Brevet FR2026609A1 — publié le 19700918

L'invention concerne la transmission des ondes et plus spécialement des circuits de couplage hyperfréquences susceptibles de codifier la phase d'une onde qui les traverse. On utilise couramment des réseaux déphaseurs pour modifier la 5 phase de signaux de radar afin d'orienter les faisceaux émis par celui-ci. Dans les radars modernes, il est souhaitable que le déphasage soit accompli par des dispositifs numériques afin d'utiliser directement les ordres d'orientation provenant du calculateur du radar. 10 Tous les déphaseurs à diode à large bande de la-technique antérieure exigent un intervalle égal à f\ /A- entre les paires de diodes le long d'un élément d'une ligne de transmission et nécessitent également plusieurs de ces éléments pour obtenir de grandes valeurs numériques du déphasage. Par exemple, un déphasage de 180° 15 nécessite en général au moins quatre éléments réalisant chacun un-déphasage de 45° et le déphasage de 90° exige deux éléments de ce genre. Le nombre d'éléments nécessaires pour un déphaseur complet, et 1'intervalle nécessairement égal à /4 entre les paires de diodes dans chaque élément ont pour conséquence que la structure 20 est relativement longue. Le nombre d'éléments nécessaires pour ces grandes valeurs numériques est imposé par des limitations pratiques ayant pour origine les pertes par réflexion (désadaptation) pour chaque élément et la puissance que lesdits éléments peuvent transmettre. 25 Le problème consiste à trouver des moyens techniques pour réduire le nombre d'éléments et de supprimer'la condition imposant un intervalle égal à de manière à réduire sensiblement les dimensions de l'ensemble du déphaseur. Ces deux problèmes sont résolus par la présente invention suivant laquelle une diode addi-30 tionnelle est intercalée entre chaque paire de diodes de manière à former un réseau en pi, supprimant ainsi non seulement la condition d'espacement égal à (\ /4, mais réalisant aussi un déphasage exactement égal à 180° dans un seul élément à trois diodes. Le- déphaseurs réalisés selon la présente invention provoquent aes pertes 35 par désadaptation ne dépassant pas 12 décibels pour une largeur de bande relative égale a 18$, contre une largeur de bande relative ne dépassant pas 3$ environ pour les lignes de transmission chargées connues. De plus, cette nouvelle idée se prête à des réali,nations utilisant la technique des couches minces, parce rue les 40 lignes de couplage et les adapteurs sont remplacés par des bad original 69 31660 2 2026609 composants à constantes localisées. La présente invention comprend un déphaseur numérique hyper-fréquence comportant plusieurs éléments de déphasage dans lesquels chaque élément contient trois diodes branchées de préférence de 5 manière à former un réseau en pi, deux des diodes étant branchées dans les deux branches shunt et la troisième diode3îétant dans la branche série. Un circuit de polarisation polarise un nombre donné de diodes en sens inverse des diodes restantes.-lorsque les polarisations sont inversées dans un élément, cet élément qui était un 10 circuit passe-bas se transforme en circuit passe-haut' ou vice-versa, son déphasage étant ainsi modifié. L'invention sera mieux comprise en se reportant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un mode de réalisation de l'inven-15 tion conçu en particulier pour l'insertion dans un câble coaxial ; - la figure 2 représente schématiquement le circuit équivalent aux éléments illustrés sur la figure 1 ; - la figure 3 est une coupe partielle d'un modèle de condensateur de fuite employé dans les circuits de polarisation de la 20 figure 1 ; - les figures 4 et 5 représentent deux réseaux type constitués par les circuits à diodes employés dans la présente invention ; - la figure 6 représente un mode de réalisation à éléments en couche mince d'une autre forme de réalisation de Uinvention ; 25 - la figure 7 représente schématiquement le circuit équiva lent au réseau formé par les éléments représentés sur la figure 6 ; - la figure 8 représente les courbes indiquant la caractéristique de déphasage des réseaux-constitués par les ensembles représentés sur les figures 1 et 6 ; et 30 - la figure 9 est une représentation schématique d'un dépha- seur-type à n chiffres (avec n éléments dont le déphasage est réduit dans le rapport 2 d'un élément au suivant) et un circuit de commande de 3a polarisation selon la présente invention. La réalisation de la figure 1 est intercalée dans un câble 35 coaxial pour recevoir un signal d'entrée à la borne d'entrée 1 et délivrer