Dispositif de réglage automatique de fréquence. La présente invention a pour objet un dis positif de réglage automatique de fréquence qui se prête particulièrement pour le fonc tionnement dans les gammes des fréquences très élevées et en particulier dans les gammes de fréquences dites ultracourtes.
Les systèmes de réglage automatique de fréquence destinés à stabiliser les signaux haute fréquence dans 1a gamme des fréquences élevées ont une grande importance lorsqu'ils sont utilisés avec les systèmes de transmission utili sant la modulation d'amplitude ou la modula tion de fréquence pour maintenir un système haute fréquence stable: en éliminant les dépla cements de fréquence indésirables qui se pro duisent 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 ultracourtes con duit à des arrangements nécessairement encom brants et coûteux qui ne sont pas aussi pratiques, du point de vue de 1a stabilisation de fréquence qu'on pourrait le désirer compte tenu du prix d'un tel système.
C'est donc un but de l'invention de prévoir un dispositif de réglage automatique de fré quence simple et relativement peu coûteux pour la stabilisation d'une source fonctionnant à des fréquences très élevées.
Le dispositif de réglage automatique de fréquence selon l'invention qui est destiné à stabiliser la fréquence d'une source à haute fré quence est caractérisé en ce qu'il comprend un résonateur à cavité couplé à la sortie de ladite source, des moyens pour faire varier la fréquence de résonance de ladite cavité, des moyens pour détecter le débit modulé de ladite cavité, des moyens coopérant avec lesdits moyens de détection et lesdits moyens de modulation pour comparer les phases des si gnaux provenant desdits moyens de détection et desdits moyens de modulation, et des moyens pour commander la fréquence de ladite source sous la commande du signal de sortie des moyens pour comparer les phases,
le tout afin de stabiliser la fréquence de ladite source.
Une forme d'exécution de l'objet de la pré sente invention sera exposée, à titre d'exemple, dans la description suivante faite en relation avec les dessins joints dans lesquels: la fig. 1 est un diagramme schématique d'une forme d'exécution; les fig. 2 et 3 sont des représentations gra phiques de caractéristiques de fonctionnement qui sont utilisées pour expliquer le fonctionne- ment du dispositif 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, telles que les gammes VHF, UHF et des micro-ondes est représenté avec le dispositif de réglage auto matique de fréquence qui est associé à l'oscilla teur pour la stabilisation du signal haute fré quence fourni par ce dernier.
Le dispositif de réglage automatique de fréquence comprend un résonateur à cavité 2 contenant à son inté rieur un gaz ionisable tel que de l'argon, et une source de modulation 3 agissant sur le gaz pour en varier l'ionisation à la cadence de la fréquence du signal modulateur pour moduler en fréquence le signal haute fréquence injecté dans le résona teur.
Le signal de sortie du modulateur 2 qui est un signal haute fréquence modulé en fréquence et d'amplitude variable est détecté par le redres seur 4 et la bande latérale résultante est amplifiée par l'amplificateur 5 et appliqué à un détecteur de phase 6 dans lequel la phase du signal détecté est comparée avec la phase du signal modulateur provenant de. la source 3. La sortie du détecteur de phase 6 émet un signal proportionnel à la différence entre la fréquence de résonance moyenne fo de la cavité et le signal haute fré quence qui doit être stabilisé.
Ce signal de com mande agit sur l'oscillateur haute fréquence 1 au moyen d'un dispositif 7 de commande de la fréquence, tel qu'un circuit de commande d'un moteur ou le réflecteur d'un klystron reflex pour corriger la fréquence du signal émis par ledit oscillateur.
Le fonctionnement du dispositif de réglage automatique de fréquence n'est pas limité à un résonateur utilisant une cavité sphérique et n'importe quel type de cavité résonnante dans la gamme de fréquences désirée 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 moyenne de la cavité en modifiant la constante diélectrique de ladite cavité.
De plus, l'oscillateur haute fréquence qui doit être stabilisé peut être de n'importe quel type connu tel que des oscillateurs du type klystron et du type magnétron susceptibles de produire un signal haute fréquence dans la gamme de fréquences désirée. Le circuit de commande de fréquence 7 peut être n'importe quel circuit de commande d'erreur classique pouvant être associé avec le type d'oscillateur haute fréquence utilisé et pou vant 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 configura tion est telle que sa fréquence de résonance moyenne fo est pratiquement la fréquence à laquelle l'oscillateur 1 doit être stabilisé. La cavité 2 contient un- gaz ionisable qui lorsqu'il est ionisé, provoque une variation suffisante de la constante diélectrique de l'atmosphère à l'inté rieur de la cavité résonnante 2, modifiant ainsi la fréquence de résonance dudit résonateur.
