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Dispositif d'accord pour oscillations à ultra haute fréquence.
L'invention actuelle se rapporte à un dispositif d'accord pour oscillations à ultra haute fréquence dans lequel l'accord dans une bande relativement large de fréquence s'effectue principalement par la variation d'inductance d'un circuit résonnant accordé.
Les circuits résonnants accordés par inductance ont une valeur moyenne d'impédance d'accord plus grande que celle qui peut être obtenue par un circuit accordé par capacitance accordable dans la même bande de fréquences. Alors que les circuits accordés par condensateurs ont une impédance minimum pour l'extrémité à basse fréquence d'une bande d'accord
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et une impédance élevée à l'extrémité haute fréquence, inversement le circuit accordé inductivement à une impédance minimum à l'extrémité haute fréquence et une impédance maximum à l'extrémité basse fréquence de la bande.
Cette caractéristique des circuits accordés par inductance a une importance particulière, par exemple, dans les oscillateurs à ultra haute fréquence où la basse impédance d'un circuit accordé par condensateur entraîne souvant l'arrêt du fonctionnement de l'oscillateur près de l'extrémité à basse tension de sa bande de fonctionnement. L'impédance minimum d'un circuit à accord par inductance d'autre part, est relativement élevée de telle sorte que le fonctionnement de l'oscillateur est générale- ment assuré sur la bande entière de fréquence.
Les dispositifs d'accord à ultra haute fréquence du type à accord par inductance sont généralement de faible résistance ohmique de façon qu'ils aient un rapport élevé souhaité de la réactance par rapport à la résistance. Ceci entraîne l'usage de conducteurs électriques de section relativement large. La longueur du conducteur est habituellement seulement de l'ordre de quelques centimètres comme il doit avoir une inductance de l'ordre de quelques microhenrys. Il est généralement fort souhaitable que de tels dispositifs d'accord ne comprennent pas de queues de cochon flexi- bles ou de contacts frottants.
Au début les montages à basse fréquence pour réaliser l'accord par inductance sans contacts frottants ou de queues de cochon flexibles impliquaient des inducteurs d'inductance relativement grande, parmi lesquels peu de types sont bien adaptés pour l'accord par inductance à ultra haute fréquence. Un de ces montages du début fut le type d'inducteur à noyau à poudre de fer. Ce dernier, quand il est utilisé à ultra haute fréquence, entraine des difficultés dans l'obtention d'un rapport suffisamment élevé de la réactance inductive à la résistance, ne peut généralement pas être construit avec suffisamment de facilité et demande un noyau relativement massif.
Suivant l'invention, un dispositif d'accord à ultra haute fréquence se compose de deux organes de matériaux conducteurs, chaque organe formant un simple enroulement et les deux organes pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre, la distance minimum entre ces organes n'étant guère plus importante que l'épaisseur de l'enroulement formé par l'un d'eux
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lorsqu'elle se mesure dans le plan de cet enroulement.
Afin d'arriver à une meilleure compréhension de l'invention actuelle, on se reportera à la description suivante faite en relation avec le dessin annexé, dans lequel la fig.l illustre un dispositif d'accord à ultra- haute fréquence réalisant l'invention actuelle; la fig. 2 est une vue montrant l'assemblage du dispositif d'accord organe mobile et support; la fig. 2A est une vue latérale en coupe faite suivant la ligne B.B. de la fig. 2 ; lafige 3 est une vue par au-dessus, en partie en coupe du disposi- tif d'accord de la fig. 1; la fig. 4 est un diagramme de circuit d'un oscillateur à ultra haute fréquence utilisant le dispositif d'accord de l'invention actuelle;
alors que la fig. 5 est un graphique représentant la façon suivant laquelle la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur de la fig. 4 varie avec la rotation de l'organe mobile du dispositif d'accord.
