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APPAREILS DISCRIMINATEURS DE FREQUENCES
La présente invention se rapporte à des appareils discri- minateurs de fréquences et, plus particulièrement, à un système à haute fréquence destiné à produire un signal de sortie proportionnel à la fréquence du signal d'entrée qui lui est appliqué.
Les montages discriminateurs de fréquences sont utilisés pour transformer des variations de fréquence en variations d'ampli- tude, c'est à dire pour produire une tension de sortie d'amplitude proportionnelle à la fréquence de la tension appliquée à tout in- stant auxdits montages. De tels discriminateurs sont le plus com- munément employés dans la démodulation des signaux à modulation de fréquence, bien qu'on puisse également déduire des tensions de sor- tie des discriminateurs des mesures de valeurs de fréquence. Les dispositions les meilleures pour la production de tensions
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d'amplitude proportionnelle à la fréquence d'autres tensions compor- tent des circuits accordés, dont l'énergie de sortie varie avec l'écart à partir de leur fréquence de résonance.
D'autres discrimi- nateurs peuvent combiner les signaux originaux modulés en fréquence avec des signaux déphasés d'après ceux-ci, les signaux résultants étant modulés en amplitude proportionnellement à, la modulation de fréquence. La, présente invention est encore dans une autre catégorie et le discriminateur qui en fait l'objet fonctionne en produisant une tension de sortie qui correspond en tout temps à la différence entre les tensions instantanées en deux points alimentés à partir de la même source, à travers deux voies de longueurs différentes.
Cette méthode conduit à, un système pratique, utilisable aux très hautes fréquences, où les longueurs d'onde des tensions de la, source sont courtes et les parcours des lignes de transmission, courts et inégaux conviennent à. la, production de différences de tension appré- ciables à leurs sorties.
L'invention a donc notamment pour objet la constitution d'un montage discriminateur de fréquences fonctionnant d'après le principe que les signaux de courant alternatif se propageant à par- tir d'une source commune peuvent avoir des amplitudes différentes à des distances différentes de la source et que, pour des distances données quelconques, ces amplitudes peuvent varier avec la longueur d'onde de la tension de la source.
L'invention a également pour objet la, constitution d'un dispositif produisant une tension de sortie d'amplitude variable suivant la fréquence de la tension a,ppliquée et pouvant être utili- sée aux tres hautes fréquences.
Un discriminateur conforme à. certaines caractéristiques de l'invention peut être simplement constitué de deux longueurs diffé- rentes de ligne de transmission, alimentées par une source commune.
Les tensions aux extrémités desdites lignes diffèrent l'une de
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l'autre à toutes les fréquences, sauf à celles pour lesquelles la différence des longueurs de lignes est un nombre entier pair de de- mi longueurs d'onde, pourvu que les lignes de transmission soient, dans chaque cas, terminées sur leurs impédances caractéristiques.
Si un redresseur est intercalé entre les extrémités des deux lignes, @ on peut obtenir qu'il détecte les différences de tension et, par suite, qu'il fournisse une énergie de sortie dont les amplitudes moyennes constantes indiquent une fréquence déterminée, ou une éner- gie de sortie dont l'amplitude moyenne varie avec la fréquence du signal appliqué aux deux lignes de transmission.
L'invention a encore pour objet la constitution d'un discri- minateur à très haute fréquence transmettant l'énergie d'une source unique à travers des lignes de transmission de longueurs différentes, de manière à produire, entre les extrémités desdites lignes, des tensions résultantes, proportionnelles aux fréquences de l'énergie de la source.
Deux lignes, de préférence coaxiales, de longueurs inégales et terminées sur leurs impédances caractéristiques peuvent, par exemple, être excitées par une source unique d'énergie à haute fré- quence : les tensions aux extrémités desdites lignes comportant les terminaisons seront de variations sinusoidales, déphasées l'une par rapport à l'autre. Pour des longueurs fixes quelconques des lignes,' le déphasage entre les tensions aux extrémités des lignes variera avec la longueur d'onde de l'énergie excitatrice.
