Brevet FR2036848A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne un dispositif statique pour commuter à partir d'un émetteur de signaux la puissance d'un courant de haute fréquence à crête importante alternativement sur deux organes d'utilisation, tels que par exemple deux antennes rayonnantes. On connaît déjà des dispositifs permettant de commuter à partir d'un émetteur une puissance en courants à haute fréquence alternativement sur une antenne et sur une autre, mais ils font appel à un appareillage mécanique dont la durée de vie est limitée notamment du rait qu'ils comportent des contacts mécaniques de faible fiabilité. Par ailleurs ces dispositifs fournissent des temps de commutation d'une antenne à l'autre de quelques millisecondes seulement et ne peuvent être mis en oeuvre que pour des fréquences de commutation relativement faibles.En outre,dèsque l alimen- tation est coupée, accidentellement par exemple, la puissance haute fréquence n'est plus transmise à aucune des deux antennes. La présente invention cbvie à ces inconvénients en fournissant un dispositif de commutation rapide ne comportant pas d'appareillage mécanique donc beaucoup plus fiable que les dispositifs connus, possédant en outre des temps de commutation de la puissance haute fréquence inférieurs à 10 microsecondes, pouvant être mis en oeuvre pondes fréquences supérieures à 1000 Mégaherz et permettant de conserver la commutation de la puissance haute fréquence sur une des deux antennes lorsque l'alimentation du dispositif est coupée accidentellement. Le dispositif statique de commutation d'une puissance de courants à haute fréquence alternativement sur un organe d'utilisation et sur un autre est, scI on l'invention,caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison - un commutateur pour courants à haute fréquence comportant une entrée commune d'un signal constituée par une ligne adaptée disposée entre une entrée coaxiale reliée à l'émetteur de signal et un point à partir duquel la dit ligne se subdivise en deux voies aboutissant chacune à un organe d'utilisation, par 1 'in- termédiaire, pour un premier organe, d'au moins une diode montée en série, une autre diode étant montée en d -- iolsS snr m voie aboutissant au second organe, les dites diodes constituant une branche de circuit dans laquelle elles sont montées en série l'une par rapport à l'autre, et comportallt aux bornes de l'en- semble.des dites diodes des moyens de blccage du courant à haute fréquence. -. un circuit d'alimentation relié aux deux bornes de la dite branche de circuit et constitué d'une part, par une première source de tension positive reliée à la borne de la partie du circuit des diodes comportant la diode en dérivation, et d'autre part, par une seconde source munie d'un moyen pour porter son potentiel à une valcur nulle ou à une valeur plus élevée que celle du potentiel de la première source, et reliée à l'autre borne du circuit des diodes. Selon d'autres caractéristiques - les organes d,'utilisaticn sont des antennes rayonnantes - les moyens de blocage du courant haute fréquence sont constituée par des filtres passe-bas à self induction et capacité. - le moyen pour porter la seconde source de tension à une valeur nulle ou à une valeur plus élevée que celle du potentiel de la première source est un transistor monté en interrupteur, branché en dérivation sur une entrée de tension positive à potentiel convenable et relié à un organe de polarisation de sa tension de base - l'organe de polarisation est une résistance reliée à un interrupteur ou à un dispositif délivrant un signal carré de commande. - le dispositif délivrant un signal carré de commande est un multivibrateur. - l'entrée de tension positive au potentiel le plus élevé est stabilisée par une ode Zener. - les diodes pontées en série entre les moyens de blocage du courant à haute fréquence sont des diodes du type PIN présentant une très grande inertie vis-à-vis des courants à haute fréquence. De manière préférée - Deux diodes sont montées en série sur la voie aboutissant au premier organe d'utilisation. - les deux diodes montées en série sur la voie aboutissant au premier organe d'utilisation sont disposées l'une par rapport à l'autre à une longeur électrique égale au quart d'onde à la fréquence centrale utilisée, la longueur électrique séparant le point commun aux deux votes de la diode en dérivation sur la deuxième voie étant aussi égale au quart d'onde à la fréquence centrale utilisée, la longueur électrique séparant les diodes en série de l'organe de blocage correspondant du courant à haute fréquence étant aussi égale au quart d'onde à la fréquence centrale