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PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE STABILISATION DE FREQUENCE D'OSCILLATEURS
A HYPERFREQUENCES A ACCORD ELECTRONIQUE.
Il est connu du brevet principal de stabiliser la fréquence-d'os- cillateurs ultra-haute fréquence à accord électronique, au moyen d'un oscilla- teur hautement stabilisé de fréquence beaucoup plus faible. Le principe dé l' invention suivant le brevet principal, consiste à moduler la fréquence à sta- biliser par l'onde émise par le dit oscillateur hautement stabilisé, à dégager une bande latérale du.produit de cette modulation, au moyen d'un circuit oseil- lant accordé, à mélanger à nouveau la fréquence de sortie de ce circuit accor- dé, avec la fréquence à stabiliser, de fagon à dégager la fréquence locale, affectée d'une variation de phase fonction du désaccord par rapport à la fré- quence nominale de l'oscillateur,
et à attaquer par cette fréquence déphasée un discriminateur de phase fournissant à la sortie une tension de discrimina- tion fonction du déphasage.
La stabilité d'un oscillateur muni d'un tel dispositif est subor- donnée à la stabilité de la source de fréquence locale, On sait construire des oscillateurs de fréquence de l'ordre de 10 Mes., stables à 10 , près, en particulier de tels oscillateurs stabilisés par quartz.,
Mais de tels oscillateurs sont souvent coûteux, et il peut être intéressant dans certains cas de prévoir des dispositifs stabilisateurs dans lesquels l'emploi de tels oscillateurs n'est pas nécessaire.
La présente addition concerne un tel dispositif.
Conformément à la présente addition, système S. HERSCOUICI & M.
PALAZO, des moyens sont prévus pour prélever une partie de l'énergie haute fréquence à la sortie de l'oscillateur à stabiliser, cette dite partie étant elle-même partagée en deux. La première de ces deux nouvelles parties est cou- plée à un circuit résonnant accordé sur la fréquence nominale de l'oscillateur à stabiliser d'où est extraite par un autre couplage une onde haute fréquence affaiblie, et dont le déphasage par'rapport à l'onde émise par l'oscillateur
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à stabiliser est fonction du désaccord instantané de l'onde couplée. Des moyens sont prévus pour mélanger cette onde déphasée avec une'onde provenant d'un se- cond oscillateur ultra-haute fréquence dont la fréquence est décalée d'une moyenne fréquence fixe par rapport à celle de l'oscillateur à stabiliser.
Des moyens sont prévus pour extraire de ce mélange une onde de moyenne fréquence qui est injectée dans un discriminateur de phase. Ce disci - minateur de phase, reçoit également le résultat du mélange de l'autre partie de l'énergie prélevée sur l'oscillateur à stabiliser, avec une autre partie de l'énergie haute fréquence prélevée à la sortie de l'oscillateur ultra-haute fréquence dont la fréquence d'oscillations est décalée par rapport à celle de l'oscillateur à stabiliser. Des moyens sont prévus pour que le déphasage des deux ondes moyenne fréquence injectées à l'entrée du dicriminateur de phase, soit égal au déphasage introduit sur l'onde ultra-haute fréquence provenant de l'oscillateur à stabiliser par le circuit résonnant sus-mentionné.
A la sortie du dit discriminateur est recueillie une torsion proportionnelle à ce déphasage, qui est utilisée pour la production d'une tension de correction qui est injectée sur l'électrode de contrôle de l'oscillateur à stabiliser, et qui effectue ainsi la stabilisation désirée.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après en se reportant aux dessins annexés parmi lesquels la figure 1 représente un mode de réalisation non limitatif du dispositif selon l'invention, la figure 2 une courbe explicative.
Sur la figure 1, K1 représente l'oscillateur à stabiliser° un klystron reflex par exemple. L'onde issue de cet oscillateur passe à travers une,première portion du guide 1 rectangulaire rempli d'alcatène avant de se diriger vers l'utilisation. Une fenêtre t1 prévue sur le guide 1 permet d'en prélever une partie avec 20 décibels d'affaiblissement environ. Un second gui- de 2 ayant la paroi comportant la fenêtre t1 mitoyenne avec le guide 1 et re- pli également d'alcatène, reçoit cette énergie haute fréquence, et également par une fenêtre t2 prévue sur la paroi opposée et assurant le couplage avec un guide 3 du même type que le précédent, une partie de l'onde émise par un second oscillateur K2 débitant à travers le guide 3 sur une charge U.
