, par au moins deux canaux amplificateurs et <EMI ID=4.1> dans lesquels le circuit de sortie de l'un de ces canaux est relié
à l'impédance de charge par l'intermédiaire d'un réseau réciproque, c'est-à-dire un réseau dont l'impédance d'entrée est inversement proportionnelle à l'impédance de fermeture du circuit de sortie. Comme réseau réciproque, on peut utiliser une ligne de transmission dont la longueur est égale au quart de la longueur d'onde des oscillations à amplifier. Ces amplificateurs .permettent d'obtenir, même pour un faible taux de modulation, un rendement de 0,65 environ.
L'invention concerne un dispositif pour l'amplification d'oscillations haute fréquence modulées, à rendement élevé, dispositif qui ne comporte qu'un seul canal amplificateur.
Conformément à l'invention, on insère entre le circuit anodique d'un tube amplificateur haute-fréquence et une impédance de charge, un réseau combiné, dont les éléments sont constitués par des réseaux réciproques, et en chaque noeud de deux ou d'un plus grand nombre de ces réseaux, sauf à l'endroit du circuit anodique et de l'impédance de charge mentionnés, se trouve au moins un tube à décharges fonctionnant comme interrupteur, tube dont l'impédance entre l'anode et la cathode shunte au noeud le circuit d'entrée, respectivement le circuit de sortie des réseaux réciproques, et modulé de manière telle qu'à amplitude croissante des oscillations à amplifier au moins un certain nombre de ces tubes soient consécutivement et/ou alternativement bloqués, ce qui assure une diminution par sauts de l'impédance d'entrée du réseau combiné.
Conformément à une forme d'exécution de l'invention, le réseau composé peut s'obtenir'en reliant, par l'intermédiaire de réseaux réciproques, chacun des points d'un groupe à chacun des points d'un second groupe, deux des points considérés étant reliés respectivement au circuit anodique du tube amplificateur haute fréquence et
à l'impédance de charge.
Dans un amplificateur. B normal, le rendement est proportionnel à l'amplitude de l'oscillation à amplifier. Lorsque cette amplitude atteint sa valeur maximum, le rendement est de 0, 67 environ, à mi-amplitude, il est de 0,33 environ etc. Ceci est attribuable au fait qu'à l'amplitude maximum de l'oscillation à amplifier, la tension anodique du tube amplificateur est complètement modulée et qu'à mi-valeur de cette amplitude, la modulation n'est que de 0,5 etc. Par modulation complète de la tension anodique, on entend ici
<EMI ID=5.1>
te et choisie suffisamment grande pour qu'à modulation complète de la tension anodique, c'est-à-dire à la plus grande valeur Ea max de
<EMI ID=6.1>
2 Ra
soit égale à la puissance maximum, que le tube doit pouvoir fournir.
Dans le dispositif conforme à l'invention, l'impédance Ra n'est pas constante, au contraire, elle varie par sauts à amplitude variable des oscillations à amplifier. Aux petites amplitudes, Ra.est plus grand, par exemple plusieurs fois plus grand que dans le cas d'un amplificateur B correspondant. De ce fait, il suffit d'une petite amplitude pour que la tension anodique soit complètement modulée et pour que le rendement soit très élevé. Pour permettre l'augmentation de la puissance de sortie à amplitude croissante de l'oscillation à amplifier, l'impédance Ra est réduite par saut, jusqu'à un montant moins élevé, de sorte que la modulation de la tension anodique, et partant le rendement, diminuent légèrement, mais la puissance de sortie ne varie pas.
Lors d'un plus grand accroissement de l'amplitude de l'oscillation à amplifier, la puissance de sortie peut donc à nou.veau croître jusqu'au moment où la pleine modulation de la tension anodique Ea est à nouveau atteinte; il se produit alors une nouvelle réduction, par saut de l'impédance Ra, et ainsi de suite. Ce processus peut se répéter un nombre arbitraire de fois, jusqu'à ce que le dernier saut .amène Ra à la valeur que cette impédance aurait de façon permanente dans l'amplificateur B correspondant.
