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COMMANDE AUTOMATIQUE DE FREQUENCE.
La présente invention concerne des systèmes de commande automatique de fréquence et plus particulièrement un système de commande automatique de fréquence perfectionné destiné à fonctionner dans les gammes des fréquences très élevées et en particulier dans les gammes de fréquences dites ultra-courtes.
Les systèmes de commande automatique de fréquence destinés à stabiliser les signaux haute-fréquence dans la gamme des fréquences élevées ont une grande importance lorsqu'ils sont utilisés avec les systèmes de transmission utilisant la modulation d'amplitude ou la modulation de fréquence pour maintenir un système haute fréquence stable en éliminant les déplacements de fréquence indésirables qui se produisent normalement.
Par suite de la gamme des fréquences de fonctionnement, il est de pratique courante d'utiliser des systèmes de guides d'ondes avec les cavités et les jonctions en T magique, associées, L'utilisation de ce type de système pour ondes ultra-courtes conduit à des arrangements nécessairement encombrants et coûteux qui ne sont pas ussi pratique, du point de vue de la stabilisation de fréquence qu'on pourrait le désirer compte tenu du prix d'un tel système.
C'est donc un objet de l'invention de prévoir un système de commande automatique de fréquence simple et relativement peu coûteux pour la stabilisation des oscillateurs fonctionnant à des fréquences très élevées.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un système de commande automatique de fréquence comprenant une cavité résonnante stabilisée
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dont La fréquence caractéristique de résonance est modulée et dont le signal de sortie modulé en fréquence est utilisé d'une manière prédéterminée pour produire un signal de commande proportionnel a la différence entre la fréquence de résonance caractéristique et le signal haute fréquence qui doit être stabilisé, le dit signal étant utilisé pour corriger d'une manière convenable la fréquence de l'oscillateur haute fréquence.
Suivant une des caractéristiques de.l'invention, on prévoit une cavité résonnante stabilisée possédant une fréquence de résonance caractéristique correspondant à la fréquence stabilisée désirée de l'oscillateur haute fréquence et comprenant à son intérieur un gaz ionisable pour fournir un étalon de fréquence pour le système de commande automatique de fréquence.
Le signal haute fréquence qui doit être stabilisé est injecté dans le dit résonateur à cavité, simultanément avec un signal modulant pour être en association avec le dit gaz pour commander son ionisation en accord avec la modulation du dit signal modulant produisant ainsi une variation de la fréquence de résonance de la cavité; La variation de la fréquence de résonance, de la cavité superpose un signal modulé en fréquence sur le signal haute fréquence qui est détecté, amplifié et appliqué à un détecteur d'onde pour être comparé en phase avec la source de modulation originale de la cavité.
Le signal de sortie du dit détecteur de phase est un signal proportionnel à la caractéristique de la fréquence de résonance de la dite cavité et la fréquence du signal haute fréquence qui doit être stabilisé et il est utilisé d'une manière prédéterminée pour corriger et stabiliser la fréquence de s'oscillateur émettant le signal haute fréquenceo
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, la.dite description étant faire en relation avec les dessins joints dans lesquels
La Fig. 1 est un diagramme schématique d'un exemple de réalisation de l'invention;
Les Figs. 2 et 3 sont des représentations graphiques de caractéristiques de fonctionnement qui sont utilisées pour le fonctionnement du système de commande automatique de fréquence.
A la Fig. 1. un oscillateur haute fréquence 1, susceptible de fournir un signal haute fréquence dans la gamme des très hautes fréquences, est représenté comme étant associé avec le système de commande automatique de fréquence ou boucle de commande automatique de fréquence, objet de l'invention pour la stabilisation du signal haute fréquence fourni par l'oscillateur. Le système de commande automatique de fréquence est représenté comme comprenant un résonateur à cavité 2 contenant à son intérieur un gaz ionisable tel que de l'argon, une source de modulation associée avec le gaz à l'intérieur de l'enveloppe pour commander l'ionisation du gaz en accord avec la fréquence du signal modulant pour la modulation de fréquence injecté.
Le signal de sortie du modulateur 2 comprenant un signal haute fréquence modulé en fréquence et d'amplitude variable est détecté par le redresseur 4 et la bande latérale résultante est amplifiée par l'amplificateur 5 pour être appliqué à un détecteur de phase 6 dans lequel le signal détecté est comparé en phase avec le signal modulant original de la source 3. La sortie du détecteur de phase 6 comprend un signal proportionnel à la différence entre la fréquence de résonance caractéristique de la cavité et le signal haute fréquence qui doit être stabilisé.
