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" Dispositifs de contrôle pour oscillateurs électriques à haute fréquence ".
La présente invention est relative à des disposi- tifs de contrôle pour oscillations électriques à haute fré- quence, et a pour objet un dispositif de contrôle destiné à servir d'interrupteur par lequel le flux d'énergie haute fréquence à la jonction entre deux conducteurs (par exemple lignes de transmission et/ou directeur d'ondes ou sections d'une ligne de transmission ou directeur d'ondé) varie à volonté ou automatiquement quand sa puissance excède un niveau prédéterminé.
Suivant l'invention un interrupteur pour le con- /
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trôle du flux d'énergie haute fréquence %, la jonction entre deux conducteurs (par exemple lignes de transmission et/ou directeurs d'ondes ou section de ligne de transmission ou directeur d'onde) comprend un résonateur destine à être couplé aux dits conducteurs et à être associé à une enveloppe contenant du gaz ou de la vapeur dans lesquels une décharge incandescente peut être excitée, le dit interrup- teur servant pendant la décharge incandescente à faire varier l'impédance à la dite jonction et par suite le flux d'énergie entre les dits conducteurs.
Des formes d'exécutions préférées de l'invention vont être maintenant décrites en se référant aux dessins schématiques annexés, dans lesquels ;
Figure 1 est une vue schématique d'une coupe lon- gitudinale d'un interrupteur suivant l'invention, montrant l'emploi de l'interrupteur dans une application particulière de T.S.F.
Figure 2 est une vue similaire à la figure 1, excepté en ce qu'un directeur d'ondes est employé en rempla- cement d'une ligne de transmission du côté entrée de l'in- terrupteur,
Figure 3 est une vue d'une coupe suivant A-A dans la figure 2.
Figure 4 est une vue détaillée d'une coupe longitudinale d'une construction préférée; et
Figure 5 est une vue de profil en élévation du dispositif montre en figure 4.
Le principe de fonctionnement de l'interrupteur, va maintenant être décrit avec référence aux figures 1 à 3.
Le résonateur 1 est associé, d'une manière qui sera plus largement décrite dans la dernière partie de la description, à un récipient ou enveloppe en verre 2 contenant le gaz et/ou la vapeur dans lesquels la décharge est excitée; une partie du résonateur se terminant dans les pôles 3, est
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logée à l'intérieur du récipient 2, alors que l'autre partie est située en dehors de celui-ci.
Comme montré en figure 1, les côtés entrée 4 et sortie 5 d'une ligne de transmission (les dits côtés consti- tuant deux conducteurs) sont.couplés au moyen de boucles 6 aux dites parties extérieures du résonateur, tandis que comme montré en figures 2 et 3, le côté entrée 4 est rempla- cé par un directeur d'onde 7 creux, ayant une section trans- versale rectangulaire et dans lequel le résonateur s'ouvre directement à travers une ouverture 8.
Il est bien entendu que si c'est nécessaire un directeur d'onde peut être employé côté entrée et côté sortie; ou du côté sortie seulement, en conjoction avec une ligne de transmission du côté entrée comme montré en figure 1.
L'avantage d'employer un directeur d'onde du côté entrée est que, si une puissance considérable est en jeu, ce directeur d'onde obvierait aux possibilités qui pourraient exister, en cas de ligne de transmission concen- triques, d'étincelles entre les portions conductrices in- térieures et extérieures.
Le résonateur 1 est syntonisé à la fréquence des oscillations qui doivent être transmises, et est placé ainsi en oscillation de résonance par l'énergie lui fournie par la ligne 11 de transmission ou par le directeur dtonde 7. En l'absence de décharge incandescente, cette énergie passe au côté sortie 5 sans porter importante, mais quand une telle décharge est excitée, elle exerce un effet d'amor- tissement puissant sur les oscillations, dans le résonateur 1 et la quantité d'énergie passant au côté sortie 5 est de ce fait sensiblement réduite. Dans une forme particulière de construction tenant compte de cette considération, le résonateur est constitué par un rhumbatron de forme toroïdale comme on peut voir sur les figures 1 et 2.
