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L'emploi des équipements de télémesure pour étu- dier les conditions de la haute.atmosphère, comprenant la pression, la température et l'humidité relative,s'est tel- lement développé.qu'il nécessite maintenant la production en série de certains éléments de tels équipements à un prix relativement 'bas 'sans pour cela sacrifier la qualité et tout en observant les spécifications relatives aux dimensions et au poids, et en employant des émetteurs capables d'engen- drer des ondes de très hautes fréquences.
L'équipement ';envoyé dans la haute atmosphère comprend généralement un émetteur radio électrique comportant un oscillateur à haute fréquence couplé à une antenne appropriée et destiné à être modulé par la fréquence de répétition d'un second oscilla- teur du type à relaxation, cette fréquence étant fonction
2 des conditions que l'on mesure. Puisque seul un certain pour centage de ces équipements est retrouvé, et que ces équipements
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retrouvés sont dans un état tel qu'ilsdoivent être remis à neuf, ces équipements sont considérés comme très coûteux, ce qui rend particulièrement nécessaire la fabrication à bas' prix de chaque équipement.
Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un très bon émetteur radioélectrique à très haute fréquence destiné à un appareil de télémesure aéroporté dont le poids et les dimensions sont réduits par 'rapport aux émetteurs de ce type connus et qui, en outre, se prête à une fabrication en série économique.
Un autre objet de l'invention consiste à améliorer la stabilité tant électrique que mécanique des émetteurs de ce type et, notamment, celle de la partie hautefréquence d'un tel émetteur. Par "stabilité électrique", on éntend par là insensible aux parasites ainsi qu'au fading'dus à l'action de champs électriques extérieurs, soit couplés électrostatiquement aux éléments de circuit, soit intro- duits dans le circuit oscillateur au moyen de liaisons extérieures. Par "stabilité mécanique" on entend par là l'aptitude' qu'ont les éléments et-leurs connexions électri- ques à résister, aux vibrations et. aux chocs sans rompre les circuits et sans provoquer le déréglage-de l'émetteur.
Encore un autre objet de la présente invention consiste à améliorer la modulation produite par l'oscilla- teur à relaxation et à procurer une onde plus uniforme pour moduler l'onde porteuse.
Encore un autre objet de la présente invention consiste à utiliser des circuits métalliques gravés et une substance de support associée dans un émetteur possédant un oscillateur haute fréquence de construction perfectionnée destiné à engendrer une onde'porteuse à très haute fréquence
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(de 300 à 3.000 mégacycles) modulée à la fréquence de répé- tition d'un oscillateur' à relaxation du.
type représenté et décrit dans le brevet français de la demanderesse
N 941.745 déposé le 17 Janvier 1947 pour "Perfectionne- ments aux appareils de mesure électriques", afin d'obtenir, entre autres avantages, une réduction de poids, une sim- plicité d'assemblage, et de câblage et, par conséquent, une réduction du coût de fabrication et un découplage haute fréquence plus efficace procurant une meilleure transmis- sion de signal.
Un autre objet encore de la présente invention consiste à réaliser un émetteur radioélectrique destiné aux appareils de télémesure aéroportés dans lequel tous les éléments sont groupés sur une platine plane et rigide en une substance à base de phénol, ou en une substance semblable, se prêtant à la gravure des circuits et se comportant à la fois comme un support et un diélectrique.
Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la .présente invention'apparaîtront plus clairement de la description détaillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant ..entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif.
Sur les dessins :
La figure 1 est un schéma d'un émetteur radio- électrique suivant la présente invention;
La figure 2 est une vue. légèrement en perspective de la face de montage du support ou châssis de l'émetteur après que celui-ci ait été soumis au procédé de gravure des circuits;'
La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure'2 mais montrant l'envers du châssis, ou ce qui peut
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être considéré comme le côté masse de celui-ci;
La figure 4 'est une vue de détail en coupe (agran- die environ six fois) d'un support d'antenne "et de ses parties associées, cette vue étant prise sensiblement suivant la ligne 4-4 de la figure 6;
' La figure 5 est une vue encoupe du support d'antenne et de ses parties associées {agrandie également environ 'six fois) éprise sensiblement suivant la ligne 5-5 de la figure 6 ;
La figure-6 est une vue en plan (agrandie environ deux fois) de la face de montage du châssis et des éléments montés sur celle-ci, excepté l'écran de la section basse fréquence de l'émetteur et le couvercle d'un relais;
La figure 6a est une vue en élévation du châssis et des éléments montés sur celui-ci;
La figure 6b est une vue en plan (agrandie environ deux fois) de la face de montage du châssis avec l'écran de la section-basse fréquence de l'émetteur et le couvercle du relais, en position; La figure-,7 est une . vue en plan du côté masse du .châssis;
Les figures 8 et 8a sont des diagrammes représen- tant respectivement des ondes apparaissant' sur la grille de l'oscillateur à.relaxation et sur la plaque d'un étage de séparation.
L'émetteur représenté sur la figure 1 emploie un oscillateur à relaxation avec un circuit de mesure associé qui, du point-de vue de son fonctionnement, est similaire dans son ensemble à celui défini dans le brevet mentionné précédemment. Comme cela est connu, l'émetteur peut être envoyé dans l'atmosphère par un ballon libre ou peut être
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lâché d'un avion volant à haute altitude et, alors qu'il émet, les éléments sensibles aux conditions météorologi- ques modifient la fréquence du signal de modulation agissant sur l'onde porteuse en fonction de la température, de la pression et de l'humidité de l'atmosphère.environnante.
Dans le présent cas, l'onde porteuse transmise est d'une fréquence de 403 mégacycles par seconde et est modulée par un signal de modulation ayant une fréquence comprise entre
0 et 200 cycles par seconde et étant produit par un oscillateur a-relaxation à tube ,triode et un amplificateur de séparation.également à tube triode.