Si l'on suppose que la longueur d'une ligne est LI et celle de l'autre, plus courte, L2, le déphasage entre les tensions parvenant aux extrémités dés lignes sera de
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L1 - L2 x 360 degrés Il 360 degrés où # est la longueur d'onde de l'énergie appliquée simultanément
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aux deux câbles ou lignes. Il est à, noter que ce déphasage augmente à mesure que la longueur d'onde # diminue, c'est à dire à mesure que la fréquence de l'énergie excitatrice augmente.
Les objets et caractéristiques ci-dessus de l'invention, et d'a,utres encore, apparaîtront mieux à la, lecture de la descrip- tion suivante et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'un montage discriminateur à très haute fréquence, conforme à certaines carac- téristiques de l'invention et comportant l'emploi de lignes de trans- mission coaxiales.
La figure 2 montre les formes d'ondes des signa,ux en diffé- rents points du montage discriminateur de la, figure 1 .
La source d'énergie à, haute fréquence est représentée sur la figure 1 par une ligne de transmission coaxiale principale 1, parcourue par ladite énergie et comportant un conducteur extérieur 2 et un conducteur intérieur 3 . En deux points le long de la ligne indiqués par les numéros 4 et 5, la tension est appliquée à, des lignes coaxiales additionnelles 6 et 7, respectivement terminées sur leurs impédances caractéristiques 8 et 9 . Les deux lignes 6 et 7 sont de longueurs inégales etleurs extrémités terminées sont reliées ensemble à travers une diode 10 . En parallèle avec ladite diode est monté un appareil convertisseur 11, qui peut être un simple appareil indicateur de courant.
Des résistances 12, as- sociées à l'appareil indicateur, sont également représentées, ainsi que les condensateurs d'arrêt 13 et 14, en circuit entre la, diode et l'extrémité terminée de cha,que ligne. Le couplage entre les deux lignes coaxiales 6 et 7 et la ligne coaxiale principale 1 qui sert de source d'énergie à haute fréquence s'effectue à travers des con- densateurs de couplage 15 et 16, reliant le conducteur d'entrée de
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chacune des lignes coaxiales dérivées au conducteur d'entrée 3 de la ligne coaxiale principale.
Si les tensions aux deux points 4 et 5, le long de la ligne coaxiale 1, sont égales et que les longueurs des deux lignes coaxiales 6 et 7 différent entre elles d'un nombre pair de demi longueur d'onde, c'est à dire si ces lignes présentent une différence de déphasages égale à un multiple entier de 360 degrés, la tension résultante entre les extrémités des deux,lignes coaxiales sera nulle à chaque instant.
Au contraire, dans tous les autres cas, il y aura des différences de tension entre les extrémités des lignes coaxiales, lesdites diffé- rences pouvant être redressées par la diode 10, de manière à fournir une lecture de courant moyen de sortie sur l'appareil indicateur 11 .
Les formes d'ondes de la figure 2, relatives à des fréquen- ces différentes, montrent comment l'énergie de sortie du système différentiateur est produite et comment l'énergie de sortie varie pour des variations de fréquences, si l'énergie est appliquée à deux lignes coaxiales 6 et 7 de longueurs différentes. Le courant ne passe dans la diode 10 de la figure 1 que pendant les intervalles de temps où la tension à l'extrémité de la ligne coaxiale la plus longue 6 est supérieure à celle à l'extrémité de la ligne la plus courte 7 .
Si l'on suppose que les tensions aux points 4 et 5 aux- quels les deux lignes coaxiales 6 et 7 sont branchées sur la ligne d'alimentation en énergie à haute fréquence 1 sont égales, on con- state qu'il n'y a pas de différence de tension aux électrodes de la diode 10, lorsque la ligne la plus longue 6 est supérieure à la ligne la plus courte 7 d'une longueur égale à un multiple entier d'une longueur d'onde de l'énergie appliquée aux deux lignes. Si les dimensions des deux lignes restent inchangées et qu'nn fasse varier la fréquence de l'énergie dans la ligne coaxiale principale 1, le déphasage entre les tensions parvenant à la diode varie également.