Se reportant maintenant plus spécialement à la fig. 1 du dessin, il y est figuré un dispositif d'accord à ultra haute fréquence réalisant l'invention actuelle sous une forme souhaitée. Le dispositif d'accord comporte un organe fixe à un seul tour 10 comprenant un anneau de matériaux conducteurs ayant une section droite pratiquement circulaire. Il est fixé à l'organe 10 des flasques latéraux de consolidation 11, utiles au premier chef pour conférer une meilleure rigidité à l'organe 10, et un organe de base 12 pour assurer au dispositif d'accord un support approprié. L'organe fixe 10, les flasques 11 et l'organe de base 12 sont de préférence en aluminimum coulés en coquille.
Ce matériau offre l'avantage de donner un dispositif d'accord de faible poids, est adapté pour être facilement coulé en coquille et a une haute conductibilité électrique, rendant possible l'obtention d'un rapport élevé de la réactance inductive à la résistance pour le dispositif d'accord. La coulée en coquille est souhaitable par le fait que les dispositifs d'accord réalisant l'invention peuvent être manufacturés sous faibles tolérances en grandes quantités à peu de frais.
Le diamètre de l'organe en boucle 10 est, évidemment, déterminé par la bande de fréquence de fonctionnement souhaitée en relation avec la capacitance totale du circuit qui sera placée aux extrémités ouvertes de @
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l'organe 10. La grande section droite du matériau conducteur de l'organe en boucle 10 permet d'atteindre un rapport élevé de la réactance inductive à la résistance pour le dispositif d'accord. Des variations de section droite ont seulement une action secondaire sur l'inductance de l'organe 10.
Dans la bande des ultra hautes fréquences pour lesquelles le dispositif d'accord de l'invention actuelle est particulièrement adaptée, par exemple les bandes d'accord de l'ordre de 100 mégacycles et au-dessus, le courant à haute fréquence pénètre l'organe en boucle 10, seulement sur une très faible profondeur. Pour cette raison, l'orgue 10 peut être construit au moyen d'un tube creux, si on le désire, sans déranger pratiquement le rapport prémentionné du dispositif d'accord. Ceci cependant augmen- tera généralement le prix du dispositif puisque la coulée en coquille ne peut pas être utilisée dans cette construction.
On a trouvé que le rapport réactance-résistance du dispositif d'accord est légèrement amé- lioré par la suppression das flasques de consolidation 11 et ceci peut se faire dans les applications particulières où l'organe en boucle 10 a suffisamment de rigidité sans l'usage des flasques.
Le dispositif d'accord comporte également un organe 13 comprenant un anneau de matériau conducteur ayant de préférence une section d@oite pratiquement circulaire d'une surface en section droite égale au moins à celle de l'organe statique 10. Une forte section droite du matériau de l'organe tournant 13 aide à obtenir un rapport élevé de la réactance inductive à la résistance du dispositif d'accord.
Le dispositif d'accord contient également des moyens pour permettre aux organes 10 et 13 de se déplacer l'un par rapport à l'autre pour faire varier l'écartement entre-eux. Dans la construction spéciale indiquée, l'organe 13 est supporté dans l'organe fixe 10 de façon à tourner suivant un diamètre de celui-ci. Ces moyens comprennent une âme 14 faisant partie intégrante de l'organe tournant 13, et un arbre 15 tourillonné dans une ouverture 16 pratiquée dans l'organe fixe 10 et dans l'organe de base 12.
L'arbre 15 est en contact électrique avec l'organe fixe 10 et est mécanique- ment et électriquement relié à l'organe tournant 13 par les rivets 17 qui fixent l'arbre 15 à l'âme 14. L'âme 14 et l'anneau 13 sont de préférence faits d'une pièce d'aluminimum par coulée en coquille .
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La meilleure manière pour assembler l'arbre 15 et l'organe tournant 13 est indiquée de préférence par les vues développées des fige 2 et 2à,où la fig. 2A est une vue coupée faite le long de la ligne B B de la fig. 2.