Il est évident que, dans le mode de fonctionnement décrit, pour des amplitudes de l'oscillation à amplifier comprises entre zéro et la valeur maximum, le rendement moyen est notablement plus élevé que celui d'un amplificateur B normal.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La forme d'exécution du dispositif conforme à l'invention représentée sur la figure 1 comporte un tube amplificateur de sortie U, un amplificateur pour oscillations haute fréquence modulées et
une impédance de charge R, constituée par une antenne par exemple, à laquelle le tube U fournit de l'énergie. Entre le circuit anodique
du tube U et l'impédance de charge R est inséré un réseau combiné dont
<EMI ID=7.1>
en série trois a trois, et les chaînes ainsi obtenues, constituées chacune de trois réseaux, sont montée$ en parallèle avec le réseau
<EMI ID=8.1>
montés des tubes à décharges A, respectivement B, A' etc. fonctionnant comme interrupteurs, tubes dont les circuits anodiques sont connectés aux réseaux de manière telle que les impédances entre l'anode et la cathode des tubes A, B, A' etc. shuntent aux noeuds, les cir-
<EMI ID=9.1>
ou, en d'autres termes, aux noeuds mentionnés les réseaux sont fermés par les impédances anode-cathode des tubes A, B, A' etc. L'impédance d'entrée du réseau combiné constitue l'impédance de charge Ra du tube U tandis que la résistance R constitue l'impédance de fermeture du réseau. Pour rendre le dessin plus clair, les connexions entre les tubes et les réseaux sont représentées par des conducteurs simples, tandis que les sources de tension d'alimentation et de tension de commande n'y figurent pas.
<EMI ID=10.1>
réciproques, c'est-à-dire des reseaux présentant la propriété que l'impédance d'entrée est inversement proportionnelle à l'impédance de fermeture du circuit de sortie, tandis que l'impédance de sortie est inversement proportionnelle à l'impédance de fermeture du circuit d'entrée. Le produit de l'impédance d'entrée, respectivement de l'impédance de sortie, et de l'impédance de fermeture est constant et, on admettra ci-après que pour le réseau réciproque Ro, respectivement.Rl, R2 etc., le produit de l'impédance d'entrée et de l'impé-
<EMI ID=11.1>
plus, pour les réseaux réciproques, par exemple pour le réseau Ro, on a la relation
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<EMI ID=13.1>
le courant dans l'impédance de fermeture du circuit de sortie. Ce courant est décalé de 90[deg.] par rapport à la tension V, est indépendant
de la valeur de l'impédance de fermeture et, pour une valeur donnée de la résistance d'onde, il dépend donc uniquement de la tension d'en-
<EMI ID=14.1>
Dans le dispositif représenté sur la figure 1, la diminution par sauts de l'impédance de charge anodique Ra s'obtient de la manière suivante: on admettra que les tubes A, B, A' etc. soient modulés de manière à être conducteurs et qu'ils présentent une faible impédance entre l'anode et la cathode, de manière à provoquer pratiquement un court-circuit des réseaux réciproques aux noeuds de ces réseaux où sont montés les tubes considérés. Les impédances de fer-
<EMI ID=15.1>
sont donc très faibles, de sorte que les impédances d'entrée des réseaux réciproques au droit du tube U et de la résistance R sont
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<EMI ID=17.1>
de sorte que, dans ces conditions, la charge Ra du tube U est égale à Zi.
Lorsque, d'une manière qui sera décrite ci-après, les tubes A et B sont bloqués de sorte que le circuit comportant les ré-
<EMI ID=18.1>
se déterminer à l'aide de la formule
<EMI ID=19.1>
<EMI ID=20.1>
un réseau à résistance d'onde Rt_dans lequel
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c'est-à-dire que tout se passe comme si les résistances d'onde Ro et Rrés étaient montées en parallèle. Lorsque Rrés est positif, la résistance d'onde Rt résultant de ce montage parallèle est inférieure
<EMI ID=22.1>
des tubes A et B a donc entraîné une diminution de la valeur de Ra.
Une plus grande diminution par saut de l'impédance de charge anodique Ra du tube U peut s'obtenir en bloquant en même temps les tubes A' et B' et ensuite aussi les tubes A" et B". La figure 1 représente trois chaînes de réseaux montés en série; il va de soi que ce nombre peut être arbitraire.
