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Perfectionnements apportés à la production d'oscillations à fréquences micro-ondulatoires de référence.
La présente invention concerne la production d'oscilla- tions micro-ondulatoires ayant une grande stabilité à des fréquences choisies décalées d'une quantité voulue de la fré- quence d'un générateur de micro-ondes stabilisé au gaz.
Dans plusieurs demandes de brevets antérieures, la Demanderesse a décrit des dispositifs utilisant la résonance moléculaire aiguë présentée par certains gaz aux fréquences micro- ondulatoires, pour stabiliser la fréquence du générateur de micro-ondes. Quoique l'on puisse disposer d'une grande quantité de fréquences micro-ondulatoires étalons données pour une quantité
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correspondante d'oscillateurs de micro-ondes stabilisés dans différentes bandes de fréquences de résonance de gaz, il se peut qu'aucune de ces fréquences disponibles ne corresponde à un étalon demandé éventuellement et que la fréquence étalon désirée soit différente de n'importe quelle fréquence de réso- nance moléculaire.
Conformément à la présente invention, on peut obtenir un très grand nombre de fréquences micro-ondulatoires étalons distinctes ou une bande continue de fréquences micro-ondula- toires étalons, au départ d'un seul oscillateur stabilisé au gaz, en mélangeant la sortie de celui-ci avec celle d'un oscil- lateur de fréquence basse stabilisé et en éliminant, par filtres, les fréquences de battement indésirables.
Plus précisément, l'oscillateur de fréquence basse peut être stabilisé à des fré- quences distinctes choisies, en incorporant sélectivement dans le circuit de l'oscillateur plusieurs cristaux piézo-électriques, ou, dans le cas d'un circuit à accord réglable, l'oscillateur de fréquence basse peut être stabilisé à toute fréquence de sa gam- me d'accord sous la supervision d'un discriminateur accordé à la fréquence micro-ondulatoire désirée ou à la fréquence fonda- mentale désirée de l'oscillateur de fréquence basse ou à un harmonique de celle-ci.
Un important avantage de l'invention réside dans le fait que la stabilité en fréquence de la composante de signal de modulation choisie dépend presque exclusivement de la stabilité en fréquence de l'oscillateur à micro-ondes stabilisé au gaz.
Un pourcentage relativement grand d'instabilité de fréquence dans la source de fréquence basse sera relativement insignifiant aux fréquences micro-ondulatoires de l'ordre de 25. 000 méga- cycles. la source de fréquence basse ne doit donc pas être stabilisée de façon très poussée.
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L'invention consiste en procédés et dispositifs dont les caractéristiques sont décrites et revendiquées ci-après.
L'invention ressortira clairement de la description donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 est un schéma de connexions d'un système servant à la production de fréquences micro-ondulatoires étalons.
La figure 2 représente schématiquement une forme par- ticulière du système de la figure 1.
La figure 3 est un schéma de connexions d'une variante de la figure 1.
La figure 4 représente schématiquement une forme par- ticulière de circuit de stabilisation par discriminateur, uti- lisable dans le système de la figure 3 ; La figure 5 représente schématiquement un modulateur de nagnétron utilisable dans les systèmes des figures 1, 2 ou 3.
Les éléments semblables répétés à différentes figures, portent la même référence.
En se reportent à la figure 1, la fréquence de l'oscil- lateur de micro-ondes 10, qui est couplé par une ligne de trans- mission 11 à un modulateur ou étage mélangeur 12,est stabilisée à une valeur correspondant à une bande d'absorption d'un gaz à moment de dipôle. On sait que de nombreux gaz parni lesquels
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NH3, COS, CH3, OH, CH3, NH2' S02' présentent une propriété d'absorption sélective dans la gamme des micro-ondes du spectre des fréquences. Les mesures faites sur la "fréquence de résonance" d'ur. tel gaz ont montré que la grandeur du coefficient d'absorption est tout-à-fait indépendante de la pression du gaz, mais que la largeur apparente de la bande d'absorption décroît pratiquenent @ mirèrent avec la diminution de pression.
Plus précisément, '.- longueur è'or.de de 1,25 centimètres, le Q de la bande du
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gaz ammoniac vaut environ 10 sous une pression de gaz d'un dixième d'atmosphère; il vaut 100 à une pression d'un centième d'atmosphère, etc. Cependant, quand la pression décroît de plus en plus jusqu'à une valeur de 0,3 millimètre de mercure, la bande d'absorption se subdivise en plusieurs bandes composantes très étroites, correspondant chacune à une fréquence particulière.
Une quelconque de ces bandes peut être utilisée suivant un des divers procédés décrits dans les demandes de brevet antérieures de la Demanderesse, pour stabiliser la fréquence de l'oscillateur 10.
On applique aussi au modulateur 12, par la ligne de transmission 15 par exemple, la fréquence fondamentale ou un harmonique de la fréquence d'un oscillateur de fréquence basse 13 qui peut être stabilisé par un cristal de quartz ou par un autre élément de circuit à Q élevé ou par un circuit de commande automatique de fréquence classique.