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La valeur d'un résonateur thumbatron toroldal pour le but de la présente invention réside dans sa haute amplification de circuit, amplification de circuit (qui est généralement indiquée par le symbole Q) définie par Hensen (Journal des Applications Physiques, Vol.9, Oct.I938, page 654), comme"plusieurs fois le rapport de l'énergie emmagasinée dans le circuit à l'énergie /perdue par demi cycle. La nécessité a'employer un résonateur ayant une valeur de Q relativement haute provient de ce qui suit.
Si un résonateur de faible valeur de était employé, il pourrait être nécessaire d'user de couplages relative- ment serrés entre le résonateur et les côtés entrées et sorties de la ligne de transmission ou le directeur d'onde afin qu'un pourcentage suffisamment haut de l'énergie d'entrée puisse être transmis du côté sortie en l'absence d'une décharge incandescente. Sous ces conditions l'amortis- sement produit par une décharge incandescente aurait un effet relativement faible sur la quantité d'énergie passant du côté sortie, et l'efficacité du dispositif comme interrup- teur serait faible.
Si, cependant, un résonateur de haute valeur de est employé, des couplages comparativement lâches suffisent à transmettre l'énergie à travers le résona- teur avec pertes très légères en l'absence d'une décharge incandescente, mais quand une telle décharge est excitée, ces couplages sont insuffisants pour transmettre efficacement la puissance en vue d'un fort amortissement. sous ces condi- tions la plus grande partie de l'énergie atteignant le couplage d'entrée est réfléchie vers l'arrière dans la ligne de transmission ou le directeur d'ondes, et de la puissance entrant dans le résonateur très peu est transmis du côté sortie, de telle sorte que le dispositif peut être employé comme interrupteur ou coupe-circuit.
Quand il est nécessaire que l'interrupteur opère automatiquement, on s'arrange de telle manière que l'énergie d'entrée doive elle-même exciter la décharge quand une telle
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énergie atteint un niveau déterminé d'avance, la fourniture d'énergie au côté sortie étant alors par ce fait interrompue ou substantiellement réduite. Comme exemple, l'invention peut être employée dans les systèmes de radio-transmission et radio-réception du genre de ceux employés pour la déter- mination de la position d'avions ou autres objets au moyen de radio-échos.
En général de tels systèmes comprennent un trans- metteur destiné à produire un rayon strictement défini de radiation d'onde ultra-courte formée d'une série de pulsa- tions, et un récepteur associé destine à recueillir les ra- diations qui sont réfléchies quand le rayon transmis rencon- tre l'objet qui doit être détecté. Dans de tels systèmes un aérien commun peut être employé pour la transmission et la réception, et il est alors clairement nécessaire de protéger le récepteur, qui peut incorporer un cristal ou un autre composant facilement endommageable, de l'excitation directe (et des dommages) par les pulsations transmises.
Une telle protection peut facilement être eff ec- tuée par l'emploi d'un interrupteur suivant l'invention comme montré en figures 1 à 3. Le transmetteur 9 est connec- té à l'aérien ou au dispositif équivalent 10 par une ligne de transmission 11 (figure 1) auquel la ligne d'entrée 4 est connectée, ou par le directeur d'ondes 7 (figures 2 et 3) qui est couplé directement au résonateur 1, comme décrit auparavant; dans les deux cas la ligne 5 de transmission est connectée au récepteur 12.
Chaque pulsation transmise, en plus de ce qu'elle passe directement à l'aérien, sert à exciter la décharge incandescente et permet ainsi à l'interrupteur de fonction- ner automatiquement. Quand une telle excitation est en jeu, l'action de l'interrupteur est de limiter le signal attei- gnant le récepteur 12 à la valeur à peu près indépendante de la puissance de transmission, puisque le voltage entre
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les pôles 3 du résonateur ne peut pas excéder celui auquel passe la décharge. Comme ce dernier voltage est à peu près indépendant du courant de décharge, il s'ensuit que le vol- tage entre les pôles et par conséquent la puissance alimen- tée au côté sortie 5, est à peu près indépendante de la puissance d'entrée. Le principal effet d'accroître la puis- sance d'entrée est d'accroître le courant de décharge.