Le gui- de 2 comporte à une extrémité un cristal X1, et à l'autre un passage guide- coaxial C2 qui permet d'attaquer par boucle la cavité résonnante R.
La fréquence de l'oscillateur auxiliaire K2 diffère de quelques dizaines de mégacycles de celle de K1. Il apparaît donc aux bornes du cristal X1 une onde de fréquence intermédiaire.
Fi = F2 - F1 avec F1 fréquence instantanée de l'oscillateur K
F2 fréquence instantanée de l'oscillateur K2.
Après amplification par l'amplificateur accordé A2, cette onde est appliquée sur une grille d'un tube multigrille M où elle sert de référence de phase.
Couplé au guide 3 de la même façon que le guide 2 à travers une fenêtre t3 est un guide 4 identique aux trois premiers; ce guide est couplé à une de ses extrémités par l'intermédiaire d'un déphaseur D, dont le rôle est identique à celui dU déphaseur du brevet principal, à la cavité résonnante.
R. Il comporte à l'extrémité opposée un cristal X2. Le cristal X2 reçoit une partie de l'onde émise par K2 par la fenêtre t3, et une onde issue de la cavi- té de référence R provenant de la fenêtre tl, à la fréquence du klystron K1.
Si F1 n'est pas égal à la fréquence propre de la'. cavité de référence, c'est-à-
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dire à la fréquence sur laquelle on veut stabiliser le klystron, l'onde sor- tant de la cavité a subi un affaiblissement et un déphasage fonction du désac- cord, ainsi qu'il est expliqué dans le brevet principal. Par mélange avec l'onde à fréquence F2 et détection quadratique à l'aide du cristal X2 on trou- ve en particulier aux bornes de ce cristal un signal à fréquence F2 - F1, qui présente un affaiblissement et un déphasage par rapport au signal sortant du cristal X1 identique à l'affaiblissement et au déphasage de l'onde sortant de la cavité par rapport à l'onde entrante, ceci d'une façon analogue à ce qui se passe dans le brevet principal.
Le signal obtenu est amplifié à l'aide de l'amplificateur sélectif A1, et est appliqué à une autre grille du tube discri- minateur M. On obtient alors sur la plaque de ce tube une courbe analogue à celle de la figure 2,la tension plaque V du tube étant fonction du désaccord klystron-cavité, soit à F.
Si la fréquence de l'oscillateur auxiliaire varie, la fréquence du signal intermédiaire varie de la même quantité, mais le mélangeur M rece- vra toujours des signaux de même fréquence. Si les amplificateurs A1 et A2 ont une bande passante suffisante, l'amplitude de ces signaux variera peu avec la fréquence et le potentiel plaque du discriminateur sera peu influencé.
Le potentiel plaque du tube discriminateur est fonction du dépha- sage entre les deux signaux à fréquence intermédiaire issus des cristaux X1 et X2. Mais un tel déphasage peut être introduit également par les différen- ces de durée de trajet entre les cristaux X1 et X2 et le tube K2, c'est-à-dire qu'il peut être introduit également par l'onde de fréquence F2. Mais conformé- ment à l'invention, le dispositif est construit pour que ces deux trajets soient identiques, Les deux ondes de fréquence F2 arrivant sur les cristaux X1 et X2 ont des phases identiques. La plaque du discriminateur M aura donc une tension qui ne dépendra que du déphasage introduit par un désaccord klystron-cavité, et par les différences de marche entre les trajets fenêtre t1 - cristal X1, cavité-cristal X2.
Le déphaseur D placé entre la cavité et le cristal X2 per- mettra de compenser ces différences de trajet, et d'introduire un déphasage de # lorsque la cavité est à l'accord, ce qui est nécessaire, comme il est ex-
2 pliqué dans le brevet principal pour obtenir une courbe de la forme de celle de la figure 2.
