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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX SYSTEMES DE REGLAGE AUTOMATIQUE DE FREQUENCE.
Lettre rectificative jointe le 9 mars 1955' pour valoir comzae de droit : Page 4 ligne 26 , remplacer "V2B (broche2)" par "la partie gauche de V2" ligne 30. remplacer "(broche 7)"par Il (grille de droite) ligne 31, remplacer lien V2B" par 'dans la partie gauche de V2" ligne 34, remplacer "V2B" par 'la partie gauche de V2" lignes 34-35,remplacer "la broche 3" par "sa cathode" liane 45. remplacer 81 (broche 2) par (grille de gauche") ligne 50, remplacer "V6B" par"la partie gauche de V6" ligne 54, remplacer 11 (broche 2)" par "(de gauche) ligne 54, remplacer "(broche 7)
"par le(de droite)" ligne 56, remplacer "à la lampe" par "(partie gauche) à la partie de V3 " ligne 57, remplacer "V7"par "V7B"
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La présente invention est relative au réglage automatique de fréquence des oscillateurs à klystron (ou à tube de modulation de vites- se) du type-réflexe.
Comme on sait,la fréquence d'oscillation d'un tel oscillateur à klystron dépend de la tension sur le réflecteur et de la dimension effective de la cavitéo
Une propriété de l'oscillateur à klystron réside dans la possibilité d'osciller selon différents modes, séparés par des régions ou bandes de non-oscillation.
Il est généralement commode de faire fonc- tionner le klystron, toujours'selon un mode particulier imposé, et lors- qu'on se réfère à la portée de syntonisation du réflecteur, on veut si- gnifier la portée de tension du réflecteur .appliquée par le mode à un réglage donné de la cavitéo
Un moyen de réglage automatique de fréquence doit porter et maintenir l'oscillateur à la fréquence voulue, et doit être capable, en vue d'un fonctionnement cptinum, d'ajuster et de maintenir le klystron dans un mode d'oscillation.
Généralement, on utilise un discriminateur de fréquence pour maintenir ces conditions lorsque le klystron se trouve dans un intervalle de temps relativement court - cette condition est généralement nommée "condition d'accompagnement".
Lorsque l'erreur est telle qu'elle ne puisse être traitée par le discriminateur de fréquence,des moyens supplémentaires on été mis en oeuvre pour réduire cette erreur. Cette condition s'appelle, généralement, la "condition d'exploration.
La signification de condition d'"accompagnement" et d'"ex- ploration"sera celle qui précède, dans tout ce qui suite
On a proposé un réglage automatique de fréquence du type ci- dessus, pour ajuster la tension du réflecteur d'un discriminateur de fréquences, alimenté par l'oscillateur à klystron et par une fréquence étalon, et aussi pour ajuster la cavité du klystron, afin de l'amener et de la maintenir selon un,mode imposé d'oscillation. Dans un tel sys- tème antérieur, des dispositifs ont permis l'établissement et le main- tien de la tension moyenne du réflecteur, de telle manière que l'ampli- tude (puissance) de l'oscillateur à klystron soit maximum.
Ceci présente un défaut, car souvent l'amplitude maximum n'apparaît pas au centre du mode, ce qui a pour conséquence que la por- tée de syntonisation disponible aux environs de la tension moyenne du réflecteur est asymétrique et limitée à une bande de cette tension moyenne. Ceci entraine une diminution des grandes vitesses de détection des erreurs de fréquence.
Chaque fois que l'expression "le centre d'un mode" sera utilisée ci-dessous, on visera ces ordonnées dans le mode, aux environ desquelles les surfaces comprises dans la courbe reliant l'amplitude et la tension du réflecteur sont égales.
Un des buts de l'invention est l'augmentation automatique du système de réglage en fonctionnement, dans lequel l'oscillateur à klystron oscillera au centre du mode, à une fréquence qui est une dif- férence fixe et imposée de .fréquences,de la fréquence d'un oscillateur de référence, ceci, compte non tenu des modifications des conditions de circuit, p.e. la température,les tensions d'alimentation, etc.
