BE485400A - - Google Patents

Description

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   SYSTEMES DE TRANSMISSION A   FREQUENCES     ULTRA-ELEVEES   UTILISANT DES DISPOSITIFS A   DECHARGE.   



   La présente invention concerne des systèmes de transmission à fréquences ultra-élevées et plus particulièrement des dispositifs pour modifier les caractéristiques de transmission en utilisant des variations dans un plasma de décharge gazeuse en vue de contrôler les conditions de transmission de courants à fréquences radioélec- trique s. 



   Un plasma de décharge gazeuse est défini comme la colonne positive de la décharge dans laquelle la densité de charge est éga- le à zéro, la charge d'espace des sections libres étant neutralisée par les ions positifs existants. Dans ce qui suit l'expression "plasma gazeux" sera utilisée pour désigner cette région de la décharge gazeuse. 



   Dans des systèmes précédemment proposés des dispositifs à décharge gazeuse ont été utilisés dans des   buts-de   contrôle de la   @   

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 transmission comme par exemple dans le cas de l'utilisation de tels dispositifs pour effectuer une variation de l'énergie rayon- née en faisant varier   l'ionisation   d'un volume de gaz placé dans le chemin d'une telle radiation et ce en concordance avec un signal. 



  De tels dispositifs ont aussi été utilisés comme éléments commuta- teurs dans des arrangements émetteur-récepteur dans lesquels la dé- charge gazeuse dans de tels dispositifs est effectuée par   l'énergie   transmise et suffit à déclencher le dispositif et ainsi sert à ao- corder un transformateur d'impédance pour bloquer la ligne condui- sant au récepteur. 



   Dans tous les systèmes proposés cependant on a utilisé prin -cipalement le chemin conducteur produit par un gaz ionisé et non pas les électrons libres dans un plasma gazeux. 



   Un objet de la présente invention est de prévoir un dispo- sitif de contrôle pour une transmission d'énergie à haute fréquence en utilisant les propriétés de plasmas gazeux. 



   Un autre objet de l'invention est de prévoir un dispositif à décharge gazeuse qui peut être utilisé pour contrôler de l'énergie à haute fréquence par la variation des propriétés du plasma gazeux du dispositif. 



   Un autre objet encore de l'invention est de prévoir une ligne de transmission comprenant un dispositif à décharge gazeuse tel que mentionné, pour contrôler l'énergie traversant la dite ligne. 



   L'invention comprend un dispositif à décharge gazeuse conte- nant un gaz non électro négatif à une pression à laquelle un plasma à décharge gazeuse peut être établi et comprenant une ligne de trans- mission de façon que l'ionisation du gaz changera les caractéris- tiques de la ligne et permettra en conséquence de contrôler l'énergie la   t rav e rsant .   



   L'invention envisage aussi l'emploi d'un tel tube pour faire varier les caractéristiques de conductibilité et diélectriques d'une ligne de transmission. 



   Les objets et caractéristiques de l'invention susmentionnés ainsi que d'autres et la manière de les mettre en oeuvre seront mieux 

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   oompris   en se référant à la description suivante de plusieurs exem- ples de réalisation de l'invention illustrés dans les dessins ci- joints dans lesquels : 
La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne coaxiale comportant un dispositif à décharge utilisant les carac- téristiques de l'invention; 
La figure 2 est une représentation schématique d'une forme modifiée du dispositif à décharge et de la ligne co-axiale montrée figure 1 représentant la cathode et le dispositif à décharge en dehors de la ligne coaxiale. 



   La figure 3 est une représentation schématique d'une por- tion de l'arrangement de la figure 2 montrant une structure modi- fiée de cathode pour un dispositif à déoharge. 



   La figure 4 est une représentation schématique d'un système de transmission dans lequel un dispositif à décharge est utilisé pour moduler la phase d'un courant de haute fréquence en faisant varier la caractéristique diélectrique d'une ligne coaxiale; 
La figure 5 est un graphique illustrant le fonctionnement d'un dispositif à décharge mettant en oeuvre les caractéristiques de   l'invention,et   
La figure 6 est un graphique utilisé pour illustrer les pressions préférables à utiliser dans les dispositifs à décharge. 