La plus grande partie de la puissance d'entrée est réfléchie en arrière à cause de l'amortissement du résonateur 1 par la décharge. Si aucune transmission n'a lieu la décharge cesse, et les signaux arrivants recueillis par l'aérien 10 passent au récepteur 12 avec de très légères pertes. Le dispositif peut évidemment être employé à la manière de n'importe quel système de T.S.F. employant un aérien commun pour la transmission et la réception.
Pour l'emploi de l'interrupteur de telle sorte qu'il ne soit pas automatique, la décharge incandescente peut être excitée par un contrôle extérieur (e.g une élec- trode provoquant une décharge excitant la décharge incan- descente), appliquée d'une manière convenable comme décrit ci-après. Dans de cas un signal quelconque, quelque petit qu'il soit, est réfléchi en arrière par le résonateur 1 durant la décharge au lieu d'être transmis. Un tel arrange- ment peut être employé si désiré en connexion avec l'appli- cation en T.S.'F. décrite précédemment, le contrôle extérieur étant opéré pour protéger le récepteur durant les périodes de transmission et durant quelqu'autres périodes au cours desquelles la réception n'est pas requise.
Une autre construction préférée suivant l'inven- tion sera maintenant décrite avec référence aux figures 4 et 5. Le résonateur prend ici la forme d'un rhumbatron place partiellement à l'intérieur et partiellement à l'exté- rieur du récipient de verre ou enveloppe 2, le dit récipient ;;tant employé corme décrit auparavant pour contenir le gaz
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ou la vapeur dans lesquels la décharge incandescente doit être excitée.
Une telle construction peut être produite par scellement de deux pièces 15, 14, ayant des ouvertures centrales 15, entre les sections du tube de verre 16 qui constitue le récipient ou enveloppe , les parties des pièces 13, 14 se trouvant l'une vis-à-vis de l'autre étant fuselées pour former les pôles b du rhumbatron et les bords extérieurs des dites pièces en dehors du tube étant adaptés @ un cercle métallique urgente 17 qui complète le résonateur.
Le rhumbatron peut être syntonisé au moyen de un ou plusieurs plongeurs syntonisants 13, pourvus d'écrous de blocage 19, qui sont insérés radialement à travers l'anneau métallique 17. De plus les pièces en cuivre 13, 14, peuvent être compensées thermiquement, de telle sorte que l'espace entre leurs pôles 3, reste constant malgré les changements de température.
Si une connexion à directeur d'ondes est employée, comme décrit avec référence aux figures 2 et 3, l'ouverture avec laquelle le directeur d'ondes communique peut être dans l'anneau métallique 17.
L'énergie peut être fournie et ressortir'du dis- positif interrupteur d'une manière connue au moyen de lignes de transmission concentriques dont les pièces inté- rieures et extérieures sont connectées aux pièces intérieu- res 21, 21' et extérieures 22,22' et aux dispositifs termi- naux 23,23' qui constituent respectivement des éléments fiche-socket d'un 'système de couplage et sont vissés dans des trous radiaux dans l'anneau métallique argenté 17 en des points convenables. Les dispositifs 23, 23' portant les boucles de couplage 24, 24' qui se trouvent à l'intérieur du résonateur 1 peuvent tourner pour ajuster le couplage après quoi elles peuvent être bloquées dans une position quelconque au moyen d'écrous de blocage (non montrés).
D'autre part si on emploie un directeur d'ondes pour la
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transmission, les couplages' intérieurs et extérieurs en connectant les sections du directeur d'ondes sur des ou- vertures convenables de la partie externe du rhumbatron corme précédemment décrit avec référence aux figures 2 et 3.
La construction décrite ci-dessus a un autre avan- tage en plus de la simplicité de fabrication et la facilité de syntonisation et de couplage du résonateur.
Un grand volume de gaz est contenu dans l'envelop- pe 2, de telle sorte que le nettoyage (cleaning up) ou absorption de gaz dû à la décharge n'est pas important.
