Brevet FR2035070A1 — publié le 19701218

La présente Invention, se rapporte à un ensenfcle multiplicateur de fréquence et filtre miniaturisé à composants solides. L'usage des dispositifs actifs d'état solide dans les équipements électroniques au lieu de tubes thermioniques conduit à une fiaMlité plus grande et permet de faire les équipements beaucoup plus petits physiquasenfc que jusqu'ici. Bsor engendrer des signaux dans la gamme de fréquences vers les 5 à 6 GHz, on fait usage d'une diode du type varactor eonane multiplicateur Dans l'application précise susmentionnée, la fréquence entrante est suffi-sanroent basse pour permettre d'utiliser la technique des circuits concentrés, tandis qu'à la fréquence de sortie, le type le plus petit physiquement de filtre multieellules est le filtre à peigne dont les principes sont discutés dans 1 ' ouvrage "Design of Microwave f iltenss,, Enpedance matching networks and Coupling structures" par G.L. MATTHAEI-, L. YOI3HG: et E.B.T. JONES, publié par-McCRAW HILL en 1964. Pour le besoin de la présence invention, le filtre à peigne peut être considéré comme une série de conducteurs mutuellement couplés, plus petits qu'un quart de longueur d'onde, espacés parallèlement les uns des autres entre deux plans réunis et mis à la terre. Cfes conducteurs sont portés à. résonance par le fait qu'ils sont connectés à la toseire à une extrémité et qu'à l'autre extrémité ils font face à des vis mises à îa, terre et permettant de régLer la capacité. Physiquement, le filtre en ligna de pei©îe comprend ainsi une boite métallique rectangulaire plate dont l'épaisseur est faible par rapport, à ses longueur et largeur, avec une série de tigps de résonance, plus petites chacune qu'un quart, de longueur d'onde, fixées à un côté étroit de la boité, garallèlement les unes aux autres et aux côtés larges de la boite, et des vis d"accord correspondantes, montées dans la paroi étroite opposée de la boite. Jusqu'ici, on avait obtenu les accès d'entrée et \ bles pour l'adaptation d'impédance. Mise à part la place qui est prise du fait qu'on prévoit des moyens pour ajuster les sondes d"entrée et de sortie au filtre BAD ORIGINAL 70 09668 2035070 en ligne de peigne, il est souhaitable de diminuer le nombre des réglages qu'il y a lieu de faire jusqu'au minimum. Suivant la présente invention, il est prévu un ensemble multiplicateur de fréquence et filtre, dans lequel un filtre en ligne de peigne est directement 5 connecté entre une diode varactor connectée en série èt un fil de sortie, une connexion terminale de la diode varactor étant jointe à la première tige de résonance et le conducteur de sortie étant joint à la dernière tige de. résonance. Cette disposition réalise ce qui est, en fait, une forme coaxiale de filtre dont l'utilisation conduit à la stabilité de l'accord sur une échelle de tempé-10 ratures très étendue. Du côté entrant de la diode varactor, il est nécessaire d'assurer que les harmoniques de la fréquence d'entrée, engendrés par la diode, et en particulier les harmoniques de sortie, ne sont pas réfléchis vers 1'oscillateur. On a trou-. vé que, alors qu'un filtre d'entrée à circuits concentrés accordé à la fréquence 15 entrante donnait une suppression suffisante des-harmoniques d'ordre inférieur, des moyens supplémentaires étaient nécessaires pour isoler le circuit entrant des signaux de sortie. Tout organe atténuateur ou analogue qui devrait fournir une isolation entre les circuits d'entrée et de sortie et qui serait placé du côté entrant de la diode, devrait présenter un court circuit à la fréquence sor-20 tante. Pour les applications à large bande, (a) il devrait se placer aussi près que possible de la diode varactor et, (b) s'il s'agissait d'une ligne de transmission, il devrait avoir une faible impédance caractéristique. Il est important aussi que la capacitance totale .de l'atténuateur soit optimum dans les conditions imposées au fonctionnement de la diode. L'impé-25 dance caractéristique, la longueur électrique et la capacitance sont interdépendantes. Conformément à la présente invention, pour réaliser l'isolation susmentionnée entre l'entrée et la sortie du multiplicateur, on utilise, de préférence, un atténuateur triplàque. Il est essentiellement constitué par tin conducteur 30 linéaire long d'un quart d'onde et en circuit ouvert, pris entre deux plaques mises à la terre, avec des diélectriques intercalaires. L'invention concerne aussi la construction mécanique de (l'ensemble multiplicateur de fréquence et ..filtre-tel que défini plus haut et .qui comprend