   On a découvert que la conductibilité pour de l'énergie à très haute fréquence à travers des décharges gazeuses peut être contrôlée par l'emploi d'un gaz particulier ou de certains types de gaz à des pressions prédéterminées et ionisées à des densités de courant comprises dans certaines limites prédéterminées.- 
On a découvert que les conditions en ce qui concerne le ni- veau d'énergie à haute fréquence nécessaire pour effectuer ce oon-   trôle   sont :

   
1 ) Que l'énergie à haute fréquence ne soit pas suffisante pour accélérer les électrons produits dans la décharge de façon à produire des collisions non élastiques des électrons et 

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2 ) Que le parcours moyen des électrons dans la décharge soit grand comparé à l'amplitude et aux oscillations électroniques possibles dans le champ à fréquence radio-électrique. Des consi-   dérations   théoriques conduisent dans le cas de décharge oontinue à utiliser des gaz non électro-négatifs et particulièrement les gaz rares les plus lourds tels que l'argon, le néon ou le krypton ou des mélanges de ces gaz à des pressions telles que le temps électronique libre moyen soit de l'ordre de la période de l'é- nergie à haute fréquence. 



   La résistance de la cathode d'un tube à décharge pour de l'énergie à haute fréquence dans la région immédiatement adjacente de la cathode est très élevée comparée à la résistance de la colon- ne positive et par suite lorsque cette région fait partie du chemin oonductif pour des courants à haute fréquence on obtient des moyens pour établir un pont sur cette région avec un conducteur pour le courant à haute fréquence. 



   Dans la figure 1 est représenté schématiquement un exemple de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif à décharge fait partie d'une ligne coaxiale ou le gaz ionisable forme un in- tervalle diélectrique dans le conducteur intérieur de la ligne lorsqu'aucune décharge n'a lieu. La ligne coaxiale est montrée pour- vue d'un conducteur extérieur 1 et d'un conducteur intérieur con- oentrique 2 qui est constitué par un tube métallique pourvu d'un intervalle 3. Le dispositif à décharge comprend une enveloppe 4 faite de verre et placée dans l'intervalle 3. L'envelpppe 4 est tubulaire et a sensiblement le même diamètre interne que le diamè- tre externe du conducteur intérieur 2.

   Une cathode 5 est prévue aveo une extrémité de l'enveloppe 4 et une anode 6 est prévue à l'autre extrémité, ces électrodes étant connectées respectivement au moyen de fils 7 et 8 à une source de oourant ionisant telle que par exemple une batterie 9 à travers un commutateur 10. 



   Un chapeau 11 est prévu à l'extrémité cathodique de l'enve- loppe 4, lequel chapeau forme la fermeture pour cette extrémité de l'enveloppe et est conformé pour s'engager dans le conducteur 

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 intérieur tubulaire 2 et disposé pour faire contact électrique avec celui-oi. Un chapeau 12 est prévu à l'extrémité anodique de l'enveloppe 4 et forme une fermeture pour cette extrémité de l'enveloppe, ce chapeau étant conformé pour se monter dans 1' autre extrémité du conducteur intérieur 2 de la ligne coaxiale et pour établir une oonnexion électrique avec celle-oi. La ca- thode et l'anode ou au moins l'une de celles-ci est isolée du ohapeau associé étant donné que les deux chapeaux sont connectés au conducteur intérieur de la ligne ooaxiale. 



   L'enveloppe 4, comme déjà indiqué, est pourvue d'un gaz non électro-négatif, On a découvert que des gaz tels que l'argon, le néon, le krypton, le xénon, l'hélium, l'hydrogène et l'azote de haute pureté peuvent être utilisés dans l'enveloppe 4 ou des mélanges de ces gaz peuvent être employés. 



   On a découvert de plus que les gaz les plus lourds et les plus rares tels que l'argon, le néon, et le krypton sont préféra- bles et de ceux-ci l'argon et le krypton paraissent donner les meilleurs résultats. Le gaz ou un mélange de gaz est fourni à une pression entre 1 et 7 millimètres de mercure bien que des pressions de 3 à 4 millimètres soient préférées. 