Par conséquent, la fréquence de sortie F du modulateur ou mélangeur 12 peut être exprimée par :
F = P + nS. où P = fréquence de l'oscillateur 10.
S = fréquence de l'oscillateur 13. et n = un nombre entier petit pouvant être l'unité.
La fréquence somme (P + nS), ou la fréquence différence (P - nS), aussi bien que les fréquences porteuses P et S, peuvent être pratiquement éliminées par un filtre 17, de sorte que la fréquence de sortie, apparaissant dans la ligne 18, est une fré- quence étalon unique très stable correspondant à la fréquence de l'oscillateur stabilisé au gaz 10, plus ou moins la fréquence fon- de extraie de l'oscillateur 13 ou un harmonique désiré de celle-ci.
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Donc, en choisissant divers étalons de fréquence basse ou secondaires, on peut obtenir, au moyen d'une seule fréquence stabilisée au gaz, un grand nombre de fréquences de la plus grande stabilité dans la région des micro-ondes du spectre des fréquences.
La figure 2 représente, à titre d'exemple, un dispositif particulier dans lequel l'oscillateur à micro-ondes 10 A est un klystron dont la cavité de sortie 20 est couplée, par un guide d'onde 11 A ou une autre ligne de transmission appro- priée de haute fréquence, à une dérivation 21 couplée à son tour par son ouverture 22 à la cavité résonnante 23 qui, comme décrit par après, joue le r8le du modulateur 12 et du filtre 17 de la figure 1.
La ligne de sortie 11 A du klystron 19 est aussi connec- tée à la dérivation 24 contenant une cellule à gaz 25 remplie d'un gaz, sous une faible pression appropriée, à résonance molé- culaire sur la fréquence de travail désirée du klystron. L'énergie moléculaire, passant dans la cellule à gaz 25, est convertie par un redresseur 26, de préférence du type à cristal, et envoyée dans un amplificateur 27. La sortie de l'amplificateur 27 est appliquée à la diode 28 ou à un autre redresseur approprié, et utilisée pour commander la tension de travail de l'anode réflec- trice 29 du klystron.
A titre d'exemple précis, la cathode du klystron peut être maintenue, au moyen de la source 36, à - 1600 volts par rapport à la terre, en supposant que la cavité de sortie 20 est mise à la terre. L'anode réflectrice 29 est reliée, par la résis-
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1:-ce 31, à la borne négative d'une source 35 de 1800 volts, de ;"6:
",-le le réflecteur est à -200 volts par rapport à la cathode, te-ticr Fteft cependant variable suivant le débit du redres- 1-1 '-:- de stabiliser 1 fréquence de l'oscillateur.
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le alystron 19 est règle de telle façon que, lorsque la source @ est allumée, la fréquence de l'oscillateur est légèrement infé- rieure à la fréquence de résonance moléculaire du gaz dans la cellule 25 et augmente à une vitesse déterminée par la constate de teps du circuit résistance-capacité 32,33.
Quand la fréquence de l'oscillateur s'approche de la fréquence de résonance moléculaire du gaz, la tension de commande apparaissant aux bornes du circuit 76,77 côté cathode du redresseur 28, fait varier le potentiel de l'anode réflectrice 29, l'équilibre étant,atteint quand la sortie de la diode 28 appliquée à la résistance 32 par l'intermédiaire de la résistance 30 est égale à la tension produite aux bornes de la résis@@nce 32, à travers la résistance 31, par le courant prove- r.art de la source35. Les résistances 31 et 30 sont choisies ou réglées ce telle façon que l'équilibre ou la stabilisation se produit er. un point de pente maximum de la caractéristique d'absorption de fréquences du gaz.
Par conséquent, si le klystron tend à osciller à une fréquence plus haute ou plus basse, le potentiel de l'anode 29 varie dans le sens propre à compenser l'écart par rapport à la fréquence désirée. Ainsi, la fréquence de l'énergie micro-ondulatoire délivrée par l'oscillateur 10 A au modulateur ou mélangeur à cavité 23 est maintenue constante entre des limites très étroites.
L'énergie de fréquence basse fournie au mélangeur 23 est produite, dans le dispositif particulier de la figure 2, par une pentode à fréquence basse classique 37 avec un circuit de cathode accordé 38,39 qui met en valeur l'harmonique de la
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sortie de l'oscillateur, sur lequel son circuit dar.oae 40, 41 -#-#>-±<#'. C5' condensateurs de by -pass 4.2, 43 assurent que 4- ve 7 et une extrémité du circuit d'ar¯ode se trouv<;-.t ' c terre.
La .- elf de choc haute fréquence 44 .... ¯ un --.e,ir: ^ ' É C G L:1 e' P 7 de !,
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r'11c 0 rO2nd du tube 37 à la terre, pour le courir.* -:>:#-!#
L'un quelconque de plusieurs cristaux 46 peut. être connecté, au choi ,au moyen d'un commutateur 47 par exemple, ertre grille et cathode du tube, et un ou plusieurs sockets 48 peuvent être prévus pour y introduire d'autres cristaux quelconques à fréquences de travail connues. On peut donc, en commutant ou ajoutant différents cristaux, produire des oscil- lations de fréquence relativement basse connue à haute stabilité.