Cependant,comme ces fréquences peuvent être choisies à volonté, on peut les choisir pour que celles-ci s'adaptent à des conditions particulières et satisfassent les spécifications en vigueur. Le signal de modulation représentant les infor- mations de pression, de température et d'humidité, et qui est transmis à -Lui récepteur approprié situé dans une station terrestre, est engendré dans une partie triode Il d'un tube à vide 10, ce tube comportant une seconde partie. triode 12'utilisée comme étage séparateur. Le tube 10 peut être du type connu dans le commerce sous la désigna- tion 3A5. L'alimentation filament de cette double triode ..10 est fournie par une batterie 13 de sept volts du type "A" èonnectée au filament 14 au moyen d'un conducteur 15 et d'une résistance chutrice 16.
Un condensateur 17, d'une valeur de 30 picofarads, est prévu pour découpler le cir- 'cuit filament.
Le circuit à courant continu entre la grille 18 de la section triode 11 et la masse comprend un conducteur 19 et une résistance 20 et, suivant la position du contact mobile '21' du relais relié à la masse et commandé par
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l'enroulement 21 du relais, un élément résistif sensible. à la température ou un-élément résistif sensible àl'humi- dité (non représentés). Lorsque l'émetteur gagne de l'alti- tude, le contact mobile relié à la masse d'un barocommuta- teur glisse successivement sur les contacts de celui-ci alternativement branchant à la-masse et débranchant de celle-ci une extrémité de l'enroulement,21 du relais.
Lorsque,l'enroulement 21 est excité, lecontact mobile 21' relie à la masse une extrémité de l'élément' sensible à 'l'humidité, complétant ainsi le circuit grille à travers cet élément; et, lorsque cet enroulement est désexcité, cedit circuit est complété par l'élément sensible à la température. A intervalles répétés, la masse est reliée soit; à l'extrémité basse tension, soit à l'extrémité haute tension d'une résistance 22 afin de procurer des fréquences haute et basse de référence destinées au calibrage de l'appareil.
La résistance 23 est branchée en parallèle sur l'élément sensible à l'humidité afin dé permettre un fonc- tionnement continu'de l'oscillateur à relaxation'lorsque cet- élément présente une valeur résistive extrêmement grande du fait d'être soumis à de très faibles humidités relatives à de très hautes températures.
La plaque 24 de l'oscillateur à relaxation, qui -est du typa à bloquage.et est constitué par la partie triode 11, est alimentée par une tension d'environ 65 volts provenant d'une batterie 25 du type "B" et est connectée à .cette batterie par un conducteur 26 et une résistance chutrice
27. Les circuits de plaque et de grille de la triode 11
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sont couplés de fagon à engen rer dos eseillations dans un transformateur d'oscillations à fréquence auxiliaire in- diqué dans son ensemble par le symbole de référence 28 et
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comprenant un enroulement plaque 28' et un enroulement grille 28".
La vis 29 constitue un noyau réglable et est utilisée,entre autres fonctions, pour régler le courant grille dans le circuit grille de l'oscillateur à relaxa- tion. Si l'on désire connaître en détail le rôle ainsi que le'fonctionnement de la vis 29, on pourra se reporter au brevet français mentionné précédemment'. Les extrémités plaque et grille 30 et 31 des enroulements du transforma- teur 28 sont réunies par un condensateur de découplage 32 d'une valeur d'environ 100 picofarads, et l'extrémité grille 31 est, en outre connectée à la masse par un conden- saeur de découplage 33 d'environ, lui aussi, 100 picofaradc.
Le circuit à courant continu allant de la grille 18, à la masse et passant par la, résistance 20 et les élé- ments.sensibles aux conditions à mesurer est shunté par un condensateur de bloquage 34 d'une valeur d'environ 0,08 microfarad. Un condensateur 35 d'environ 100 picbfarads est monté en'parallèle sur'le condensateur 34 et est destiné à dériver la haute fréquence vers la masse. Un condensateur de découplage pour la haute fréquence 36 est aussi prévu.ce condensateur possédant également une valeur d'environ 100 picofarads.
L'amplitude des oscillations dans les enroulements 28' et 28" augmente jusqu' a une valeur provoquant l'appa- rition d'un courant grille passant de la cathode à la grille 18 et développant une charge'négative sur l'armatu- re du condensateur 34 non reliée à la. masse. Lorsque cette charge négative atteint une certaine valeur, celle-ci bloque la section 11 du tube 10, de sorte que les oscil- lations cessent ainsi que la charge du condensateur 34-.
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Le condensateur 34 se décharge alors dans le réseau résis- tif qui lui est associé jusqu'à ce que la polarisation grille atteigne une valeur telle que les oscillations se trouvent rétablies dans le circuit, après quoi le cycle précédent se répète.
L'agencement qui vient d'être décrit est sensible- ment conforme à l'oscillateur à relaxation et à son.réseau résistif associé définis dans le-brevet français mentionné précédemment. La présente invention ne fait appel à cette partie de-l'émetteur que pour autant que celle-ci s'adapte aux circuits gravés ou imprimés et qu'elle coagit avec les autres parties de l'émetteur pour donner un ensemble.de poids et de prix de revient relativement faibles.
Ceci étant établi, la description est relative à des circuits qui, bien que réalisés afin de procurer les mêmes résultats que ,ceux donnés par l'émetteur défini dans ce brevet mentionné précédemment, s'écartent de cet émetteur sous certains, rapports du fait que non seulement ces circuits doivent d'adapter-au procédé-de gravure ou d'impression, mais doivent également améliorer l'efficacité de l'émet- tour.
La partie triede 12 du tube 10 est utilisée comme étage séparateur entre la partie triode 11 de l'oscilla- teur à relaxation et l'oscillateur haute fréquence désigné dans son.ensemble par le symbole de référence 40. L'onde déve- loppée dans la triode 11 est appliquée à la triode 12 par une ' connexion directe 41 prévue entre les grilles 18 et 42.
La plaque 43 de la partie triode 12 est connectée à une' ligne quart d'onde accordée 38 au moyen d'un conducteur
44, d'une self 47, d'un conducteur 46 et d'un conducteur
49. La self 47 sert à isoler les courants haute fréquence
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engendrés dans l'oscillateur 40 de l'étage séparateur 12.