Sur la figure 2, la courbe en trait plein donne les variations de la tension anodique alternative Ea du tube U de la figure 1 en fonction de l'amplitude P des oscillations à amplifier par le tube U. Etant donné que l'amplitude n'est approximativement linéaire, P représente en même temps l'amplitude du courant I dans l'impédance de sortie R. P4 donne la. valeur maximum des oscillations à amplifier et l'intensité maximum du courant de sortie I, tandis que
<EMI ID=23.1>
sauts l'impédance de charge anodique Ra du tube U. Les dimensions des réseaux réciproques sont imaginées telles que la résistance d'on-
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1> le long de l'axe des P représentent toutes ce montant
<EMI ID=28.1>
et sont donc égales.
La courbe en pointillés de la figure 2 représente les variations de l'impédance anodique Ra du tube U. Comme on l'a déjà
<EMI ID=29.1>
4R 9R 16R.
figure 2 montre comment, à chaque saut, la tension anodique alternative Ea tombe de la pleine modulation a une valeur plus petite.
Afin d'éviter une discontinuité, il faut qu'immédiatement avant et après chaque modification par saut de l'impédance Ra, la
<EMI ID=30.1>
courant alternatif du courant anodique du tube U) doit être approximativement la même. Comme Ra tombe par saut, il en résulte que Ia doit augmenter-par saut. Lorsque le tube U est une triode, l'augmentation.de Ia se produire'automatiquement, il est cependant possible que cet accroissement n'ait pas, sans plus, la grandeur requise. La distorsion éventuelle peut cependant être éliminée par réaction inverse. Lorsque le blocage des tubes A, B, A' etc. s'effectue quelque peu progressivement, la distorsion à éliminer par réaction inverse est notablement inférieure à celle qu'il y aurait lieu d'éliminer lorsque les modifications se produisent par saut brusque.
Il n'.est pas indispensable que la résistance d'onde résul-
<EMI ID=31.1>
ble que les niveaux d'amplitude Pl = P4 soient choisis équidistants.
<EMI ID=32.1>
etc. soient égaux entre eux. En effet, dans ce cas, le saut maximum rencontré est aussi petit que possible.
De ce qui précède, il résulte que les tubes A, B, A' etc. travaillent uniquement comme interrupteurs, c'est-à-dire qu'ils sont ou bien aussi bons conducteurs que possible ou bien entièrement bloqués. Le blocage des tubes A et B, respectivement A' et B' et
<EMI ID=33.1>
ment P2 et P3, des oscillations à amplifier est dépassé, niveau auquel se produit, comme le montre la figure 2, la modulation complète
<EMI ID=34.1>
conforme à l'invention, ce blocage s'obtient par le fait qu'une tension basse fréquence obtenue éventuellement après détection des oscillations à amplifier, et correspondant à l'enveloppe des oscillations à amplifier, est appliquée à polarité négative, à l'électrode de commande des tubes considérés. Les tubes sont réglés, par exemple à l'aide de diverses tensions de polarisation de grille,
de manière telle que les divers jeux de tubes, 'par exemple les tubes A et B, soient bloqués consécutivement aux niveaux d'amplitudes désirés des oscillations à amplifier. A cet effet, les électrodes de commande des tubes A et B, respectivement A', B' et A", B" peuvent être interconnectées.
