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PERFECTIONNEMENTS APPORTES A UN DISPOSITIF D'ACCORD POUR RADIOFREQUENCE,
A LARGE BANDE D'ACCORD.
La présente invention est relative à des dispositifs d'accord pour radiofréquence et concerne en particulier un dispositif d'accord nouveau faisant usage de moyens de variation d'inductance capables d'accorder un circuit dans une gamme de variations notablement plus étendue qu' iL n'a été possible de le faire à l'aide d'aucun des moyens connus à ce jour dans la technique.
Considérée dans son sens le plus général, la présente invention comprend deux ou plusieurs éléments conducteurs d'échange d'énergie, couplés capacitivement ou galvaniquement à une bobine pouvant se déplacer axialement par rapport à ces éléments et caractérisée par une inductance non uniforme par unité de longueur.
Les facteurs de conformation particuliers, qui réagissent la construction des éléments de transfert d'énergie, sont déterminée dans une grande mesure par la gamme de fréquence à couvrir. Lorsque le dispositif d'accord selon }.'invention est appelé à être utilisé pour des radiofréquences très basses, les éléments de transfert d'énergie doivent naturellement être établie, soit en vue d'un couplage galvanique avec la bobine, soit avec des jeux très limités, de façon que la réactance de capacité en série entre la bobinent les moyens de transfert d'énergie soit inférieure à la réactance de la bobine à la fréquence de fonctionnement.
Dans la plupart des cas, les éléments de transfert d'énergie peuvent présenter la forme de manchons fermés, destinés à recevoir in- térieurement la bobine mobile.
Lorsqu'il est fait usage d'un couplage galvanique entre la
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bobine et les éléments de transfert d'énergie, ou lorsque la réactance de couplage est faible, l'inductance effective de la bobine en un point donné quelconque est approximativement égale à l'inductance de la partie de cette bobine, comprise entre les bords intérieurs des éléments de transfert d' énergie. D'autre part, l'effet de blindage exercé par les éléments de transfert d'énergie court-circuite effectivement le champ magnétique de ladite partie de la bobine, supportée entre ces éléments de transfert d' énergie, ce qui a pour effet de supprimer effectivement les résonances pa- rasites et autres effets qui se manifestent souvent lorsqu'une partie seu- lement d'une bobine est en circuit dans un appareil donné.
L'inventeur a constaté qu'il était possible, grâce à une appli- cation judicieuse de la présente invention, d'obtenir des variations de fréquence de plus de 100 à 1, cela avec une seule bobine continue d'une lon- gueur égale à environ cinq fois l'écartement intérieur entre les éléments de transfert d'énergie. Ceci signifie que la variation d'inductance obtenue à l'aide du dispositif d'accord selon l'invention est d'au moins 10.000 à 1. Ceci représente des limites de variation d'inductance infiniment plus étendues que celles que l'on pouvait réaliser avec n'importe quel moyen employé dans la technique à ce jour.
Compte tenu de ce qui précède, la présente invention vise en premier lieu à établir un dispositif d'accord capable de produire une va- ration continue de sa fréquence de résonance dans une gamme très étendue, tout en maintenant un fonctionnement efficace du circuit sur toute la gamme, ainsi qu'un facteur "Q" élevé dans ce circuit.
En vue de la réalisation de l'objet principal de la présente invention, celle-ci a en outre pour objet un dispositif d'accord à fréquen- ce variable, dans lequel les éléments connectés au circuit extérieur occupent une position fixe par rapport à celui-ci et dans lequel la variation de la fréquence de résonance est effectuée par le déplacement, par rapport à ces éléments fixes, d'une bobine d'inductance présentant une inductance non uni- forme par unité de longueur.
Un autre objet de la présente invention consiste à établir un dispositif d'accord dans lequel on obtient d'une manière efficace une va- riation d'inductance dans des limites extrêmement étendues, grâce à la pre- vision d'éléments de transfert d'énergie relativementfixes, destinés à être connectés à un circuit extérieur, et au shuntage de ces éléments par ùne partie d'une bobine d'inductance relativement mobile, l'inductance par unité de longueur de cette bobine variant d'une partie à l'autre de celle- ci, @
Les autres objectifs et avantages de-la présente invention res- sortiront de la description détaillée de velle-ci, qui sera donnée ci-après.