Un condensateur 50', qui est connecté entre la plaque 43 de la partie triode 12 et la masse, sert à dériver vers la masse les courants à la fréquence auxiliarie de l'oscillateur à'relaxation et à procurer une onde plus uniforme pour la modulation de l'onde porteuse, ce condensateur pouvant avoir une valeur d'environ 2. 000 picfarads.
' Une tension d'alimentation d'environ 90 volts 'est appliquée à la plaque 43 de la partie triode 12 au moyen d'un conducteur 52, d'une résistance 53 et des . conducteurs 46,44. Durant les instants pendant lesquels la grille 18 de la partie triode 11 est polarisée négati- vement de telle sorte que la conduction de cette partie triode soit interrompue, la partie triode 12 se trouve dans un état semblable du fait de la connexion directe entre les grilles 18 et 42.
Durant les instants où la partie triode 11 est conductrice, la partie triode 12 est elle aussi conductrice et produit dans la résistance 53 une chute de tension, cette résistance 53 se comportant aussi comme une charge de plaque pour l'oscilatrice triode à haute fréquence.40.; Cette résistance peut avoir une valeur d'environ 470 ohms. Le circuit associé à la triode 40 est .agencé de telle manière que celle-ci produise des oscilla.., tions entretenues à la fréquence de,403 mégacycles par seconde. La triode 40 est traversée par un courant allant de 17à 25 milliampères produisant une chute de tension dans la résistance 53 allant de 6 à 11 volts.
Lorsqu'une impulsion de modulation traverse la résistance 53 du fait de la conduction de la partie triode 12, la tension plaque de la triode 40 d6crolt d'environ 10 volts pendant la durée de cette impulsion de modulation. Ainsi, la partie triode 12 de l'étage de séparation agit de façon à modifier la tension anodique de la triode oscillatrice 40
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en fonction du signal de sortie de l'oscillateur de bloquage. La fréquence des oscillations de la triode 40 est. déterminée par la self et la capacité du circuit résonnant, par les capacités inter-électrodes de çette triode et par le temps de transit de celle-ci.
Le temps de transit est affecté par les variations de la tension anodique, c'est-à-dire que lorsque la tension anodique augmente, la vitesse des électrons augmente également et, ainsi, le temps de transit décroit, produisant une augmen- tation de cette fréquence porteuse. Par conséquent, la tension négative de modulation que la partie triode 12 applique au circuit résonnant de l'osicillatrice 40 abaisse la fréquence de celle-ci. Des valeurs caractéris- ... tiques de cette modification de fréquence sont comprises entre 200 et 600 kilocycles par seconde.
La 'source d'alimentation plaque est découplée en ce qui concerne les courants basse fréquence, par un condensateur 54-d'une valeur d'environ 0,07 micro farads.
Des condensateurs .56 et 57'sont en outre prévus pour découpler la source'd'alimentation plaque vis-à-vis des courants haute fréquence, ces condensateurs étant respec- tivement d'une valeur de 30 et 100 picofarads.
Durant la période pendant laquelle le condensateur
34 de l'oscillateur à relaxation est chargé,.la triode 11 oscille à une fréquence auxiliaire d'environ 2 mégacycles, ces oscillations et Inonde'apparaissant sur les grilles
18 et 42 étant représentées sur la figure 8. Puisque la grille 18 est connectée directement à la grille 42,la triode 12 tend à injecter ces dites oscillations haute fréquence dans le circuit résonnant 38 de l'oscillatrice
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40, ce qui pourrait déformer dtune lanière indésirable l'onde développée par cette oscillatrice. Cependant, le condensateur 50 est d'un valeur telle qu'il;dérive ces ' oscillations haute fréquence vers la masse, éliminant ainsi celles-ci dudit circuit accordé.
De'cette façon, apparaissant à la plaque 43 du tube 12 et représentée sur la Fig.8a seule l'enveloppe du signal à deux mégacycles/module l'onde porteuse. La vitesse de répétition à laquelle se produit! ce signal'à deux mégacycles est déterminée par le réseau comprenant les éléments dont les résistances varient en fonction des conditions à mesurer. En outre, il est souhaitable de séparer les oscillations à très haute fré- qunce de l'onde porteuse développées par la triode 40 et ses circuits associés du circuit de l'oscillateur à relaxa- tion comportant l'étage de séparation 12 ; cette fonction est accomplie par la self de choc 47.
Description des circuits imprimés ou gravés comprenant celle de la section oscillatrice de l'émetteur Le.circuit émetteur comprend dans son ensemble cinq condensateurs' et un circuit accordé formés soit par- tiellement, soit complètement d'une substance conductrice imprimée ou gravée sur une platine se comportant à la fois ...comme un support rigide et comme un diélectrique. Du cuivre sur une platine à base de dérivé phénolique a été . utilisé avec succès, bien que d'autres substances puissent également être employées. Puisque.-la présente invention ne concerne pas le procédé de gravure ou d'impression, celui- ci ne sera pas décrit en détail.
Cependant, dans l'intérêt de la description on peut remarquer que la platine, indiquée dans son ensemble par le symbole de référence 60 sur les figures 2 à 7, est constituée dtune épaisseur de feuilles
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de papier imprégnées d'une substance à base de dérivé phénolique d'une valeur'd'environ 1,6 millimètre et de feuilles de cuivreliées aux faces opposées de cette platine dont l'épaisseur est d'environ 6/100 de millimètre. Du point dé vue surface, les figures 2 et 3 sont représentées gran- . deux nature alors que les figures 6,'6a, 6b et 7 sont à l'échelle 2.
L'impression une fois accomplie, une fine pellicule dé laque est appliquée aux deux faces de la.pla- ' tine afin de réduire. l'absorption d'humidité et d'éliminer l'érosion du cuivre: -Quatre des cinq condensateurs mentionnés plus haut on( été précédemment décrits en liaison avec 1'émetteur de la figure 1. Ceux-ci sont indiqués par les symboles de référence 17, 35, 56 et 57 ; la figure 2, les aires représentées par les mêmes symboles de référence représen- tent les plaques positives de ces condensateurs. Les aires en cuivre sont placées de façon à se trouver parallèlement en regard d'une.'grande surface commune en cuivre formant masse 61 (voir.la figure 3).