Une caractéristique de la présente invention réside dans le système de réglage du type cité,dans lequel un signal d'erreur d'un discriminateur de fréquences est donné pour actionner (continuellement, excepté pour de brèves périodes de temps) la commande du réflecteur d'un
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klystron, prévu peur osciller selon un mode prédéterminés de façon à ré- duire cette erreur le réflecteur étant employé, durant ces brèves pério- des, pour arranger la forme du mode selon une échelle de temps, avec laquelle un discriminateur de temps peut déterminer le décalage de la tension du réflecteur par rapport au centre du mode,un tel décalage étant corrigé par un serve-moteur travaillant relativement lentement au contrôle de la cavité du klystron,
la forme de l'onde ainsi arrangée étant très grande (mais pas au point de porter le klystron sur les modes adjacents) , en vue d'effectuer le centrage du mode, même si la tension du réflecteur était initialement telle, que le klystron serait en dehors du mode imposé,
Selon une autre caractéristique de l'invention,si, dans le système précédent,la différence entre la fréquence étalon et la fréquence d'oscillation du klystron, est plus grande ou plus petite que la différen- ce voulue différence qui est plus grande que ce que le discriminateur de fréquence peut indiquer., un relais est actionné., entraînant un transducteur électromécanique qui fait varier périodiquement la portée de la cavité selon une ¯gamme relativement importante de fréquences,
ce même relais modifiant également le circuit de telle manière que la sortie du discri- minateur à temps précitée contrôle la tension du réflecteur de façon à assurer l'oscillation du klystron, sans tenir compte des variations raison- nables des caractéristiques des lampes, et du changement de la tension du réflecteur nécessaire à maintenir l'oscillation au moment où le régla- ge de la cavité a lieu,
Une autre caractéristique de l'invention, consiste, dans chacune des caractéristiques reprises ci-dessus, en un arrangement dans lequel un relais contrôlant le réglage de la cavité est amené à faire fonctionner un démultiplicateur binaire qui renverse le sens des signaux d'erreur du discriminateur de fréquences pour les opérations al- ternatives du relais-,
de façon que le klystron puisse osciller à la différence de fréquence imposée, au dessus ou en dessous de celle de l'oscillation de référence.
La caractéristique précédente et les autres caractéristiques de l'invention seront mieux comprises par la lecture attentive de la description suivante, se référant aux dessins l'accompagnant, parmi les- quels la figure 1 est une représentation schématique d'ensemble d'une forme de l'invention, et les figures 2a, 2b, et 2c, illustrent un schéma du circuit du dispositif de la figure la
A la figure 1, une srurce d'oscillation étalon est introduite dans le circuit , en 1. Celle-ci est mêlée avec les oscillations d'un klystron 2 ,tandis quepartant d'un mélangeur à cristal 24, une fréquence intermédiaire imposée (IF) apparait dans les fusibles 3.
Cette fréquence intermédiaire est amplifiée dans un amplificateur 4 et alimente un dis- criminateur de fréquences 5 de telle sorte que les fréquences "différen- tielles" sont fournies % un intégrateur 6 qui contrôle la tension sur le réflecteur du klystron 2. Les fréquences " de somme" du discriminateur 5 sont amplifiées dans un amplificateur 18 et utilisées pour contrôler le fonctionnement d'un relais de blocage 7. Une dérivation depuis les fusibles 3,comporte un discriminateur à temps 8connecté avec un contact mobile 9 du relais de blocageo Le discriminateur à temps 8 est également alimenté par un générateur à forme d'onde de cadrage "sinusoïde" 10.
Lorsque le relais 7 est actionné, il ferme le circuit du discriminateur à temps 8, par l'intermédiaire d'une commande à moteur 11, qui actionne un relais polarisé 12, dont les contacts commandent l'alimentation en courant d'un moteur 13.Par un réducteur de vitesse convenable 14,ce moteur provoque la rotation d'une came limaçon 15, qui, lorsqu'elle est en mouvement, actionne la cavité du klystrono Le relais de blocage 7, a un autre contact mobile 16 qui actionne un démultiplicateur binaire 17 , qui commande, à travers un relais de mise en phase 19, la position d'un interrupteur 20 à la sortie du discriminateur de fréquences 50
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Le fonctionnement du système est le suivant :
Si,à la mise en circuit, le klystron est bien en dehors d'un mode, il n'y aura pas d'entrée de fréquence intermédiaire au discriminateur 5, le relais de blocage 7 sera désaimanté, et ses contacts seront dans les po- sitions indiquées sur le dessin. Dans ces conditions, le réflecteur du klystron sera à une tension déterminée par la charge du condensateur intégrateur 21. Dans les conditions imposées, cette tension est réglée pour être sur un mode à environ 15 volts de l'extrémité d'un mode. La forme d'onde de cadrage est une simple onde sinusoïdale de 30 volts d'amplitude de crête à crête, apparaissant avant l'impulsion du transmetteur, (ou se propageant en asynchronisme avec le transmetteur), et cette forme d'onde est couplée en courant alternatif au réflecteur.