Dans les dessins annexés, on a représenté un dispositif d'ac- cord qui constitue un mode de réalisation type de la présente invention et qui peut être appliqué dans les parties de très haute fréquence, et les parties d'ultra haute fréquence inférieures du spectre. On a également représenté certaines variantes de ce dispositif et certaines modifications dont il est susceptible.
La figure 1 est une vue en plan, partie en coupe, d'un dispo- sitif d'accord type réalisé conformément à la présente invention et com- prenant trois circuits accordés simultanément, tels que ceux pouvant être employés dans un récepteur de télévision.
La figure 2 est une vue de détail en coupe, prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1.
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Les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en plan et une vue d'élévation d'éléments de couplage d'énergie modifiés ou facul- tatifs, pouvant être utilisés dans la présente invention.
Les figures 5, 6 et 7 sont des vues en plan montrant des types de bobines d'inductance pouvant être utilisée dans la présente in- vention.
L"ensemble représenté dans la Fig. 1 est limité surtout aux organes du dispositif d'accord qui font effectivement partie de la présen- te invention. Le dispositif d'accord est représenté comme étant monté dans un blindage 11, lequel est à son tour fixé, de n'importe quelle manière voulue, a un panneau 12. Tant le blindage 11 que le panneau 12 peuvent être formés normalement en une matière telle que le cuivre, le laiton, 1' aluminium ou l'acier galvanisé. Le blindage 11 est divisé longitudinale, ment par deux cloisons métalliques 13 et 14, de façon à déterminer, à l'in- térieur de ce blindage trois compartiments parallèles dont chacun est an substance isolé électriquement des deux autres.
Dans chacun des trois com- partiments du blindage 11 est prévu un dispositif d'accord établi confor- mément à la'présente invention. Il va de soi que des tubes à vide du type miniature,ainsi que d'autres éléments de circuit, propres à l'appareil considéré, peuvent être montés entre les cloisons du blindage 11 ou sur la face opposée du panneau 12, dans lequel cas des fils de connexion venant de ces éléments sont amenés sur la face du panneau 12, qui porte les dispositifs d9accord, xà travers des petits orifices appropriés, pratiqués dans celui-ci.
Dans le seul but d'illustrer la manière dont de tels éléments peuvent être employés conjointement avec le nouveau dispositif d'accord, on a représenté dans la fig: 1 quelques résistances fixes 15.Toutefois, on ne décrira pas ici en détail les tubes et les circuits:. normalement associés au dispositif d'accord selon 1?invention, étant donné que ceux-ci ne font pas partie de la présente invention et peuvent être de construction courante.
Chacun des groupes d'accord qui constitue la présente invention est constitué par deux éléments appropriés de transmission d'énergie qui, dans le mode d'exécution de la Fig. 1, sont établis sous la forme de manchons conducteurs 17 et 18. Un des manchons 18, qui a été désigné par 18a aux fins d'identifiecation, présente une plus grande longueur que les autres 'manchons de transmission ou de transfert d'énergie 18. La construction comportant le manchon de plus grande longueur, telle que représentée, par le manchon 18a, constitue une variante, avantageuse dans certains cas, de la présente invention, et sera décrite d'une manière plus détaillée dans un des paragraphes suivants.
Les éléments de transmission d'énergie 17 et 18 peuvent être montés d'une manière voulue quelconque, qui permet de les maintenir écartés, isolés 1?un de 1-'autre et disposés coaxialement.
Dans le mode d'exécution représenté dans la Fig. l, ceci est réalisé grâce au fait que les manchons 17 et 18 sont montés dans des blocs rigides 20 formés en une matière thermo-durcissable à faibles pertes et offrant des caractéristiques favorables en haute fréquence.
Pour des raisons que l'on exposera en détail ici, il est préférable de garnir intérieurement les manchons 17 et 18 d'une -mince couche d'une matière plastique lisse 21, de façon à constituer un mince manchon isolant qui s'adapte étroitement dans l'intérieur des éléments 17 et 18.