De cette façon, les aires en cuivre de part-et d'autre de la platine 60 constituent des armatures parallèles de condensateurs ayant un côté commun.
La grande surface 61 est utilisée comme retour commun pour ...tous.les courants et se comporte, en outre, comme une partie d'un écran électrostatique, l'autre partie de cet écran se présentant sous la forme d'un couvercle métallique
62, voir.figure 6b, recouvrant les éléments de la section modulatrice de l'émetteur et présentant une série de griffes pénétrant dans des encoches 63 (voir figure 6) formées dans la platine et qui sont repliées contre l'aire
61. De préférence, ces griffes sont connectées par soudure à l'aire 61 en trois points.
De cette manière, le couvercle
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. 62 coagit avec l'aire.61 pour former un bottier destiné aux parties devant être sous écran.' En utilisant une substance à base de dérivé phénolique comme diélectrique et .en espaçant les aires supérieures de la platine-de' l'aire inférieure d'environ 1,4 millimètre, chaque 6,5 centimètre carré des aires formant capacité représente environ 25 picofarads.
Afin de procurer une bonne stabi- lité à l'oscillateur de bloquage, celui-ci doit être protégé 'de l'action de champs électriques extérieurs, soit couplés électrostatiquement aux 'éléments de circuit, soit introduits dans le circuit de 1'oscillateur par l'inter- médiaire de connexions extérieures. La principale source de champs électriques extérieurs est la triode oscillatrice 40 -et ses circuits 'associés. Comme cela a. été mentionné précédemment, les condensateurs 17,35, 56 et 57 sont utilisés pour dériver vers la masse les courants haute fréquence provenant de l'oscillatrice 40.
' Les autres condensateurs qui ont été précédemment décrits enliaison avec la figure'1 sont introduits dans le circuit et possèdent des symboles de référence corres- pondants sur les figures 6,. 6a 'et 6b.
Toutes les parties de la section modulatrice '''nécessitant des points de référence stables à la masse sont connectés à la surface de'masse commune 61.
La manière dont la section oscillatrice de l'émet- teur est constituée est mieux représentée sur les figures 2 et 3 qui peuvent être lues conjointement aveo la figure 1,
L'aire 38 représente une section quart-d'onde oourt-circuitée d'une ligne de transmission. Les,propriétés de cette ligne sont telles que celle-ci offre à la triode une haute impé- dance pour la fréquence de 403 mégacycles par seconde.
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L'anode 65 du tube 40 est connectée à une extrémité de la ligne de transmission par un conducteur 66, l'autre extré- mité de cette ligne étant couplée à la grille 67 du tube 40 au moyen d'un condensateur indiqué dans son ensemble par le symbole de référence 68 sur la figure 1 et qui comprend des, aires en cuivre 69 et'70, voir les figures 2 et 3, une feuille de mica ou de diélectrique 71; 'mieux représentée sur la figure 5, et un bloc d'antenne 72. Le condensateur 68 peut avoir une valeur nominale de 70 picofarads.
La réaction destinée à produire les oscillations est.obtenue par le couplage magnétique d'un c8té de la ligne de transmission avec l'autre côté. Il est à remarquer que la longueur de la ligne quart d'onde 38 est plus courte qu'un quart de la longueur d'onde en espace libre carres- pondant.à une fréquence de 403 mégacycles. Ceci provient du fait, d'une part, qu'il existé dans la triode 40 certai-
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nes capacités inter-électrodes qui, bien que petites, sont grandes vis-à-vis de la capacité totale en parallèle de la ligne .et, d'autre -part, qu'il 'existe 'un certain nombre de capacités'parasites produisant l'allongement électrique de la ligne.
Toute capacité, ne faisant pas partie des éléments naturels de la ligne quart d'onde, lorsqu'elle est .. connectée entre les extrémités ouvertes d'une ligne, tend à allonger électriquement celle-ci et à réduire sa fréquence de résonance. Puisque la triode 40 engendre des oscilla-
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tions entretenues, une certaine autopolarisation se trouve produite par le courant grille traversant la résistance 73 pour retourner à la masse.
On a trouvé souhaitable de procu-
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rer pour ce courant grille mi chemin allant de la. grille 07 à la mauce ne porturbïmt ps In. tcnnion de réaction a la. hrmte fréquence utilisée; on a p:4r con=1.lqu nt choisi de
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dériver le courant grille d'un point du circuit résonnant se trouvant à un faible potentiel alternatif par rapport à la masse. Ceci a été réalisé en prévoyant une. aire en cuivre 69 le long du côté grille 38" de la ligne de trans- mission 38 d'une longueur telle que l'on obtienne une tension alternative suffisamment basse permettant la connexion directe à la masse de la résistance de grille 73.
Cet agencement est représenté sur les figures 1 et 3. Le condensateur 74 branché en parallèle sur la résistance 73 dérive vers la masse tout courant haute fréquence qui pourrait apparaître en ce point; ce condensateur peut avoir une valeur de 100 picofaraéls.
-- Le circuit résonnant formé des aires en cuivre 38' et 38" présente un coefficient de, surtension ayant une va- leur de 95% de celle d'uncircuit équivalent constitué de conducteurs en cuivre recouverts d'argent. Les dimensions du conducteur pour les aires 38' et 38" sont de 6/100 de millimètre d'épaisseur et de 6,35 millimètres de largeur.
La valeur du condensateur 68 est telle que pour la fréquence de 403 mégacycles par seconde la.connexion grille 75 et 70 se trouve effectivement raccourcie du cête grille de la .ligne résonnante 38. Le conducteur de grille 75, voir la figure 5, est connecté par une soudure 76 à 1'* extrémité voisine de l'aire en cuivre 69.
Les figures 4 et 5 repré- sentent les détails mécaniques du condensateur 68 en liaison avec le support d'antenne 72, ce dernier ayant la forme d'unpetit barreau allongé qui est connecté au côté grille 38" de la ligne de transmission 38 au moyen de rivets 79; ces rivets étant en outre utilisés.pour maintenir l' ensemble du condensateur 68. Le bloc d'adtenne présente un trou ta- reu@é 78 destiné à recevoi- l'extrémité d'une lise formant
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antenne 80.
