Brevet FR2097110A1 — publié le 19720303

i. 2097110 La présente invention se rapporte à des magnéjbrons et a pour objet de prévoir des magnétrons perfectionnés rapidement variables en fréquence à l'intérieur d'une gamme étendue de fréquences. 5 Les radars exigent, dans certaines de leurs utilisations, de permettre de changer la fréquence transmise rapidement sur une .. gamme étendue de fréquences. Ceci peut être nécessaire par exemple pour réduire les interférences ou pour obtenir des échos améliorés réfléchis par un but qui est décelé de manière à donner des échos 10 pauvres quand une fréquence transmise est employée, mais des échos meilleurs lorsqu'une autre fréquence est transmise. Ces exigences se présentent également dans les appareillages dans lesquels un -changement de direction de transmission, par exemple pour balayer l'espace en azimuth et en hauteur, est obtenu électriquement par 15 modification de la fréquence alimentée à un dispositif stationnai-re d'antenne au lieu de faire tourner ou osciller mécaniquement autour d'un axe le dispositif d'antenne. Des magnétrons réglables de manière variable dans lesquels la fréquence est variable de manière continue en réglant continuellement la position d'un élément 20 mobile d'accord prévu dans la structure du magnétron -par exemple en déplaçant un élément d'accord métallique qui est mobile par rapport au dispositif d'anode du magnétron et est porté par un diaphragme déformable ou par des soufflets faisant partie de l'enveloppe mise sous vide du magnétron- sont bien connus. Cependant, de 25 tels magnétrons réglables de manière continue laissent beaucoup à désirer en ce qui concerne les exigences précédentes. Parmi leurs inconvénients à ce propos on trouve le fait qu'ils sont complexes et qu'à cause de la nature du mouvement mécanique qui doit être appliqué à l'élément d'accord et à cause de l'i-nèrtie de cet élé-50 ment et des moyens prévus pour le déplacer, la rapidité avec laquelle un changement de fréquence peut être réalisé sur voie gamme étendue est sérieusement limitée. En réalité, on rencontre de grandes difficultés, avec ces magnétrons réglables de manière continue selon la technique antérieure, pour réaliser une gamme suffisamment 35 large de changements de fréquences. De plus, dans un radar, l'accord du récepteur doit être toujours gardé aligné avec l'accord de l'émetteur -l'accord du récepteur est normalement réalisé par ion oscillateur local changeant de manière continue la fréquence d'accord-et la réalisation de ceci présente de très sérieuses difficultés 40 quand des magnétrons réglables de manière continue, selon la techni 71 23986 2. 2097110 que antérieure sont utilisés, car les caractéristiques d'accord de tels magnétrons sont non linéaires et très diff iciles à assortir avec la caractéristique d'accord du récepteur de manière à maintenir un alignement correct durant l'accord. La présente invention 5 cherche à résoudre ces difficultés et à prévoir des magnétrons réglables qui seront plus satisfaisants que les magnétrons réglables connus pour, les objectifs tels que ceux mentionnés précédemment. Conformément à la présente invention, un magnétrbn réglable comprend plusieurs dispositifs d'accord, chacun ayant- deux états 10 fournissant deux fréquences accordées différentes et des moyens de corameinde pour faire passer indépendamment et individuellement d'un de ces états à l'autre ou vice versa, ces dispositifs d'accord ou pour réaliser des combinaisons prédéterminées de ces dispositifs. Les dispositifs d'accord peuvent prendre n'importe laquel-15 le des diverses formes connues en elles-mêmes, par exemple, ils peuvent être des éléments métalliques mobiles ou des éléments diélectriques mobiles ; ou ils peuvent être constitués chacun par un cadre conducteur placé dans me région du champ HP du magnétron, et équipés de moyens de commutation pour ouvrir et fermer le cadre 20 de manière à changer la fréquence ; ou ils peuvent être constitués chacun par des moyens pour produire une décharge de gaz ou d'électrons qui interagit avec les champs HP dans le magnétron, le changement de fréquence étant réalisé en amorçant ou en interrompant la décharge. 25 Quand un changement d'état d'ion dispositif d'accord est réalisé par un mouvement mécanique de ce dispositif ou d'un élément qui lui est associé, l'agencement est de préférence tel que ce dispositif ou cet élément comporte deux états stables d'équilibre mécanique. Cependant, ceci, bien que préféré (çe mode de réalisation 30 offre parmi d'autres avantages, une,absence de sensibilité excellente à une variation accidentelle de fréquence due à un choc mécanique ou à une vibration) n'est pas essentiel pour les deux états de l'accord de chaque dispositif et peut être obtenu par un contrôle quantitatif de moyens de contrôle prévu dans ce but. 35 De préférence, les changements de fréquence obtenus en changeant les états des différents dispositifs d'accord sont différents et en relation binaire. En d'autres termes, si un dispositif, quand il est changé d'état, produit un changement de x Mc/s, un autre est prévu de manière à produire un changement de 2x Mc/s, un 40 troisième pqur produire un changement de 4x Mc/s, ètc.... Ainsi, à 71 23986 3. 