Réseau quadripôle La présente invention concerne un réseau quadripôle et plus spécialement un réseau pou vant être utilisé comme dispositif d'adapta tion.
Il est parfois utile de disposer d'un moyen aisé de réglage de l'équilibre d'un réseau qua dripôle, surtout quand il est utilisé comme dis positif d'adaptation dans des systèmes de dis tribution de signaux. Il se peut que, dans des cas de ce genre, le signal distribué soit de l'or dre de quelques millivolts seulement, alors que les parasites captés par la ligne de distribution peuvent avoir une tension de plusieurs dizai nes de volts. Un équilibrage très précis du ré seau est nécessaire, si l'on veut éviter des pertes considérables.
La présente invention a pour objet un ré seau quadripôle qui puisse servir de dispositif d'adaptation pour l'alimentation ou la termi naison correcte d'une ligne de distribution de signaux, et dont l'équilibrage puisse se faire facilement et avec précision.
Le réseau suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un transfor mateur et une réactance réglable en série avec un des enroulements du transformateur, pour régler l'équilibrage du réseau.
La réactance réglable et la self de fuite du transformateur peuvent être incorporées dans le réseau de manière à maintenir une adapta- tion et une sensibilité à la fréquence satisfai santes dans toute la gamme de fréquences vou lue. Le circuit peut comprendre aussi des dis positifs de compensation des pertes dues au circuit d'équilibrage, de façon que la courbe de sensibilité à la fréquence du réseau soit plate et la charge réelle résistive.
La réactance réglable peut consister en une ou des selfs en série avec le primaire et/ou le secondaire du transformateur et habituellement très rapprochées de celui-ci. Dans une forme d'exécution préférée, la réactance réglable comprend deux bobinages en série respective ment avec une borne d'entrée du primaire ou une borne de sortie du secondaire du transfor mateur, et pourvus d'un noyau commun régla ble en matière magnétique ou conductrice qui peut être déplacé par rapport aux deux bobi nages. L'écartement des deux bobinages et la longueur du noyau sont choisis de façon que, lorsque le noyau est déplacé, la self d'un bobi nage augmente de la valeur dont l'autre self di minue, de manière que la self-induction totale des deux bobinages connectés en série reste pratiquement constante.
Ou bien, la réactance réglable peut consister en un ou plusieurs con densateurs variables, seuls ou en combinaison avec des selfs variables.
Dans les applications en radiofréquence, le transformateur d'un réseau quadripôle est cons- truit, de préférence, avec des enroulements pri maire et secondaire séparés avec, entre eux, un écran électrostatique.
Le réseau quadripôle peut comprendre un transformateur à enroulements primaire et se condaire séparés, avec, entre eux, un écran électrostatique, et un moyen de réglage de l'équilibrage du réseau comprenant une ré actance réglable en série avec l'enroulement pri maire et/ou l'enroulement secondaire du trans formateur, la réactance réglable et la self de .fuite du transformateur étant incorporées dans le réseau de manière à donner une adaptation et une sensibilité à la fréquence satisfaisante dans toute la gamme de fréquences voulue.
En outre, dans les réseaux quadripôles à utiliser en radiofréquence, un condensateur est, de préférence, mis en série avec chacune des bornes d'entrée. Ces condensateurs, qui peu vent être variables, servent à empêcher les cou rants à basse fréquence, comme les courants à fréquences audibles et le courant continu, d'agir sur le circuit auquel le réseau quadripôle est relié ou d'être court-circuités par celui-ci, les condensateurs constituant donc un dispositif isolateur de sécurité.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plu sieurs formes d'exécution de l'objet de l'in vention.
Les fig. 1 à 4 sont des circuits explicatifs montrant des développements dans le calcul des réseaux quadripôles ; et les fig. 5 à 8 représentent respectivement les circuits de quatre formes d'exécution de réseau quadripôle.
Si le réseau quadripôle consiste en un dis positif d'adaptation d'entrée à radiofréquence servant, par exemple, à adapter une ligne de transmission à l'entrée d'une lampe, les fac teurs suivants doivent être pris en considéra tion 1. Les deux bornes de sortie du réseau doi vent être reliées à la grille et à la cathode d'une lampe, dont la capacité d'entrée doit être incorporée dans le circuit.
2. Les deux bornes d'entrée doivent présen ter une impédance équilibrée et quasi ré- sistive constituant une terminaison cor recte pour une ligne de transmission équilibrée déterminée, la précision étant pratiquement satisfaisante.