Sur la figure 1, les rivets sont indiqués comme étant des conducteurs 79', Un condensateur d'accord 81 d'une valeur allant de 0,3 à 3 picofarada est-connecté ' entre le centre de la ligne de transmission et le condensa- tur 68. Cette connexion réglable shunte environ un quart du circuit accordé et procure le réglage nécessaire de fréquence sans absorber de façon appréciable l'énergie haute fréquence. Il est à remarquer que l'antenne,qui est 'du type demi-onde, est connectée à l'oscillateur haute fréquence en un point se trouvant au même potentiel alter- .. natif que la grille 67 de la triode 4-0; cependant ce point se prouve en outre au potentiel continu .de'la plaque 65 de . cette triode.
Les selfs 82 et 83 connectées en série avec le filament, voir la figure 1, sont destines, d'une part, à isoler la majeure partie des courants haute fréquence de la batterie filament 13 et du filament.des triodes Il et 12 et, d'autre part, à procurer la phase convenable pour la tension de réaction existant entre la cathode 86 et la grille 67 du tube 40 afin de maintenir des oscillations efficaces et stables.
La triode 40 se comporte comme un oscillateur à ,ondé entretenu pour une tension plaque d'environ 80 volts et urie tension négative de contrôle de grille d'environ 5 volts ; cettetriode consomme environ 20 milliampères, .fournis par la batterie 25, lorsque l'émetteur est couplé 'à l'antenne. Le courant plaque se trouve réduit d'environ 4 milliampères lorsque l'antenne est retirée. L'émetteur n'a pas tendance à consommer trop de courant plaque lors- qu'il fonctionne sans antenne. La variation de fréquence de oscillateur, lorsque celui-ci passe de son état chargé
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à son état non chargé et vice versa, n'excède pas 0,5 à 1%.
Les figures 6, 6a, 6b et 7 représentent un agence- ment préféré des condensateurs et des autres parties qui ne sont pas formées par le circuit imprimé sur la platine 60.
Il est à remarquer que le relais 21 est ancré dans un coin de 'la platine, ce relais étant pourvu d'un couvercle 87, dir la figure 6b, Cependant, ce relais,peut être placé en tout autre endroit approprié du circuit, puisqu'il n'est pas nécessaire que celui-ci soit monté sur la platine. Sur ces figures, les parties qui ont été précédemment décrites en liaison avec les figures 1 à 5 sont désignées par les mêmes symboles de référence.
Un émetteur suivant la présente invention fabriqué -.. en -série est d'un poids d'environ 170 grammes avec toutes les parties complètement assemblées sur la platine, les dimensions de cette dernière étant d'environ 11,5 sur 9 centimètres. De plus, un tel émetteur possède une bonne stabilité électrique et mécanique pour son fonctionnement à
403 mégacycles: La platine, avec son agencement particulier de circuits imprimés, peut être facilement produite en grande quantité- et'prête à être assemblée à ses éléments associés. Puisque la majeure partie des condensateurs et ...du circuit accordées! prévue sur l'organe de base préfa- briqué, les opérations de câblage se trouvent par consé- quent réduites au minimum.
Bien que dans un but d'explication de l'invention une réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. Par exemple, 1
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présente invention peut s ' appliquer aisément à des émetteurs autres que celui ayantla forme spécifique représentée. i .
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The use of telemetry equipment to study upper atmosphere conditions, including pressure, temperature and relative humidity, has grown so much that it now necessitates the mass production of some. elements of such equipment at a relatively 'low' cost without sacrificing quality and while observing specifications for dimensions and weight, and employing transmitters capable of generating very high frequency waves.
The equipment sent to the upper atmosphere generally comprises a radio electric transmitter comprising a high frequency oscillator coupled to an appropriate antenna and intended to be modulated by the repetition frequency of a second relaxation type oscillator, this frequency being a function
2 of the conditions being measured. Since only a certain percentage of this equipment is found, and this equipment
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found are in such a condition that they need to be refurbished, such equipment is considered to be very expensive, making it particularly necessary to manufacture each item of equipment at low cost.
Therefore, an object of the present invention is to provide a very good very high frequency radio transmitter for an airborne telemetry device, the weight and dimensions of which are reduced compared to known transmitters of this type and which, moreover , lends itself to economical serial production.
Another object of the invention consists in improving both the electrical and mechanical stability of transmitters of this type and, in particular, that of the high-frequency part of such a transmitter. By "electrical stability" is meant insensitive to interference as well as to fading due to the action of external electric fields, either electrostatically coupled to the circuit elements, or introduced into the oscillator circuit by means of external connections. . By "mechanical stability" is meant by this the ability of the elements and their electrical connections to resist vibration and. to shocks without breaking the circuits and without causing the emitter to be out of adjustment.
Yet another object of the present invention is to improve the modulation produced by the relaxation oscillator and to provide a more uniform wave for modulating the carrier wave.
Still another object of the present invention is to use etched metal circuitry and associated carrier substance in a transmitter having a high frequency oscillator of improved construction for generating a very high frequency carrier wave.
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(300 to 3,000 megacycles) modulated at the repetition frequency of a relaxation oscillator.
type shown and described in the French patent of the applicant
N 941.745 filed January 17, 1947 for "Improvements in electrical measuring devices", in order to obtain, among other advantages, a reduction in weight, simplicity of assembly, and wiring and, consequently, a lower manufacturing cost and more efficient high frequency decoupling resulting in better signal transmission.
Yet another object of the present invention consists in providing a radioelectric transmitter intended for airborne telemetry devices in which all the elements are grouped on a flat and rigid plate made of a substance based on phenol, or a similar substance, suitable for use. etching circuits and behaving as both a support and a dielectric.
These objects and characteristics and others of the present invention will emerge more clearly from the detailed description which follows as well as from the accompanying drawings, it being understood that these are given only by way of example. limiting.
