Brevet FR2086065A1 — publié le 19711231

La présente invention est relative à des appareils d'accord pour dispositifs guide d'onde et plus particulièrement,mais non exclusivement, à des cavités résonnantes du type coaxial, lesdits dispositifs guide d'onde étant du genre de ceux qui peu-5 vent être utilisés dans des appareils de la technique des hyper-fréquences propres à engendrer, ou à fonctionner avec, des ondes électromagnétiques de haute fréquence. En particulier, mais non exclusivement, la présente invention est relative à des cavités coaxiales résonnantes dans lesquelles une diode Gunn est utilisée 10 pour constituer un générateur hyperfréquence. Dans les générateurs hyperfréquence de la technique antérieure qui utilisent une diode Gunn montée dans une cavité résonnante coaxiale, il est difficile de maintenir constante la fréquence du générateur lorsque la température varie car les dio-15 des Gunn ont des coefficients fréquence/température négatifs et de grande valeur et il y a de grandes variations erratiques entre diodes lorsque ces dernières sont montées dans des cavités résonnantes . Les diodes Gunn fabriquées actuellement présentent des coefficients fréquence/température qui sont de l'ordre de 20 0,5 à 2,5 lorsqu'elles fonctionnent, dans des cavités ré sonnantes caractéristiques, en tant que générateurs hyperfréquence pour des fréquences de la bandeX(8 à 12 GHZ) . Du fait de la grande valeur et de la dispersion des coefficients négatifs fréquence/température on doit souvent incorporer, dans le circuit 25 de l'oscillateur, des circuits de compensation qui peuvent être très compliqués. Un objet de la présente invention est de fournir un appareil d'accord pour une cavité résonnante coaxiale qui comprend un dispositif pour produire un coefficient fréquence/température 30 positif et ajustable pour compenser l'action de la température sur les diodes Gunn. Selon l'invention il est prévu un appareil d'accord pour un dispositif guide d'onde comprenant : un organe d'accord téles-copique disposant d'une première partie et d'une seconde partie, 35 chacune de ces parties étant réalisée en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui de l'autre partie, Ces parties étant reliées par une vis de réglage de coefficient de température qui dispose d'un premier filetage, en prise avec un filetage sur la première partie, et d'un second 40 filetage, en prise avec un filetage sur la seconde partie; et des 71 13200 2 2086065 moyens de contact disposés pour effectuer un contact électrique, ou un court-circuit effectif à la fréquence de fonctionnement de dispositif guide d'onde, entre les surfaces de la première et de la seconde parties qui sont requises pour agir en tant que surfa-5 ces porteuses de courant à l'intérieur du guide d'onde, ces moyens de contact permettant, en même temps, un mouvement relatif téles-copique de la première partie par rapport à la seconde partie. Le dispositif guide d'onde peut être une cavité électro-magnétiquement résonnante. 10 Les moyens de contact peuvent comprendre un organe de contact fixé à l'une des parties de l'organe d'accord et disposant d'un ensemble de doigts de contact élastiques faisant contact avec l'autre partie . Selon une autre réalisation ces moyens de contact peuvent être une partie séparée disposant de deux ensem-15 bles de doigts de contacts élastiques faisant contact avec la première et la seconde parties respectivement . Il peut être possible, pour certaines applications de l'invention, d'utiliser un dispositif du genre à couplage par impédance sans contact à la place d'un ensemble de doigts de contact, mais aux fréquences de 20 fonctionnement de la plupart des circuits oscillateurs à diode Gunn,cette réalisation est probablement peu pratique . Une partie de l'organe d'accord et le dispositif dans lequel il est utilisé peuvent être avantageusement réalisées en laiton ou cuivre tandis que l'autre partie peut être réalisée en un 2 5 métal, dont la dilatation thermique est petite en comparaison de celle des susdits métaux, par exemple l'alliage comportant 36% de Nickel et 64% de fer connu sous la marque " INVAR". La vis de réglage du coefficient de température peut être aussi avantageusement réalisée en laiton . Un clavetage ou une disposition analo-30 gue peut être prévue pour empêcher la rotation de la dexième partie par rapport à la première partie . On va maintenant décrire, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention avec référence à la figure unique du dessin qui est une vue en coupe d'une cavité résonnante coaxiale uti-35 lisant la présente invention . Une cavité résonnante coaxiale 1 comprend un bloc métalli-.que 2 et un montant métallique 3 dont une extrémité est connectée électriquement au bloc 2. Le bloc 2 dispose d'un trou-taraudé 18 percé à travers une face opposée au montant 3 et en alignement 40 axial avec celui-ci . Une vis d'accord 4 filetée extérieurement 71 13200 3 2086065 et ayant un filetage extérieur 5, un alésage intérieur 5 et un filet de vis intérieur 7 est vissée dans le trou 1S , Une vis de réglage S, pour régler le coefficient