un signal de sortie à la borne 2. Le câble coaxial et ses connecteurs associés ne sont pas représentés sur cette figure. Le signal d'entrée appliqué à la borne 1 est transmis aux conducteurs d'entrée 3 et 4 qui sont étroitement couplés par la faible impédan-40 ce du condensateur C1 de blocage. Le conducteur 5 de sortie est 69 31660 3 2026609 couplé au conducteur d'entrée 4 par une diode D3 et une petite inductance série 8. Une première ligne 6 correspondant à une fraction de longueur d'onde, "branchée en parallèle, est couplée au conducteur d'entrée 4 par la faible impédance d'un condensateur 02 5 de "blocage et cette ligne est terminée par une diode D1 reliant son extrémité inférieure à une pièce de masse conductrice 17» De même, une seconde ligne 7 correspondant à une fraction de longueur d'onde, branchée en parallèle, est couplée au conducteur de sortie 5 par la faible impédance du condensateur de blocage 03, l'extré-10 mité supérieure de cette ligne étant reliée à une pièce conductrice 18 formant masse par une diode D2. Les lignes 6 et 7 peuvent avoir une longueur légèrement supérieure à- /4 à la fréquence d'utilisation. Dans une réalisation pratique, cette longueur est très voisine de ^ /3, si bien qu'elle transforme et inverse la 15 réactance de la diode de telle manière que la réactance de la branche shunt est de signe opposé à celle de son circuit à diode, La diode D1 est polarisée en courant continu par une inductance-d'arrêt 9 séparatrice et un condensateur de fuite C5, ce dernier étant représenté sur la figure 3. L'extrémité inférieure de 20 l'inductance 9 est reliée à la borne 23 de polarisation du condensateur de fuite, tandis que l'extrémité supérieure de l'inductance d'arrêt 9 est reliée à l'extrémité supérieure de la ligne 6 correspondant à une fraction de longueur d'onde de la première branche shunt,. Un circuit conducteur est ainsi formé de la borne 25 23 de polarisation par l'inductance séparatrice 9, la ligne 6, la diode D1 et la pièce de masse 17, La figure 3 illustre la partie supérieure du boîtier 13 qui est conducteur pour assurer la polarisation. Un conducteur 23A de polarisation est tiré à l'intérieur à travers ce boîtier et relié 30 à la borne inférieure d'un condensateur C5 classique de fuite, représenté en coupe avec seulement, trois armatures. Il est courant de disposer d'autant d'armatures qu'il est nécessaire pour obtenir la. capacité désirée par rapport à la masse. Le condensateur C5 mi. s en place dans un-boîtier est fixé par une vis 13A serrée de 35 manière à s'appliquer sur son enveloppe-, afin de l'assujettir solidement. Les polarisations des diodes D2 et D3 sont obtenues de manière semblable, le circuit; de polarisation pour la diode D2, partant de la borne 26 du condensateur.de fuite 06, passant par une. inductance 40 d'arrêt séparatrice 12, la ligne 7 équivalent à une fraction de BAD ORIGINAL 69 31660 4 2026609 longueur d'onde de la seconde branche, la diode D2 et la pièce de masse conductrice 18, tandis que le circuit de polarisation pour la diode D3 peut être suivi de la borne 25 du condensateur de fuite C4 en passant par l'inductance séparatrice 11, le conducteur d'entrée 5 4, l'inductance série 8, la diode D3, le conducteur de sortie 5, 11 inductance; séparatrice 10 et la borne à la masse 24 de la pièce de masse conductrice 14. Les pièces métalliques 19 et 20, d'entrée et de sortie, respectivement, sont liées électriquement et mécaniquement aux boîtiers 13, 15 et 16 de polarisation et à la pièce de 10 masse 14, et ces pièces sont, à leur tour, reliées mécaniquement et électriquement aux pièces de masse 17 et 18. Une plaque métallique de masse 21 placée au fond, est également reliée électriquement et mécaniquement à cet ensemble lié à la masse, et dans l'ensemble final, une plaque de masse supérieure semblable, non représentée, 15 est fixée aux pièces d'extrémité 19 et 20, respectivement d'entrée et de sortie, par plusieurs vis montées dans les trous taraudés 22. Les conducteurs d'entrée 3 et 4 et le conducteur de sortie. 