Il est à remarquer de plus que la mesure du déphasage introduit par la cavité R serait entachée d'erreurs, si le cristal X2 pouvait recevoir directement l'onde émise par le klystron K1. II est à remarquer qu'il ne peut le faire qu'à travers les fenêtres t2 et t3, qui peuvent être construites de façon à présenter un affaiblissement de l'ordre de 10 à 20 chacune.
Le dispositif conforme de la présente addition présente évidemment l'inconvénient par rapport à celui du brevet principal, de nécessiter l'usai d'un oscillateur ultra-haute fréquence supplémentaire. Mais dans certains cas, il peut être possible de distraire une partie de l'énergie d'un second oscil- lateur existant déjà dans un montage voisin, et ayant déjà son utilité propre.
C'est dans un tel cas que le dispositif conforme à la présente addition peut comporter un réel intérêt. De plus, la présente addition permet d'éliminer les effets de la dérive de fréquence de l'oscillateur auxiliaire, cette dérive de fréquence se répercutant de la même façon sur les deux ondes de moyenne fré- quence injectées dans le discriminateur de phase.
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IMPROVEMENTS TO OSCILLATOR FREQUENCY STABILIZATION SYSTEMS
WITH HYPERFREQUENCES WITH ELECTRONIC AGREEMENT.
It is known from the principal patent to stabilize the frequency of electronically tuned ultra-high frequency oscillators by means of a highly stabilized oscillator of much lower frequency. The principle of the invention according to the main patent consists in modulating the frequency to be stabilized by the wave emitted by said highly stabilized oscillator, in clearing a sideband of the product of this modulation, by means of a circuit. If tuned, to mix again the output frequency of this tuned circuit with the frequency to be stabilized, so as to release the local frequency, affected by a phase variation depending on the detuning with respect to the frequency. nominal frequency of the oscillator,
and using this phase-shifted frequency to drive a phase discriminator supplying at the output a discrimination voltage as a function of the phase shift.
The stability of an oscillator provided with such a device is subordinated to the stability of the local frequency source. It is known how to construct frequency oscillators of the order of 10 Mes., Stable to within 10, in particular. such oscillators stabilized by quartz.,
However, such oscillators are often expensive, and it may be advantageous in certain cases to provide stabilizing devices in which the use of such oscillators is not necessary.
The present addition relates to such a device.
In accordance with this addition, the S. HERSCOUICI & M.
PALAZO, means are provided for taking part of the high-frequency energy at the output of the oscillator to be stabilized, this said part itself being divided into two. The first of these two new parts is coupled to a resonant circuit tuned to the nominal frequency of the oscillator to be stabilized from which is extracted by another coupling a weakened high frequency wave, and whose phase shift in relation to the wave emitted by the oscillator
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to be stabilized is a function of the instantaneous detuning of the coupled wave. Means are provided for mixing this phase-shifted wave with a wave coming from a second ultra-high frequency oscillator, the frequency of which is shifted by a fixed average frequency relative to that of the oscillator to be stabilized.
Means are provided for extracting from this mixture a medium frequency wave which is injected into a phase discriminator. This phase disci - minator also receives the result of mixing the other part of the energy taken from the oscillator to be stabilized, with another part of the high frequency energy taken from the output of the ultra - oscillator. high frequency whose frequency of oscillations is shifted from that of the oscillator to be stabilized. Means are provided so that the phase shift of the two medium frequency waves injected at the input of the phase dicriminator is equal to the phase shift introduced on the ultra-high frequency wave coming from the oscillator to be stabilized by the aforementioned resonant circuit .
At the output of said discriminator, a torsion proportional to this phase shift is collected, which is used for the production of a correction voltage which is injected on the control electrode of the oscillator to be stabilized, and which thus effects the desired stabilization .
The invention will be better understood by means of the description below with reference to the appended drawings, in which FIG. 1 represents a non-limiting embodiment of the device according to the invention, FIG. 2 an explanatory curve.