utilisée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description faite ci-après en regard de la figure unique qui représente à titre d'exemple non limitatif le schéma d'un dispositif statique de commutation de puissance de courant à haute fréquence sur deux antennes, conforme à l'invention. En se référant à ce schéma, le dispositif comporte une ligne adaptée 1 disposée entre une entrée coaxiale 2 venant de l'émet- teur et le point commun 3, et comportant entre ces deux points un condensateur de blocage 4 de capacité appropriée. Du point commun 3 partent les voies de sortie 5 et 6 respectivement vers une première antenne 7 et une deuxième antenne 8.Sur la voie , est montée en série entre le point commun 3 et l'antenne 7 un condensateur de blocage 9 de capacité appropriée évitant aux courants de polarisation de sortir du commutateur, une diode 10 à haute résistivité et à très grande durée de vie, et qui présente une très grande inertie vis-à-vis des courants à haute fréquence (fréquence supérieure à 10 MHz) par exemple du type PIN est montée en dérivation entre la voie 5 et une borne 11 reliée à une source régulée délivrant un courant sous une tension de + 10 volts par rapport à la masse et de façon qu'elle présente une longueur électrique équivalente au quart d'onde à la fréquence centrale utilisée, depuis le point commun 3 c'est-à-dire qu'elle est disposée an plus près de ce point commun de façon à présenter une très forte impédance lorsqu'elle est bloquée la dérivation 12 sur laauelle est montée la diode 1e comporte, en série avec cette dernière; un filtre passe-bas selfwcapacité 13 interposé entre cette ciode 10 et la berne 11, et en dérivation sur cette même dérivation 12 un condensateur 14, dont une armature est reliée à un point de la dite dérivation compris entre la diode 10 et le filtre 13 et l'autre armature reliée a' la masse.Sur la voie 6 de sortie vers la deuxième antenne 8 sont montés en série successivement à partir du point commun 3 :une diode 15 de même type que la diode 10 ci-dessus, c'est-à-dire du type PIN, par exemple, disposée au plus près du point commun 3 de façon à présenter une très forte impédance lorsqu'elle est bloquée; une diode 16 du type PIN également située à une longueur électrique de la diode 15 égale au quart d'onde à la di , ~e qURnc? fréquence centrale est gestir doubler les caractéristicues outenues avec ur.e seule diode et un condensateur de blocage 17 évite au courant de polarisation de sortir du conmutateur;;sur unc dérivation 18 partant d'un point de la vole 6 situé entre la diode 16 et e condensateur 17 et aboutissant a une entrée de polarisation 19 efiée à la source de courant, sont diSpo3éS5 en s.iXe, une self 20 représentée par une portion de ligne à haute impédance de longueur électrique égale au quart d'onde et un condensateur 21 dont l'une des arma- tures est reliée à la masse. L'alimentation en énergie électrique du dispositif de commutation ci-dessus décrit est constituée par une source régulée délivrant une tension de + 10 Volts par rapport à la masse sur la borne 11 et une tension de + 27 Volts par rapport à la masse sur la borne 22; par une entrée 23 reliée à un amplificateur de sortie lui-même commandé par un multivibrateur à fréquence réglable et délivrant soit une tension nulle, soit une tension de polarisation soit des signaux carrés à ces deux tensions..Cette entrée 23 est reliée à la base d'un transistor de sortie 24, dont l'émetteur est relié à la masse et le collecteur est relié à l'entrée de polarisation 22 par l'intermediaire d'une résistance 25 de réglage de débit de faible valeur, tandis que la borne 22 est reliée à un point du circuit compris entre le collecteur du transistor 24 et la résistance 25, par l'intermédiaire d'une résistance 26 de valeur levée et d'une cliode 27 présentant une forte impédance inverse; en outre, une "diode Zener" 28 est disposée entre un point du circuit situé entre la résistance 26 et la diode 27 et la masse pour écrêter l'js perturbabions de la source au potentiel de + 27 Volts. Le dispositif ci-dessus décrit permet la commutation de l'émetteur auquel il est relié soit sur la première antenne 7 soit sur la deuxième antenne 8 et le passage d'un de ces deux états de commutation à l'autre en un temps extrêmement court. Dans le cas où la puissance HF est transmise de l'émetteur à la première antenne,ies conditions suivantes doivent être réalisées . les trois diodes PIN 15 et 16 d'une part, 10 d'autre part doivent se trouver en état de blocage et présenter une impédance HF élevée, de cette manière, la deuxième antenne 8 est solée par rapport à la première antenne 7 puisque la diode 15 montée au plus près