un circuit d'.adaptation à l'impédance d'entrée et des.moyens pour enficher la : 35 diode varactor elle-même, laquelle est regardée, de ce.point de vue,,comme m . . composant séparé.. - Bien que l'invention ne soit pas limitée,-on va décrire maintenant une forme de réalisation spécifique, destinée à l'emploi dans un.radioaltimètre, en se référant aux dessins joints dans lesquels : 40 - La.figure 1 est un schéma illustrant le circuit de l'ensemble multipli- nOPY 70 09668 2035070 cateur de fréquence et filtre ; , La figure 2 est une vue en plan, en partie arrachée, d'une construction pratique de cet ensemble, la diode varactor étant enfichée ; Les figures 3, 4, 5 et 6 montrent des vues de profil de l'ensemble de la 5 figure 2 ; La figure 7 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie de la figure 2 montrant le dispositif de montage de la diode ; et La figure 8 est une vue explosée schématique du filtre triplaque qui est utilisé. 10 Le circuit fondamental de la forme de réalisation illustrée sur les dessins est celui d'un multiplicateur direct par six, à bande large, n'incorporant pas de circuits libres. Le circuit d'entrée montré sur la figure 1 utilise une section capacitive en "L", Cl, C2, L1 qui est adaptée à la sortie du circuit précédent qui alimente l'oscillateur. Cette section est suivie d'un réseau en, 15 C3, L2, C4 agissant comme filtre transformateur d'impédance, à 717 MHz, qui est adapté à l'impédance de la diode. Ce circuit est connecté à la diode varactor par une petite longueur de ligne représentée par L3. Une résistance R fournit à la diode me autopolarisation. La diode est connectée en série entre la ligne L3 et un filtre de sortie en ligne de peigne 1. Une réactance tripla-20 que 2 est montée en dérivation entre la borne d'entrée de la diode et la terre. Cette réactance est une ligne de la longueur d'un- quart d'onde, en circuit ouvert, accordée à 4,3 GHz et agissant donc comme un court-circuit au voisinage de cette fréquence. Le filtre en ligne de peigne 1 comprend quatre tiges de résonance 3, 4, 5 et 6, chacune longue d'un peu moins d'un quart de longueur d'onde 25 et reliées par l'une de leurs extrémités à la boite métallique 7 qui renferme le filtre, cette boite étant mise à la terre. Des vis d'accord 8, 9, 10 et 11 sont vissées dans la paroi de la boite, en face des extrémités libres des tiges de résonance respectives. La borne de sortie de la diode varactor est connectée directement à la tige de résonance 3 à une distance de son. extrémité en court-30 circuit propre à donner l'impédance d'adaptation voulue entre la diode et le filtre. Le conducteur central d'un connecteur de sortie 12 à ligne coaxiale est connecté, de mime, directement à la dernière tige de résonance 6. Les dimensions physiques du filtre en lignsde peigne 1, en particulier les diamètres des tiges de résonance, leur espacement les unes des autres et par 35 rapport aux parois planes larges mises à la terre de la boite renfermant le filtre, déterminent les caractéristiques du filtre. Dans le cas présent, en particulier, le filtre est-étudié pour donner une courbe de sortie plate à 0,5db près sur la bande de fréquence de 4,3 GHz + 75 MHz. Les distances voulues des points de prise le long des tiges de résonance respectives, pour les connexions 40 d'entrée et de sortie,peuvent être déterminées comme faisant partie.de l'étude 70 09668 2035070 4 et les connexions directes obtenues ainsi éliminent tout besoin de réglage tel qu'il devrait être prévu avec des sondes de couplage avec le filtre. Cette connexion directe du filtre en ligne de peigne est particulièrement importante car elle permet de maintenir les caractéristiques voulues, y compris l'adaptation 5 d'impédance, pour vin fonctionnement dans de larges limites de température, elle utilise une portée minimum pour le filtre et fournit aussi une bonne voie thermique pour la chaleur dissipée dans la diode. Tout l'ensemble de multiplicateur et filtre est assemblé, comme le montrent les figures 2 à 7, sur une structure fixe en forme de console, constituée par 10 une plaque de montage 20 de laquelle part, perpendiculairement à elle, une autre plaque métallique 21 ainsi qu'une plaque métallique 22 perpendiculaire aux deux plaques 20 et 21 et jointe à elles deux. La plaque de montage 20 forme l'un des plans mis à la terre du filtre à peigne 1 et l'une des parois larges d'une boite métallique rectangulaire renfermant le filtre. Les autres côtés de la boite sont 15 formés par une pièce en forme de cuvette comportant une base 23, qui