La présence de verre dans le résonateur ne doit pas beaucoup réduire son efficience, des valeurs de Q de 4.000 à 5.000 ayant été obtenues.
Le choix du gaz ou vapeur de remplissage, qui est fait suivant l'usage que l'on veut faire du dispositif de contrôle, doit maintenant être considéré. Il est clair que les conditions les moins critiques sont celles auxquelles le dispositif de contrôle est destiné à travailler, le champ pour le choix étant le plus large, mais dans certains cas particuliers quelques uns ou tous les facteurs suivants peuvent être d'importance.
(1) Dans le cas où l'interrupteur fonctionne au- tomatiquement, la valeur ou niveau de la puissance d'entrée à laquelle commence la décharge. Dans l'application à la T.S.F. décrite ci-dessus, sur le dispositif doit passer le plus puissant signal incident que le récepteur est appelé à recueillir, et détourner les signaux plus puissants.
(2) L'intervalle de temps entre l'application d'une pulsation de puissance à l'entrée et l'éclosion de la décharge. Ce facteur est d'importance quand le dispositif fonctionne automatiquement puisque de quelque délai dans le commencement de la décharge peut résulter le passage d'un excès de puissance à l'appareil qui doit être protégée
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(3) L'intervalle de temps entre la cessation de la pulsation de puissance à l'entrée et la cessation de l'effet d'amortissement, provenant de la persistance mo- mentahée de l'effet d'ionisation dans le tube.
Dans l'ap- plication en T.S.F. à laquelle on se réfère il est impor- tant que ce retard (temps d'ionisation) soit aussi court que possible, puisque le récepteur peut être appelé à recueillir l'écho arrivant quelques micro-seconde après que la pulsation transmise à été envoyée.
Au cas de cette application à la T.S.F. on a trouvé que la vapeur d'eau à la pression de 3 à 10 mm. de mercure donne des résultats très satisfaisants, la décharge commençant à une valeur convenable de la puissance d'entrée et le retard dont mention en facteur (3) étant inférieur à une demi micro-seconde contre 10 à 20 micro-seconde pour l'hydrogène, l'hélium, l'argon ou le néon. Une rapide aug- mentation est obtenue quand la vapeur d'eau est mélangée avec d'autres gaz tels que l'hydrogène ou l'hélium.
Une méthode convenable pour s'assurer que le re- tard couvert par le facteur (2) soit aussi petit que possible consiste à s'arranger de telle manière qu'il y ait ionisa- tion dans l'intervalle entre les pôles du résonateur avant que l'impulsion de contrôle arrive. On a trouvé que ceci peut être produit par le passage d'une forte décharge entre l'extérieur du résonateur et une ou plusieurs électrodes convenables ajustées dans le verre du tube, telle que l'élec- trode 25 montrée en figures 1,2 et 4. Un dépôt radio-actif sur une telle ou de telles électrodes auxiliaires, ou sur l'intérieur du résonateur près des pôles, produira l'ionisa- tion de l'espace entre les pôles ; un dépôt de mésothorium ou de radium ou leurs produits, a été trouvé convenable dans ce but.
Une source de lumière luisant dans le tube peut aussi servir pour faire éclore la décharge par suite de la produc- tion de photo,.électrons.
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Si l'interrupteur doit fonctionner non-automati- quement une construction en général similaire à celle dé- crite ci-dessus peut être employée, avec addition d'une électrode séparée de laquelle une décharge passe au rhumba..- tron dans le but d'interrompre le flux d'énergie oscillante.
Cette électrode peut comprendre une barre (simi- laire à celle constituant l'électrode 25) qui est placée axialement au tube 2 et se termine à une distance suffisante des pôles 5 du rhumbatron de façon qu'elle ne recueille pas elle-même une quantité appréciable d'énergie oscillante.
Pour le fonctionnement efficace du dispositif comme interrup- teur, il est désirable que la décharge soit dirigée aussi étroitement que possible aux pôles du rhumbatron, et dans ce but un tube isolant (e.g. de silice ou verre) est ajusté préférablement sur le bout de l'électrode et arrangé pour s'étendre jusqu'au voisinage des pôles.
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