Un élément d'inductance 22, constitué de préférence par une bobine relativement longue à couche unique, est monté à coulissement dans les manchons 17 et 18.Etant donné que, dans l'exemple de la Fig. l, les trois circuits sont appelés normalement à produire l'accord dans une gamme de fréquences qui est la même, en substance, pour tous les trois circuits, les bobines d'inductance 22 ont été représentées
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comme étant sensiblement identiques.
Au besoin, ces bobines peuvent être établies en recouvrant la surface entière d'une tige en matière plastique à faibles pertes d'une feuille ou d'un dépôt galvanique de cuivre eu d'aluminium, certaines parties de cette feuille ou de ce dépôt étant découpées de façon à constituer une bobine d'inductance à ruban, comme celle représentée dans la Fig. 1 et exposée d'une façon plus détaillée dans la Fig. 5.
Il convient de noter-et ceci est important- que l'inductance par unité..de.-- longueur de la bobine d'inductance n'est pas constante d'un bout à l'au- tre de celle-ci, mais au contraire, varie continuellement le long de la bobine + 22. Ainsi,par exemple, si l'on venait à shunter une longueur donnée de la bobine d'inductance 22, située à proximité de l'extrémité de gauche de cette dernière, en considérant les Figs. 1 et 5, la valeur d'inductance entre les points extrêmes de la longueur court-circuitée serait notablement supérieure à la valeur qui serait obtenue en shuntant la même longueur de bobine dans la partie médiane, ou au voisinage de l'extrémité de droite, de celle-ci.
En effet, la valeur de l'inductance à l'extrémité de droite, mesurée au-delà de l'extrémité de la gorge 23, peut se rapprocher très fortement de zéro, vu que, dans le cas extrême, l'inductance ne serait représentée que par celle du conducteur tubulaire rectiligne lui- même.
Dans le mode d'exécution préféré de la présenté invention; le réglage de l'inductance est réalisé en déplaçant la bobine d'inductance 22 à travers les éléments de transmission d'énergie 17 et 18.
Lors de la construction d'un appareil radio-électrique dans lequel peut être appliqué le dispositif d'accord selon l'invention, les connexions qui, dans un montage classique, aboutiraient à la bobine d' inductance, sont connectés, selon l'invention, aux manchons 17 et 18, respectivement. Dans la position des bobines d'inductance 22, représentée dans la Fig. l, le dispositif d'accord ne fonctionne pas, étant donné qu'aucun transfert d'énergie ne peut avoir lieu, en substance, entre la bobine d'inductance 22 et les manchons de transmission d'énergie 18 (y compris le manchon 18a).
Toutefois, un déplacement des bobines d'inductance 22 vers la gauche détermine le glissement de l'extrémité fibre de chacune de ces bobines dans le man- ,chon 18 ou 18a, suivant le cas. Ceci engendre une capacitance relativement élevée entre la bobine d'inductance et le manchon et permet un échange aisé d'énergie haute fréquence entre la bobine d'inductance 22 et le circuit extérieur connecté au manchon 18 ou- 18a. De même, les manchons 17 s'appliquent sur la bobine d'inductance 22 à contact intime, la capacitance entre ces deux éléments étant suffisante pour assurer également un transfert d'énergie aisé à cette extrémité de la bobine d'inductance 22.
(A titre d'exemple d'un moyen convenable pour produire le glissement simul- tané des bobines d'inductance 22 par rapport aux manchons 17 et 18, on a représenté une barre transversale 24, qui peut être actionnés de n'importe quel- le manière voulue).
Dans la 'partie initiale du mouvement de coulissement des extrémités de gauche des bobines d'inductance 22 dans l'intérieur des manchons 18, l'inductance shuntée effectivement entre les manchons 17 et 18 reprétera une valeur maximum. A mesure que les bobines d'inductance 22 se -dé- placent vers la gauche, la valeur de l'inductance effectivement branchée sur le circuit extérieur va en diminuant, jusqu'à ce que, finalement, elle se réduise presque à zéro, ce qui a lieu lorsque l'extrémité de droite de la fente 23 passe dans l'intérieur du manchon 18.