2097110 en changeant les états de l'un ou plusieurs des dispositifs d'accord, n'importe laquelle de plusieurs fréquences différentes, différant l'une de l'autre de x Mc/s et s'étendant sur une gamne étendue, peut être obtenue. 5 Les moyens de contrôle pour changer les états des dispo sitifs d'accord peuvent prendre n'importe laquelle d'une grande diversité de formes, par exemple peuvent être électriques, hydrauliques, pneumatiques, mécaniques ou piézoélectriques (en utilisant un cristal, par exemple un cristal ferro-électrique tel que le 10 zirconate de plomb ou le titanate de baryum dp capacité de mouvement suffisamment grande). Les moyens adoptés dans n'importe quel cas particulier dépendront des exigences et, évidemment, quand un accord à grande vitesse est nécessaire, ils doivent être conçus de manière à avoir une inertie minimum. A cet effet, des moyens de 15 contrôle piézoélectriques conviennent très bien. Cependant, il n'est pas difficile de réaliser une vitesse d'accord aussi élevée qu'on le souhaite. Comme on vient de le dire, l'adoption d'un agencement dans lequel on utilise des éléments mobiles ayant deux états stables d'équilibre mécanique est préféré. Cependant, si on le 20 souhaite, l'agencement peut être fait de telle sorte que chacun des éléments mobiles est déplacé d'une position prédéterminée à une autre par des moyens de commande agencés pour exercer l'une ou l'autre de deux valeurs de force d'entraînement. Ainsi, si des moyens de commande électriques sont employés, une tension appliquée 25 de petite valeur, par exemple une tension inférieure à 0,5 V, peut être prévue pour amener l'élément déplacé par cette tension, à adopter une position tandis qu'une tension appliquée de valeur considérablement plus grande, par exemple une tension supérieure à 10 volts, peut être prévue- pour amener cet élément à adopter son au-30 tre position. Si chacun des éléments mobiles a deux états stables d'équilibre mécanique, les moyens de commande pour cet élément peuvent évidemment être agencés de manière à être commandés par des impulsions simples, par exemple des impulsions électriques. En aucun cas ne se pose de problème pour la commande quantitative "dé-35 licate" des moyens de contrôle mobiles. Comme ceci apparaîtra maintenant, la présente invention se prête admirablement au contrôle de fréquences par des signaux digitaux dérivés, par exemple, dsun calculateur. Les dispositifs d'accord eux-mêmes peuvent être adaptés 40 individuellement dans différentes cavités d'un magnétron classique à 71 23986 4. 2097110 multi-cavités par exemple un magnétron du type "à rainures et . trous" (en anglais, magnétron du type dit "hole and slot") ou, dans le cas d'un magnétron coaxial, en des emplacements différents de son résonateur commun. 5 Dans le cas d'un radar employant un magnétron réglable conformément à la présente invention, pour fournir la fréquence transmise, l'alignement de l'accord du récepteur peut être réalisé par des moyens fournissant le contrôle, par étapes, de las fréquence de l'oscillateur local de changement de fréquence du récepteur, 10 ces moyens étant étalonnés et au moins approximativement alignés avec les moyens de contrôle d'accord du magnétron. Un alignement approximatif des moyens de contrôle d'accord du récepteur sera habituellement suffisant car ceci se traduira par le fait que l'accord du récepteur sera suffisamment aligné de manière précise pour 15 permettre le réglage automatique de fréquence du récepteur.normalement prévu de manière à réaliser et maintenir l'alignement plus précis nécessaire. La présente invention est illustrée dans les dessins ci-joints qui représentent de manière schématique deux parmi de nombreu-20 ses formes différentes d'exemples de réalisation de la présente invention. Dans ces deux fermes de réalisation, le magnétron est représenté selon le type bien connu comportant un dispositif d'anode avec ailettes radiales. Seulement les parties du magnétron nécessaires à la compréhension de l'invention sont représentées. 