L'arbre 15 est muni d'une extrémité fendue 18 pour recevoir l'âme 14 de l'organe tournant et est introduit à travers un collier 19 formant partie intégrante avec l'organe tournant 13. Des trous à espacement convenable 20 sont aménagés dans l'arbre 15 et l'âme 14 pour recevoir les rivets 17 assurant l'assemblage de l'arbre et de l'organe rotatif. On comprendra évidemment, que l'assemblage de l'arbre 15 avec l'organe tournant 13 est réalisé lorsque l'organe tournant 13 est placé dans l'organe fixe 10.
L'organe tournant 13 est adapté pour tourner afin de modifier l'inductance de l'organe fixe 10. Pour qu'une variation appréciable d'in- ductance de l'organe fixe 10 puisse s'obtenir dans le champ de rotation de l'organe tournant 13, l'espacement relatif minimum de l'organe tournant
13 par rapport à l'organe fixe 10 ne peut pas être plus grand que l'épais- seur de l'enroulement formé par l'organe 10 tel qu'il est mesuré dans le plan de celui-ci, c'est-à-dire dans le cas présent pas plus grand que le diamètre de la section droite de l'organe 10. Comme établi précédemment le courant à haute fréquence pénètre dans l'organe en boucle 10 seulement à très faible profondeur et ainsi s'écoule à peu près entièrement sur sa surface.
Pour cette raison, le diamètre de la section droite de la partie
10 est un facteur important par rapport à l'espacement minimum moyen des organes 10 et 13 et ceci est vrai que l'organe 10 soit constitué d'une bande large et relativement mince de matière ou d'un matériau ayant une section droite circulaire comme indiqué. En général, plus l'espacement minimum de l'organe tournant 13 par rapport à l'organe fixe 10, est étroit plus la variation d'inductance de l'organe fixe 10 sera grande dans le champ de rotation de l'organe tournant,13.
Alors que l'arbre 15 ne doit pas être tourillonné dans l'organe fixe
10 en un point diamétralement opposé à l'ouverture entre les extrémités de ce dernier, cette construction est souhaitable du point de vue que l'organe tournant 13 est maintenu symétriquement suivant un diamètre de l'organe fixe 10 et tourne suivant un tel diamètre, offrant ainsi un dispositif d'accord mécaniquement et électriquement en équilibre. En conséquence, le dispositif d'accord est électriquement équilibré par rapport à la terre
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lorsqu'une connexion à la terre est faite par l'organe de base 12, comme lorsqu'on relie l'organe 12 mécaniquement et électriquement au panneau métallique relié à la terre d'un appareil à ultra haute fréquence.
Les extrémités de l'organe d'accord fixe 10 sont, dans la plupart des applications, couplées à travers de petits condensateurs !1 une ou plusieurs électrodes du dispositif à vide comprises dans un appareil à ultra haute fréquence. Le dispositif d'accord de l'invention actuelle à l'avantage que ces condensateurs de couplage peuvent aisément et rapide- ment être construits sur les parties terminales de l'organe fixe 10. Cette construction est hautement recommandable du point de vue qu'il offre un minimum d'inductance de fuite, cette dernière étant plutôt gènante et peu souhaitée aux ultra hautes fréquences. Cette construction apparait le mieux à la fig.3, qui est une vue au-dessus, partiellement en coupe, du disposi- tif d'accord montré à la fig. 1.
Chacun de ces condensateurs d'accord comporte une partie terminale du flasque 11 comme une de ses armatures, le second flasque 21 du condensateur étant constitué d'une mince plaque de cuivre étamé ayant une patte de connexion 22 faisant partie intégrante de celui -ci, et une feuille convenable de diélectrique 9, pouvant être une feuille de mica, pour séparer la plaque 21 du condensateur de la partie terminale du flasque 11. Le condensateur de couplage est maintenu monté par des vis de machine 23 vissés dans le flasque 11 et isolées électique- ment par des buselures isolantes 24 de la'plagie du condensateur 21.