Bien que cette particularité ne fait pas l'objet de la présente invention, il est préférable d'utiliser des bobines d'inductance établies de la manière indiquée ci-dessus, dans lesquelles la largeur du ruban conducteur va en augmentant dans la partie de la bobine où le nombre de spires par unité de longueur va décroissant. Tout homme de mé-
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tier comprendra aisément qu'une telle construction, lorsqu'elle est convenablement étudiée, peut éliminer complètement les tensions in- ternes dans la feuille ou le ruban qui constitue la bobine d'inductance, cela .nonobstant un écart très marqué entre les différentes parties de la bobine -en ce qui concerne le nombre de spires par unité de longueur.
Au besoin, la garniture intérieure 21 peut être omise dans les manchons 17 et 18 et, en échange, on peut recouvrir les bobines d' inductance 22 d'une mince couche de matière isolante. Une telle construc- tion offre un avantage particulier qui consiste en ce que la mince cou- che de matière plastique, ou de toute autre matière isolante rigide, prévue sur la surface des bobines d9inductance, offre à celles-ci une protection mécanique très importante contre les détériorations. Cependant, et vu que d'une manière générale les bobines d'inductance ne sont pas délogées de la position qu'alles occupent dans le dispositif d'accord, le manchon iso- lant peut, dans la plupart des cas, être appliqué tout aussi avantageu- sement aux manchons 17 et 18, comme montré dans les dessins.
Le manchon de transmission d'énergie 18a, de plus grande lon- gueur, est représenté à titre d'une variante de 1-'invention.
Dans certains cas, cette construction de variante offre un avantage parti- culier en vue d9assurer une capacité différentielle entre les éléments du circuit et la bobine. En ce qui concerne un quelconque des deux éléments du dispositif d'accord de la Fig. 1, qui comportent un manchon 18 court, il convient de remarquer que, lorsque la bobine d'inductance 22 est déplacée sensiblement vers la gauche, une partie d'extrémité libre de cette bobine s'étend au-delà de l'extrémité de gauche du manchon 18. Dans certains cas, cette extrémité libre fait apparaître des résonances parasites, qui conduisent à des "points morts" dans le fonctionnement du circuit, c' est-à-dire des fréquences auxquelles le fonctionnement de l'appareil est défectueux.
Or, il a été constaté que,, pour éliminer de telles résonances, il était avantageux de recouvrir la bobine plus ou moins d'un manchon allongé.
Dans certains cas, on pourra constater que les extrémités libres de la bobine ne donnent pas lieu à des points morts ou des solutions de continuité dans la courbe de syntonisation, dans lequel cas on peut faire usage de manchons courants 18. Dans certaines applications, l'emploi de manchons allongés du type représenté par 18a peut être indiqué pour tous les circuits accordés.
Dans d'autres cas encore, comme par exemple celui représenté dans la Fig.
1, il suffira d'employer un manchon de transfert d'energie ou de couplage 18a, de forme allongée ou 'enveloppante, sur un seul des circuits accordés, par exemple celui de 1'oscillatour local,tandis que les manchons de construction courante donneront des résultats satisfaisants dans les autres circuits.
Dans certains cas, un troisième manchon enveloppant ou partiellement enveloppant peut être ajouté, dans le sens longitudinal de la bobine, et cela soit à la droite, soit à la gauche des manchons actifs 17 et 18, en vue d'éliminer une ou plusieurs résonances parasites.
Dans les Figs. 3 et 4, on a représenté un mode d'exécution modifié et plus simple de l'élément de transfert d'énergie, cette variante pouvant remplacer avantageusement dans de nombreux cas les manchons de transfert d'énergie 17 et 18.
Dans les Figs. 3 et 4, on a représenté un élément de support 120 établi en une matière isolante appropriée à faibles pertes, et pourvu d'une paire d'éléments de contact désignés respectivement par 118 et 117. Comme on le voit clairement dans la Fig. 4, ces éléments de contact peuvent être fixés convenablement au support 120, tout en étant
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écartés l'un de l'autre. Les éléments de transfert d'énergie 117 et 118 sont établis de manière à présenter une partie en saillie qui constitue un élément de contact et qui est formée de façon à recevoir et à envelopper partiellement une bobine d'inductance telle que celle désignée par 22 dans la Fig. 5.
