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COMMANDE POUR.OSCILLATEUR.
La présente invention se rapporte aux oscillateurs électroniques, et en particulier à un dispositif de commande du débit d'un oscillateur du type klystron,,
L'invention a principalement pour but de procurer un circuit et un dispositif pour la commande de la puissance de sortie d'un oscillateur klystron utilisé comme oscillateur local dans la partie réceptrice d'un appa- reil radar du type hétérodyne. Il faut évidemment, dans ce cas, que la fréquen- ce de l'oscillation soit maintenue rigoureusement à la valeur désirée, et 1' expérience a montré de plus que, pour avoir un rapport signal/bruit optimum, dans le cas de micro-ondes de radar, le mélangeur du circuit hétérodyne doit travailler avec un niveau de puissance bien déterminé de l'oscillateur local.
On a réglé jusqu'ici le niveau de puissance dans le mélangeur à cristal au moyen d'un atténuateur variable placé entre l'oscillateur local du type klys- tron et le cristal, un tel atténuateur étant constitué par exemple par une pièce plate ou "volet" en matière résistive disposé parallèlement à l'axe du guide d'onde couplant l'oscillateur local au mélangeur à cristal, l'atténua- teur étant variée par le déplacement du volet s'écartant du centre du guide d'onde vers une de ses parois intérieures.
L'emploi d'un atténuateur variable du type décrit présente cepen- dant plusieurs inconvénients sérieux. Premièrement il faut usiner le volet et spécialement ses bouts avec une grande précision si on veut obtenir une bonne adaptation et un pourcentage faible d'ondes stationnaires. Deuxièmement, la construction est très cômpliquée au point de vue mécanique,.parce que le volet doit rester parfaitement immobile quand on ne le déplace pas,' et qu'il doit cependant pouvoir être déplacé facilement quand il faut faire un réglage.
Troisièmement, le mode de montage du volet dans le guide d'onde quand les ex- trémités de celui-ci sont fermées,est lui-même extrêmement compliqué.'Pour
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ces motifs et pour d'autres, il serait très intéressant de pouvoir obtenir le niveau de puissance désiré au mélangeur au moyen d'un atténuateur fixe, parce qu'on éviterait ainsi les complications mécaniques inhérentes à l'emploi d'un atténuateur variable. Même avec un atténuateur fixe convenablement agencé et monté (l'agencement de tels dispositifs étant bien connu), il faut malgré tout prévoir une certaine possibilité de réglage du niveau de puissance envoyé au mélangeur à cristal par l'oscillateur local, ne fût-ce que pour pouvoir compen- ser les différences inévitables d'un tube oscillateur à l'autre.
Quoiqu'il puisse sembler facile de faire ces réglages complémentaires en ajustant les potentiels de commande et de réglage du klystron de l'oscillateur local même, ce procédé est en fait rendu extrêmement compliqué parce que la fréquence de travail de l'oscillateur doit rester rigoureusement constante, et qu'en bou- geant à ses potentiels on varie inévitablement sa fréquence d'oscillation dans des proportions inadmissibles.
L'invention a par conséquent aussi pour but de procurer un dispo- sitif oscillateur à klystron pouvant être utilisé comme oscillateur local, par exemple dans un appareil radar, et dans lequel la sortie de puissance vers le mélangeur hétérodyne peut être aisément réglée à sa valeur optimum sans affecter la fréquence de travail et dans une gamme de réglage qui permet d'introduire une atténuation fixe entre l'oscillateur et le mélangeur à cristal de l'appareil.
L'invention procure donc un dispositif klystron de construction relativement simple et économique dont le niveau de puissance peut être faci- lement réglé au moyen d'une commande purement électrique, telle qu'un poten- tiomètre, pour réaliser une gamme désirée de réglage de puissance. On évite de devoir rattraper la fréquence de sortie par compensation, en utilisant un circuit de commande automatique de fréquence.
Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, la plus gran- de partie de l'atténuation nécessaire se fait au moyen d'un atténuateur fixe placé dans le guide d'onde reliant l'oscillateur au mélangeur, et une petite partie, essentielle néanmoins, se fait par réglage du potentiel d'anode ou d'enveloppe du tube klystron même. Cette division de l'atiénuation de la puissance a l'avantage supplémentaire, lorsque le même tube klystron alimente à la fois le mélangeur et un circuit de commande automatique de fréquence, de permettre de placer l'atténuateur fixe dans le guide d'onde de façon à éviter tout couplage entre les deux canaux d'alimentation.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée donnée ci-après d'une forme d'exécution préférée donnée à titre d'exemple, et représentée au dessin annexé.
