Brevet FR2019961A1 — publié le 19700710

3B955 2019961 L'invention est relative à des appareils pour engendrer des micro-ondes, particulièrement à ceux capables d'engendrer des signaux de sortie micro-ondes commandés. Jusqu'ici, la commande de fréquence de la génération d'un si-5 gnal de sortie provenant d'un élément générateur de micro-ondes tel qu'une diode à avalanche (également appelée diode Impatt, abréviation empruntée à l'anglais de l'expression "Impact Ionization Avalanche. Transit Time") a été réalisée par des moyens mécaniques. Plus précisément, à une extrémité d'un résonateur à cavité auquel 10 est incorporé un élément générateur tel que mentionné ci-dessus, il est prévu un piston mobile servant de court-circuit et réglé pour produire un signal de sortie en résonance avec le résonateur et le signal de sortie est ensuite envoyé par un guide d'ondes vers line charge terminale. Etant mis en oeuvre mécaniquement, un. tel moyen . 15 de commander tin signal de sortie micro-ondes est peu pratique et incommode à régler finement. tTn autre moyen de commander la fréquence et/ou l'amplitude d'un signal de sortie micro-ondes provenant d'un élément générateur usuel à l'état solide, tel qu'une diode à avalanche utilisée de ma-20 nière classique, consiste dans le fait qu'un signal de commande'alternatif ou continu est appliqué directement à la diode, faisant ainsi varier le point de fonctionnement de la diode elle-même pour effectuer la modulation de fréquence. Avec ce moyen de modulation, cependant, il existait un danger que l'élément puisse être conduit 25 à un claquage thermique dû à une puissance excessive causée par un signal de modulation. Un "but de l'invention est de fournir un appareil pour engendrer des micro-ondes, qui soit à l'abri des susdits inconvénients qui ont été rencontrés jusqu'ici. . 30 Un autre but de l'invention est de fournir un appareil pour engendrer des micro-ondes commandées sans changer le point de fonctionnement d'un élément générateur. A cette fin, l'appareil de l'invention comprend un résonateur à cavité, un -élément générateur.disposé à l'intérieur du résonateur 35 à cavité, un élément à réactance'variable placé au voisinage de l'élément générateur à l'intérieur du résonateur à cavité, et des moyens pour appliquer un signal de commande à l'élément à réactance variable. La disposition de l'élément à réactance-variable doit être telle que lorsque, dans le résonateur, l'élément à réactance .40 variable est du côté de l'élément générateur où se trouve une chaige, 69 33955 2 2019961 1'élément a réactance doit être à une distance de l'élément générateur, aussi grande que deux longueurs d'onde d'une micro-onde que . l'appareil doit engendrer, tandis que lorsque, dans le résonateur, l'élément à réactance variable se trouve du côté opposé à la charge 5 par rapport à 1'élément'générateur, l'élément à réactance variable doit être entre l'élément générateur et un piston servant de court-circuit . Dans l'appareil de l'invention, un signal de sortie microonde commandé, en résonance avec le résonateur, peut être produit grâce au fonctionnement de l'élément à réactance variable. 10 l'invention sera maintenant décrite en détail, en référence à une forme de réalisation préférée et au dessin annexé dans lequel : - la fig. 1 est un schéma synoptique illustrant un exemple de l'appareil générateur de micro-ondes, ainsi qu'un exemple d'une application de 11appareil conforme à l'invention; et 15 - la fig. 2 est un graphique montrant une courbe caractéristi que d'un élément à réactance variable qui peut être utilisé dans l'appareil représenté à la fig. 1. Si l'on se reporte à la fig. 1 qui montre une forme de réalisation préférée de l'invention, on voit qu'à l'intérieur d'un réso-20 nateur 1 à cavité sont disposés un élément 2 générateur de microondes, par exemple une diode à avalanche, et un élément 3 à réactance variable, par exemple une diode à capacitance variable connue sous le nom de "varactor", au voisinage de la diode à avalanche 2. Des-sources d'énergie électrique continue 4 et 5 sont prévues res-25 peetivement pour la diode 2 et l'élément 3 à réactance variable. Une extrémité du résonateur à cavité 1 est manie d'un piston. 