<EMI ID=35.1> <EMI ID=36.1>
dispositif réalisé conformément à l'invention. Dans celle-ci, le réseau combiné s'obtient par le fait qu'entre le circuit anodique du tube U et l'impédance de charge R se trouvent branchées un certain nombre de branches parallèles (la figure 3 représente deux de ces branches) composées chacune de deux réseaux ré-
<EMI ID=37.1>
ve monté un tube à décharges A, respectivement A', fonctionnant comme interrupteur, tube dont l'impédance anode-cathode shunte, aux noeuds, le circuit d'entrée, respectivement le circuit de sortie, des réseaux considérés. Le fonctionnement se ramène en principe à celui du dispositif représenté sur la figure 1, avec cette différence cependant qu'une seule branche peut être en fonctionnement, de sorte que les branches doivent présenter des résistances d'onde différentes. Le fait que le montage en parallèle de deux branches est impossible s'explique facilement de la manière suivante:
Pour une branche composée de deux réseaux réciproques
(par exemple Rl et Rp) montés en série, on a
<EMI ID=38.1>
expression dans laquelle Vu est la tension aux bornes de sortie du second réseau et Vi la tension aux bornes d'entrée du premier réseau. Pour la branche composée des réseaux R3 et R4, on a
<EMI ID=39.1>
Lorsque les deux branches, c'est-à-dire le circuit d'entrée et le circuit de sortie des deux branches, sont montées en parallèle, les tensions Vu et Vi sont égales pour les deux branches
<EMI ID=40.1>
Rl R3
tions précitées. Dans ce cas, seule la valeur Vu = Vi = 0 satisfait simultanément aux deux équations, en d'autres termes, les deux branches sont court-circuitees aux deux extrémités. Le dispositif tel que représenté sur la figure 3, ne permet donc pas de monter en parallèle deux ou un plus grand nombre de branches.
La figure 4 montre une autre forme d'exécution du dispositif réalisé conformément à l'invention. Le circuit anodique du tube amplificateur et la résistance de charge R y sont respectivement connectés à deux sommets opposés d'un hexagone dont les côtés <EMI ID=41.1>
A tous les sommets de l'hexagone, sauf aux deux sommets précités, est monté un tube à décharges, fonctionnant comme interrupteur, désigné pa.r A, respectivement B, C et D qui shunte le circuit d'entrée, respectivement le circuit de sortie, des réseaux au noeud considéré.
Ce dispositif permet d'obtenir six valeurs différentes
de l'impédance de charge anodique Ra du tube U, par les combinaisons suivantes de tubes conducteurs et de tubes bloqués.
<EMI ID=42.1>
II ABCD conducteurs
III AB conducteurs, CD bloqués IV AB bloqués, CD conducteurs V AC conducteurs, BD bloqués VI AC bloqués, BD conducteurs La figure 4 montre que, dans le cas de la combinaison II, seul le réseau Rg est inséré, tandis que, pour toutes les autres combinaisons, une ou plusieurs chaînes, constituées par le montage en série de trois des autres réseaux, sont branchées en parallèle avec le réseau Rg. Le blocage des tubes A-D peut s'effectuer à l'aide d'un dispositif comportant un tube à rayons électroniques, dans lequel, sous l'influence d'une tension basse fréquence, éventuellement obtenue après la détection des oscilla- <EMI ID=43.1>
à amplifier, le faisceau électronique est défléchi, et, à amplitude croissante de cette tension, ce faisceau touche consécutivement un certain nombre d'électrodes reliées à une électrode de commande des tubes A-D, de manière que les tubes A-D par exemple soient consécutivement et/ou alternativement conducteurs ou bloqués suivant l'ordre de succession mentionné au tableau ci-dessus.
Lorsqu'on n'emploie que quatre des six combinaisons pos-
<EMI ID=44.1>
tubes A, B, C et D peut s'obtenir à l'aide de moyens simples. Ceci est nettement prouvé par le tableau suivant qui représente les états des tubes A, B, C et D (b = bloqué, c = conducteur) pour l'amplitude des oscillations à amplifier variant depuis zéro jusqu'à la va-
<EMI ID=45.1>
nière telle qu'utilisées dans l'ordre de succession III, V, IV, VI, de la manière représentée -sur la figure 8, les combinaisons employées entraînent chaque fois une plus faible impédance de charge anodique du tube U. Les niveaux d'amplitude auxquels se produit chaque fois
<EMI ID=46.1>
<EMI ID=47.1>
Ce tableau prouve qu'à amplitude croissante des oscillations à amplifier, le tube D, respectivement A, est bloqué, res-
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
<EMI ID=50.1>
sion basse fréquence éventuellement obtenue après détection des oscillations à amplifier et correspondant à l'enveloppe de modulation des oscillations à amplifier, combinée à des polarisations appropriées appliquées à une grille de commande des tubes A et B, on obtient facilement que le tube A, respectivement B, soit bloqué, respectivement conducteur à des valeurs plus négatives qu'une valeur instantanée déterminée de la tension basse fréquence cor-
<EMI ID=51.1>
bloqué à des valeurs .instantanées plus positives. La modulation désirée des tubes B et C peut s'obtenir en redressant, sans uniformisation, la tension basse fréquence citée et en appliquant les impulsions de tension continue obtenues aux électrodes de commande des tubes B et C de manière qu'à des valeurs instantanées positives, respectivement négatives de l'amplitude de la tension basse fréquence, inférieures à une valeur correspondant au niveau P3, respectivement Pl, le tube B soit conducteur et que pour des valeurs instantanées de l'amplitude, supérieures à cette limite, le tube soit bloqué, l'inverse se présentant pour le tube C.