On the drawings:
Figure 1 is a diagram of a radio transmitter according to the present invention;
Figure 2 is a view. slightly in perspective of the mounting face of the carrier or frame of the transmitter after the latter has been subjected to the circuit etching process; '
Figure 3 is a view similar to that of figure'2 but showing the underside of the frame, or what may
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be seen as the mass side of it;
Figure 4 'is a detailed sectional view (enlarged about six times) of an antenna support "and its associated parts, this view being taken substantially along line 4-4 of Figure 6;
Figure 5 is a cutaway view of the antenna mount and its associated parts (also enlarged about six times) taken substantially along line 5-5 of Figure 6;
Figure-6 is a plan view (enlarged approximately twice) of the chassis mounting face and the components mounted thereon, except the low frequency section screen of the transmitter and the cover of a relay;
Figure 6a is an elevational view of the frame and the elements mounted thereon;
Figure 6b is a plan view (approximately twice enlarged) of the chassis mounting face with the transmitter low-frequency section screen and relay cover in position; Figure-, 7 is a. plan view of the mass side of the chassis;
Figures 8 and 8a are diagrams showing waves appearing on the grid of the relaxation oscillator and on the plate of a separation stage, respectively.
The transmitter shown in Fig. 1 employs a relaxation oscillator with an associated measuring circuit which, in operation, is similar in general to that defined in the aforementioned patent. As is known, the transmitter can be sent into the atmosphere by a free balloon or can be
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released from a high-altitude aircraft and, while it is transmitting, elements sensitive to meteorological conditions change the frequency of the modulating signal acting on the carrier wave as a function of temperature, pressure and temperature. humidity of the surrounding atmosphere.
In the present case, the transmitted carrier wave has a frequency of 403 megacycles per second and is modulated by a modulation signal having a frequency between
0 and 200 cycles per second and being produced by a tube triode a-relaxation oscillator and separation amplifier. Also tube triode.
However, as these frequencies can be chosen at will, they can be chosen so that they adapt to particular conditions and meet the specifications in force. The modulation signal representing the pressure, temperature and humidity information, and which is transmitted to an appropriate receiver located in a ground station, is generated in a triode part II of a vacuum tube 10, this being the case. tube comprising a second part. triode 12 'used as a separator stage. Tube 10 may be of the type known commercially under the designation 3A5. The filament power for this double triode ..10 is provided by a seven volt battery 13 of type "A" connected to the filament 14 by means of a conductor 15 and a drop resistor 16.
A capacitor 17, with a value of 30 picofarads, is provided to decouple the filament circuit.
The direct current circuit between the gate 18 of the triode section 11 and the ground comprises a conductor 19 and a resistor 20 and, depending on the position of the moving contact '21' of the relay connected to ground and controlled by
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the winding 21 of the relay, a sensitive resistive element. temperature or a resistive humidity sensitive element (not shown). When the transmitter gains altitude, the mobile contact connected to the ground of a baro-switch slides successively on the contacts of this one alternately connecting to the ground and disconnecting from it one end of the winding, 21 of the relay.
When the winding 21 is energized, the movable contact 21 'connects to ground one end of the element' sensitive to humidity ', thus completing the grid circuit through this element; and, when this winding is de-energized, said circuit is completed by the temperature sensitive element. At repeated intervals, the mass is connected either; at the low voltage end, or at the high voltage end of a resistor 22 in order to provide high and low reference frequencies intended for the calibration of the device.
The resistor 23 is connected in parallel with the humidity sensitive element in order to allow continuous operation of the relaxation oscillator when this element has an extremely large resistive value due to being subjected to high pressure. very low humidity relative to very high temperatures.
The plate 24 of the relaxation oscillator, which is of the blocking type and consists of the triode part 11, is supplied with a voltage of about 65 volts from a battery 25 of type "B" and is connected to this battery by a conductor 26 and a drop resistor
27. The plate and gate circuits of the triode 11
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are coupled in such a way as to generate the oscillations in an auxiliary frequency oscillation transformer indicated as a whole by the reference symbol 28 and
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comprising a plate winding 28 'and a grid winding 28 ".
Screw 29 constitutes an adjustable core and is used, among other functions, to adjust the gate current in the gate circuit of the relaxation oscillator. If one wishes to know in detail the role as well as the 'function of the screw 29, one can refer to the French patent mentioned above'. The plate and grid ends 30 and 31 of the windings of the transformer 28 are joined by a decoupling capacitor 32 with a value of about 100 picofarads, and the grid end 31 is further connected to ground by a conden. - decoupling rate 33 of about, too, 100 picofaradc.
The direct current circuit going from grid 18 to ground and passing through resistor 20 and the elements sensitive to the conditions to be measured is shunted by a blocking capacitor 34 of a value of about 0.08. microfarad. A capacitor 35 of about 100 picbfarads is mounted in parallel on the capacitor 34 and is intended to shunt the high frequency to ground. Also provided is a high frequency decoupling capacitor 36. This capacitor also has a value of about 100 picofarads.
The amplitude of the oscillations in the windings 28 'and 28 "increases to a value causing the appearance of a grid current passing from the cathode to the grid 18 and developing a negative load on the armature. of the unconnected capacitor 34. When this negative charge reaches a certain value, this blocks section 11 of the tube 10, so that the oscillations cease as well as the charging of the capacitor 34-.
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The capacitor 34 then discharges in the resistive network which is associated with it until the gate bias reaches a value such that the oscillations are reestablished in the circuit, after which the preceding cycle is repeated.
The arrangement which has just been described is substantially in accordance with the relaxation oscillator and its associated resistive network defined in the French patent mentioned above. The present invention uses this part of the transmitter only insofar as it adapts to engraved or printed circuits and that it coacts with the other parts of the transmitter to give a set of weight and relatively low cost prices.
This being established, the description relates to circuits which, although produced in order to obtain the same results as those given by the transmitter defined in this previously mentioned patent, deviate from this transmitter in certain respects, due to the fact that not only must these circuits adapt to the process of engraving or printing, but must also improve the efficiency of the transmitter.
The triede part 12 of the tube 10 is used as a separator stage between the triode part 11 of the relaxation oscillator and the high frequency oscillator denoted as a whole by the reference symbol 40. The wave developed in triode 11 is applied to triode 12 through a direct connection 41 provided between gates 18 and 42.