6 servant» de court-circuit et déplaçable alors que l'autre extrémité comporte une charge dans le sens indiqué par la flèche. En fonctionnement, le piston 6 est déplacé pour régler la cavité effective du 30 résonateur 1 et, en ajustant à la valeur appropriée la tension de polarisation à appliquer à l'élément 3 à réactance variable, on peut accorder l'appareil à une fréquence désirée. En d'autres termes, lorsque la diode à avalanche 2 est polarisée par la source 4 d'énergie électrique continue et qu'elle est mise dans un état gé-35 nérateur de micro-ondes, une gamme prédéterminée de micro-ondes, est engendrée. Qn peut faire varier la fréquence d'oscillation en faisant seulement varier la tension de polarisation appliquée à l'élément 3 à réactance variable. Ainsi, dans l'invention, l'accord du résonateur 1 à cavité est électriquement réalisé par 1'élément 3 à 40 réactance variable, bien que, d'une manière classique, l'accord i'é9? 83955. • 3 2019961 soit;réalisé de façon pratiquement mécanique par le piston 6. l'élément 3~ à réactance variable peut avoir, de façon connue, une caractéristique de capacitance variable selon la tension -Y appliquée. à la jonction PU de l'élément 3> le domaine de variation de ,5. la capacitance C de l'élément couvrant plusieurs (jusqu'à dix) pico-..... .farads., comme le montre la fig. 2. Par conséquent, en incorporant .. . élément 3 à réactance variable en combinaison avec l'élément 2 . , ..générateur de micro-ondes dans le résonateur 1, un réglage électrique. de. la, fréquence d'accord du résonateur est possible, grâce à la 1Q. caractéristique de capacitance variable de l'élément 3» telle .que montrée sur la fig. 2, suivant le réglage de la source 5 d'énergie . , .électrique continue. ... D'après les expériences qui ont été faites, la mise en place de l'élément 3 à réactance variable, par rapport à l'élément 2 gé-^ t5,^.,-»érateurvde micro-ondes, à l'intérieur du résonateur à cavité, doit •h- ro que l'élément 3 soit disposé à une distance de l'élément 2 aussi grande que deux longueurs d'onde de l'onde engendrée par distance comptée vers la charge, ou bien soit disposé x 2 et le piston de l'élément 3 n'était pas telle qu'il est indiqué ci-des-. .. sus> 3Le- signal de sortie micro-ondes résultant n'était pas satis— faisant.,, la sensibilité de l'accord étant émoussée, tandis que lTu-t,r u tilisation d'un unique substrat semi-conducteur dans lequel étaient . . .forcés h la. fois les deux éléments 2 et 3, selon une technique dite 25 effort pour réaliser une mise en place rapprochée des .éléments* ou la mise, en place de l'élément y à une distance de l'é~ „.„-r^é^ent 2 égale à 3/8 de longueur d'onde ou à 7/8 de. longueur d'onde ...... ,jde J^onde engendrée, conduisent à des performances élevées et à une ... structure miniaturisée de l'appareil. 30 . En.; outre, en superposant un signal alternatif à une tension de polarisation continue appropriée, appliquée à l'élément 3» une modulation de fréquence peut être réalisée. En d'autres termes, comme le montre la fig. le varactor ou élément 3 à réactance variable .est pourvu d'-une polarisation continue appropriée par la source 5 35 d'énergie électrique continue et, en aême temps, un signal de modulation est appliqué à l'élément 3 à partir d'une source 7 de signal, lorsqu'on fait varier le point de fonctionnement de l'élément 3 selon le" signal de modulation appliqué à partir de la source 7» le •signal de sortie engendré par l'appareil est modulé en fréquence et 40 appliqué à la charge. Dans un exemple de fonctionnement de l'appa 69 33955 4 2019961 reil conforme à l'invention, l'utilisation d'un signal de modulation à 2-10 MHz procure une largeur de modulation de fréquence d'environ 1 MHz/V. De plus, même si la- fréquence de la, micro-onde engendrée est 5 changée pour quelque raison imprévue, par exemple si l'état de fonctionnement de la diode à avalanche 2 présente par accident une certaine instabilité, une telle fluctuation peut être automatiquement compensée -suivant 1 * invention. ]£n d'autres termes, comme le montre la fig. 1, une partie du 10 signal de sortie de l'appareil est utilisée pour détecter une déviation, ou une différence, de fréquence du signal de sortie, par rapport à son état normal, et la différence de fréquence détectée est appliquée à un discriminateur de fréquence 8, qui la convertit en signal de tension. Le signal de sortie du discriminateur de fré-15 quence 8 est réappliqué, suivant une contre-réaction, au varactor 3, par l'intermédiaire d'un amplificateur 9» Il en résulte une commande automatique