25 En se référant à la figure 1, le dispositif d'anode du ma gnétron représenté dans cette figure comprend un bloc cylindrique principal 1 constituant l'ancde comportant des ailettes radiales 2 et les "straps" ou bandes de court-circuit "3 habituels. Adjacent, espacé au-dessus, et s'étendant sur une partie de chaque ailette, 30 se trouve un tuner inducteur constitué par un volet métallique inducteur représenté en 4. Seulement deux de ces volets sont représentés mais on comprendra que normalement il est prévu un tel volet pour chaque ailette. Chaque volet 4 est porté par et mobile par rapport à son ailette associée 2 par l'intermédiaire d'un élé-35 ment de commande ou de contrôle piézoélectrique représenté schéma-tiquement en 5. Chaque dispositif de commande piézoélectrique est agencé de manière à produire un mouvement latéral de son volet associe 4 comme indiqué par les flèches doubles X. Ainsi, en excitant n'importe quel dispositif de. commande plézoélectrique particulier, 40 le volet commandé de ce fait peut être déplacé jusqu'à une position COPY 71 23986 5" 2097110 extrême et reviendra à une autre position quand son dispositif de commande sera désexcité. En employant, pour ces dispositifs de commande, des cristaux piézoélectriques capables de produire des mouvements mécaniques suffisants quand ils sont excités, un change-5 ment de fréquence souhaité du magnétron peut être obtenu très rapidement en excitant ou désexcitant nrimporte quel dispositif de commande. Des cristaux piézoélectriques convenables sont les cristaux ferro-électriques tels que le zirconate de plomb ou le tita-nate de baryum. En concevant et en agençant de manière appropriée 10 les volets et leur dispositif de commande, il est possible (et en général préférable) de prévoir que les changements de fréquence produits par la commande des différents dispositifs de commande soient différents et en relation binaire. Une excitation sélective de n'importe lequel ou de n'im-15 porte quel ensemble choisi de dispositifs de commande piézoélectriques est réalisée sous le contrôle d'un contrôleur électronique 6 qui peut être de tout type connu, sous le contrôle de signaux digitaux ou autres signaux de contrôle transmis depuis un calculateur ou autre source non représentée au circuit d'entrée 7, pour choi-20 sir en vue de l'excitation le dispositif de commande ou la combinaison des dispositifs de commande, nécessaires à l'obtention ae la fréquence désirée parmi les iréquences d'oscillation susceptibles d'être choisies et que le ir-ignétron réglable peut produire. On supposera dans la figure 1 que- -nagnëtron doit produire la 25 fréquence transmise d'un radar. En conséquence, l'unité de contrôle électronique 6 est également adaptée pour fournir à un circuit de sortie 8 des signaux de contrôle digitaux ou autres, pour contrôler par étape l'accord de l'oscillateur local normalement prévu du récepteur radar (non représenté) de telle manière que, quand le 30 magnétron est accordé pour fournir une fréquence particulière, l'os cillateur local est accordé à cette fréquence de façon à accorder a moins approximativement le récepteur sur la fréquence transmise. Il n'est pas nécessaire que l'accord du récepteur effectué par l'unité 6 soit aligné de manière précise sur la fréquence transmise, car 35 il est suffisant que l'accord du récepteur ainsi effectué soit approximativement assez exact pour que le circuit de réglage automatique de fréquence du récepteur normalement prévu produise l'alignement plus précis qui est ^xlgé. Le magnétron repréien^e dans la figure 2 est du même type 40 que celui représenté dans la figure 1, mais l'accord est effectué COPY . 71 23986 6. 2097110 par un agencement quelque peu différent qui est, cependant, commandé également de manière piézoélectrique. Un seul dispositif d'accord est représenté dans la figure 2, mais en pratique un dispositif d'accord semblable sera prévu dans chaque cavité du magnétron. 5 C'est-à-dire, bien sûr, chaque cavité entre dèux ailettes d'anode 2 voisines. Le dispositif d'accord représenté dans la figure 2 est essentiellement un dispositif qui, quand il est commandé, court-cir-cuite partiellement la cavité dans laquelle il est situé. Il con-10 siste en un commutateur composé de deux parties 9 1°> chacune fixée sur deux ailettes adjacentes 2. La partie 10 du commutateur est flexible et dans me de ses positions, fait contact avec la partie 9 pour réaliser un circuit fermé entre les deux ailettes, les extrémités des deux parties étant prévues avec des contacts 15 convenables pour fonctionner ensemble. Le commutateur ainsi constitué est ouvert ou fermé en fléchissant la partie 10 au moyen d'une tige isolante 12 qui passe à travers un trou convenable dans le bloc cylindrique d'anode 1 et est mobile à son extrémité par une lame 11 de ressort décentrée qui peut adopter soit l'une ou 20 l'autre de deux positions stables, l'une étant représentée en trait plein et l'autre en trait mixte. La lame 11 est ancrée à une extrémité à une fixation 14 et à l'autre extrémité est fixée