The plate 43 of the triode part 12 is connected to a tuned quarter wave line 38 by means of a conductor.
44, a choke 47, a conductor 46 and a conductor
49. Choke 47 is used to isolate high frequency currents
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generated in the oscillator 40 of the separator stage 12.
A capacitor 50 ', which is connected between the plate 43 of the triode part 12 and the ground, serves to bypass the currents at the auxiliary frequency of the oscillator to ground to the relaxation and to provide a more uniform wave for the modulation. of the carrier wave, this capacitor being able to have a value of approximately 2.000 picfarads.
A supply voltage of about 90 volts is applied to the plate 43 of the triode part 12 by means of a conductor 52, a resistor 53, and. conductors 46,44. During the times when the gate 18 of the triode part 11 is negatively biased so that the conduction of this triode part is interrupted, the triode part 12 is in a similar state due to the direct connection between the gates. 18 and 42.
During the instants when the triode part 11 is conductive, the triode part 12 is itself also conductive and produces in the resistor 53 a voltage drop, this resistor 53 also behaving like a plate load for the high frequency triode oscillator. 40 .; This resistor can have a value of about 470 ohms. The circuit associated with the triode 40 is arranged in such a way that the latter produces sustained oscillations at the frequency of .403 megacycles per second. A current ranging from 17 to 25 milliamperes passes through the triode 40, producing a voltage drop in the resistor 53 ranging from 6 to 11 volts.
When a modulation pulse passes through resistor 53 due to conduction of triode portion 12, the plate voltage of triode 40 decreases by about 10 volts during the duration of this modulation pulse. Thus, the triode part 12 of the separation stage acts so as to modify the anode voltage of the oscillating triode 40
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depending on the output signal of the blocking oscillator. The frequency of the oscillations of the triode 40 is. determined by the inductance and the capacity of the resonant circuit, by the inter-electrode capacities of this triode and by the transit time of this one.
The transit time is affected by changes in the anode voltage, i.e. as the anode voltage increases the speed of the electrons also increases and thus the transit time decreases, producing an increase of this carrier frequency. Therefore, the negative modulation voltage which the triode part 12 applies to the resonant circuit of the osicillator 40 lowers the frequency thereof. Characteristic values of this change in frequency are between 200 and 600 kilocycles per second.
The plate power source is decoupled with respect to low frequency currents by a capacitor 54- with a value of about 0.07 micro farads.
Capacitors 56 and 57 are furthermore provided to decouple the plate power source from high frequency currents, these capacitors being respectively 30 and 100 picofarads.
During the period during which the capacitor
34 of the relaxation oscillator is loaded, the triode 11 oscillates at an auxiliary frequency of about 2 megacycles, these oscillations and waves appearing on the gates
18 and 42 being shown in FIG. 8. Since the gate 18 is connected directly to the gate 42, the triode 12 tends to inject these said high frequency oscillations into the resonant circuit 38 of the oscillator.
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40, which could distort the wave developed by this oscillator by an unwanted strip. However, capacitor 50 is of such magnitude that it shifts these high frequency oscillations to ground, thus removing them from said tuned circuit.
In this way, appearing at plate 43 of tube 12 and shown in Fig. 8a only the two megacycle signal envelope / modulates the carrier wave. The rate of repetition at which occurs! this two-megacycle signal is determined by the network comprising the elements whose resistances vary according to the conditions to be measured. Further, it is desirable to separate the very high frequency oscillations of the carrier wave developed by the triode 40 and its associated circuitry from the relaxation oscillator circuit including the separation stage 12; this function is performed by the shock choke 47.
Description of Printed or Engraved Circuits Including That of the Oscillator Section of the Emitter The emitter circuit comprises as a whole five capacitors and a tuned circuit formed either partially or completely of a conductive substance printed or etched on a plate behaving both ... as a rigid support and as a dielectric. Copper on a platinum based on phenolic derivative was. used successfully, although other substances can also be used. Since the present invention does not relate to the method of engraving or printing, this will not be described in detail.
However, for the sake of the description it may be noted that the platen, indicated as a whole by the reference symbol 60 in Figures 2 to 7, consists of a thickness of sheets
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of paper impregnated with a substance based on a phenolic derivative with a value of about 1.6 millimeters and copper sheets connected to the opposite faces of this plate, the thickness of which is about 6/100 of a millimeter. From the surface point of view, Figures 2 and 3 are shown large. two types while Figures 6, 6a, 6b and 7 are to scale 2.
After printing, a thin film of lacquer is applied to both sides of the plate to reduce. absorption of moisture and eliminate copper erosion: -Four of the five capacitors mentioned above have been previously described in connection with the emitter of figure 1. These are indicated by the reference symbols 17, 35, 56 and 57, in Fig. 2 the areas represented by the same reference symbols represent the positive plates of these capacitors The copper areas are placed so as to lie parallel to one another. large common copper surface forming mass 61 (see Figure 3).
In this way, the copper areas on either side of the plate 60 constitute parallel plates of capacitors having a common side.
The large surface 61 is used as a common return for ... all the currents and behaves, moreover, as part of an electrostatic screen, the other part of this screen being in the form of a metal cover
62, see figure 6b, covering the elements of the modulator section of the transmitter and presenting a series of prongs penetrating into notches 63 (see figure 6) formed in the plate and which are folded against the surface
61. Preferably, these claws are connected by soldering to the area 61 at three points.
In this way, the cover
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. 62 co-acts with the area. 61 to form a housing intended for the parts to be screened. ' Using a phenolic derivative substance as the dielectric and spacing the upper areas of the platen from the lower area by about 1.4 millimeters, each 6.5 square centimeter of the capacitance-forming areas represents about 25 picofarads. .
In order to provide good stability to the clamping oscillator, it must be protected from the action of external electric fields, either electrostatically coupled to the circuit elements or introduced into the oscillator circuit by. through external connections. The main source of external electric fields is the oscillating triode 40 and its associated circuits. Like this has. previously mentioned, capacitors 17, 35, 56 and 57 are used to bypass high frequency currents from oscillator 40 to ground.