de la fréquence de l'appareil. Bien que, dans la description qui précède de l'appareil conforme à l'invention, référence soit faite à l'utilisation d'une diode 20 à avalanche comme élément générateur de micro-ondes, d'autres éléments générateurs à l'état solide tels que diode G-unn, diode 13Â et diode tunnel, peuvent également être utilisés. Quant à l'élément à réactance variable, on peut utiliser, en dehors du varactor, tout élément semi-conducteur ayant des caractéristiques analogues à cel-25 les du varactor et tel que diode à jonction Pif, diode à barrière de Schottky, diode" du type HO3 et diode à point de contact. Gomme on l'a indiqué ci-dessus, puisque l'appareil générateur de micro-ondes conforme à l'invention comprend un résonateur à cavité, un élément générateur disposé à l'intérieur du résonateur à 30 cavité, -un élément à réactance variable placé au voisinage de l'élément générateur dans le résonateur, et des moyens pour appliquer un signal de commande à l'élément à réactance, de sorte que tout signal de sortie dans le domaine des micro-ondes est disponible sans faire varier le point de fonctionnement de 1'éléaent.généra-35 teur lui-même, il en résulte eue l'élément générateur fonctionne d,ans un état stabilisé souhaitable et que, par conséquent, aucun claquage thermique de l'élément générateur ne peut plus se produire, la conception de l'appareil est considérablement facilitée. De plus, puisque l'élément à réactance variable, tel que diode à capacitance 40 variable, a une impédance élevée par rapport à une source de signal BAD ORIGINAL 69 33955 5 2019961 de modulation, un signal de modulation peut avantageusement avoir une amplitude plus petite que celle utilisée de façon classique. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes 5 d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 33955 2019961 BEVEHDIOATIONS 1 - Appareil générateur de micro-ondes, caractérisé par la combinaison de : un résonateur à cavité, Tin élément générateur disposé à l'intérieur dudit résonateur., un élément à réactance varia- 5 ble placé au voisinage dudit élément générateur à l'intérieur dudit résonateur, et des moyens pour appliquer un signal de commande audit élément à réactance variable. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément générateur est un élément générateur de micro-on- 10 des à l'état solide. 3 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit élément à réactance variable est un élément à capacitance variable, dont la capacitance varie en fonction d'une tension qui lui est appliquée. 15 4 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que ledit élément à réactance variable est placé du côté dudit élément générateur où une charge est couplée -:uiit résonateur, et la distance entre ledit élément générateur al; ledit élément à réactance "variable est au plus égale à deux lon- 20 gueurs d'onde d'une micro-onde engendrée par 1:appareil. 5 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé par le fait que ledit élément à réactance variable est placé entre ledit élément générateur et tua piston servant de court-circuit et prévu à 11 estréinité dudit résonateur opposée au côté où 25 une charge est couplée audit résonateur. 6 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément à réactance variable et l'élément générateur sont formés sur un substrat unique. 7 - Appareil, selon la revendication 1, caractérisé par le fait 30 que ledit élément à réactance variable est placé à une distance dudit élément générateur égale à 3/8 de longueur d'onde d'une micro-onde engendrée. 8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit élément à réactance variable est placé à une distan- 35 ce dudit élément générateur égale à 7/8 de longueur d'onde d'une micro-onde engendrée. 9 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un discriminateur de fréquence est prévu pour produire un signal représentatif d'une différence entre le signal de sortie instantané 40 et un signal de sortie, normal prédéterminé de l'appareil, et pour BAD ORIGINAL 69 33955 ? 2019961 réintroduire, selon un effet de réaction, le signal-différence dans ledit élément à réactance variable. 10 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour superposer un signal de modu-5 lation au signal de commande qui est appliqué à l'élément à réactance variable. 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