Cette forme d'onde va balayer le réflecteur sur une partie de son mode ou sur son entiéreté. Les fluctuations du courant de cristal qui en résultant sont couplées en cou- rant alternatif dans un discriminateur à temps et le débit en courant con- tinu résultant alimente l'intégrateur 6 par le contact 9. Le sens de ce débit est tel qu'il amène le niveau moyen du courant continu du réflecteur au centre du mode. La tension résultante ne correspondra, pas nécessaire- ment au débit maximum du klystron, si le klystron possède un mode asymétri- que, mais va s'établir à un point du mode qui partage en deux parties ap- proximativement égales les surfaces se trouvant de chaque côté.
Lorsque les contacts du relais 7 sont dans la position indiquée la commande à moteur de réglage du résonateur ' est uniquement branchée sur une tension de polarisation"d'exploration" 22, qui fait tourner la came limaçon 15 à une vitesse de 5 révolutions par minute environ. Pendant cette opération, la tension optimum du réflecteur change, mais le circuit du courant de cristal maintient le réflecteur à cette tension optimum. A cer- tains moments de ce cycle d'exploration, le klystron oscille à une fré- quence égale à la différence entre la fréquence du transmetteur et la fré- quence I.F. imposée. Dés lors il y aura une entrée de courant au discrimi- nateur 5.
Cette entrée provoquera, via l'amplificateur 18, l'actionnement du relais de blocage 7, dont les contacts mobiles changent de position.
Le réflecteur est alors connecté à la sortie du redresseur de différence en 5 et le moteur 13, à la sortie du servo-dispositif à courant de cristal.
Dans ces conditions, le courant de sortie du discriminateur 5 réglera la tension du réflecteur pour une fréquence de sortie correcte. Si, à cette fréquence de sortie correcte, le réflecteur est au milieu de son mode, il n'y a pas de sortie de courant du circuit à courant de cristal, et le mo- teur de réglage du résonateur est stationnaire. Si le moteur a passé outre la tension prise par le réflecteur pour une fréquence de sortie correcte n'est pas au centre du mode et le débit du circuit à cristal se dirige :vers l'axe du moteur. Ceci modifie le réglage du résonateur, donc la fréquence de sortie du klystron, et ce changement de fréquence sera corrigé par le débit du discriminateur, comportant donc une modification de la tension du réflecteur.
S'il arrivait au klystron d'osciller sur un canal convena- ble(c'est-à-dire pas sur la fréquence image), cette modification de la tension du réflecteur se ferait dans une direction telle, qu'elle rappro- cherait le réflecteur du centre du mode.
Le circuit se stabilise alors avec le moteur arrêté, et le klystron au centre de son mode.
On suppose, pour un instant, que le démultiplicateur binaire est inexistant et que, au lieu de ce qui se passe ci-dessus, le klystron oscille à la fréquence image. Dans ce cas, le sens du débit du discriminateur 5 est inversé et déplace la fréquence du klystron, jusqu'à ce que la fréquence de battement de sortie soit sur une des extrémités de la courbe de réponse du discriminateur.
Dans ces conditions, le courant d'entrée au redresseur de somme est insuffisant pour aimanter le relais de blocage 7, ce qui se tra- duira par une instabilité du blocage-avant d'autoriser l'exploration du moteur à se poursuivre, jusqu'à ce que l'autre
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canal soit atteinto Une amélioration d'une telle opération est fournie au moyen du circuit du démultiplicateur binaire 17, avec lequel les dé- bits équilibrés du discriminateur fournissent toujours un débit de fré-
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quence de différence qui est correctement en phases nour obtenir une sta- bilisation satisfaisante.