On peut insérer entre l'oscillateur de fréquence basse stabilisé 13 A et le mélangeur 23, un multiplicateur de fréquence ou gé- nérateur d'narmoniques 50 ayant un nombre convenable d'étages accordas ou pouvant être accordés dans le but de donner le ni- veau ce sortie désiré de l'harmonique n choisi transmis par la ligne 15 A au mélangeur 23.
Les plongeurs réglables 51, 51 ou équivalents peuvent être utilisés dans la cavité 23 pour former un filtre à sections multiples servant à atténuer les fréquences porteuses et de battement indésirables. Par conséquent la sortie du redresseur 52 muni d'une sonde ou boucle pénétrant à l'inté- rieur de l'extrémité de sortie de la cavité 23, contient uniquement la fréquence de battement (P + nS) ou (P - nS) correspondant à l'étalon désiré et cette fréquence seule est transmise par la ligne 18 A à la charge qui peut être une arienne ou un appareil à micro-ondes à essayer.
La disposition de la figure 3 est semblable à celle de la figure 1, sauf que la fréquence de l'oscillateur de fré- quence basse, qui dans ce cas-ci peut être réglable de façon
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,n.Ljl'Ue et produire une gamme de fréquences basses au lieu, e '-, 1.'. figure 2, de prévoir un certain nombre de fréquences . .w'¯ ¯ eu modulateur 12 peut être appliquée à un ¯;¯: : .t : ,produire un courant ou une tension
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continus que l'on peut utiliser, de façon classique, pour Mobiliser la fréquence de l'oscillateur de fréquence basse 13.
La figure 4 représente une solution pour stabiliser la fréquence de l'oscillateur 13. Le discriminateur de fréquence micro-ondulatoire 53 A peut être d'un type dans lequel le guide d'onde 54 est pourvu de deux redresseurs 55,55 de préfé- rence également écartés des points de jonction du guide d'onde 54 avec les deux dérivations 56 et 57 reliées respectivement à la paroi large et à la paroi étroite de la section 54. Les deux dérivations 56 et 57 partent de la section commune 58 connectée, de façon appropriée, à la sortie du modulateur 12. Une des déri- vations la branche 56, contient une cavité résonnante 59 accordée sur la fréquence (P + nS) ou (P - nS).
La paire de circuits résistance-capacité 60, 62 insérés entre les redresseurs 55, contient un point 62 dont le potentiel continu par rapport à la terre augmente ou diminue en fonction respectivement d'inné déviation dans l'un ou l'autre sens de la fréquence par rapport à l'étalon désiré.
Ce potentiel est appliqué à la grille du tube à réactance 63 pour la commande de la fréquence des oscillations produites par le tube oscillâtes à fréquence basse 64. Plus exactement, la fréquence de ces oscillations est déterminée par le circuit accordé formé de la self 65 et du condensateur 66, dont au moins une des composantes est variable pour choisir, corne fréquence de l'oscillateur, une valeur désirée quelconque dans une gamme étendue.
Dans le circuit particulier représenté, l'anode du tube à réactance 63 est couplée par le condensateur
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¯ une extraite du circuit accordé 65. 66 et à un circuit .'-'..r coprer<.r¯t une résistance 68 e* -n condensateur 69, ce ; : être shunte r; la fuite ce grille 70 fournissant ,"!.;' le curant continu de l; grille de co?- -, compose, rtc- : z :- J!': 1
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@ modulateur correspondant à la fréquence micro-ondulatoire -.'talon désirée tend à s'écarter de cette fréquence étalon, la sortie du discriminateur fait varier la tension de grille du tube à réac- tance 65 dans un sens assurant la composition de la variation du circuit de détermination de fréquence de l'oscillateur à fréquence basse 13 B.
En variante, la fréquence de l'oscillateur à fréquence bsse peut être stabilisée par un circuit discriminateur de type plus courant inséré dans le circuit de sortie de l'oscil- lateur à fréquence basse 13 ou du générateur d'harmoniques 14.
Dans les deux systèmes des figures 1 et 3, le modulateur peut être, comme indiqué à la figure 5, un magnétron à modulation d'amplitude 12 B du type utilisant un faisceau électronique de modulation couplé dans les cavités du magnétron. En particulier, Liresonde ou boucle de couplage 72 pénétrant dans le guide d'onde et venant de l'oscillateur 10 peut être reliée à une grille 73 insérée entre la cathode 71 et les cavités d'anode du magnétron. De mène, une grille 74 du magnétron peut être reliée à la ligne de transmission 15 B venant de l'oscillateur à fréquence basse. La sortie du modulateur, comprenant les fré- quences (P + nS) et (P- nS), est appliquée, par exemple au moyen de la boucle ou sonde de couplage 75, à la ligne de transmission 16.
L'invention n'est pas limitée aux dispositifs particu- lirs décrits et présentés, et il est évident qu'il est possible d'agencer d'autres dispositifs pour obtenir des fréquences micro- ondulatoires très stables différent, d'une quantité connue, de la fréquence de résonance moléculaire d'un gaz.