La figure 1 est une vue, partiellement en coupe, d'un tube klys- tron oscillateur et d'une section de guide d'onde, avec une représentation schématique d'un circuit de commande faisant partie de l'invention ; La figure 2 est un graphique montrant certaines caractéristiques électriques d'un type de tube klystron, et servant à la compréhension du fonctionnement du dispositif de l'invention. La nature et la forme du klystron, ou tube oscillateur à rayons cathodiques à modulation de vitesse, sont bien connues, mais une brève description facilitera la compréhension du principe de la présente invention.
La figure 1 représente en coupe un oscillateur du type klystron reflex qui comporte une cathode 10 pouvant être portée à incan- descence au moyen, par exemple d'un filament de chauffage 12 et d'un trans- formateur d'alimentation 14, de manière à constituer une source d'électrons dirigés en faisceau à travers les grilles 16, 18 et 20 sur une électrode de répulsion 22 dont le potentiel est réglé de façon à renvoyer les électrons afin qu'une partie au moins de ceux-ci pénètrent à nouveau dans la chambre de résonance 24 pour être recueillis finalement par les grilles 18 et 20 ou les parois de la chambre.
Les électrons perdus qui ne retournent pas dans la cavité ou chambre 24 sont recueillis par l'enveloppe 26 qui constitue l'a- node de l'appareil et peut être maintenue à un potentiel élevé positif par rapport à la cathode 10, au moyen, par exemple, d'une batterie ou source de tension équivalente 28 ..'Le potentiel d'enveloppe ou d'anode est réglable,
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dans la présente invention, au moyen d'un potentiomètre 30 en série avec la source 28 et muni d'un curseur 32 relié à l'enveloppe.
L'écran 34 qui entoure la cathode est maintenu de préférence à un potentiel légèrement positif par rapport à la cathode afin de recueillir les électrons lents et aider ainsi à la formation du faisceau traversant le réso- nateur, une source de tension 36 étant prévue dans ce but. L'électrode de répulsion 22 reçoi son potentiel négatif relativement au potentiel de terre (enveloppe) d'une source de tension représentée par le rectangle 38.
Comme il est de règle dans la construction des klystrons reflex, des dispositifs sont prévus pour régler le volume de la chambre 24 et, par conséquent, la fréquence de résonance du tube, et représentés sur le dessin par plusieurs vis 40 que l'on tourne pour faire varier l'écartement entre la paroi supérieu- re 42 de la chambre du résonateur et une paroi inférieure 44 flexible ou ondu- lée, l'écartement désiré étant maintenu par les ressorts 46 qui contrecarrent la pression exercée par les vis 40.
L'énergie oscillante sortant de la.cavité ou chambre 24 est cou- plée par une conduite 48 ou tout autre moyen approprié et envoyée dans un guide d'onde 50 qui, dans le cas considéré, aboutit au mélangeur à cristal d' un appareil radar. La fréquence de l'énergie ainsi produite est déterminée principalement par la forme du résonateur à cavité et est mise à valeur par le réglage des vis 40; d'habitude, la mise au point tout-à-fait exacte de la fréquence peut se faire par de légers réglages du potentiel appliqué à 1' électrode de répulsion 22.
Pour obtenir le niveau voulu d'énergie de l'oscillateur local au mélangeur à cristal, un atténuateur estplacé dans le guide d'onde 50. Comme il a été dit ci-dessus, on a proposé d'utiliser dans le guide d'onde l'un ou l'autre type d'atténuateur variable pour régler exactement le niveau de puis- sance et pour rattraper les différences d'un tube oscillateur à l'autre, mais l'emploi d'un tel atténuateur variable entraîne les divers inconvénients énu- mérés. La présente invention prévoit, en conséquence, un atténuateur-fixe qui peut être du type à trois volets ortant la référence 52, le volet central prenant pour lui pratiquement toute l'atténuation, tandis que les volets laté- raux servent à obtenir la bonne caractéristique d'adaptation d'impédance pour le meilleur pourcentage d'ondes stationnaires dans le guide.
Le degré d'atté- nuation est choisi de manière à obtenir approximativement le niveau de puis- sance désiré au mélangeur à cristal alimenté par le guide d'onde 50.
Après que le tube klystron a été réglé, au moyen des vis 40 par exemple, de manière à produire des oscillations de la fréquence désirée, on règle définitivement le niveau de la puissance de sortie en déplaçant le curseur 32 de façon à varier le potentiel positif appliqué à l'enveloppe ou anode 26. Cette opération entraînerait normalement une variation de la fré- quence de sortie ; sait en effet qu'une variation de la tension anodique change la fréquence des oscillations produites. On a cependant constaté que l'on peut maintenir les oscillations à la fréquence désirée en variant le potentiel de répulsion d'une quantité inférieure aux possibilités de rattra- page d'un type courant de circuit de commande automatique de fréquence.