5 sont convenablement espacés des deux plaques de masse conformément à la pratique courante de manière à obtenir l'impédance caractéristique 20 désirée. Le circuit équivalent à la réalisation de la figure 1 est représenté sur la figure 2 et les composants correspondants sur ces deux figures portent les mêmes numéros de références. Le circuit principal du signal et le circuit principal formé par cet élément 25 déphaseur sont représentés en traits gras, tandis que les circuits de polarisation sont représentés en traits fins. On observera que les diodes D1, D2 et D3 forment un réseau en pi entre la borne d'entrée 1 et la borne de sortie 2, et que ces diodes constituent des charges pour leurs branches respectives dans.le réseau en pi. 30 La description ci-dessus contenant les circuits de polarisation de la figure 1 est également applicable à la figure 2 et il n'est pas nécessaire de la recommencer. Le schéma de la figure 2 représente les trois diodes D1, D2 et D3 sous forme de dispositifs simples, tandis qu'aux hyperfréquences, 35 se sont plutôt des circuits résonants compliqués. Un circuit simplifié équivalent à une diode est représenté à titre- d'exemple. sur la figure 4, où la diode D1 représentée à la figure .2 est branchée entre la ligne 6 et la masse 17. Cette diode est représentée avec une réactance série inductive X^ et une réactance shunt 40 capacitive X^, et il est évident que le symbole diode, dans ce 69 31660 5 2026609 circuit simplifié, est censé représenter un simple interrupteur. Ce circuit est également représenté à droite sur la figure 4> la diode étant remplacée par un symbole d'interrupteur simple. Il est également entendu qu'à la fréquence d'utilisation, la réactance 5 capacitive est supérieure à la réactance inductive, si bien que lorsque l'interrupteur est ouvert, c'est à dire quand la diode est polarisée en sens inverse, l'ensemble du réseau équivalent à la diode a une réactance capacitive équivalente entre la ligne 6 et la masse 17. Par contre, quand la diode est polarisée dans le sens 10 positif, la réactance capacitive est court-circuitée si bien que le circuit a une réactance équivalente inductive. Par conséquent, quand la polarisation de la diode est inversée, la réactance du circuit acquiert un signe opposé à celui de la réactance avant l'inversion de la polarisation, les lignes 6 et 7, qui correspon-15 dent à une fraction de longueur d'ondes de la figure 2, se comportant comme des transformateurs, comme on l'a indiqué ci-dessus, les signes de réactances des diodes D1 et D2 sont effectivement inversés dans les branches shunt, un circuit à diode capacitive rendant sa branche shunt inductive et vice-versa. En branchant 20 les diodes de ce type dans le circuit de la figure 2 et en inversant les polarisations de ces trois diodes, les branches shunt des réseaux en pi deviennent inductives et les branches série deviennent capacitives. La valeur de la faible inductance série 8 peut être incluse dans l'inductance X^ de la diode représentée sur la 25 figure 4. Par contre, si ces diodes sont polarisées dans le sens direct, les branches shunt deviendront capacitives, tandis que la branche série comprenant la diode D3 sera inductive. On peut utiliser un autre circuit équivalent pour les diodes en ajoutant les réactances extérieures de la manière représentée 30 sur la figure 5. Ceci sera représenté plus en détail sur la figure 6 et les numéros de référence figurant sur le schéma de gauche de la figure 5 correspondent à ceux de la diode D1 de la figure 6. Le condensateur C10 est un condensateur de découplage, tarais que le condensateur Cl 2 a une réactance Xç qui doit être inférieure à la 35 réactance inductive X^ à la fréquence d'utilisation. Dans ce cas, comme la diode D1 est polarisée dans le sens direct, elle se comporte comme un interrupteur fermé pour court-circuiter la réactance inductive X^ rendant le circuit capacitif, tandis que si la diode est polarisée en sens inverse, ce circuit présente une réactance 40 inductive. original" 69 31660 6 2026609 L'invention se prête très facilement à des réalisations utilisant la technique des couches minces et une forme de réalisation de l'invention correspondant à cette technique est représentée sur la figure 6. Le schéma représentant les circuits équivalent à la 5 structure représentée sur la figure 6 est représenté sur la figure 7 et les références pour les composants "correspondants sur les deux figures sont identiques. Tous les composants du circuit de la figure 6, sauf les trois diodes, sont constitués par des couches minces sur le support 80, lui-même supporté par la plaque 70 de 10 masse entourant ledit support. La borne d'entrée 61 est couplée aux conducteurs d'entrée 63 et 64, ces deux derniers conducteurs étant couplés entre eux par la faible impédance du condensateur de blocage 07. Les conducteurs 66 et 67 de sortie aboutissent à la borne de sortie 62 et les conducteurs 66 et 67 sont couplés par la 15 faible impédance du condensateur de blocage C8. Les condensateurs de blocage 01 et C8 sont tous deux réalisés par la technique des couches minces^De condensateur 07, par