Dans le cas où les flasques de consolidation 11 sont omis dans le dispositif d'accord, comme on peut le désirer dans certainesapplications comme il fut dit ci-avant, le condensataur de couplage se réalise directement sur la partie terminale de l'organe fixe 10. Dans ce cas, la plaque 21 du conden- sateur est de préférence découpée de façon à présenter un contour correspon- dant à cette'partie terminale de l'organe fixe 10 sur laquelle la plaque 21 du condensateur est fixée. Un condensateur de couplage de cepacité augmen- tée peut s'obtenir en ajoutant des feuilles de diélectrique et des plaques de condensateur, à volonté.
La fig. 4 représente un diagramme de circuit d'un oscillateur à ultra haute fréquence et illustre une application du dispositif d'accord de l'in- vention actuelle. L'inducteur 10-13 de cette disposition représente schéma- tiquement l'organe fixe 10 du dispositif d'accord, dont l'inductance est @
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EMI7.1
variable, comme indiqué par la flèche, par le fait de l'effet de l'organe tournant 13 sur l'organe fixe 10.
L'inducteur 10-13 est relié à la terre en son point central, comme lors du reliement à la terre de l'organe de base 12 du dispositif d'accord, et peut être accordé dans une bande de fréquence de fonctionnement par un condensateur 25 indiqué en traits interrompus pour la raison qu'il peut être contenu dans le tout ou dans la partie de la structure inhérente et la capacitance du circuit qui existe entre les terminaisons de l'organe fixe en boucle 10. L'oscillateur comporte un tube à vide 26 ayant son anode couplée à travers un des condensateurs d'accord 11-12 à une extrémité de l'inducteur 10-13 et ayant une électrode de contrôle couplée à travers un second condensateur de couplage 11-21 à l'autre extrémité de l'inducteur 10-13.
On doit comprendre que les con- densateurs de couplage 11-21 sont construits sur les parties terminales individuelles de l'organe en boucle fixe 10 du dispositif d'accord tel qu'il est décrit précédemment. L'anode du tube à vide 26 est alimentée à travers une bobine de choke à fréquence radio 27 à partir d'une source de tension d'alimentation, mentionnée sous + B et une électrode de con- trôle du tube à vide est reliée à la terre à travers une bobine de choke à fréquence radio 28 et une résistance de fuite de grille. La cathode du tube à vide est reliée à la terre à travers une bobine de choke 30 à fréquence radio et le chauffage du tube est assuré à travers la bobine de choke 30 et une bobine de choke 31 à fréquence radio à partir d'une source appropriée de tension d'alimentation indiquée par + A.
Un conden- sateur 32 est placé entre l'anode et la cathode du tube 26 et un condensateur 33 entre l'électrode de contrôle et sa cathode, les condensa- teurs 32 et 33 étant indiqués en traits interrompus pour la raison qu'ils peuvent être compris en tout ou en partie dans les capacitances inévitables entre électrodes se trouvant entre l'anode, la cathode et l'électrode de contrôle de ce tube.
Examinant maintenant le fonctionnement du montage oscillateur de la fig. 4, les tensions oscillantes produites aux bornes du circuit résonnant 10-13 et 25 produisent des tensions correspondantes aux bornes des conden- sateurs 32 et 33 qui sont reliés en série aux bornes du circuit résonnant.
La tension produite aux bornes du condensateur 33 placée sur l'électrode -
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de contrôle et la cathode du tube 26 est en fait une contre réaction de tension sur l'électrode de contrôle du circuit de sortie de ce tube et possède une phase telle par rapport à la tension créée dans ce dernier circuit qu'il soit apte à produire des oscillations d'entretien dans le circuit résonnant 10-13 et 25. TJne certaine partie de la tension développée dans le circuit de sortie du tube 26 peut également réagir à travers l'in- ducteur 10-13 à l'électode de contrôle du tube 26, étant ainsi apte à produire des oscillations entretenues dans le circuit résonnant, mais il faut supposer que la partie la plus importante de la tension de contre réaction se produit aux bornes du condensateur 33.