3. Le circuit doit transmettre également tou tes les fréquences d'une gamme déterminée avec une bonne précision industrielle et un glissement de phase raisonnable.
4. Un écran électrostatique doit séparer la ligne de transmission de la grille d'entrée. 5. Il faut prévoir un moyen simple pour régler l'équilibrage de la ligne incidente et du cir cuit d'entrée.
6. Deux condensateurs sont prévus, un en série avec chaque fil d'entrée. Ceux-ci font partie du calcul du circuit électrique et empêchent, en même temps, les courants à basse fréquence, comme le courant con tinu d'alimentation, les courants à fréquen ces audibles, etc., d'agir sur le circuit d'en trée ou d'être court-circuités par celui-ci, constituant donc un dispositif isolateur de sécurité.
L'élément principal du circuit d'entrée est un transformateur à écran (ce peut être un autotransformateur si l'écran n'est pas néces saire).
Sur la fig. 1, on a représenté par LI la self du primaire.
L, la self du secondaire.
M le coefficient d'induction mutuelle. k le coefficient de couplage (k' = M'/LIL.,).
RI la résistance du primaire. R., la résistance du secondaire.
Z. toute impédance connectée entre les bornes secondaires.
VI une différence de potentiel sinusoïdale maintenue entre les bornes primai res, à vitesse angulaire w = 2nf, f étant la fréquence.
II le courant qui traverse le primaire.
L, le courant qui traverse le secondaire. Z1 l'impédance entre les bornes primaires comme représenté à la fig. 1. Ces lettres désignent les valeurs complexes habituellement utilisées en calcul électrique. Le sens positif des circuits primaire et secondaire est choisi de façon que M G 0. Dans ces con ditions, la différence de potentiel appliquée au primaire et la f. é. m. induite dans le secon daire sont en phase.
Par conséquent Vl - (RI -f- jwLl) Il - jwMI2 = 0 - jwMIl - (R, + jw4 -f- ZÏ) h = 0 A partir d'ici, R:,, est incorporé dans Z2, et <I>-</I> V, indique la f. é. m. inductive à laquelle la chute de tension due à RI doit être ajoutée, pour obtenir la différence de potentiel entre les bornes d'entrée.
(Dans un bon transformateur, RI et R2 sont négligeables, comparées aux au tres impédances.) Alors Vl = jwLIIl + jwMI2 0 = jwMIl -I- (jwL2 -f- 4 12.
EMI0003.0023
En <SEP> résolvant <SEP> et <SEP> prenant <SEP> Zl <SEP> = <SEP> <U>Vl</U> <SEP> ,
<tb> h
<tb> Zl <SEP> = <SEP> jwLl <SEP> <U>1w1_2 <SEP> (1 <SEP> K</U>
<tb> jw4+Z2
EMI0003.0024
est le rapport réel du transformateur.
L'expres sion YI montre que le circuit est équivalent à une self 1_t en parallèle avec le primaire d'un transformateur idéal de rapport a, une self égale à (1 - k2) L, en série avec l'impédance Z., étant connectée entre les bornes secondai res, comme représenté à la fig. 2.
Le transformateur idéal a un rapport égal à a, k = 1 et les selfs primaire et secondaire sont infinies. Ceci apparaît sur toutes les figu res suivantes.
La self de fuite (1 - k2) 1_2 et la capacité d'entrée de la lampe ainsi que les capacités propres des enroulements sont incorporées maintenant dans un filtre passe-bande, confor mément aux exigences ci-dessus. Une demi- section est le cas le plus simple à calculer.
Les mêmes principes s'appliquent à un filtre passe- bas. La théorie classique des filtres électriques étant bien connue, les hypothèses suivantes sont admises Z., comprend la capacité d'entrée de la lampe et la capacité propre du secondaire, se montant à C" en parallèle avec une self L2 et une résistance R.,. A ceci s'ajoute une dériva tion à résonance série comprenant une self a21_'1 en série avec un condensateur (voir fig. 3).
EMI0003.0043
La self de fuite (1- k2)
4 fait partie de a2L'I. L'impédance du réseau peut être reportée côté primaire en multipliant tout élément trans féré par
EMI0003.0046
(1 - k2)4 reste, de préférence, côté secondaire, et a21_'1- (1 - k2)1_2 = a21_"1 est transféré côté primaire avec . Cl. Cha que impédance est divisée en
EMI0003.0051
deux demi- impédances, puisque le circuit primaire est sup posé équilibré.
