Brevet FR2096475A1 — publié le 19720218

La présente invention a pour objet un balun destiné au couplage d'une ligne de transmission non équilibrée à une charge équilibrée. Il existe de nombreux dispositifs connus des spécialistes effectuant la fonction d'un balun. L'un de ceux-ci est décrit et représenté 5 dans le brevet des E.U.A. n° 2.925.516, et montre les interconnexions entre une ligne coaxiale d'entrée non équilibrée et deux lignes coaxiales de sortie reliées à une charge équilibrée, ainsi que l'utilisation d'un adaptateur en parallèle à impédance élevée, destiné à maintenir un taux d'onde stationnaire à basse tension dans une large bande. 10 L'invention concerne un balun ayant une largeur de bande à taux d'onde stationnaire supérieur aux baluns de l'art antérieur. L'invention utilise une ligne d'entrée coaxiale non équilibrée comportant une première et une seconde partie. La première partie de la ligne est séparée de la seconde partie de cette même ligne par un écartement 15 dans le conducteur extérieur de la ligne d'entrée. La seconde partie de la ligne d'entrée se termine en circuit ouvert, et constitue un adaptateur série par rapport à 1'écartement. Une première et une seconde ligne de sortie coaxiales sont prévues. Le conducteur extérieur de la première ligne de sortie est relié au conducteur extérieur de la première partie de la 20 ligne d'entrée. Le conducteur extérieur de la seconde ligne de sortie est relié au conducteur extérieur de la seconde partie de la ligne d'entrée. Le conducteur intérieur de la première ligne de sortie est relié électriquement au conducteur extérieur de la seconde ligne de sortie, et le conducteur extérieur de la première partie de la ligne d'entrée est relié électrique-25 ment au conducteur intérieur de la seconde ligne de sortie. Un court-circuit peut se faire entre une première région du conducteur extérieur de la première partie de la ligne d'entrée et une seconde région du conducteur extérieur de la seconde partie de la ligne d'entrée. La première et la seconde région se trouvent à environ un quart de longueur d'onde de l'écarte-30 ment, à une fréquence prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente un mode de réalisation préféré du 35 balun conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe du mode de réalisation représenté sur la figure 1; 71 10442 2 2096475 - la figure 3 est un circuit équivalent au balun représenté sur la figure 1; - la figure 4 représente le balun de la figure 1 avec un transformateur d'impédance; et 5 - la figure 5 est un graphique représentant le taux d'onde stationnaire en fonction de la fréquence pour divers baluns. Le balun représenté sur la figure 1 comporte une ligne d'entrée coaxiale 10 ayant un conducteur extérieur 11 et un conducteur intérieur 12. La ligne d'entrée non équilibrée 10 comporte un écartement 13 dans son 10 conducteur extérieur 11, séparant une première partie de cette ligne d'entrée représentée en 14, et une seconde partie de cette même ligne représentée en 15. L'écartement 13 est généralement très petit, et peut être inférieur à environ 0,005 longueurs d'onde à la fréquence centrale de fonctionnement. L'écartement 13 doit être suffisamment petit pour éviter une charge inductive 15 entre la partie 14 et la partie 15 de la ligne, et suffisamment grand pour éviter les coupures de tension dans la région de séparation. La seconde partie de la ligne d'entrée 15 a une extrémité 16 à circuit ouvert. La seconde partie de la ligne d'entrée 15 a un conducteur intérieur 17 plus grand que le conducteur intérieur 12 de la première partie de la ligne d'entrée. 20 La seconde partie de la ligne d'entrée 15 constitue un adaptateur série, d'impédance caractéristique relativement faible par rapport à la première partie de la ligne d'entrée 14. La ligne d'entrée 10, qui a généralement une impédance caractéristique de 37,5 ohms, est reliée à une charge équilibrée (non représentée), 25 qui peut être de 150 ohms. La charge de 150 ohms est divisée en deux charges égales de 75 ohms chacune, et ces charges de 75 ohms sont reliées à deux lignes coaxiales d'égale longueur de 75 ohms, 18 et 19, branchées sur le balun à ses extrémités opposées. La ligne de sortie 18 comporte un conducteur extérieur 20 et un conducteur intérieur 21. La seconde ligne 30 de sortie 19 a un conducteur extérieur 22 et un conducteur intérieur 23. Le conducteur extérieur 20 de la ligne 18 est relié électriquement au conducteur extérieur 11 de la première partie de la ligne d'entrée 14. Le conducteur extérieur 22 de la ligne 19 est relié électriquement au conducteur extérieur 11 le long de la seconde partie de la ligne d'entrée 15. 