   Le chapeau 11 de l'extrémité cathodique de l'enveloppe 4 est prévu avec une jupe suffisamment longue pour établir un pont sur l'espace de cathode ou espace sombre dans la région immédiate -ment voisine de la cathode, de façon que des courants à haute fréquence ne passeront pas à travers cet espace mais traverseront le gaz dans la colonne positive de celui-ci. Le chapeau 12 peut aussi être pourvu d'une jupe qui est espacée de l'anode 6 mais tel que l'espacement ne soit pas nécessaire à cette extrémité du tube. 



   De façon à aider le passage d'énergie à haute fréquence entre le gaz et les parties du tube conducteur intérieur on pré- voit préférablement des grilles 13 et 14 respectivement connectées aux chan eaux 11 et 12 s'étendant sur les extrémités à l'intérieur de l'enveloppe 4 comme montré . 

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   De façon à illustrer le fonctionnement del'arrangement de la figure 1, on se reportera an graphique de la figure 6. Dans oe graphique deux courbes représentatives ont été établies avec un courant en milliampères dans une échelle logarithmique en abscis- ses et l'atténuation en déoibels en ordonnées. La courbe 13 a été faite avec un dispositif à décharge contenant du néon à une pression de 4- 5 mm. de mercure tandis que la courbe 16 a été faite pour un dispositif à déoharge contenant de l'argon à une pression de 1,5 mm de mercure. L'énergie à haute fréquence avait approximativement une fréquence de 2.000 mégapériodes par seconde. La distance entre 1' anode et la cathode dans le dispositif à décharge était choisi de façon que l'atténuation avec un courant zéro était approximative- ment de 40 décibels.

   Alors lorsque le courant augmente on verra que dans les deux cas l'atténuation augmente jusqu'à 15 ou 20 mil- liampères et alors décroît brusquement jusqu'à environ 100 milli- ampères et à cette valeur elle paraît devenir asymptotique. En ré- glant la quantité de courant continu ionisant le gaz-, on verra que le dispositif à décharge peut être amené à fonctionner sur la par- -tie droite de la courbe ou sur l'une ou l'autre des courbures de celles-ci pour obtenir le   contrôle   désiré de l'énergie à haute   fréqu enc e .    



   Pour illustrer l'effet des pressions de gaz on se reportera à la figure 7 ou des pressions en millimètres de mercure sont por- tées en abscisses et la perte de transmission endécibels en ordon- nées. Trois courbes typiques sont représentées toutes établies avec de l'argon comme gaz. La courbe 17 montre la transmission ob- tenue aveo un courant ionisant constant de 100 milliampères; la courbe 18 montre la transnission obtenue aveo un courant ionisant de 50 milliampères;et la courbe 19 montre la transmission obtenue avec un courant ionisant constant de 20 milliampères. On verra que les plus hautes transmissions sont obtenues dans la région des pressions de   1 à 7   millimètres. 



   Dans la figure 2 est représenté un arrangement au moyen du- quel l'espace de cathode est placé en dehors du chemin de l'énergie 

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 à haute fréquence si bien qu'aucun arrangement spécial ne doit être prévu pour empêcher l'énergie à haute fréquence de passer à travers cette région si bien que des cathodes de plus grande ca- pacité peu vent être utilisées. Dans cet arrangement une ligne co -axiale est schématiquement représentée avec un conducteur extérieur 20 et un conducteur intérieur 21. Le conducteur intérieur 21 se ter -mine à une distance quelque peu plus grande qu'un quart de la lon- gueur d'onde de l'énergie à haute fréquence à partir de l'extrémité du conducteur extéri eur. 



   Le dispositif à décharge 22 est prévu avec une longue portion tubulaire   23   en verre ayant une courte portion 24 de verre à son ex- trémité et séparé de son extrémité par un manchon métallique 25 qui est soudé aux deux portions 23 et 24. L'autre extrémité de la sec- tion 24 est fermée par un chapeau métallique 26 qui est soudé au verre de celui-ci et a une forme telle qu'il se monte dans l'extré- mité du conducteur tubulaire intérieur 21 et établit un bon contact éleotrique avec celui-ci. Ce chapeau 26 agit comme anode. 



