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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE STABILISATION DE FREQUENCE D'
OSCILLATEURS A HYPERFREQUENCES A ACCORD ELECTRONIQUE.
On sait que certains oscillateurs à hyperfréquences, par exemples klvstrons reflex ou tubes à ondes progressives, permettent un accord électro- nique-sur la fréquence désirée par âpplication d'une tension convenable à une des électrodes du tube. On sait également que ces:oscillateurs; s'ils ne sont associés avec aucun dispositif stabilisateur, sont affectés d'une dérive relative de l'ordre de 10-6 ou 10-5, si leurs sources d'alimentation emploient du courant alternatif redressé, même si la source de chauffage est continue, alors que la stabilité désirable est de l'ordre de 10-7 ou 10-8.
Il est donc nécessaire de les associer avec un dispositif assurant un taux de stabilisation (rapport entre les dérives absolues de l'oscilla- teur sans et avec stabilisation) de l'ordre de 1.000 ou 2.000. ,
On connaît déjà différents dispositifs proposés dans ce but, qui comportent généralement un circuit oscillant couplé avec l'oscillateur et accordé sur la fréquence nominale de ce-lui-ci, des moyens pour dériver de ce circuit une fréquence différentielle correspondant % l'écart par rapport à la fréquence nominale, et un discriminateur de fréquence recevant ladite fréquence différentielle et fournissant une tension correctrice fonction de l'écart en grandeur et signe, cette tension étant appliquée à une électro- de du tube, par exemple au réflecteur s'il s'agit d'un klystron reflex.
L'inconvénient de ces dispositifs est d'utiliser comme référence une fréquence qui est elle même une hyperfréquence, par conséquent ou bien les réglages sont trop critiques si la surtension du circuit oscillant est élevée, ou bien la régulation manque de sensibilité si la surtension est réduite.
On connaît d'autre part un dispositif dans lequel l'écart de fré- quence est transformé en une tension modulatrice d'une fréquence plus faible, cette tension étant utilisée, après démodulation, pour la correction. Ce
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système présente un mauvais rapport signal/bruit, ses réglages sont criti- ques et ne couvrent qu'une bande étroite.
L'objet de la présente invention, système S. HERSCOVICI et M.
PALAZO, est de fournir un dispositif de stabilisation basé sur un principe différent et évitant les inconvénients exposés.
Le principe-de l'invention consiste à moduler la fréquence à stabiliser par une fréquence locale beaucoup plus faible, à dégager une fré- quence latérale du produit de modulation au moyen d'un circuit oscillant accordé sur une fréquence latérale nominale, à mélanger à nouveau la fréquen- ce de sortie de ce circuit accordé avec la fréquence à stabiliser de façon à dégager la fréquence locale affectée d'une variation de phase fonction du désaccord par rapport à la fréquence nominale de l'oscillateur, et à at- taquer par cette fréquence déphasée un discriminateur de phase fournissant à la sortie une tension de correction fonction du déphasage.
On remarquera que la stabilité d'un oscillateur muni d'un tel dispositif est subordonnée à la stabilité de la source de fréquence locale.
Cependant;, cette fréquence étant relativement basse, de l'ordre de plusieurs dizaines de magécycles par seconde par exemple, on sait réaliser de tels os- cillateurs stables à 10-6 près., c'est-à-dire ne subissant qu'une dérive de quelques dizaines de cycles par seconde. Cette dérive, reportée sur l'os- cillateur à hyperfréquence, ne conduit qu'à un écart relatif inférieur à la limite de stabilité que l'on se propose d'atteindre.
L'invention sera mieux comprise en considérant la figure 1 qui donne à titre d'exemple non limitatif un schéma de montage appliquant le principe indiqué.
L'oscillateur à hyperfréquence 1, par exemple un' klystron reflex, dont la fréquence nominale est Fl débite l'énergie vers le circuit d'utili- sation 2. Sur le trajet de cette énergie on interpose un tronçon de guide 3 couplé latéralement à travers des fenêtres 4, 5 avec deux autres tronçons de guide 6,7. L'ensemble des guides 3,6, 7 peut être réalisé très simple- ment par une plaquette en diélectrique convenable (alkathène) métallisée, dans laquelle en pratique des eatailles séparant la plaquette incomplètement en trois tronçons parallèles, et dans lesquelles on glisse des séparations métalliques 15, 16.
A l'endroit où les guides sont couplés par manque de séparation métallique, on perce des orifices 4, 5 que l'on peut obstruer plus ou moins à l'aide de vis 17, 18 pour régler le couplage. Sur les par- ties 6, 7 de la plaquette sont respectivement montés les cristaux diodes 8, 9. Le cristal 8 est relié à travers une ligne coaxiale avec un oscillateur 10 à fréquence F3 relativement basse,.de l'ordre de 20 à 30 Mc/s par exemple.