fréquence/température,dispose d'un filetage extérieur 9 identique au filetage 7 de la vis 5 d'accord 4, et propre à coopérer avec le filetage 7, et d'un alésage intérieur 10 ayant un palier 19 à sa partie inférieure. Le palier 19 est percé, en son centre, d'un trou taraudé 11 dont le filetage a même pas que le filetage extérieur 9 de la vis de réglage 8. Toutes les parties susmentionnées sont faites de laiton 10 ou matériau analogue . Un noyau plongeur comprend une tige 12 et un disque 14 réalisés tous deux en un alliage de 36% de nickel et de 64% de fer connu sous la marque "INVAR", la tige. 12 disposant d'un filetage 13 sur sa longueur. Le filetage 13 est identique au filetage du trou 11 de la vis de réglage 8 et coopère 15 avec ce filetage . La vis d'accord 4, la vis de réglage 8 et la tige 12 et le disque 14 du noyau plongeur sont tous coaxiaux.Une ouverture 16 pratiquée à la base de la vis d'accord 4 offre un passage avec jeu pour la tige 12. Le diamètre de l'alésage interne 10 de la vis de réglage 8 permet, de même, un passage avec jeu 20 pour la tige 12 sauf au niveau du palier 19. Un contre-écrou 17 est engagé sur le filetage 9 et peut être serré contre la vis d'accord 4 pour empêcher un réglage non désiré de la vis de réglage 8. Un ressort de contact 15 est disposé entre la base de la vis d'accord 4 et la partie arrière du disque 14 pour absorber 25 tout jeu entre les filetages 11 et 13 lorsqu'ils sont engagés et pour fournir un chemin de basse impédance aux courants a hautes fréquences entre le disque 14 et la vis d'accord 4 . Un dispositif de blocage (non représenté) est prévu pour empêcher le noyau plongeur 12, 14 d'effectuer une rotation lorsqu'on tourne la vis 30 de réglage 8 . Le dispositif de blocage doit être prévu pour empêcher la rotation du noyau plongeur tout en permettant un mouvement axial de ce dernier par rapport à la vis d'accord. Le dispositif peut être une clavette dépassant de l'extrémité de la vis d'accord 4 pour s'engager dans une rainure de clavette ( non repré-3 5 sentée ) découpée longitudinalement dans la tige 12. Une diode Gunn 24 fixée de manière appropriée à un organe de montage métallique 20 est en contact avec le montant 3 à une distance prédéterminée de la face de sommet du montant 3 . L'organe de montage est entouré par un manchon électriquement isolant 23 qui est fileté 40 extérieurement, le tout formé par la diode Gunn, l'organe 20 et 71 13200 4 2086065 le manchon 23 est vissé dans un trou 21 du bloc 2. Un trou de positionnement 22 pratiqué dans le montant 3 est utilisé pour positionner une extrémité de la diode Gunn 24. Des connexions électriques (non représentées) pour la diode Gunn 24 sont avanta-5 geusement réalisées à travers l'organe métallique 20 et le bloc métallique 2 de la cavité 1. Une connexion coaxiale de sortie (non représentée) est prévue pour extraire l'énergie électromagnétique de la cavité 1. En fonctionnement, les parties constitutives sont assem-10 blées comme représenté sur la figure et la vis d'accord 4 est réglée pour fournir la fréquence de résonnance désirée de la cavité. Çetbefréquence est déterminée en partie par la géométrie de la cavité 1 et d montant 3, par la capacité entre la face inférieure du disque 14 et la face du sommet du montant 3 et par la capacité 15 utile de la diode Gunn 24. Du point de vue électrique, une diode Gunn peut être considérée comme un condensateur en parallèle avec un oscillateur et, le circuit électrique équivalent à la cavité résonnante et la diode Gunn peut être considéré comme un circuit accordé parallèle comprenant une inductance, occasionnée par le 20 montant 3, un condensateur, occasionné par l'intervalle t entre le disque 14 et le montant 3, et un autre condensateur dû à la diode Gunn 24, tous ces éléments étant en parallèle avec un oscillateur . La valeur de la capacité entre le disque 14 et le montant 3 est inversement proportionnelle à la distance t . 25 On peut montrer que, si le disque 14 est attaché de façon rigide à la base de la vis d'accord 4, la variation de la capacité avec la température est une fonction de la valeur initiale de la distance t et du coefficient de dilatation linéaire du matériau de la cavité, c'est-à-dire : 30 ^-C _ Co = 1+ T où Co est la capacité à une température To, la distance _fc étant égale à to à cette température . ÀC est la variation de la capacité occasionnée par une 35 variation /XT de la température. c On peut également montrer que la variation Af de la fréquence de résonance fo , dûe seulement à la variation de la capa-40 cité, est donnée par : 71 13200 5 2086065 (V Ai)' . *° - (2) £ o f 2 En supposant que(—^ ) est négligeable, ce qui est une 5 approximation raisonnable aans beaucoup d'applications, une expression approchée pour la variation de la fréquence dûe à la variation de la capacité est : -ÊLl = -A- (3) ^ T 2 1 ° 10 Ainsi, pour un résonateur à cavité réalisé entièrement en laiton et disposant d'une fréquence de résonance initiale f de A f ° 8 GHz , la valeur de sera approximativement de 80 KHz/» C. ( car, pour le laiton, o Dans les modes de réalisation de l'invention tels que décrits et