The other capacitors which have been previously described in connection with Figure 1 are introduced into the circuit and have corresponding reference symbols in Figures 6 ,. 6a 'and 6b.
All parts of the modulator section '' 'requiring stable ground reference points are connected to common ground surface 61.
The way in which the oscillator section of the transmitter is constructed is best shown in Figures 2 and 3 which can be read together with Figure 1,
Area 38 represents a short-circuited quarter-wave section of a transmission line. The properties of this line are such that it provides the triode with a high frequency impedance of 403 megacycles per second.
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The anode 65 of the tube 40 is connected to one end of the transmission line by a conductor 66, the other end of this line being coupled to the grid 67 of the tube 40 by means of a capacitor indicated as a whole. by the reference symbol 68 in Figure 1 and which includes copper areas 69 and 70, see Figures 2 and 3, a sheet of mica or dielectric 71; better shown in Figure 5, and an antenna block 72. Capacitor 68 may have a nominal value of 70 picofarads.
The reaction to produce the oscillations is obtained by the magnetic coupling of one side of the transmission line with the other side. Note that the length of the quarter wave line 38 is shorter than a quarter of the wavelength in square free space at a frequency of 403 megacycles. This comes from the fact, on the one hand, that there existed in the triode 40 certain
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nes inter-electrode capacitances which, although small, are large compared to the total capacitance in parallel with the line. and, on the other hand, that 'there are' a certain number of parasitic capacitances producing the electrical extension of the line.
Any capacitance which is not a part of the natural elements of the quarter wave line, when connected between the open ends of a line, tends to electrically lengthen the line and reduce its resonant frequency. Since the triode 40 generates oscillations
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tions maintained, a certain self-bias is produced by the gate current passing through resistor 73 to return to ground.
It has been found desirable to provide
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rer for this current grid halfway going from the. mauce grid 07 ne porturbïmt ps In. tcnnion of reaction to. hrmte frequency used; we have p: 4r con = 1.lqu nt chosen from
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derive the gate current from a point of the resonant circuit located at a low alternating potential with respect to ground. This was achieved by providing for a. copper area 69 along the gate side 38 "of the transmission line 38 of such length that a sufficiently low AC voltage is obtained to allow direct connection to ground of gate resistor 73.
This arrangement is shown in Figures 1 and 3. The capacitor 74 connected in parallel with the resistor 73 drifts to ground any high frequency current that may appear at this point; this capacitor can have a value of 100 picofaraels.
- The resonant circuit formed of the copper areas 38 'and 38 "has an overvoltage coefficient having a value of 95% of that of an equivalent circuit made up of copper conductors covered with silver. The dimensions of the conductor for areas 38 'and 38 "are 6/100 of a millimeter thick and 6.35 millimeters wide.
The value of the capacitor 68 is such that for the frequency of 403 megacycles per second the gate connection 75 and 70 is effectively shortened from the gate edge of the resonant line 38. The gate conductor 75, see figure 5, is connected. by a solder 76 at one end near the copper area 69.
Figures 4 and 5 show the mechanical details of the capacitor 68 in connection with the antenna support 72, the latter having the form of a small elongated bar which is connected to the gate side 38 "of the transmission line 38 by means of rivets 79; these rivets being further used to hold the assembly of the capacitor 68. The antenna block has a threaded hole 78 for receiving the end of a ledge forming
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antenna 80.
In figure 1 the rivets are indicated as being conductors 79 '. A tuning capacitor 81 with a value ranging from 0.3 to 3 picofarada is connected' between the center of the transmission line and the condenser. tur 68. This adjustable connection bypasses about a quarter of the tuned circuit and provides the necessary frequency adjustment without appreciable absorption of high frequency energy. It should be noted that the antenna, which is of the half-wave type, is connected to the high frequency oscillator at a point lying at the same alternating potential as the gate 67 of the 4-0 triode; however this point is further proved at the continuous potential .de'la plate 65 of. this triode.
The chokes 82 and 83 connected in series with the filament, see FIG. 1, are intended, on the one hand, to isolate the major part of the high frequency currents of the filament battery 13 and of the filament. Of the triodes II and 12 and, on the other hand, to provide the phase suitable for the reaction voltage existing between the cathode 86 and the grid 67 of the tube 40 in order to maintain efficient and stable oscillations.
The triode 40 behaves like a wavy oscillator maintained for a plate voltage of about 80 volts and a negative gate control voltage of about 5 volts; This period consumes about 20 milliamps, supplied by battery 25, when the transmitter is coupled to the antenna. The plate current is reduced by about 4 milliamps when the antenna is removed. The transmitter does not tend to consume too much plate current when operating without an antenna. The variation of the oscillator frequency, when it goes from its charged state
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in its unloaded state and vice versa, does not exceed 0.5 to 1%.
Figures 6, 6a, 6b and 7 show a preferred arrangement of the capacitors and the other parts which are not formed by the printed circuit on the board 60.
It should be noted that the relay 21 is anchored in a corner of the plate, this relay being provided with a cover 87, dir figure 6b, However, this relay, can be placed in any other suitable place of the circuit, since 'it does not need to be mounted on the plate. In these figures, the parts which have been previously described in connection with Figures 1 to 5 are designated by the same reference symbols.
A series-produced transmitter according to the present invention weighs about 170 grams with all parts fully assembled on the turntable, the dimensions of the latter being about 11.5 by 9 centimeters. In addition, such a transmitter has good electrical and mechanical stability for its operation at
403 megacycles: The turntable, with its peculiar layout of printed circuits, can be easily produced in large quantities - and ready to be assembled with its associated parts. Since most of the capacitors and ... the circuit tuned! provided on the prefabricated base unit, wiring operations are therefore reduced to a minimum.
Although for the purpose of explaining the invention a particular embodiment thereof has been shown and described, it should be understood that various changes or modifications obvious to any person skilled in the art can be made without departing from it. for that of the spirit of the invention nor to go beyond its field. For example, 1
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The present invention is easily applicable to transmitters other than that having the specific shape shown. i.