Le o.ÉEliltd.p1ica.teu.r.binaire observe --- l'histoire du relais de blocage et actionne le relais de mise en phase., à la moitié du rythme du relais de blocage, de telle manière que les débits de différence soient sélectionnés pour les fonctionnements succes- sifs du relais de blocage. Dans le cas du blocage avec une mise en phase incorrecte;, un fonctionnement "évasif" de la partie électronique du serves-système a peur conséquence que le dispositif de stabilisation est temporairement débloque.
Un reblocage immédiat intervient alorsmais avec la phase corrigée par le relais de mise en phaseo
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Le gradwateur binaire peut avoir une ou plusieurs formes, électronique ou électromagnétique:; mais vu la nature instabilisée des sources de courant un déDUl'tiplicateur à relais est préférable.
Les caractéristiques générales de l'invention ressortant
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de la description précédenreo En vue de montrer les détails de la manière dont l'invention peut être mise en pratiqueon va décrire maintenant le schéma du circuit de la figure 2. Ce circuit est la réalisation préférée actuellement de l'invention, mais ne doit pas être considéré comme limi- tatif, et il est évident que l'on peut apporter des modifications de
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détail. 38rJ dépasser l'inventiono Génératet, , n3z )
Une impulsion extérieure de déclenchement 25 ,de polarité négativetraverse la diode VIA est arrivé à la grille de V2B (broche 2) , et coupe ainsi le courant qui circule normalement dans le primaire du transformateur accordé T1.
La forme d'onde d'appel résultante qui se
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développe à travers T1, est aounlée rétroactivement du secondaire à V2 (broche 7) pour aider l'impulsion de déclenchement et prévenir le retour du courant en V2B;jusqu'à ce qu'un cycle complet de la forme d'onde d'appel se soit accomplie L'absence de toute forme d'onde de déclenchement négative au début de la seconde période d'appel, assure au courant le passage dans V2B à ce moment, et produit ainsi une faible impédance à la broche 3 qui amortit fortement le circuit accordé et arrête brusquement l'appelé, Par consé Tient:
, une simple forme d'onde de cycle est engendrée et se reporte à une sinusoïde 20 usées est une durée typique pour cette forme d'cnde.
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Discriminateur a temps g
Une partie de la forme d'onde d'appel est prélevée au pri- maire de Tl pour alimenter l'électrode réflectrice du klystron K.
Les variations de la puissance de l'oscillateur qui en résultent dans cette lampe, comme on peut l'observer par le courant d'un détecteur à cristal qui est connecté avec K par un système guide d'onde,(ef 23 figure 1) alimentent l'entrée de la lampe V6 (broche 2) d'un circuit à déclenche- ment périodiqueo Le courant du détecteur à cristal 26 passe effectivement par le primaire de T2 (à l'exception des composants de radio-fréquence arrêtés par Ll) et les variations de ce courant apparaissent comme débit de tension du secondaire ; qui produit une variation proportionnelle du courant d'anode dans V6B.
@
Le courant d'anode de cette lampe passe normalement par la diode V7B, puisque les grilles de V3 reviennent, par le secondaire de Tl, à une polarisation de coupure .Cependantlorsque la sinusoïde est engen- drée, d'abord une grille (broche 2) de V3,puis l'autre (broche 7) devien- dra positive par rapport à la terre et, à cause de -cela, détournera le courant d'anode de V6 à la lampe avec grille positive, en fermant la diode
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V7o C'est â.-dire que, au moment même où le potentiel moyen du réflecteur
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du klystron K est modulé par la sinusoïde., les niveaux du courant de cris- tal sont détournés ou "consignés" dans deux canaux ou bandes, que l'on peut désigner par les expressions de canaux, premier et dernier, ou négatif et positif,
puisqu'ils sont associés avec les première et seconde demi- périodes de la sinusoïde. Les courants d'impulsion qui circulent dans ces deux canaux, traversent l'une ou l'autre des diodes V4 et chargent les différents condensateurs 0,01, associés à dette lampe. Les potentiels qui en resultent sont suffisants, pour empêcher la conduction par les diodes, durant les périodes de chargement et, durant cette période de relâchement, les condensateurs aux broches 7 et à la broche 5 de V4, sont capables de se décharger les uns dans les autres.