illustrés ici, le disque 14 est relié de façon rigide à la vis d'accord 4 à une distance L0 au dessus du montant 3 et, de plus, la distance Lq est variable tandis que l'intervalle tQ , 20 à la température Tq, entre le disque 14 et le montant 3 peut * - être fixé à une valeur prédéterminée . Par commodité on suppose que la vis d'accord 4, la vis de réglage 8 et le bloc 2 et le montant 3 de la cavité sont tous réalisés en laiton, la tige 12 et le disque 14 sont réalisés en 25 l'alliage de 36% de nickel et de 64% de fer connu sous la marque "INVAR" , le coefficient de dilatation linéaire^ „ de l'INVAR —6 est pris égal à 1 x 10~ . Le sommet du montant 3 peut être pris comme point de référence car tout ce qui est au dessous se dilate de la même maniè- 30 re. La distance L entre le sommet de montant 3 et la base de la o vis de réglage augmente avec la température à un taux donné par la formule : =0 Z^T o 35 oùALest la variation de Lq due à la variation A I de la température . De même, le taux auquel se dilate la partie du noyau plongeur 12,14 située en dessous de la vis de réglage 8 est donné par la formule : A X „ 40 "S~T~ = 2 o 71 13200 6 2086065 où Xq est la longueur de la partie de noyau plongeur située au dessous de la vis de réglage à la température Tq et Ax est 1 s variation de Xq due à la variation A. T de la température . En clair L = X + t . o o _o 5 La variation résultante A t de la distance t entre la o face inférieure du disque 14 et la face de sommet du montant 3 est donnée par la formule ; At = (L c o — o 10 co o ainsi le terme L °(1 — X_ 2 peut être considéré comme le coef-~° ficient de dilatation effectif du dispositif télescopique et il sera noté ci—après . Correspondant à l'équation (3) la va riation de fréquence)pour le dispositif télescopique composite, 15 due à la variation A T sera maintenant donnée par : Af 1 H c (L _ - X_ °€2) f. — = I *e fo " ^° ° O =/ t o( 1 + »- ( ^ 1 - ^2)/ f 20 - 2 2t - o si fo = 8GHz,Lq =12,7mm et t = 0,508 mm alors ZS. f = 1,8 MR?/ * C . En outre, la valeur du coefficient fréquence/température Af peut être réglée en faisant varier la longueur X par la AT ° rotation de la vis 8. Par exemple cette valeur peu L: être réglée 25 pour compenser l'action de la température sur une diode oscillateur de Gunn donnée . Il apparaîtra à l'homme de l'art que l'invention peut être utilisée avec des filtres guide d'ondes et analogues. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes •d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués; elle an embrasse, au conte-aire, toutes les variantes . 71 13200 ? 2086065 REVENDICATIONS 1. Appareil d'accord pour un dispositif guide d'onde, caractérisé par le fait qu'il comprend : un organe d'accord télescopique disposant d'une première partie et d'une seconde partie, 5 chacune de ces parties étant réalisée en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique différent de celui de l'autre partie, ces parties étant reliées par une vis de réglage du - coefficient de température qui dispose d'un premier filetage, en prise avec un filetage sur la première partie, et d'un second 10 filetage, en prise avec un filetage sur la seconde partie ; et des moyens de contact disposés pour effectuer un contact électrique, ou un court-circuit effectif à la fréquence de fonctionnement du dispositif guide d'onde, entre les surfaces de la première et de la seconde parties qui sont requises pour agir 15 en tant que surfaces porteuses de courant à l'intérieur du guide d'onde, ces moyens de contact permettant, en même temps, un mouvement relatif télescopique de la première partie par rapport à la seconde partie. 2. Appareil d'accord selon la revendication 1, caractérisé 20 par le fait que le dispositif guide d'onde est une cavité élec- tromagnétiquement résonnante. 3. Appareil d'accord selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le matériau de l'une desdites parties est l'alliage connu sous la marque "INVAR", et 25 que le matériau de l'autre partie est le laiton ou le cuivre. 4. Appareil d'accord selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la vis de réglage du coefficient de température est réalisée en laiton ou en cuivre selon qu'une partie est réalisée en laiton ou en cuivre. 30 5. Appareil d'accord selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de contact disposent d'un organe de contact monté sur l'une des parties de l'organe d'accord et ayant un ensemble de doigts de contact élastiques effectuant des contacts avec l'autre partie. 35 6. Appareil d'accord selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de contact comprennent deux ensembles de doigts élastiques montés de façon telle que l'un de ces ensembles fasse contact avec l'une des parties, tandis que le second ensemble fait contact avec 40 l'autre des parties. 71 13200 8 2086065 7. Appareil d'accord selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un clavetage ou dispositif de blocage pour empêcher la rotation de la seconde partie lorsqu'on tourne la vis de réglage de coefficient tout en permettant un mouvement axial de la seconde partie par rapport à l'organe d'accord.