La figure 5 représente une autre forme d'exécution du dispositif réalisé conformément à l'invention, forme qui présente beaucoup d'analogies avec celle de la figure 4. Le tableau ci-dessous donne les six combinaisons utilisables de tubes à décharge A-D bloqués et conducteurs.
<EMI ID=52.1>
II B bloqué, A, C et D conducteurs
III C bloqué, A, B et D conducteurs
IV B, C et D bloqués, A conducteur
V A, C et D bloqués, B conducteur
VI A, B et D bloqués, C conducteur.
Par rapport au dispositif représenté sur les figures
3, 4 et 5, le montage de réseaux combinés constitués de plusieurs réseaux réciproques, utilisés dans ce dispositif et d'autres réseaux combinés, non décrits, éventuellement utilisables, peut s'obtenir, en reliant, par l'intermédiaire de réseaux réciproques, chaque point d'un groupe de points à chaque point d'un second groupe de points, deux des points cités étant connectés respectivement au circuit anodique du tube amplificateur haute fréquence U et à l'impédance de charge R. Aux autres points sont connectés les tubes à décharges A, B, C etc. Ces montages sont illustrés par les figu-
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reseau réciproque. Sur la figure 6ale circuit anodique du tube
U est relié au point al et l'impédance de charge R est reliée au
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Au lieu d'insérer aux noeuds des réseaux un tube A respectivement B, A' etc., on peut y monter avantageusement deux tubes montés en push-pull, montage dans lequel les tubes ne requièrent pas de tension anodique. La figure 7 représente un dispositif approprié à cet effet. Ll et L2 représentent des bobines
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
sont connectées directement aux bornes de la bobine L2. Les élec-
<EMI ID=57.1>
çoivent donc la même tension de commande. Les bornes d'entrée K sont connectées aux bornes d'entrée, respectivement aux bornes
de sortie, des réseaux réciproques, aux noeuds des réseaux. Il est
<EMI ID=58.1>
pédance entre les bornes K est très petite, alors que, lorsque ces tubes sont conducteurs, l'impédance est très grande.
Comme déjà signalé, il faut que la résistance d'onde résultante Rrés des chaînes de trois réseaux montés en série les
<EMI ID=59.1>
présentés sur les figures 1 et 4 soit positive; ce résultat peut
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<EMI ID=61.1>
en les montant de manière telle que le courant de sortie '1 soit décalé de -90[deg.] par rapport à la tension d'entrée V, donc qu'il soit en opposition de phase par rapport à la tension d'entrée du réseau Rg.Une forme d'exécution avantageuse de ces circuits s'obtient en utilisant pour le réseau R2 un filtre qui provoque un
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la self-induction L et la capacité C montées en parallèle avec le tube A, respectivement B, constituent un circuit oscillateur ac,cordé sur l'oscillation a amplifier, circuit dont l'impédance est constante et très grande. Ce circuit peut donc être supprimé., de sorte que l'on obtient le montage simple représenté sur la figure 8b.
La figure 9 représente un schéma de montage d'une forme d'exécution du dispositif représenté sur la figure 1, réalisé con- <EMI ID=63.1>
sont choisis égaux et sont constitués de la manière représentée sur la figure 8b.
Au lieu de réseaux réciproques constitués de selfinductions et de capacités concentrées, il est aussi possible d'utiliser des réseaux réciproques à selfinduction et à capacités réparties, par exemple des lignes de transmission d'une longueurégale à un nombre impair de quarts de longueur d'onde des oscillations à amplifier. Chaque réseau réciproque peut aussi consister lui même en un nombre impair de réseaux réciproques montés en série.