La figure 2a montre que la tension 17a à l'extrémité de la ligne la
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plus courte 7 est en avance sur la tension 18a, à, l'extrémité de la ligne la plus longue 6, d'un petit angle #a. Quand cette- dernière tension 18a, est supérieure à la première tension 17a, le courant peut traverser la diode 10 représentée à, la, figure 1 . La forme d'onde de ce courant est indiquée en 19a, ainsi que la valeur moyenne du courant 20a qui traverse l'indicateur 11 de la figure 1 . Le courant moyen maximum 20b à travers l'indicateur se produit quand l'angle de phase #b entre les deux tensions 17 et 18 est égale à 180 . Les impulsions de courant maxima 19b traversent la diode 10 de la figure 1 à cause des grandes différences existant entre les tensions aux extrémités des deux lignes coaxiales.
Si l'on porte le courant de sortie moyen en fonction de la fréquence du montage représenté à la figure 1 sur une courbe, cette dernière a la forme d'une onde sinusoïdale redressée quant à ses deux alternances, à condition que les tensions aux extrémités d'en- trée des deux lignes coaxiales soient égales. Ceci montre que, sur de petites bandes de fréquences,.on peut obtenir une relation li- néaireentre le courant de sortie et la fréquence. L'augmentation de la tension appliquée à, la ligne la plus longue par rapport à celle appliquée à la ligne la plus courte a pour résultat une courbe du courant de sortie en fonction de la. fréquence présentant une bonne linéarité sur certaines larges bandes de fréquences.
Quand la, pre- mière tension est double de la dernière, on obtient une onde sinu- soïdale déformée avec de telles régions linéaires désirables sur de larges bandes de fréquences.
On peut rendre les tensions appliquées simultanément aux deux lignes de transmission coaxiales d'inégales longueurs prévues par l'invention très approximativement égales en couplant lesdites lignes à la, ligne coaxiale principale pratiquement au même point, de manière que les niveaux de tension instantanés soient les mêmes.
La veneur des fréquences de l'énergie sur la, ligne principa,le
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détermine à quel point ces deux branchements doivent être rappro- chés pour que leur espacement soit faible par rapport à la longueur d'onde, ce qui garantit que les niveaux de tension en ces points sont pratiquement égaux. Il est possible de donner aux tensions en ces points des valeurs différentes, en espaçant les points de couplage.
D'autre part, si des ondes stationnaires sont produites le long de la ligne de transmission principale, lesdits points de couplage peu- vent être largement espacés tout en restant à des niveaux de ten- sion égaux, par exemple quand lesdits points sont en des points cor- respondants de l'onde stationnaire, ou disposés symétriquement sur le même ventre de ladite onde stationnaire. Quand on désire diminuer la tension sur l'une des lignes coaxiales, pour faire varier les caractéristiques tension de sortie/ fréquence du montage, on peut y parvenir en faisant varier le couplage de la ligne en question, comme indiqué par la capacité variable 16, sur la figure 1 .
Dans l'exemple choisi on a représenté des lignes coaxiales, mais, bien entendu, il est possible de leur substituer d'autres types de lignes de transmission, tout en obtenant des résultats analogues. De même, on peut employer d'autres sources qu'une ligne coaxiale porteuse d'énergie. Bien que l'exemple choisi comporte un indicateur de sortie directement étalonné en fréquence, on peut ob- tenir un signal de sortie variable, par exemple à une fréquence audible, à partir d'une source à fréquence variable et l'appliquer à un amplificateur et à un dispositif d'utilisation. Des organes de couplage autres que ceux du type capacitaire mentionnés peuvent également être utilisés entre la source à haute fréquence et les deux lignes d'inégales longueurs.
Un grand nombre d'autres variantes pourraient évidemment être apportées au montage par les techniciens sans sortir des limites de l'invention. En conséquence, il est bien entendu que la description ci-dessus n'est donnée qu'à titre d'exem- ple et ne saurait aucunement limiter le domaine de l'invention.