35 Dans la région de l'écartement 13, le conducteur extérieur 11 • de la première partie de la ligne d'entrée 14 est relié au.conducteur intérieur 23 de la ligne 19 par la ligne 24. De la même façon, dans la 71 10442 3 2096475 région de l'acartement 13, le conducteur intérieur 21 de la ligne 18 est relie au conducteur extérieur 22 de la ligne 19 par la ligne 25. L'interconnexion des lignes 18 et 19 par les conducteurs 24 et 25 place les deux charges de 75 ohms en parallèle aux bornes de l'écartement 13. 5 Etant donné la symétrie géométrique, le balun voit deux charges identiques dans chacune des lignes de sortie 18 et 19, à partir de l'écartement 13. Par conséquent, le balun est équilibré à toutes les fréquences. La tension apparaissant entre les conducteurs 11 et 12, et à proximité de l'écartement 13, provient d'un générateur (non représenté) 10 relié à la ligne d'entrée 10. La tension à proximité de l'écartement 13 fait circuler dans les deux charges de 75 ohms des courants d'intensité égale et de sens opposé. Un élément conducteur cylindrique 26 ayant des extrémités 27 et 28 est placé autour de la ligne d'entrée 10 et des lignes de sortie 18 15 et 19 de manière que le conducteur extérieur 11 de la première partie de la ligne 14 soit court-circuitë au conducteur extérieur 11 de la seconde partie de la ligne 15. Le court-circuit est effectué par l'extrémité 27, à un quart de longueur d'onde de l'écartement 13 de la fréquence centrale de fonctionnement, au corps de l'élément 26, et par l'extrémité 28, à 20 un quart de longueur d'onde de l'écartement 13, le long de la partie 15 à la fréquence centrale de fonctionnement. L'élément 26 constitue deux adaptateurs parallèles court-circuités, d'impédance relativement élevée par rapport à la ligne d'entrée 10, en série l'un avec l'autre. La réactance résultante est donc en parallèle avec la combinaison des deux charges de 25 75 ohms. Il apparaît sur la figure 2 que le balun peut se représenter sous la forme d'une ligne coaxiale d'impédance caractéristique élevée, d'une longueur égale à une demi-longueur d'onde à la fréquence centrale de fonctionnement, avec des court-circuits 28 et 27 à chaque extrémité. 30 La ligne coaxiale comporte un conducteur extérieur formé par l'élément 26 et les deux conducteurs intérieurs 11 et 22, placés côte à côte. Le circuit de transformation à impédance équivalente au balun de la figure 1 est représenté sur la figure 3, la ligne d'entrée 10 étant représentée par les bornes A et B, l'adaptateur série par et L^, 35 et les adaptateurs parallèles par et C3^3 resPectivement° Les deux charges de 75 ohms sont branchées en parallèle aux bornes des adaptateurs parallèles comme représenté. 71 10442 4 2096475 Une bande passante supérieure est obtenue, car les adaptateurs ^2^2 et *^3^3' ayant chacun une impédance caractéristique relativement élevée, sont montés en série, et sont branchés en parallèle aux bornes des deux charges. La pente réactance-fréquence de l'adaptateur série C^L^ est choisie de manière à réduire la réactance d'entrée qui apparaît aux 5 bornes AB, aux limites de fréquence élevée et faible de la bande, ou près de ces limites, conférant ainsi un taux d'onde stationnaire faible à toute la bande de fréquences. A la fréquence centrale de fonctionnement, F^, l'adaptateur série C^L^ présente une réactance nulle, et les adaptateurs parallèles 10 sont résonnants. Dans ces conditions, l'impédance apparaissant aux bornes AB est une résistance pure de 37,5 ohms, pour un taux d'onde stationnaire de 1,0, mesuré sur une ligne de 37,5 ohms. Le taux d'onde stationnaire croît lorsque la fréquence se déplace vers les limites de la bande. Une amélioration du taux d'onde stationnaire peut être obtenue par une renormalisa-15 tion de l'impédance d'entrée à une valeur légèrement inférieure à 37,5 ohms. Sous l'effet de cette renormalisation de l'impédance d'entrée, le balun ne sera plus équilibré à FQ, mais le taux d'onde stationnaire sera réduit aux limites de la bande. La figure 4 représente la façon d'effectuer cette renormalisa-20 tion de l'impédance d'entrée. La ligne d'entrée 10 est reliée à un transformateur d'impédance à large bande 30, qui peut être un transformateur classique du type transformateur progressif de Tchebyscheff, constitué de cinq étapes d'un quart d'onde, en série l'une avec l'autre. Le transformateur 30 est ensuite relié au balun par le tambour 26, tel 25 que représenté sur la figure 4. Les courbes de la figure 5 représentent le taux d'onde stationnaire pour diverses configurations de balun. La courbe 40 est la courbe classique des baluns de l'art antérieur. C'est-à-dire qu'il s'agit d'une courbe du taux d'onde stationnaire d'un balun ne comportant pas d'adaptateur série, 30 et n'ayant pas subi de renormalisation. La courbe 40 représente le balun à adapter à la fréquence centrale F^, le taux d'onde stationnaire augmentant rapidement de chaque côté de FQ. —• La courbe 42 représente l'effet de l'adjonction d'un adaptateur série au balun. Le balun est encore équilibré à la fréquence centrale de 35 fonctionnement F^, cependant, l'adjonction de l'adapteur série entraîne une légère modification du