exemple, est formé par un conducteur placé sur la face inférieure du support 80 et chevauchant les conducteurs 63 et 64 comme indiqué en pointillé. Le con-20 densateur 08 est réalisé de la même manière. Les diodes D1 et D2 sont placées dans les branches shunt d'un réseau en pi, tandis que la diode D3 est dans la branche série, comme on lë voit sur la figure 7. Pour les diodes D1 et D2, on utilise le circuit équivalent de la 'figure 5, tandis que pour la 25 diode D3, on utilise le circuit équivalent de la figure 4. Avec cette disposition, ces trois diodes sont polarisées dans le sens direct ou dans le.sens inverse pour faire passer le déphasage du circuit d'une valeur à une autre. Comme les circuits contenant les diodes D1 et D2 sont identiques, on se contentera de décrire le 30 circuit de la diode D1. Comme l'indiquent les figures 6 et 7, le circuit de polarisation de la diode D1 part de la borne de polarisation 71, passe par la diode D1, une borne du condensateur C12, 1'inductance.L1 et aboutit à la masse 70. L'inductance L1 a la réactance inductive X^ représentée schématiquement sur la figure 5. 35 A la fréquence d'utilisation, le condensateur C10, réalisé de la même manière que le condensateur C7S dérive les courants de signal de la diode a la masse. Par conséquent, quand la diode Di est polarisée dans le sens direct, l'inductance L1 est pratiquement court-circuitée pour les fréquences de signal. Le condensateur C12 40 est formé par des plaques "interfoliées" d'un même côté du support 69 31660 7 2026609 80, conformément à la technique courante des couches milices, un groupe de plaques étant relié directement aux extrémités supérieures de l'inductance L1 et de la diode D1, tandis que l'autre groupe de plaques est solidaire du conducteur 64. 5 Comme on l'a indiqué ci-dessus, le circuit équivalent à la diode D3 est celui représenté sur la figure 4 et son, circuit de polarisation comprend les lignes quart d'onde 68 et 69 en forme de grecque, qui se comportent toutes deux comme des inductances d'arrêt à la fréquence d'utilisation, l'extrémité supérieure de l'inductance 10 d'arrêt 68 est couplée à la masse par le condensateur de découplage C9 réalisé de la même manière que le condensateur 07, tandis que l'extrémité supérieure de l'inductance 69 est reliée directement à la plaque de masse 70. l'extrémité inférieure de l'inductance d'arrêt 68 est reliée au conducteur 66, tandis que l'extrémité infé-15 rieure de l'inductance d'arrêt 69 est reliée au conducteur 64. le condensateur 013 est constitué par de minces pellicules interfoliées à la partie supérieure du support 80 tout comme les condensateurs 012 et C14 et constitue une partie de la réactance capacitive XQ représenté schématiquement sur la figure 4. la réactance 20 X-^ inductive de la diode représentée sur la figure 4 est accrue par l'inductance L3 représentée, qui est branchée directement entre les conducteurs 65 et 64 (figure 6). Des bornes de polarisation séparées sont représentées sur les figures 1 et 6 pour chacune des trois diodes. Avec cette disposi-25 tion, il est possible de faire passer dans chaque diode des courants de polarisation individuels déterminés de manière à satisfaire à ses conditions d'impédance. Un procédé commode pour obtenir ces courants à partir d'une source unique de tension consiste à brancher une résistance séparée, non représentée, en série avec 30 chaque borne de polarisation. les trois diodes de la figure 7 sont polarisées en même temps dans le sens direct, mais étant donné que la diode située dans la branche série peut être représentée par le réseau de la figure 4, tandis que les diodes situées dans les branches shunt peuvent être 35 représentées chacune par le réseau de la figure 5, la branche série est rendue inductive quand les deux branches shunt deviennent capacitives. Inversement, si les trois diodes de la figure 7 sont polarisées en sens inverse, le circuit de la branche série devient capacitif, tandis que les deux diodes situées dans les branches 40 3hunt deviennent chacune inductives. Ces deux circuits sont 69 31660 8 2026609 représentés schématiquement sur la figure 8, avec leur caractéristique de déphasage en fonction de la fréquence. La figure 8 représente une caractéristique type pour chaque circuit. Quand la branche série est inductive, et que les deux 5 branches shunt sont capacitives, le circuit constitue un filtre passe-bas ayant la caractéristique représentée par la courbe supérieure, mais quand la branche série est capacitive et que les deux branches shunt sont induetives, on obtient un filtre passe-haut