Ce signal de commande est couplé à l'oscillateur haute fréquence 1 au moyen d'un arrangement 7 de commande d'erreur de fréquence, tel qu'un circuit de commande de moteur ou un réflecteur d'un klystron reflex pour corriger la fréquence du signal émis par le dit oscillateur.
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Le fonctionnement du système de commande automatique de fréquen- ce n'est pas limité à un résonateur utilisant une cavité sphérique et n'im- porte quel type de cavité résonnante dans la gamme de fréquence désirées peut être utilisé et peut comprendre n'importe quel type de gaz susceptible de variations suffisantes d'ionisation pour provoquer une modulation de la fréquence de résonance caractéristique de la cavité en modifiant la constan- te diélectrique de la dite cavité. De plus, l'oscillateur haute fréquence utilisé dans un tel système peut être de n'importe quel type connu tel que des oscillateurs du type klystron et du type magnétron susceptible de pro- duire un signal haute fréquence dans la gamme de fréquence désirée.
Le circuit de commande d'erreur de fréquence 7 peut être n'importe quel cir- cuit de commande d'erreur classique pouvant être associé avec le type d'os- cillateur haute fréquence utilisé et pouvant être commandé par le voltage de commande produit par le détecteur de phase 6.
Le signal de sortie de l'oscillateur 1 est injecté au moyen de la boucle de couplage 8 dans le résonateur à cavité 2 dont la configuration est telle que sa fréquence de résonance caractéristique correspond prati- quement à la fréquence à laquelle il est souhaitable de stabiliser l'oscillateur 1. La cavité 2 contient à l'intérieur de ses parois un gaz ionisable qui lorsqu'il est ionisé, provoque une variation suffisante de la constante diélectrique de l'atmosphère à l'intérieur de la cavité résonnante 2, modifiant ainsi la fréquence de résonance du dit résonateur.
Dans l'application de l'invention, on propose que la source de modulation soit directement couplée au résonateur à cavité 2 au moyen d'un éclateur à étincelles 9 qui, lorsqu'il est excité par le signal modulant de la source 3, fait varier l'ionisation du dit gaz suivant la modulation existant dans le dit signal. L'ionisation du gaz peut être obtenue au moyen d'un intervalle 9, comme il est indiqué, ou bien, l'ionisation du gaz peut être obtenue au moyen d'un arrangement séparé, le signal modulant étant utilisé pour commander l'ionisation ou la constante diélectrique du gaz.
Cette variation de l'ionisation est suffisante pour provoquer un déplacement de la fréquence de résonance caractéristique de la cavité 2, de manière à superposer sur le signal haute fréquence injecté une composante de modulation de fréquence ayant les caractéristiques de la modulation de la source 3 et une composante de modulation d'amplitude dépendant de la fréquence du signal haute fréquence par rapport à la fréquence de résonance de la cavité.
Cette variation ou modulation de la fréquence de résonance de la cavité 2 est illustrée à la Fig. 2 dans laquelle le signal de modulation 10 est appliqué de manière à déplacer effectivement la courbe caractéristique de résonance 11 jusqu'aux positions indiquées en pointillé en 12 et 13.
L'amplitude de la variation ou de la modulation de la caractéristique de résonance peut être commandée suivant les besoins en agissant sur la source 3 pour obtenir la commande désirée sur le déplacement du signal haute fréquence émis par la source 3. Si la fréquence du signal haute fréquence de l'oscillateur 1 coïncide avec la fréquence de résonance caractéristique de la cavité, une modulation de fréquence en phase par rapport à la phase du signal de la source de modulation 3 sera superposée au signal haute fréquence considéré.
Cet état est illustré aux Figs. 2 et 3 dans lesquelles le signal haute fréquence ayant une fréquence pratiquement identique à laifréquence de résonance caractéristique de la cavité 2 est représenté-' en 14, la modulation en phase résultante étant illustrée par la forme d'onde 15 de la Fig. 3 dans laquelle seule une composante légère de modulation d'amplitude est présente.