   -La section 24 a un diamètre intérieur approximativement égal au diamètre extérieur du conducteur intérieur 21 tandis que la por- tion 23 a un plus petit diamètre pour un but qui apparaîtra plus   loin. @'autre   extrémité du dispositif à décharge 22 se prolonge au-delà de l'extrémité ouverte du conducteur extérieur   20   et peut être pourvue d'une portion élargie 26 contenant la cathode froide 27 qui est pourvue aveo un conducteur 28 pour établir une connexion convenable vers la borne négative d'une source de potentiel ioni- sant indiquée en 29. Le conducteur intérieur 21 est connecté au moyen d'un fil 30 à la borne positive d'une source de potentiel ionisant indiquée en 31. 



     @   Un manchon métallique 32 de même diamètre extérieur que ce- lui du conducteur intérieur 21 est prévu autour de la partie tu- bulaire 23 du dispositif à décharge et constitue une continuation du conducteur 21 et est électriquement connecté au manchon 25. 



  Ce manchon s'étend jusqu'à l'extrémité du conducteur extérieur   20.   

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  Cette extrémité du conducteur extérieur a une partie 23 de diamè- tre réduit enfermant un oollier 34 de substance isolante dont la longueur est d'un quart de longueur d'onde de la fréquence de fonc- tionnement et il fournit un court circuit pour l'extrémité de la ligne coaxiale pour empêcher l'énergie à haute fréquence de passer à l'extérieur par cette extrémité. 



   Une seconde ligne coaxiale ayant un conducteur extérieur 35 et un conducteur intérieur 36 est connectée à la ligne coaxiale 20, 21 au voisinage de l'extrémité de celle-ci, le conducteur intérieur 36 étant électriquement connecté au manchon 32 en un point à un quart de longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement à par- tir du point sur le conducteur extérieur 20 où le diamètre réduit de la partie 33 commence. 



   Ainsi disposée l'énergie à haute fréquence peut circuler d'une extrémité des lignes coaxiales à l'autre sans interruption bien   qu'elle   doive passer à travers la section 24 du dispositif à décharge gazeuse entre le conducteur intérieur 21 et le manchon   32 .   Une grille 37 peut Être placée dans l'enveloppe du dispositif à décharge à l'extrémité intérieure de la partie 23 et attachée au manchon 25 pour aider l'écoulement de l'énergie entre le gaz dans la section 24 et le manchon 32. 



   Dans la disposition qui vient d'être décrite, le courant à haute fréquence passe seulement à travers la portion du gaz prévue par la section 24 entre le conducteur intérieur 21 et le manchon 32. Le gaz utilisé dans le dispositif et les pressions employées sont similaires à ceux déjà décrits. 



   L'arrangement de la figure 2 montre un tube à cathode froi- de à décharge 22. Il sera évident cependant qu'un tube à cathode chaude peut être utilisé et un arrangement correspondant est re- présenté dans la figure 3. Dans cette Figure les différentes par- ties sont les mêmes que dans la figure 2 excepté que la cathode 38 

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 en forme   de   coupelle est chauffée par un fil de chauffage 39 sui- vant une teohnique bien   co nnue.   



   Dans certains cas il peut être désiré d'utiliser les dis- positifs à déoharge similaire de ceux déjà décrits pour changer les caractéristiques diélectriques d'une ligne de transmission de façon à faire varier la phase d'énergie à haute fréquence passant à travers la ligne et la présente invention est destinée à couvrir l'emploi des dispositifs à décharge déjà décrits pour de tels buts. 



  Un exemple de réalisation d'un tel arrangement pour utiliser un dispositif à décharge de cette manière est représenté dans la figu- re 4. Une source constante de fréquence ultra élevée 40 est con- nectée par une ligne coaxiale 41 à une antenne rayonnante convena- ble 42. Dans la ligne coaxiale est prévu un dispositif à décharge 43 formé d'une enveloppe annulaire qui entoure le conducteur in- térieur 44 de la ligne coaxiale 41.