dont les caractéristiques sont représentées par la courbe inférieu-10 re. Ces circuits peuvent être réalisés de telle manière que, à la fréquence d'utilisation f , les deux courbes soient sensiblement parallèles entre elles dans une bande de fréquence considérable. De plus, à la fréquence d'utilisation, on peut réaliser le circuit passe-bas de manière qu'il provoque un déphasage positif, mais si 15 l'on inverse les polarisations de ces diodes, le circuit passe-haut obtenu peut être réalisé de manière à provoquer un déphasage négatif de valeur sensiblement égale, si bien que la variation totale de phase est égale à" A > comme l'indique la figure 8. Il est évident que, puisque ces deux courbes sont presque parallèles au 20 voisinage de la fréquence d'utilisation, un écart considérable par rapport à la fréquence f ne modifiera pas la variation globale du déphasage. Par conséquent, le déphasage obtenu avec ce circuit varie très peu en fonction de la fréquence. La figure 9 représente schématiquement un déphaseur complet 25 à n éléments, ayant une borne d'entrée 91 et une^borne de sortie 9i Chacun des éléments déphaseurs est constitué par un des circuits représentés sur la figure 1 ou 6 ou un circuit équivalent. Un circuit de réglage de la polarisation dans le sous-ensemble 93 est relié par des lignes de commande 94 à chacun des déphaseurs. Chacune de 30 ces lignes correspond à un circuit de commande contenant trois conducteurs, comme le conducteur 23A de la figure 3, afin de régler les courants de polarisation pour les trois diodes dans chaque élément. Le circuit en pi, décrit en particulier dans le présent mé-35 moire descriptif pour expliquer l'invention, peut être remplacé par un circuit équivalent en 1, et de plus, une diode "Varicap" (à capacité variable) peut remplacer la diode du type PIN pour modifier la réactance dans chaque branche du circuit et pour obtenir le même résultat. 69 31660 9 2026609 LEgEMPE DES DESSIKS Figures Repères 8 B Déphasage " C Fréquence " D Passe-haut 9 E Elément " F Elément de rang n » G- Réglage de la polarisation 69 316.60 10 2026609 REYEtmtOATIOMS 1. Déphaseur hyperfréquences constitué par plusieurs éléments déphaseurs, chaque élément correspondant à une valeur du déphasage, caractérisé en ce que chacun desdits éléments est constitué par 5 trois circuits résonants, chacun desdits circuits comprenant une diode susceptible de modifier l'impédance équivalente de son circuit à partir d'une première réactance, quand ladite diode est polarisée de manière à être à l'état non conducteur, pour aboutir à une seconde réactance de signe opposé quand la polarisation est inversée et que la diode est à l'état conducteur,, des organes assurant la polarisation dans le sens direct d'un pertain nombre de diodes dudit circuit tout en polarisant simultanément en sens inverse les autres diodes. 2. Déphaseur hyperfréquences selon la revendication 1, carac-15 térisé en ce que chacun desdits éléments déphaseurs est un réseau en pi constitué par une section d.'une ligne de transmission et la diode comprend un élément série branché en série avec un condensateur et ladite ligne de transmission, les deux diodes qui constituent les deux branches shunt étant chacune branchées en série 20 avec un condensateur, en parallèle sur ladite ligne de transmission. 3. Déphaseur hyperfréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des trois circuits résonants sus-men-tionnés de chaque branche est constitué par un circuit ayant une réactance capacitive en parallèle sur la diode et une réactance 25 inductive en série avec cette diode, la réactance capacitive étant supérieure à ladite réactance inductive à la fréquence d'utilisation 4. Déphaseur hyperfréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des trois circuits résonants sus-men-tionnés de chaque branche est constitué par un circuit ayant une 30 résistance inductive en parallèle sur ladite diode et line réactance capacitive en série avec ladite diode, la réactance inductive étant supérieure à ladite réactance capacitive à la fréquence d'uti lisation. 5. Déphaseur hyperfréquences selon la revendication 1 , carac- 35 térisé en ce que tous les éléments déphaseurs sus-mentionnés sont branchés en série de façon que le déphasage total soit la somme des déphasages de chacun desdits éléments, chaque élément correspondant à une valeur numérique du déphasage produit par un déphaseur numérique à n éléments comportant, par exemple, n éléments 40 déphaseurs dont le déphasage est réduit par exemple dans le rapport 2 quand on passe d'un élément au suivant.