Le signal de sortie résultant de cette condition est appliqué à partir du résonateur 2 par la boucle de couplage 16 au détecteur 4, à l'amplificateur 5. et au détecteur de phase 6. Le signal détecté résultant dans la condition indiquée sera comparé en phase avec le signal de sortie de la source 3 et, du fait de l'identité de phase, on obtiendra un signal
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de commande nul,ce qui évidemment ne provoquera pas de réglage de l'accord de l'oscillateur haute fréquence 1.
Si la fréquence du signal haute fréquence émis par l'oscillateur 1 varie par rapport à la fréquence de résonance caractéristique de la cavité 2. la modulation de fréquence résultante du dit signal haute fréquence sera telle qu'on obtiendra un déphasage par rapport au signal de la source 3. Par rapport à la Fig. 2, deux états possibles de déplacement de fréquence pour le signal de l'oscillateur 1 sont représentés en 17 et 18, respectivement.
Si on considère la condition 17 correspondant à un déplacement de la fréquence du signal haute fréquence de fo à fl, où fl est une fréquence inférieure à fo, la somme algébrique du signal modulant et du signal - naute fréquence injecté provoquera un déplacement de phase du signal de sortie modulé de la cavité 2 d'une quantité dépendant de la fréquence du signal haute fréquence et des amplitudes respectives des deux signaux existant dans la cavité 2.
Ce déplacement de phase est indiqué graphiquement par la forme d'onde 19 qui, lorsqu'elle est détectée, amplifiée et appliquée au détecteur de phase 6 fournit un voltage d'erreur à la sortie du détecteur de phase 6, proportionnel à la différence entre la fréquence de résonance caractéristique de la cavité 2 et la fréquence du signal haute fréquence qui doit être stabilisé ou ramené à foo Le signal de commande de sortie du détecteur C sera de polarité convenable pour agir sur le système de commande d'erreur 7 d'une manière prédéterminée pour provoquer l'augmentation de la fréquence de l'oscillateur 1 d'une quantité suffisante de manière à obtenir la fréquence stabilisée désirée.
La condition de déplacement de fréquence indiquée en 18 provoquera de même une modulation déphasée dans le résonateur 2 semblable à celle provoquée par la condition 17 mais de polarité opposée. La modulation de fréquence et la modulation d'amplitude résultante sont indiquées par la forme d'onde 20 de la Fige 3 dont l'enveloppe est détectée par le détecteur 4, amplifiée et appliquée au détecteur de phase 6 pour comparer sa phase avec le signal de la source de modulation 3. Comme dans le cas de la condition indiquée en 17, il apparaîtra un voltage d'erreur proportionnel à la différence entre le signal haute fréquence émis et la fréquence de résonance caractéristique du résonateur 2;, mais d'une polarité convenable pour provoquer l'excitation du circuit de commande 7 pour qu'il ramène le signal émis à la fréquence stabilisée désirée.
Dans un exemple expérimental de réalisation pratique, on a remarqué que la stabilité et la réaction du système de commande automatique de fréquence étaient extrêmement bonnes. En utilisant un oscillateur comprenant un klystron reflex dans l'exemple de réalisation de la Fige 1, et en faisant varier le potentiel continu du réflecteur de 200 Volts, aucune variation de fréquence ne peut être décelée par observation de l'aiguille d'un fréquencemètre connecté de manière à mesurer la fréquence du signal de sortie produit par l'oscillateur 1.
A partir de cette observation, on pense que bien que le coefficient de surtension de la cavité soit évidemment élevé, la présence du gaz à l'intérieur du résonateur qui assure des moyens simples pour faire varier la fréquence de résonance de la dite cavité, n'a pas d'effet sur le coefficient de surtension normalement élevé d'une telle cavité.
On a estimé que lorsque l'oscillateur 1 produit une fréquence de 5.000 mégahertz, le système de commande automatique de fréquence mettant encoeuvre l'invention est capable de maintenir cette fréquence à mieux que 25 kilohertz, ce qui indique que le coefficient de surtension de la cavité est extrêmement élevé et permet donc une réponse rapide à la suite de tout déplacement de fréquence. Le gain de la boucle de réaction du système de commande automatique de fréquence est suffisant pour surmonter toute modification légère qui pourrait se produire dans le coefficient de surtension de la cavité quand cette cavité est modulée de la manière indiquée plus haut.
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Bien que la présente invention ait été décrits en relation avec des exemples particuliers en réalisation, il est clair quelle n'est pas limitée aux dits exemples et qu'elle est susceptible de variantes et modifications sans sortir de son domaine.