Comme un condensateur recoit sa charge du premier canal et l'autre du dernier canal, et comme ils sont en série dans la maille de relaxation, le potentiel à la -broche de jonction 5 est proportionnel à la différence observée dans le courant moyen du cristal, durant l'excursion positive du réflecteur et durant l'ex- cursion négative. Ce potentiel est une mesure de l'éloignement du réflec- teur par rapport au centre du mode, il peut être réalisé par de nombreuses mesures analogues, selon le courant de fuite qui passe de la broche 5 à la terre, mais ceci est un facteur qui affecte uniquement la vitesse possible de correction.
Relais de blocage.
Le signal "décentré" du mode est connecté au pôle du relais de blocage RY2, par lequel il peut commander soit le moteur de réglage par la lampe V7A et le relais polarisé RY, soit le potentiel moyen du réflecteur par la lampe de Miller V5 et la chaîne-néon N1 - N8, selon la position de l'armature du relais.
Discriminateur de fréquences ( 29)
Le courant de cristal du détecteur contient également une composante de fréquence de battement dans la différence entre la fréquence du klystron et la fréquence d'oscillation (transmetteur) étalon, ce qui développe une tension, traversant le transformateur accordé , dans le cir- cuit de grille (broche 1) de V9 si la fréquence de battement est proche de la fréquence accordée de ce transformateur,
V9, V10, V11, avec les transformateurs accordés T2, T3, et la bobine de blocage L2 comportent d'autres stades de l'amplification sélec- tive, de manière qu'une fréquence de battement, à côté de la fréquence in- termédiaire (I.F.) désirée, soit amplifiée suffisamment pour conduire un circuit de discriminateur de fréquence, qui est une variante d'un mon- tage bien connu.
Ceci est le circuit qui comprend V 12.
Le circuit représenté ici est calculé pour être employé avec un émetteur d'impulsions et le discriminateur de fréquences, et produit des vidéo-impulsions aux grilles (broche 2 et broche 7) de V 13. La ma- gnitude de chaque impulsion, en tant que fonction de la fréquence de bat- tement, est celle d'une courbe de résonance avec un éro d'un côté de la resonance, qui deplace la crete de la courbe de la fréquence naturelle loin du zéro. Mais les déplacements de crête aux deux grilles de V 13 sont opposés en direction, de sorte que l'effet est le même que si les impul- sions étaient produites par des amplificateurs à I.F. ou similaires, mais occupant des canaux adjacents ( et se recouvrant).
Les courants d'anode dans V 13 sont proportionnels à leurs magnitude d'impulsions de grille respectives, et chargent tous les condensateurs associés à V14 et V15.
Les potentiels résultant de ces charges empêchent les diodes de transpor- ter du courant entre les moments d'amorçage de l'émetteur, lorsque la fré- quence de battement est absente. Le potentiel inverse qui apparaît à tra- vers V14 dans la période de relaxation, est témoin du fait qu'une impul- sion de fréquence de battement(ou plusieurs de ces impulsions) à traversé l'amplificateur sélectif, ce par quoi le réglage du klystron est presque correct.
Ce signal permanant est, par conséquent, appliqué entre deux grilles de V8, entraînant l'aimantation du relais de @
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blocage RY2 et déviait les signaux décentrés de mode vers la lampe du
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moteur V7Ao Lerre1:.1:' de réglage résiduelle est alors indiquée en dérivant un signal., prcp'jrtic'nnel à la différence en magnitude des deux impulsions à la grille de V1Jo Dans ce buta le circuit de la lampe Vl5 fonctionne d"une ma..'1ière analogue à celui de v4o Les condensateurs de 220 picofarads qui sont C\:nnectés par des résistances de 2 p2 Mohms ont regu leurs char- ges des anodes opposées de V13,et les jonctions sélectives qui sont con- nectées aux contacts 1 de RY5,garantissent un potentiel, proportionnel
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à la différence des magrdtudes d'impulsions.