forme le côté large de la boite, opposé à la plaque de montage 20, et des côtés 24 et 25 qui forment les parois étroites opposées de la boite. L'enceinte de la boite est complétée par des parois d'extrémités 26 et 27. Les quatre tiges de résonance 3 à 6 sont fixées dans la paroi 24, avec 20 leurs axes parallèles les uns aux autres et dans un plan à mi-chemin entre les côtés larges de la boite métallique. Les vis d'accord 8 à 11 sont vissées à travers la paroi étroite 25, chaque vis d'accord étant alignée avec la tige de résonance correspondante et étant pourvue d'un contre-écrou tel que 28. Une douille élastique 29, destinée à recevoir et à pincer un des tenons 25 terminaux d'une diode varactor (figure 7), est montée sur la tige de résonance 3 en alignement avec un conducteur d'entrée 31 et une douille 32 prévue pour l'autre tenon terminal de la diode. Le conducteur 31 et la douille 32 sont montés par des moyens qui seront décrits plus loin, et de telle sorte que la douille 32 se place dans une ouverture ménagée dans la paroi d'extrémité 27 30 de la boite du résonateur. A l'extrémité opposée de la boite de résonance, un conducteur de sortie coaxial 33 est introduit dans la paroi d'extrémité 26, le conducteur extérieur de ce coaxial étant soudé dans la paroi d'extrémité et le conducteur central 34 étant passé à travers cette paroi et soudé au dernier résonateur 6. Les parois d'extrémité 26 et 27 sont fixées aux extrémités des 35 parois étroites 24 et 25 au moyen de vis 35* L'ensemble de la boite de résonance constitué par la base en forme de cuvette 23 et les parois d'extrémité 26 et 27 avec le conducteur de sortie 33 est fixé corrane un ensemble amovible (en vue de l'accès à la diode 30) à la plaque de montage 20 au moyen de vis à embrèveoent engagées dans les ouvertures taraudées 36 prévues dans les parois étroites 24 40 et 25 de la boite de résonance. La paroi d'extrémité 27 s'appuie sur la plaque 70 09668 2035070 5 21 à laquelle elle est fixée au moyen de vis 37. La réactance triplaque 2 de la figure 1, dont la construction sera décrite plus en détail en se référant à la figure 8, a la forme d'une boite rectangulaire plate qui est serrée sur la plaque 21 au moyen d'une plaque couvercle 38 et 5 de vis 39 ainsi que d'une des vis 37 qui passe droit à travers elle1 et se visse dans la paroi d'extrémité 27 de la boite d!e résonance. Les condensateurs Cl à C4 sont de petits condensateurs écrêteurs, chacufii logé dans me enveloppe comprenant des pastilles dl'éxfcrémité métalliques jointes par un manchon céramique. Une pastille d'extrémité cfe chaque condensateur por-ife 10 une bague de fixation taraudée qui entoure une vis cfe réglage. Les condensateurs C3 et C4 sont montés au moyen de leurs bagues de fixation sur le flasques 22 de l'ensemble de plaque de montage, tandis que le conducteur Cl est soudé à ce flasque à son extrémité opposée. Une barrette de connexion robuste 40 est portée par la bague de fixation du condensateur Cl et constitue un moyen de montage pour 15 le condensateur C2. Les inductances L1 et L2 sont formées par un bout de fil de connexion rigide joignant les condensateurs C2, C3 et C4. Le conducteur d'entrée 31 pour la diode varactor est solidaire de la douille 32 de la diode et est soudé au condensateur C4. Une languette de mise à la terre 4l est soudée au flasque 22, l'entrée de l'ensemble multiplicateur et filtre étant connectée entre les barrettes 20 40 et 4l. La construction de la réactance triplaque est montrée sur la figure 8. Une boite de cuivre plate 42 présente une base 43 qui constitue un plan mis à la terre pour la réactance, et des parois de côté 44 qui sont de préférence et bien que cela ne soit pas figuré, d'une structure feuilletée utilisant des fèuil-25 les de cuivre relativement minces. Une plaque conductrice; 45 est formée par-métallisation d'une lame diélectrique 46 qui s'adapte dans la boite 42. Le conducteur d'entrée de diode 30 avec la douille solidaire 3® sont soudés à la couche métallique 45, le conducteur 31 passant à travers dtes ouvertures alignées ménagées dans la lame 46 et la base 43 de la boite 42. Une lame diélectriques 4? 