Ce principe est à la base de la présente invention, car si on peut obtenir la fréquence désirée en corrigeant le potentiel de répulsion après le réglage i- nitial de la puissance de sortie au moyen de la variation de la tension d' anode, dans le cas où un tel réglage manuel avait été nécessaire, cette cor- rection entraîne une variation de la puissance de sortie' qui doit être à nouveau corrigée, de sorte que la mise au point coordonnée 'du niveau de puissance de sortie et de la fréquence constituerait, de cette manière, une opération excessivement critique. Cependant, comme, suivant l'invention, la correction à apporter à la tension de répulsion est assez faible pour être obtenue au moyen d'une'commande automatique de fréquence,
le réglage de la tension d'anode ou d'enveloppe en vue de la mise à niveau de la puissance de sortie sera suivi automatiquement du glissement nécessaire du potentiel de répulsion pour maintenir la fréquence à la valeur voulue, et l'opérateur ne se rendra même pas compte que la variation de la tension de répulsion influe sur la position où il doit amener le curseur 32 pour avoir le bon ni-
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veau de puissance de sortie à l'étage mélangeur.
Pour obtenir le résultat ci-dessus, tout circuit de commande au- tomatique de fréquence courant ou désiré, représenté à la figure 1 par le rectangle 54, est disposé de façon à prélever de l'énergie délivrée au guide d'onde 50. Ce prélèvement se fait à la fréquence M.F. du dispositif. Les oscillations dans le guide d'onde 50 sont mélangées à des oscillations déri- vées du tube d'émission (non représenté) dans des mélangeurs à cristal 150.
La sortie de ces mélangeurs à la fréquence M.F. est appliquée au circuit C A F. Le dispositif comportant les mélangeurs 150 est séparé électriquement du dispositif mélangeur du récepteur par les volets d'atténuation 52 dans le guide 50. Ce circuit de commande (qui peut être un type connu de discri- minateur de fréquences) est disposé de façon à commander la tension appliquée à l'électrode de répulsion 22. La source de tension 38 peut comporter un am- plificateur qui délivre une tension de sortie négative commandée par une polarisation de grille provenant du circuit de commande 54, mais les détails de ces éléments ne font pas partie de la présente invention.
Les volets 52 de part et d'autre de l'entrée 152 du guide 50 empêchent le couplage entre le canal d'énergie principal allant au mélangeur et celui qui envoie de l'énergie du guide d'onde dans le circuit de commande automatique de fréquence 54. Cette caractéristique de découplage est un des motifs pour lesquels, suivant la présente invention, on envisage l'emploi d'une atténuation fixe dans le guide d'onde combinée à une sortie de puissan- ce variable de l'oscillateur sous la commande d'une tension variable d'enve- loppe ou de résonateur; c'est-à-dire que l'atténuateur fixe dans le guide d'onde isole effectivement le circuit de commande automatique de fréquence 54 de la partie du canal HF au delà de l'atténuateur 52.
L'emploi d'une cer- taine atténuation fixe présente aussi l'avantage que, si tout le réglage de la puissance de sortie de l'oscillateur peut être obtenu en variant sim- plement le potentiel d'enveloppe ou de résonateur, pour obtenir une grande réduction de puissance il faut que le circuit fonctionne sur une partie re- lativement raide de la courbe tension de résonateur - puissance de sortie.
Ceci peut se voir par exemple à la courbe 2 de la figure 2, qui montre la variation du courant du cristal dans le mélangeur en fonction des variations du potentiel du résonateur ; la tension du résonateur est réduite pour obtenir une réduction donnée de la puissance de sortie, plus la courbe 2 est raide, ce qui signifie que le réglage de la puissance de sortie par ce seul moyen devient de plus en plus critique quand le degré de réduction de la puissance augmente.
Les courbes de la figure 2 sont portées à fréquence de sortie constante, les courbes en trait plein 2, 3, 4 et 5 donnant la variation du courant au mélangeur à cristal avec les variations de la tension de résona- teur ou d'enveloppe, pour différentes conditions de fonctionnement. Les courbes en traits interrompus 2', 3', 4' et 5' montrent la variation du potentiel négatif de répulsion nécessaire pour maintenir la fréquence de sortie à la valeur désirée pour chaque valeur de la tension de résonateur dans les mêmes conditions de fonctionnement.
Ces dernières courbes indiquent clairement que la variation de la tension de répulsion requise est relative- ment faible, la courbe 2', correspondant aux conditions de fonctionnement les plus défavorables du klystron, montrant que le changement nécessaire n' est que de l'ordre de 20 volts pour une variation de potentiel de résonateur de l'ordre de 140 volts. Une telle variation de tension est bien inférieure aux possibilités de circuits de commande automatique de fréquence courants, cette caractéristique étant un aspect important de la présente invention.
REVENDICATIONS.
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