Il va de soi que les organes simples en forme de demi-collier ou de crochet, tels que les pièces 117 et 118, sont d'un coût notablement moins élevé que les manchons 17 et 18, tout en assurant un fonctionnement satisfaisant dans toutes les applications où la gamme de fréquences à accorder n'est pas trop étendue. Le degré de couplage capacitif obtenu avec des attaches ouvertes du type de celles désignées par 117 est moins important que celui auquel on peut s'attendre dans le cas d'un manchon fermé. Il en résulte que des attaches ouvertes ne sont pas particulièrement indiquées pour la gamme comprenant les hautes fréquences et les très hautes fréquences inférieures.
Par conséquent, lorsque le circuit doit être accordé sur ces dernières parties du spectre de fréquences, il convient d'utiliser, comme éléments de transfert d'énergie, les manchons fermés, tels que représentés dans la Fig. 1. Dans le même ordre d'idées, il va de soi que l'on obtient un plus haut degré de couplage capacitif en utilisant un manchon allongé, tel que 18a, qu'avec le manchon court 18. Ainsi, dans certains cas, des manchons allongés du type désigné par 18a seront avantageusement appliqués dans la gamme des fréquences moins élevées, même lorsque ces manchons ne sont pas nécessaires pour empêcher des résonances parasites dans les parties non utilisées de la bobine.
Dans les Figs. 6 et 7, on a représenté deux variantes de bobines d'inductance. Dans la Fig. 6, par exemple, on a montré une bobine d'inductance dans laquelle l'extrémité de gauche de la bobine est constituée par un enroulement de fil métallique à spires serrées, mais dont 1-l'écartement va en augmentant graduellement de gauche à droite, jusqu'au point où, finalement, à quelques spires de l'extrémité de droite, le fil se raccorde à un ruban dont la largeur va en augmentant jusqu'à l'extrémité de la bobine.
Dans cette nobine d'inductance, désignée par 32, on a représenté un noyau perméable 33 logé dans l'intérieur du corps de la bobine d'inductance et cons.:.. titué en une quelconque des nombreuses matières magnétiques finement divisées qui sont actuellement disponibles pour de telles applications. Le noyau 33 est disposé à l'extrémité de gauche de la bobine d'inductance 32.
On conçoit aisément que si l'on appliquait la bobine d'inductance 32 dans l'appareil de la Fig. 1, à la place de la bobine 22, la limite supérieure de la gamme de fréquence de la bobine d'inductance 32 serait sensiblement la même que dans le cas de la bobine 22, étant donné que, dans la position de fréquence maximum de la bobine d'inductance 32, la partie à enroulement serré de cette bobine, y compris la partie qui contient le noyau 33, se situe entièrement en dehors du circuit, cette partie à enroulement serré pouvant même être éventuellement tout-à-fait enveloppée dans un manchon allongé 18a.
D'autre part, lorsque la bobine d'inductance 32 est déplacée vers la droite, le noyau 33 joue un rôle de plus en plus important dans la détermina- tion de l'inductance globale, cela jusqu'au moment où, la bobine étant dans la position de fréquence minimum, une grande partie du noyau 33 est située dans l'espace compris entre les manchons de transfert d'énergie 17 et 18.
En utilisant les bobines d'inductance du type représenté dans la fig. 6, on a pu obtenir un fonctionnement stable et efficace dans des gammes d'accord supérieures à vingt-cinq à un, tout en réalisant un facteur "Q" élevé sur toute la bande.
La Fig. 7 représente une bobine d'inductance d'une conception sensiblement analogue à celle de la bobine de la Fig. 5, sauf que la bobine
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de la Fig. 7 est constituée en enroulant une feuille ou un ruban métallique sur un support de bobine isolant, par opposition au procédé qui consiste à enduire un support isolant d9une matière bonne oonduc-
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trice daélectricité et à découper ensuite dans cette dernière une fente hélicoïdale, comme cest le cas pour la bobine d9inductance du type représenté dans la Fig.