taux d'onde stationnaire lorsque la fréquence n'est plus Fq. 71 10442 5 2096475 La courbe 44 s'applique à un balun utilisant un adaptateur série et un transformateur d'impédance, dans un but de renormalisation. Le balun est alors équilibré aux deux fréquences F^ et F^, mais n'est plus équilibré à la fréquence centrale de fonctionnement FQ. L'adaptateur série et le transformateur d'impédance ont pour effet d'élargir considérablement 5 la largeur de bande utilisable, en ce qui concerne le taux d'onde stationnaire d'entrée du balun. Des largeurs de bande supérieures à 6,6:1 ont été obtenues dans la gamme de haute fréquence, pour un taux d'onde stationnaire de 1,08:1, lorsque l'invention a été appliquée à un balun pour lequel 10 les adaptateurs parallèles avaient une impédance caractéristique de 110 ohms, et l'adaptateur série une impédance caractéristique de 6 ohms. En utilisant des éléments de ligne coaxiale suffisamment grands, et en plaçant des plaques de faible capacité avec des anneaux en couronne aux extrémités de la ligne coaxiale, dans la région de 15 l'écartement, le balun peut supporter des pics de puissance relativement élevés. L'invention peut être mise en pratique dans le mode préféré de réalisation représenté sur la figure 1 ou dans d'autres modes de réalisation, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Par exemple, 20 un autre mode de réalisation du balun consiste à utiliser deux lignes coaxiales au-dessus du plan de terre, l'une des lignes étant comparable à la ligne d'entrée 10 de la figure 1, et la seconde étant comparable aux lignes de sortie 18 et 19. Deux éléments de court-circuit doivent relier le plan de terre au conducteur extérieur de la ligne d'entrée, 25 chaque élément de court-circuit étant espacé de la région d'écartement d'un quart de longueur d'onde. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. 71 ,10-442 6 2096475 REVENDICATIONS 1. Ralun à large bande comportant une ligne de transmission d'entrée coaxiale non équilibrée, cette ligne d'entrée ayant une première et une seconde partie, une première ligne de sortie coaxiale, le conducteur extérieur 5 de la première ligne de sortie étant relié électriquement au conducteur extérieur de la première partie de la ligne d'entrée; une seconde ligne de sortie coaxiale, le conducteur extérieur de cette seconde ligne de sortie étant relié électriquement au conducteur extérieur de la seconde partie de la ligne d'entrée; un moyen pour relier électriquement le 10 conducteur intérieur de la première ligne de sortie au conducteur extérieur de la seconde ligne de sortie; un moyen pour relier électriquement le conducteur extérieur de la première partie de la ligne d'entrée au conducteur intérieur de la seconde ligne de sortie; et un moyen permettant d'obtenir un court-circuit entre une première région sur le conducteur extérieur 15 de la première partie de la ligne d'entrée et une seconde région sur le conducteur extérieur de la seconde partie de la ligne d'entrée, ce balun étant caractérisé en ce que la première partie est séparée de la seconde partie par un écartement dans le conducteur extérieur de la ligne d'entrée, cette seconde partie se terminant en circuit ouvert, pour constituer un 20 adaptateur série par rapport à l'écartement; la première et la seconde région étant chacune pratiquement à un quart de longueur d'onde du centre de l'écartement, à une fréquence prédéterminée, 2. Balun selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de transformation d'impédance, placé entre une ligne coaxiale 25 non équilibrée et la première partie de la ligne d'entrée, pour transformer l'impédance de la première partie de la ligne d'entrée, en une impédance déterminée. 3. Balun selonl'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le conducteur extérieur de la première ligne de sortie est relié 30 électriquement à la première partie de la ligne d'entrée, et s'étend sur une longueur d'au moins un quart de longueur d'onde à partir de l'écartement à la fréquence prédéterminée, et en ce que le conducteur extérieur de la seconde ligne de sortie est relié électriquement à la seconde partie de la ligne d'entrée, et s'étend sur une longueur d'au moins un quart de 35 longueur d'onde à partir de l'écartement, à la fréquence prédéterminée. 4. Balun selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'impédance de l'adaptateur série est très inférieure à l'impédance de la première partie de la ligne d'entrée. 71 10442 7 2096475 5. Balun selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens permettant d'obtenir un court-circuit comportent un élément conducteur cylindrique, la base d'une extrémité de l'élément étant reliée au conducteur extérieur de la première partie de la ligne d'entrée dans la première région, la base de l'autre extrémité de l'élément étant reliée au conducteur extérieur de la seconde partie de la ligne d'entrée dans la seconde région.