30 et un couvercle de cuivre 48 s'adaptent par-dessus la souche métallique 45 eifc sont pourvus d'ouvertures pour offrir un passage à 1s. douille de diode 32. E® couvercle est soudé aux parois 44 de> la boite, de préférence pendant que semble de l'atténuateur est fortement serré, après qjioi la boite 70 09668 2035070 6 la borne d'entrée de la diode varactor. On a trouvé que la construction de l'ensemble multiplicateur et filtre, décrite ci-desBus ne convenait pas seulement à son application en sextupleur, comme mentionné plus haut, mais aussi comme quadrupleur (avec une fréquence de 5 sortie de 3,0 GHz), quintupleur (fréquence de sortie 6 GHz) et octupleur (fré- . quence de sortie 4,3 GHz). On doit comprendre que la description ci-dessus, d'exemples de réalisation particuliers de l'invention, ne doit pas être considérée comme limitant la portée de celle-ci. 70 09668 2035070 7 REVENDICATIONS 1. Ensemble multiplicateur de fréquence et filtre, caractérisé par un montage dans lequel un filtre de peigne est directement connecté entre une diode varactor montée en série et un conducteur de sortie, une connexion terminale de 5 la diode varactor étant jointe à la première tige de résonance du filtre et le conducteur de sortie étant joint à la dernière tige de résonance. 2. Ensemble multiplicateur de fréquence st filtre suivant la revendication 1, caractérisé en. ce que l'entrée de la diode varactor est shuntée par un atténuateur triplaque qui agit comme un court-circuit dans la bande de fréquence que 10 le filtre en ligne de peigne laisse passer. 3. Ensemble multiplicateur de fréquence et filtre caractérisé par la combinaison des éléments suivants : (l) un filtre en ligne de peigne, constitué par une paire de plans mis à la terre, formant les côtés opposés larges d'une boîte métallique rectangulaire dont la profondeur est petite par comparaison a ses 15 longueur et largeur, avec une série de tiges de résonance cylindriques, espacées et parallèles entre elles et disposées avec leurs axes dans un plan à mi-chemin entre les plans mis à la terre, ces tiges de résonance étant fixées, à une de leurs extrémités dans une paroi étroite de la boîte, et des vis d'accord correspondantes alignées et faisant face chacune à l'autre extrémité d'une tige 20 'étant montées dans la paroi étroite opposée de la boîte ; (2) une douille montée sur la tige de résonance voisine d'une paroi d'extrémité de la boîte et construite de manière à recevoir et connecter un tenon terminal d'une diode varactor qui est pourvue à ses extrémités opposées de deux tenons terminaux alignés, ladite paroi d'extrémité de la boîte étant pourvue d'une ouverture pour laisser passer 25 à travers elle une seconde douille destinée à 1'autre tenon terminal de la diode j (3) un atténuateur triplaque monté sur la face opposée de ladite paroi d'extrémité, les dimensions de cet atténuateur étant telles qu'il agit cornue un court-circuit dans la bande de fréquence que laisse passer le filtre en ligne de peigne cet atténuateur comprenant une paire de plaques métalliques formant des plans mis 30 à la terre, avec une plaque portant ton conducteur linéaire long d'un quart de 'i ' longueur d'onde prise entre les plaques métalliques, avec interposition entre elles de matière diélectrique ; (4) un conducteur d'entrée joint à ladite seconde douille et à la plaque portant le conducteur linéaire ; et (5) un conducteur-de sortie coaxial dont le fil central passe à travers line ouverture ménagée dans la 35 paroi d'extrémité de la boîte qui est opposée à la paroi d'extrémité précédemment mentionnée et est joint à la tige de résonance voisine, la gaine extérieure du conducteur de sortie coaxial étant connectée à cette paroi d'extrémité. #. Ensemble nwltiplicateur de fréquence et filtr# tel que défini dans la revendication 3* caractérisé en ce qu'à l'extrémité d'entrée du filtre en ligne 40 de peigne, l'un des côtés larges de ladite boîte métallique s'allonge au-delà de 70 09668 2035070 8 la paroi d'extrémité correspondante de la boîte et sert de plaque de montage sur laquelle est fixé le tout reste de la boîte et qui est solidaire des éléments de montage destinés à l'atténuateur triplaque. 5. Ensemble multiplicateur de fréquence et filtre tel que défini dans la 5 revendication 4, caractérisé en ce que l'atténuateur triplaque est serré sur une plaque métallique solidaire de ladite plaque de montage adjacente à la paroi d'extrémité se trouvant à l'extrémité d'entrée du filtre en ligne de peigne et perpendiculaire à cette plaque de montage. 6. Ensemble multiplicateur de fréquence et filtre tel que défini dans la 10 revBndication 5* caractérisé en ce qu'un circuit d'adaptation à 1'impédance d'entrée est connecté électriquement en face du conducteur d'entrée susmentionné, et qu'un flasque métallique plat, perpendiculaire à la fois à ladite plaque de montage et à la plaque qui en est solidaire, constitue un moyen pour les composants du circuit d'adaptation d'entrée.