du point commun 3 évite alors à la ligne haute fréquence d'être perturbée et que la diode 16 située à une longueur électrique de la diode 15 égale au quart d'onde en double les caractéristiques de découplage, ce qui permet @ d'obtenir un isolement de l'antenne 8 par rapport à l'antenne 7 que l'on peut mesurer par un affaiblissement de l'ordre de 30 Décibels de même la diode 10 montée au plus près de la voie 5 évite à la ligne haute fréquence d'être perturbée. Dans ce cas l'alimentation peut se trouver dans deux états Dans un premier état qui correspond au fonctionnement normal, le transistor 24 est bloqué parce que sa base est à un potentiel nul; l'entrée de la polarisation 19 se trouve à un potentiel de + 27 Volts par rapport à la masse, tandis que la sortie de polarisation 25 se trouve à un potentiel de + 10 Volts par rapport à la masse; ce qui se traduit par l'existence d'une tension inverse de + 17 Volts aux bornes des trois diodes PIN3 montées en série dans le circuit allant de la borne 11 à la borne 22.Cette tension inverse a pour but de maintenir ces diodes à une impédance très élevée de 10 K t chacune3 d'éviter ainsi des pertes de courant à haute fréquence, et, également3 de bloquer rapidement les diode et de diminuer le temps de commutation de la vote 5 à la voie 6. Dans un deuxième état de l'alimentation, correspondant au cas d'une coupure ou d'une panne dans cette dernière, la tension inverse ci-dessus n'existe plus, ce qui a pour objet d'augmenter légèrement les pertes de courant à haute fréquence (environ 0,1 d13); par ailleurs la tension de crête du courant à haute fré- quence a tendance à autopolariser les trois diodes PIN et à les rendre conductrices, ce phénomène étant d'autant plus sensible que l'impédance ààla borne 19 est plus faible c'est pour reme- dier à cet inconvénient que sont disposés aux emplacements cidessus indiqués le transistor 24 et la diode 27.Ainsi, dans le cas où l'alimentation est suppriie'e, le fait que les trois diodes PIN @oient bloquées : > pour conséquence de bloqueur la voie et de rendre passante le voie 6 l'émetteur reste alors commuté avec l'antenne et avec celle-ci seulement. Dans le cas oi la puissance HF est transmise de l'émetteur à la deuxime antenne, les conditions suivant doivent être réalisCes les diodes 15 et 16 doivent présenter une impédance trts faible pour rendre la voie 6 passante ; de même la diode 10 doit présenter une impédance très iaih:.e de façon a établir un véritable cou-lt-circuit -ie la dite 5 situé ne lcngueur olec- trique du point commun 3 égaXe au quart d'onde, ce court-circuit ramenant au point 3 une impédance très élevée sur la voie 5.En outre, la capacité 14 forme avec la self parasite de la diode 10 un circuit résonnant série de faible impédance pour la fréquence centrale qui a pour but d'améliorer les caractéristiques du courtcircuit et d'augmenter de ce fait le découplage de l'antenne 7 par rapport à l'antenne 8 qui se traduit par un affaiblissement des puissances émises de plus de 30 :dB. L'alimentation dan . cas,,est réalisée de la la mière suivante : le transistor de sortie 24 laisse passer le courant, mettant ainsi la borne 19 d'entrée de polarisation à la masse à travers la résistance 25 de réglage de débit qui a une faible valeur, de ce fait un mourant continu circule depuis la borne 11 au potentiel de+10 Volts par rapport à la masse3 jusqu'à la masse, à travers les trois diodes PIN, ce courant ayant pour effet de les polariser, celles-ci présent nt une impédance très faible pour les courants à haute fréquence. Ainsi donc3 lorsque la base du transistor 24 est à un potentiel nul,seule l'antenne 7 est commutée avec l'émetteur tandis que lorsqu'elle est portée à un potentiel positif, seule l'antenne 8 est commutée avec l'émetteur. La commutation de l'émetteur d'une antenne à l'autre peut donc etre obtenue en plaçant alternativement la base du transistor de sortie 24 au potentiel zéro et à un potentiel positif convenablement choisi.Ce résultat peut être obtenu au moyen d'un multivibrateur battant à une fréquence convenablement choisie et fournissant des signaux carrés à front de montée rapide(à moins de 1 microseconde). Ilsen résulte une polarisation et un blocage des trois diodes PIN en un espace de temps également très court (environ 5 microsecondes) et une répartition de l'énergie des courants à haute fréquence depuis l'émetteur alternativement sur une antenne et sur l'autre à la fréquence de battement du multivibrateur. Le dispositif statique de commutation ci-dessus qui a l'avantage de conserver la commutation sur une des antennes en cas de panne d'alimentation peut comporter diverses applications, notamment