Le guide 6 est couplé à travers une autre ligne coaxiale avec une cavité 12 accordée sur une fréquence latérale F2 résultant de la modulation de F1 par F3 (F2=F1 # F3). La sortie,de cette cavité est ramenée vers le guide 7 à travers un déphaseur éventuel 11 représenté en pointillé. Le cristal 9 est relié à travers l'amplicateur 13 sans distorsion de phase à un mélangeur 14 constitué par un tube bigrille dont une grille est alimentée par la sor- tie de l'amplificateur 13, tandis que l'autre grille est attaquée direc- tement par la. source de fréquence locale 10. Le circuit de sortie du tuoe 14 injecte la tension dans le circuit d'alimentation du réflecteur du klys- tron 1.
Le dispositif fonctionne comme suit : le guide 6 reçoit à travers la fenêtre 4 une fraction de l'énergie à la fréquence F1 du klystron 1 et une énergie beaucoup plus grande à la fréquence intermédiaire F3 fournie par l'oscillateur 10. Ces énergies sont mélangées dans le cristal et-il en résulte deux fréquences latérales F1+ F3 et F1- F3. Ces fréquences ne peuvent pas passer par la fenêtre 4 qui est suffisamment atténuante, elles s'écoulent donc vers la cavité 12. Celle-ci, qui est accordée sur une fré- quence latérale nominale, laisse passer cette-fréquence, tandis que la fré- quence svmétrique est arrêtée.
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Supposant que la fréquence F1 varie et devient F1', la fréquence sortant de la cavité 12 devient F1' # F3. Or on sait de la théorie générale d'équivalence entre les modulations de fréquence et de phase, qu'une onde de fréquence faiblement désaccordée Fil # F3 peut être assimilée à une onde de fréquence F1 # F3 ayant une amplitude et un déphasage 6 variables en= fonction du désaccord. Cette onde déphasée est donc ramenée.vers le guide 7 qui reçoit d'autre part à travers la fenêtre 5 l'énergie du klystron à fréquence F1'.
Ces deux ondes sont mélangées dans le cristal 9, et on peut démontrer que si l'oscillateur 10 fournit une tension proportionnelle à sin 2"F3 t, le signal détecté à la sortie du cristal 9 est proportionnel à cos (2IIf3 t +5). c'est-à-dire que le déphasage subi par l'onde du klystron par suite du désaccord a été reporté sur la fréquence intermédiaire F , et que le signal de sortie de 9 a. subi un décalage en quadrature sur la tension de la source 10.
Pour le cas où il n'en serait pas ainsi, par suite de l'in- fluence de la longueur des connexions par exemple, le déphaseur Il peut ser- vir à. rajuster les conditions de façon à ramener les deux tensions indiquées en quadrature exacte
Le mélangeur 14, dont les grilles sont attaquées respectivement par les tensions Il 1 sin 2IIF3 t et V2cos (2IIF3 t + ), débite un courant de plaque proportionnel au produit de ces tensions, c'est-à-dire : ip=p V1V2/2 (- sin # + sin (2.2 # F3 t + #)) + I0 où p désigne un facteur constant et I une composante continue. La composante. à fréquence double étant éliminée par une capacité shunt convenable, il ap- paraît sur la plaque du tube, dont le circuit contient une résistance R, un -potentiel continu : Vp = Vb + Vm = Vb - p R.
V1/2. V2 sin # où Vb désigne une composante constante et Vm une composante variable avec le désaccord. Cette composante dépend à la fois de Vé et de #; V2 varie -avec le désaccord @F de la cavité 12 de surtension Q proportionnelle- ment à l'expression :F
EMI3.1
de sorte que Vm est proportionnel à l'expression :
EMI3.2
La loi résultante de variation de Vm en fonction de @F/F est représentée figure 2; on reconnaît une courbe de discriminateur qui donne une valeur de Vm univoque pour chaque écart @F en grandeur et en signe, ce qui permet de l'utiliser pour la correction.
Le système conforme à l'invention présente de multiples avantages, notamment le zéro de la courbe de Vm ne dépend que du déphasage de la fré-
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quence-latérale et est indépendant des amplitudes fournies par les oscilla- teurs 1 et 10 et de leurs atténuations le long de leurs différents chemins.
Le taux de stabilisation est élevé, la pente de la courbe de V m au voisina- ge du zéro étant directement proportionnelle à la surtension de la cavité.
Les réglages et les adaptations ne sont pas critiques et sont valables pour une large bandeb Enfin, la tension amenée à l'amplificateur 13 est au maxi- mum quand le système est à l'accord exact, et de ce fait l'amplificateur fonctionne avec un rapport signal/bruit élevé.