De la position du relais de phase RY5 cependant dépend la jonction qui sera reliée à la terreet celle qui sera connectée à la grille de V5pour former le signal d'erreur de
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réglage, la seule di ff4renoe existant entre elles étant la polarité du signal qui se 3éve1 ;ppe r:u7 -;.w. déséquilibre donné de la magnitude d'im- pulsion;
J?es4-dire ver e.r:'6..J: de réglage donnée Le relais de blocage RY2 a des sontacts auxiliaires RY=2 qui écartent les signaux derreur de réglage (89i18 existent) a .' â ee que les erreurs de centrage du mode soient déviées de V5 DéwltiDlicateur binaîres 130\ Les ocntaets transmettent également un nombre d'impulsions dans tl.1'l circuit dltwl-ciplicateur à relais comprenant les relais démzlti- plioateurs Ruz et RY.4. et le relais de sortie RY50 Ce circuit connu garan- tit entre BY et le relais de blocage RY2 un rapport de 2 9 c"est .à-dire que Rye :Lo:.{.1:J.ont:
e à la moitié du. taux de RY2o De cette façon les opéra- tions de bloc.age successives rencontrent une polarité de commande alter- néeoLa succession des opérations après la fermeture du relais de blocage dépend de la position du relais de mise en phaseo Si la maille est correc-
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tement phases-, lessig7-aimc 3erreur du discriminateur de fréquences déplace le réflecteur du klystron;; de manière à réduire l'erreur de réglageet le signal de blocage séparé on, discriminateur de fréquences sera soutenu.
Cependantsi le. maille est incorrectement phasée, le réflecteur sera con-
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duit de manière à acC;l.1!: 8 l'erreur de réglage, et la fréquence de batte- ment sera désaccordée au bord de la caractéristique du discriminateur de
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fréquences et dans cette région le signal de blocage tombe à une valeur réduite et le relais de blocage est désaimanté. Ceci porte le réflecteur sous le contrôle du. diseriminafeur à temps5, qui le ramène promptement au centre du mede. Ceci est la position à laquelle le blocage a eu lieu préa-
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lableID312t et il apparaît de nouveau.9 mais cette fois avec la phase de maille inversée par le fait de la transmission du nombre d.9impulsions au démultiplieateur binaire avec le relais de blocage en position ouverte.
Elément de t;risa=1#n :rooteuro (31)
Le mcteur M, qui actionne le piston de réglage (ou de syntonisation) 27 , a un stator 4 -watt - 2 phases et un induit à cage
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d'écureuila Les 2 phases sent dérivées d'une alimentation 3 phases par un transformateur T4 à connexions Scott (28).La lampe du moteur V7 comman- de le courant par un relais polarisé astatique RY1, dont les contacts RY1- 1 connectent une phase -il moteur à l'une de deux polarités opposéessur une phase du transformateur. La phase étalon de quadrature est connectée
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en permanence.9 excepté dans 'des circonstances particulièresq lorsqu'on désire paralyser le moteur.
La tension de polarisation sur V7 est norma-
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lement suffisante peur conserver le relais polarisé en état d9aimantation et le moteur en état de marche dans une direction eette polarisation d'ex- ploration n'étant annulée que par des signaux d'erreur de V4, pour amener le moteur au reposa Le piston de syntonisation 27 est replacé automati- quement au commencement de sa course, à la fin de chaque balayage d'explo-
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ration par une ccmmanae à came échelonnée 0.
Les huit lampes au néon, qui relient l'anode de Miller à l'électrode du réflecteur? permettent au signal de sortie en courant continu dêtre transféré jusqu/au klystron, sans atténuaticn excessive.,
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Le potentiel de ces lampes est fortement indépendant de la variation des tensions d'alimentation, et il existe un potentiel optimum (environ 480v) qui devrait être maintenu d'une manière stable., de façon à ce que les variations résiduelles de toutes alimentations du klystron se combinent pour avoir à peu près un effet nul sur la fréquence du klystron et le système de réglage doit simplement manier les inexactitudes selon un processus de compensationtel,
qu'il annule l'effet des variations d'ali- mentationo Pour simplifier le schéma, on a omis les circuits des réchauf- feurs des lampes.
REVENDICATIONS.
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