à un dispositif de commande piézoélectrique 1J> adapté, quand il est excité ou désexcité, pour déplacer cette autre extrémité de la lame 25 dans l'une ou l'autre des deux directions indiquées par la flèche double X et pour faire passer ainsi la lame 11 de l'une à l'autre de ses positions afin d'ouvrir ou fermer le commutateur 9-10. Un agencement comme celui représenté dans la figure 2 sera normalement prévu pour chacune des cavités du magnétron. En con-30 cevant et agençant convenablement les différents dispositifs partiels de court-circuitage dans les différentes cavités, il est possible de rendre les changements de fréquences produits par la commande des différents dispositifs, différents et en relation binaire. 35 Les dispositifs de commande piézoélectriques de la figure 2 peuvent être contrôlés de la manière qui a déjà été décrite en relation avec la figure 1 au moyen d'un contrôleur électronique qui peut également servir, comme on l'a également décrit en se référant à la figure 1, à effectuer un contrôle digital ou analogue de l'ac-40 cord de 1'oscillateur local d'un récepteur radar, pour accorder le 71 23986 7" 2097110 récepteur en alignement sur l'émetteur, dont l'oscillateur est le magnétron réglable représenté dans la figure 2. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 23986 8. 2097110 REVENDICATIONS 1 - Magnétron réglable, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs d'accord chacun ayant deux états fournissant deux fréquences accordées différentes et des moyens de contrôle 5 pour faire passer indépendamment et individuellement ces dispositifs d'accord d'un état à l'autre, ou pour réaliser des combinaisons prédéterminées de ces dispositifs. 2 - Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs d'accord constitués par des éléments 10 métalliques mobiles. 3 - Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des dispositifs d'accord constitués par des éléments diélectriques mobiles. 4 - Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce 15 qu'il comprend des dispositifs d'accord constitués par des cadres conducteurs, situés chacun dans une région d'un champ HP du magnétron et équipés de moyens de commutation pour ouvrir et fermer le cadre de manière à changer la fréquence. 5 - Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 qu'il comprend des dispositifs d'accord constitués par des moyens pour produire une décharge de gaz ou d'électrons qui interagit avec les champs HP dans le magnétron, le changement de fréquence étant effectué en amorçant ou en interrompant la décharge. 6 - Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 5> caractérisé en ce que le changement d'état du dispositif d'accord est réalisé par un mouvement mécanique de ce dispositif ou d'un élément qui lui est associé et en ce que ce dispositif ou cet élément comporte deux états stables d'équilibre mécanique. 7 - Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 5j caractérisé en ce que chaque élément mobile est déplacé depuis une position prédéterminée jusqu'à une autre position par des moyens de contrôle agencés pour exercer l'une ou l'autre de deux valeurs de force d'entraînement. 8 - Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 35 à 7* caractérisé en ce que les moyens de contrôle pour changer les états des dispositifs d'accord sont des moyens piézoélectriques. 9 - Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les changements de fréquence obtenus en changeant les états des différents dispositifs d'accord, sont dif- 40 férents et en relation binaire, de façon qu'en changeant les états 71 23986 9' 2097110 de l'un ou plusieurs des dispositifs d'accord, n'importe laquelle de l'ensemble des différentes fréquences, différant l'une de l'autre d'une valeur prédéterminée de fréquence et s'étendant sur une gamme étendue, peut être obtenue. 5 10 - Magnétron multi-cavités selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les dispositifs d'accord sont adaptés individuellement dans les différentes cavités du magnétron. 11 - Magnétron eoaxial selon l'une quelconque des reven-10 dications 1 à 9, caractérisé en ce que les dispositifs d'accord sont adaptés en des points différents dans le résonateur commun des magnétrons. 12 - Radar comportant un émetteur radar comprenant un magnétron réglable selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, 15 caractérisé en ce qu'il comprend m récepteur coopérant avec lui dont l'accord est aligné sur l'émetteur et dans lequel l'alignement de l'accord du récepteur est réalisé par des moyens fournissant un contrôle, par étapes, de la fréquence de l'oscillateur local à changement de fréquence du récepteur, ces moyens étant étalonnés 20 et au moins approximativement alignés avec le moyen de contrôle d'accord du magnétron.