On comprendra que la fréquence d'oscillation du circuit résonnant 10-13 et 25 est fixée par un réglage convenable de la partie tournante 13 par le rapport à l'organe en boucle 10 pour assurer une valeur voulue d'inductance de fonctionnement à la fréquence souhaitée de travail.
Une caractéristique topique de l'accord du dispositif d'accord est représentée au graphique de la fig. 5. L'axe horizontal de ce graphique est gradué en degrés de l'angle compris entre les plans des organes 10 et 13, et son axe vertical représente la fréquence de résonnance f du dispositif.
On verra sur ce graphique que le dispositif d'accord possède son inductance la plus basse, et résonne donc à sa plus haute fréquence, lorsque le plan de l'organe tournant 13 coincide avec celui de l'organe fixe 10 et qu'il a sa plus haute inductance, et donc résonne à la plus basse fréquence de fonctionnement, alors que le plan de l'organe tournant 13 est normal à celui de l'organe fixe 10.
Il ressort de ce graphique que la fréquence @@ résonance du dispositif d'accord varie d'une façon quasi linéaire avec les variations angulaires de son organe tournant 13 sur une étendue importante de variation de cette dernière,
Alors que l'organe tournant 13 du dispositif d'accord de l'invention actuelle est indiquée comme pouvant tourner suivant un diamètre de l'organe fixe 10, il est évident que l'organe 13 ne doit pas pouvoir tourner mais peut, si on le désire, le déplacer axialement par rapport à l'organe 10.
De fait, l'organe 13 peut être l'organe fixe et l'organe 10 l'organe mobile, le dernièr ayant soit un mouvement de rotation ou de translation par rapport à l'organe 13. De plus, les organes 10 et 13 peuvent être échangés sans sortir du cadre de l'invention, l'organe intérieur devenant la boucle à
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circuit ouvert à un seul tour et l'organe extérieur l'organe en court circuit qui fait varier l'inductance de l'organe intérieur en boucle par déplacement relatif des organes.
De plus, alors que les organes 10 et 13 sont indiqués comme des organes en forme d'anneaux, il est évident que ces organes peuvent avoir d'autres formes, par exemple elliptriques ou carrées ou peuvent même avoir des formes différentes l'unes de l'autre, quoique généra lement la plus grande variation d'inductance de la partie en boucle est obtenue lorsque les deux organes ont la même forme.
De plus, alors que l'organe en boucle à un seul tour 10 est indiqué comme étant du type à circuit ouvert, on doit comprendre qu'il peut égale- ment, comme l'organe 13, être du type à circuit fermé comprenant un simple anneau de matériaux conducteurs. Dans ce cas, le dispositif d'accord de l'invention est apte à fonctionner à des fréquences beaucoup plus élevées de courant ou de tension pour lesquelles les ondes de courant ou de tension sont produites à la périphérie de l'organe en boucle 10, l'organe en boucle étant couplé à l'appareil associé de n'importe quelle façon adéquate.
De la description précédente de l'invention, on déduira qu'un dispo- sitif d'accord réalisant l'invention possède l'avantage de poids léger, de grande robustesse et rigidité, et peut être facilement fabriquée suivant des tolérances étroites en grandes quantités à faible prix. Le dispositif d'accord de l'invention a également l'avantage qu'il est adapté pour avoir un rapport élevé de réactance inductive à la résistance, et qu'il possède une symétrie et un équilibre électrique et mécanique, une connexion à la terre pour fréquence radio est facilement établie pour le dispositif tout en respectant la symétiie mécanique et l'équilibre électrique à la terre.
Le dispositif d'accord de l'invention possède les avantages additionnels qu'une forte variation de l'inductance du dispositif peut être assuré d'une façon continue entre les valeurs minimum et maximum sans nécessiter aucun contact frottant ou queues de cochon flexibles.
REVENDICATIONS.
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