La source de modulation est couplée directement au résonateur à cavité 2 au moyen d'un éclateur à étincelles 9 qui, lorsqu'il est excité par le signal modulateur de la source 3, fait varier l'ionisation dudit gaz à la fréquence du signal modulateur. Cette variation dé l'ionisation est suffisante pour provoquer un déplacement de la fréquence de résonance caractéristique de la cavité 2, de manière à superposer au signal haute fréquence injecté une composante de modulation de fré quence ayant les caractéristiques de la modula tion de la source 3 et une composante de modu lation d'amplitude dépendant de la fréquence du signal haute fréquence par rapport à la fréquence de résonance de la cavité.
Cette variation de la fréquence de résonance de la cavité 2 est illustrée à la fig. 2, le signal de modulation 10 déplaçant la courbe caracté ristique de résonance 11 jusqu'aux positions indiquées en pointillé en 12 et 13. L'amplitude du déplacement de la courbe caractéristique de résonance peut être commandée en agissant sur la source 3. Si la fréquence du signal haute fréquence de l'oscillateur 1 coïncide avec la fréquence de résonance moyenne fo de la cavité, une modulation de fréquence qui est 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 fig. 2 et 3 dans lesquelles le signal haute fréquence ayant une fréquence pratiquement identique à la fréquence de résonance moyenne fo de la cavité 2 est représenté en 14, la modulation résultante lorsqu'il y a égalité de phases étant illustrée par la forme d'onde 15 de la figure 3 dans laquelle la composante de modulation d'amplitude pré sente n'est que faible. Le signal de sortie modulé résultant est appli qué à partir du résonateur 2 par la boucle de couplage 16 au détecteur 4, à l'amplificateur 5, et au détecteur de phase 6.
La phase du signal détecté résultant pour la condition d'égalité des fréquences sera comparée avec 1a phase du signal de sortie de la source 3 et, du fait de l'identité de phase, on obtiendra un signal 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 l est différente de la fré quence de résonance moyenne fo de la cavité 2, la modulation de fréquence résultante dudit signal haute fréquence sera telle qu'on obtiendra un déphasage par rapport à la phase du signal de la source 3. A la fig. 2; deux fréquences du signal de l'oscillateur 1 sont représentées en 17 et 18, respectivement.
Si on considère la fré quence 17 correspondant à un déplacement de la fréquence du signal haute fréquence de fo à fi, où fi est une fréquence inférieure<B>à f,</B> la somme algébrique du signal modulateur et du signal haute fréquence injecté provoquera un déplace ment de phase du signal de sortie modulé de la cavité 2 d'une quantité dépendant de 1a 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; pro portionnel à la différence entre la fréquence de résonance moyenne fo de la cavité 2 et la fréquence du signal haute fréquence qui doit être stabilisée <B><I>à</I></B> fo. Le signal de commande de sortie du détec teur 6 sera de polarité convenable pour agir sur le système de commande d'erreur 7 d'une manière prédéterminée pour provoquer l'aug mentation de la fréquence de l'oscillateur 1 d'une quantité suffisante de
manière à obtenir la fré quence stabilisée désirée.
La fréquence indiquée en 18 provoquera de même une modulation déphasée dans le résona teur 2 semblable à celle provoquée par la condi tion 17 mais de polarité opposée. La modula tion de fréquence et la modulation d'amplitude résultantes sont indiquées par la forme d'onde 20 de la fig. 3 dont l'enveloppe est détectée par le détecteur 4, amplifiée et- appliquée au détecteur de phase 6 pour comparer sa phase avec celle du signal de la source de modulation 3.
Comme dans le cas de la fréquence indiquée en 17, il apparaîtra un voltage d'erreur proportionnel à la différence entre le signal haute fréquence émis et la fréquence de résonance moyenne fo du résonateur 2, mais d'une polarité provoquant 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 de l'oscil lateur stabilisé était extrêmement bonne. En uti lisant un oscillateur comprenant un klystrôn réflex dans l'exemple de réalisation de la fig. 1, et en faisant varier le potentiel continu du réflec teur 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 peut en déduire que la présence du gaz à l'intérieur du résonateur n'a pas d'effet nuisible sur le coefficient de surtension - normalement élevé d'une telle cavité. Lorsque l'oscillateur 1 produit une -fréquence de 5 000 mégahertz, le dispositif de réglage automatique de fréquence est capable de maintenir cette fréquence avec une erreur maximum de 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 du dispositif de réglage automatique de fréquence est suffisant pour sur- monter 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.