dans le domine des transmissions radioélectriques et plus particulirement des transmissions réalisées au moyen de courants HF dont la fréquence est de ' l'ordre de ou supérieure, à 1000 MHz cela avec des temps de commutation d'un antienne à l'autre inférieurs à 10 microsecondes, des trains dtimpulsion d'une largeur de 2 microsecondes et une fréquence de commutation réglable uc- 2C à C 60 Hz par signaux carres C'est ansi qu'il peut être appliqué par exemple, à a commutation entre deux antennes HF pour l'émission dans deux directions différentes et notamment deux directions opposées. I est bien entendu que la présente invention n' été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter des équivalences dans ses éléments cons- titutifs sans pour autant sortir du cadre de la dite invention qui est défini dans les revendications annexées. R E V E N D T C A T I O ìi S I - Dispositif statique de cor.qmutation pour courants à haute fréquence du type comportant une entrée de signal reliée à deux organes d'utilisation commutables chacune volonté ou alternativementcaractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison - un commutateur comportant une entrée commune d'un signal constituée par une ligne adaptée disposée entre une entrée coaxiale reliée à l'émetteur de signai et un point à partir duquel la dite ligne se subdivise en deux voies aboutissant chacune à un organe d'utilisation, par l'intermédiaire,,pour le premier de ces organes, d'au moins une diode montée en série une autre diode étant montées dérivation sur la voie aboutissant au second or gante, les dites diodes eonstituant une branche de circuit dans laquelle elles sont montées en série l'une par rapport à l'autre, et comportant aux bornes de l'ensemble des dites diodes des moyens de blocage du courant à haute fréquence. - un circuit d'alimentation relié aux bornes de la dite branche de circuit et constitue , d'une part, par une première source de tension positive reliée à la borne de la partie du circuit des diodes comportant la diode en dérivation et d'autre part, par une seconde source munie d'un moyen pour porter son potentiel à une valeur nulle ou à une valeur plus élevée que celle du potentiel de la première source et reliée à l'autre borne du circuit des diodes. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les organes d'utilisation sont des antennes rayonnantes. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les moyens de blocage du courant à haute fréquence sont constitués par des filtres passe-bas à self induction et capacité. 4 - Dispositif selon la revendication i caractérisé par le fait que les diodes montées en série entre les moyens de blocage du courant à haute fréquence sont des diodes du type PIN présentant une très grande inertie vis-à-vis des courants à haute fréquence. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le moyen pour porter le potentiel de la seconde source de tension à une valeur plus élevée que celle du potentiel de la première source est un transistor monté en interrupteur branché en dérivation sur une entrée de tension positive à potentiel convenable et reliée à un organe de polarisation de sa tension de base 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'organe de polarisation est constitué par une résistance reliée à un interrupteur ou à un dispositif délivrant un signal carré de commande 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que le dispositif délivrant un signal carré est un mul tivibrateur-. 5à 3 - Dispositif selon les revendications/( caractérisé par le fait que l'entrée.de tension positive au potentiel; le plus élevé est stabilisée par une diode Zener. 9 - Dispositif selon l'úne des revendications 1 à 8 ca caractérisé par le fait que deux dipdes sont montées en série sur la voie aboutissant au premier organe d'utilisation. 10 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé par le fusait que les deux diodes montées en série sur la voie aboutissant au premier organe d'utilisation sont disposées l'une par rapport à l'autre à une longueur électrique égale au quart d'onde à à la fréquence centrale utilisée que la longueur électrique séparant le point commun aux deux voies de la diode en dérivation sur la deuxième voie est aussi égaie au quart d'onde à la fréquence centrale-utilisée et que la longueur électrique séparant les diodes en série de l'organe de blocage correspondant du courant à haute fréquence est égale au quart d'ondé à la fréquence centrale utilisée. 11 - -Appareil de commutation rapide pour courant haute fréquence et son alimentation comportant un dispositif de commutation selon l'une quelconque des revendications précédentes.