   Cette enveloppe annulaire peut être prévue à son extrémité avec une cathode annulaire et une anode disposées de telle façon qu'elles n'interféreront pas avec le passage d'énergie à haute fréquence,comme on le comprendra, étant connectées respectivement par des conducteurs 45 et 46 à une bat- terie 47 à travers une résistance variable 48, et le secondaire 49 d'un transformateur 50, la batterie 47 et la résistance 48 étant shuntées par un condensateur 51.

   Le primaire 52 du transformateur 50 peut être connecté à un amplificateur à fréquence audible con- venable 53 contrôlé par un   microphone' 54.   L'excitation du micro- phone 54 produira des variations dans les courants ionisants pour le dispositif à décharge changeant ainsi la constante diélectrique à la fréquence du signal et par suite modulant l'énergie à haute fréquence fournie à l'antenne 42. 



   On verra ainsi que l'on a prévu un dispositif à décharge et un système l'utilisant pour faire varier l'énergie à haute fré- quence, l'ensemble étant simple à construire, facile à commander et à faire- fonctionner. 



   Bien que l'invention ait été décrite en relation avec des, 

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 dispositifs utilisant un courant continu pour produire l'ionisa- tion, il doit être noté que la demanderesse a découvert que des courants alternatifs sont également convenables pour autant que les conditions d'existence du plasma soient satisfaites. 



   L'invention a été décrite en relation avec certains modes spécifiques de réalisation mais il doit être clairement compris que ces exemples ont été donnés seulement à titre indicatif et non pas à titre limitatif de la portée de la présente invention.

Claims (1)

1. RESUME La présente invention est relative à des systèmes de trans- mission à fréquences ultra-élevées et notamment à de tels systèmes comportant des dispositifs à décharge gazeuse pour modifier les caractéristiques de transmission.

   Elle comprend notamment : 1) Un système ae contrôle de transmission pour le contrôle des courants de haute fréquence comportant un conducteur, un ré- ceptaele ayant au moins une de ses parties constituée par une sub -stance isolante et constituant une portion dudit conducteur, un gaz ionisable dans le dit réceptacle, des moyens électriques in- dépendants du dit courant de haute fréquence pour ioniser le dit gaz, le libre parcours moyen des électrons dans le dit gaz étant grand comparé à l'amplitude des oscillations électroniques possi- bles dans le champ à fréquence radio-électrique, le temps élec- tronique libre moyen étant de l'ordre de la période de la dite haute fréquence, l'énergie à fréquences ultra-élevées contrôlée étant insuffisante pour accélérer les électrons dans le gaz jusqu'à des niveaux de choc non élastiques.

   2) Le gaz utilisé est un gaz non électro-négatif et peut oomprendre de l'argon, néon, krypton, xénon, hélium, hydrogène, azote, ou des mélanges de ceux-ci.

   3) Le gaz comprend une portion non éleotro-négative à basse pression dans laquelle un plasma de décharge gazeuse peut être établi.

   4) Un système de contrôle de transmission pour des courants <Desc/Clms Page number 11> de fréquences ultra-élevées comprenant un conducteur, un réoep- tacle dont une portion au moins est constituée par un matériau isolant faisant partie dudit conducteur, un gaz ionisable dans ledit réceptacle dont la pression est telle que l'atténuation pour des courants de fréquences ultra-élevées passant à travers le dit gaz, peut avoir un minimum prédéterminé lorsqu'une valeur prédéterminée de courant d'ionisation passe dans le dit gaz, une source de courant ionisant, des moyens pour faire passer le dit courant ionisant à travers le dit gaz et des moyens pour régler la valeur du dit courant ionisant dans les limites d'une gamme dont la limite supérieure comprend la dite valeur prédéterminée.

   5) La pression de gaz est choisie pour correspondre à celle ou un plasma de décharge gazeuse peut être établi.

   D'autres caractéristiques sont décrites dans la descrip- tion précédente et montrée aux dessins annexés.