In FIG. 1, K1 represents the oscillator to be stabilized ° a reflex klystron for example. The wave coming from this oscillator passes through a first portion of the rectangular guide 1 filled with alcatene before heading towards use. A window t1 provided on the guide 1 makes it possible to take part of it with approximately 20 decibels of attenuation. A second guide of 2 having the wall comprising the window t1 adjoining the guide 1 and also folded with alcatene, receives this high-frequency energy, and also by a window t2 provided on the opposite wall and ensuring the coupling with a guide 3 of the same type as the previous one, part of the wave emitted by a second oscillator K2 outputting through the guide 3 on a load U.
The guide 2 comprises at one end a crystal X1, and at the other a guide-coaxial passage C2 which makes it possible to attack by loop the resonant cavity R.
The frequency of the auxiliary oscillator K2 differs by a few tens of megacycles from that of K1. An intermediate frequency wave therefore appears at the terminals of crystal X1.
Fi = F2 - F1 with F1 instantaneous frequency of oscillator K
F2 instantaneous frequency of oscillator K2.
After amplification by the tuned amplifier A2, this wave is applied to a grid of a multigrid tube M where it serves as a phase reference.
Coupled to the guide 3 in the same way as the guide 2 through a window t3 is a guide 4 identical to the first three; this guide is coupled at one of its ends by means of a phase shifter D, the role of which is identical to that of the phase shifter of the main patent, to the resonant cavity.
A. It has an X2 crystal at the opposite end. Crystal X2 receives part of the wave emitted by K2 through window t3, and a wave coming from reference cavity R coming from window t1, at the frequency of klystron K1.
If F1 is not equal to the natural frequency of the '. reference cavity, that is
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say at the frequency on which we want to stabilize the klystron, the wave leaving the cavity has undergone an attenuation and a phase shift depending on the mismatch, as explained in the main patent. By mixing with the wave at frequency F2 and quadratic detection using crystal X2, a signal at frequency F2 - F1 is found at the terminals of this crystal in particular, which exhibits an attenuation and a phase shift with respect to the outgoing signal. crystal X1 identical to the attenuation and phase shift of the wave leaving the cavity with respect to the incoming wave, this in a manner analogous to what happens in the main patent.
The signal obtained is amplified using the selective amplifier A1, and is applied to another grid of the discriminator tube M. We then obtain on the plate of this tube a curve similar to that of FIG. 2, the plate voltage V of the tube being a function of the klystron-cavity mismatch, i.e. to F.
If the frequency of the auxiliary oscillator varies, the frequency of the intermediate signal varies by the same amount, but the mixer M will always receive signals of the same frequency. If the amplifiers A1 and A2 have sufficient bandwidth, the amplitude of these signals will vary little with the frequency and the plate potential of the discriminator will be little influenced.
The plate potential of the discriminator tube is a function of the phase shift between the two intermediate frequency signals coming from crystals X1 and X2. However, such a phase shift can also be introduced by the differences in travel time between the crystals X1 and X2 and the tube K2, that is to say it can also be introduced by the wave of frequency F2. But in accordance with the invention, the device is constructed so that these two paths are identical. The two waves of frequency F2 arriving on the crystals X1 and X2 have identical phases. The discriminator plate M will therefore have a voltage which will depend only on the phase shift introduced by a klystron-cavity mismatch, and by the operating differences between the window paths t1 - crystal X1, cavity-crystal X2.
The phase shifter D placed between the cavity and the crystal X2 will make it possible to compensate for these path differences, and to introduce a phase shift of # when the cavity is in tune, which is necessary, as is ex-
2 folded in the main patent to obtain a curve of the shape of that of figure 2.
It should also be noted that the measurement of the phase shift introduced by the cavity R would be vitiated by errors, if the crystal X2 could directly receive the wave emitted by the klystron K1. It should be noted that it can only do this through the windows t2 and t3, which can be constructed in such a way as to exhibit an attenuation of the order of 10 to 20 each.
The device according to the present addition obviously has the drawback compared to that of the main patent, of requiring the use of an additional ultra-high frequency oscillator. But in some cases, it may be possible to distract part of the energy of a second oscillator already existing in a neighboring assembly, and already having its own utility.
It is in such a case that the device in accordance with the present addition may be of real interest. Moreover, the present addition makes it possible to eliminate the effects of the frequency drift of the auxiliary oscillator, this frequency drift having repercussions in the same way on the two mid-frequency waves injected into the phase discriminator.