Le résultat est représenté à la fig. 4, où
EMI0003.0056
Le calcul est identique à celui d'un filtre électrique ordinaire. C., est imposé par les ca pacités de la lampe, du câblage et des enrou lements. La bande de fréquences requise est donnée. On en tire<I>L,</I> et R2, ainsi que<I>a'</I> de<I>a,</I> qui est le rapport entre R2 et l'impédance de la source alimentant le circuit d'entrée. Celle-ci est généralement une longueur de ligne de transmission.
Il faut prévoir un moyen aisé pour régler l'équilibrage du circuit. Ceci est obtenu en bo binant les deux enroulements<I>1_'1</I> et 1_'1 en série avec les connexions primaires et sur le même mandrin contenant un noyau en matière ma gnétique ou conductrice D réglable, qui peut être rapproché d'un enroulement ou de l'autre. L'espacement des deux enroulements et la lon gueur du noyau sont choisis de façon que la self totale des deux enroulements en série reste quasi constante, quand le noyau se déplace, parce que la self de l'un des enroulements aug mente de la valeur dont la self de l'autre dimi nue. Le circuit est représenté à la fig. 5.
La matière du noyau dépend principalement de la gamme de fréquences considérée. Les conden sateurs série peuvent aussi être variables, comme indiqué par les flèches en pointillé bar rant les condensateurs 2C1. Quand les conden sateurs sont aussi variables, on dispose de deux quantités variables dans le calcul. Ceci permet, en outre, de régler la phase des signaux. Habi tuellement, les condensateurs sont variables de façon indépendante, quoiqu'une commande unique soit possible quand la gamme de ré glage requise est étroite.
Dans le circuit de la fig. 5, la self primaire doit être suffisante pour présenter une admit- tance faible aux fréquences considérées. Cette condition peut être supprimée, si l'on incorpore le primaire dans une cellule de filtrage com plète dont LI est une des selfs parallèles. La self série doit alors être côté secondaire et valoir 2L'la2. Une demi-cellule est ajoutée côté primaire pour produire le réseau d'équili brage. Le circuit est plus difficile à régler que le précédent. Il est représenté à la fig. 6.
Il peut être nécessaire de connecter une self en paral lèle avec LI et une autre en série avec (1-M)L..
Tout ce qui a été dit ci-dessus au sujet des filtres passe-bande haute fréquence s'applique aux filtres passe-bas, avec certaines retouches. La fig. 7 représente un circuit d'entrée comme un filtre passe-bas classique en M.
Dans tous les exemples de filtres passe- bande précédents, on a considéré des sections à k constant. L'impédance de telles sections peut varier plus que ce n'est permis dans la gamme de fréquences requise. Dans ce cas, le procédé consiste à calculer le filtre à k cons tant en première approximation, et à en expé rimenter un ou à mesurer les variations de son impédance. En modifiant, à la suite de cela, légèrement sa charge et ses réactances, on peut atteindre le résultat escompté. L'avantage des filtres en M n'est souvent que théorique, sur tout aux hautes fréquences.
Les mêmes principes s'appliquent au calcul des circuits de sortie, la fig. 8 montrant un exemple de circuit passe-bande. La charge ou les bornes d'entrée d'une ligne de transmission fermée constituent la terminaison du filtre. La capacité parallèle du filtre est constituée ici par les capacités d'anode de la lampe, les ca pacités de câblage et les capacités propres des enroulements. La self de fuite secondaire est incluse dans les selfs série. Les constantes pri maires sont évaluées d'une connaissance de CI et de la largeur de bande requise. Le rapport du transformateur dépend de l'impédance de la charge, qui détermine la constante du circuit secondaire.
Des selfs série couplées avec un noyau réglable D peuvent être utilisées dans le secondaire, pour équilibrer la sortie vers la ligne de transmission ou la charge, comme avant. Dans les circuits décrits, les selfs varia bles sont très rapprochées du transformateur, par exemple à moins d'un pouce pour une fré quence de travail de 20 Mc/s. Les selfs sont aussi disposées de façon que le flux du trans formateur coupe les enroulements à angle droit, de façon à ne pas influencer la réactance effective. En outre, le transformateur peut être entièrement blindé ou enroulé comme une bo bine toroïdale.
Les réseaux quadripôles décrits peuvent être utilisés avantageusement dans les systèmes de distribution de signaux, comme les relais de télévision, pour adapter le central distributeur à une ligne de transmission, et pour adapter des récepteurs terminaux à la ligne de trans mission.