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Tout homme de métier comprendra que lorsque le dispositif d9accord selon l'invention, tel que décrit ici, est employé sous sa forme
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préfêrêe, c9 es--.-dire celle où le transfert d'énergie à la bobine d$ inductance s'efiectue à 1-laide dun couplage capacitif, le circuit extérieur doit être du type à alimentation en shunt, c9st â,dire où. la bobine d'inductance ne doit pas être parcourue par un courant continu.
Bien que l'on n'a pas représenté un élément capacitif shunté directement entre les éléments de transfert d'énergie, il va de soi
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qu'une telle capacitance peut être prévue au besoin. Dans la plupart des circuits de très haute fréquence et d'ultra-haute fréquence, la capacitance des tubes et du câblage du circuit extérieur représentera
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toute la valeur de capacâtanee d-'accord nécessaire ou voulue, dans lequel cas il n'est pas nécessaire d9euployer un élément physique repré- sentant une capacité.
De plus, il est bien entendu que le nombre de spires, la
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section transversale de la bobine d93.nduetance, ainsi que d'autres détails de construction de cette nature, dépendent de la gamme de fréquences qui doit être couverte par le dispositif d'accord considéré et peuvent varier conformément-aux exigences de la construction.
L'inventeur a déterminé certains principes de construction relatifs à l'établissement des dispositifs d'acoord selon la présente invention, principes qui seront exposés ci-après, cela a titre dillus- tration, mais non de limitation.
En établissant des dispositifs d'accord destinés à des circuits oscillants, le critère à observer en ce qui concerne la capacitance entre le manchon et la bobine consiste en ce que les deux capacitances de cette nature en série doivent correspondre approximativement à dix fois la capacitance effective du circuit, shuntée aux bornes de la
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bobine.
Lorsque 1-lobjet de l'invention est utilisé comme dispositif d' accord par un amplificateur, il est généralement avantageux de faire en sorte que la capacitance bobine/manchon présente encore une valeur plus élevée, par rapport à la capacitance du circuit, de façon à éliminer, autant que possible, la fréquence de résonance série, due aux capacitances et à la bobine, de la bande passante déterminée par le circuit résonnant comprenant la bobine en parallèle avec la capacitance du tube et du circuit.
Bien que l'on ait décrit dans le présent mémoire certains modes dexécution de l'invention d'une manière très détaillée, il va de soi que
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1?invention n'est pas limitée aux constructions particulières représen- tées. La construction essentiellement nouvelle selon la présente invention, construction qui a abouti aux résultats exceptionnels obtenus, con-
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siste à employer une bobine d1)inductance dans laquelle 1-'inductance par uni- té de longueur est une fonction variable {le la longueur, en combinaison
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avec deux éléments de transfert d-9énorgie., tous deux relativement mobiles par rapport à la bobine d'inductance.
Il va de soi que tout homme de métier pourrait, sans s'écarter de l'esurit de la présente invention, apporter de nombreuses modifications aux constructions représentées. Par exemple, alors que, dans la présente description on a exposé des bobines d'inductance formées sur des supports cylindriques droits, il n'est nulle-
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ment indispensable que ces bobines soient rectilignes dans le sens axial, ni qu'elles présentent une section transversale circulaire. En effet, il est évident que, pour certaines applications, on peut réaliser des avan- tages mécaniques en utilisant des bobines d'inductance enroulées sur des supports en are de cercle, conjointement avec des éléments de transfert d' énergie de'forme similaire.
Par conséquent, les modes d'exécution représentés doivent être considérés uniquement comme des exemples, qui ne limitent pas la portée de la présente invention., REVENDICATIONS.
1 Dispositif d'accord pour radiofréquence, à large bande d' accord, constitué par une bobine d'inductance allongée et une paire d' éléments de transfert d'énergie connectés à un circuit extérieur, caractérisé en ce que la valeur d'inductance de la bobine d'inductance n'est pas unifor- me par unité de longueur; e n ce que les éléments de transfert D'énergie sont montés d'une manière fixe à une distance constante l'un par rapport à l' autre et en vue d'un échange d?énergie avec la bobine d'inductance; et en ce que la bobine d'inductance d'une part et les éléments de transfert d' énergie, d'autre part, sont montés à mouvement relatif.