Brevet FR2095199A1 — publié le 19720211

i 2095199 La présente invention concerne un déphaseur à ligne coaxiale pour ondes électromagnétiques., qui comprend une ligne coaxiale principale, une dérivation de ligne coaxiale, ou souche, court-circuitée et partant de la ligne coaxiale principale et une masse 5 de matière gyromagnétique qui entoure un tronçon du conducteur intérieur de ladite souche. Jusqu'à présent, certains déphaseurs pour hyperfréquences créaient des déphasages en faisant varier le vecteur aimantation dans un ou plusieurs éléments gyromagnétiques qui en faisaient 10 partie. On a réalisé par exemple des déphasages avec un déphaseur de la technique antérieure, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3=334.881, en utilisant des éléments de ferrite pour modifier l'impédance de deux souches de ligne coaxiale espacées d'un quart de longueur d'onde (/^/4) le long d'une ligne coaxiale. 15 Plus précisément, on a obtenu ce résultat en entourant complètement une partie du conducteur intérieur de chaque souche d'une matière ferrimagnétique. la direction de l'aimantation dans cette matière magnétique est commandée par le passage d'un champ magnétique longitudinal à champ magnétique circulaire transversal et vice-versa. 20 Ceci sert à modifier la longueur effective de chaque souche et par conséquent sa susceptance d'entrée. Ce changement provoque une variation du déphasage d'une onde de travail transmise le long de la ligne coaxiale et qui se propage au-delà des deux souches. L'élément de ferrite employé dans ce déphaseur de la technique 25 antérieure remplit complètement l'espace entre les conducteurs intérieurs et extérieurs de la souche et a un diamètre et une épaisseur -dans le sens axial- sensiblement du même ordre. Pour que ledit champ magnétique aimante suffisamment la masse de ferrite pour provoquer le déphasage voulu, un champ magnétique intense est né-30 cessaire, de sorte que le temps de passage d'un état d'aimantation de la ferrite à un autre est relativement long. Ces problèmes sont résolus selon la présente invention par dilatation d'un tronçon du conducteur extérieur de la souche pour former une cavité, la masse de matière gyromagnétique placée à 35 l'intérieur de la cavité recevant la forme d'un anneau mince dans le sens axial, ou "axialement mince". Un perfectionnement selon l'invention consiste en une souche comportant de plus un enroulement entourant la cavité pour agir sur le champ magnétique appliqué à l'anneau gyromagnétique et régler 40 ainsi le déphasage de l'énergie électromagnétique transmise le long 7V 08558 2 2095190 de la ligne coaxiale principale. Un deuxième perfectionnement selon l'invention réside dans le diamètre intérieur de l'anneau gyromagnétique qui est supérieur au diamètre du conducteur extérieur de la souche.■ 5 Un troisième perfectionnement consiste en l'addition d'au moins une souche placée le long de la ligne coaxiale principale et écartée de la première souche d'environ X/^. La présente invention concerne donc la réalisation d'un déphaseur hyperfréquences comportant plusieurs améliorations par 10 rapport au déphaseur de la technique antérieure décrit ci-dessus. On obtient ce résultat en terminant chacune des souches par une cavité l'entourant radialement et contenant un anneau axialement mince en une matière gyromagnétique, par exemple une ferrite. La minceur de l'anneau permet de réduire son prix de revient, étant 15 donné qu'on peut se contenter d'un petit volume de ferrite. Un autre perfectionnement important consiste en ce que, étant donné cette minceur de l'anneau, le champ d'aimantation interne dans la ferrite est exceptionnellement uniforme même avec un enroulement magnétisant cylindrique relativement court. Un autre avantage de 20 cette réalisation tient à ce que la force magnétomotrice, donc le courant, nécessaire pour l'aimantation de la ferrite est relativement faible. Un avantage additionnel de ce déphaseur est que l'énergie qu'il transmet ne subit que de très faibles pertes. Etant donné 25 que ce déphaseur comporte une ligne chargée, il donne naissance à des déphasages ne changeant pas de signe avec le sens de propagation. De plus, l'association de cavités annulaires et de souches facilite les réglages des paramètres de réalisation en vue de faire varier la caractéristique de phase en fonction de la fré-30 quence d'utilisation. Une particularité très importante de l'invention est que, étant-donné qu'on obtient une aimantation uniforme de l'anneau de ferrite en employant un courant magnétisant - ou une force magnétomotrice - très minimer on peut en profiter pour porter au maximum les vitesses de passage du champ créé par les enrou-35 lements magnétisants d'une valeur à une autre et de l'anneau de ferrite d'un état d'aimantation à un autre état d'aimantation pour modifier ainsi le déphasage. ; D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de 40 réalisation et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 71 08558 3 2095190 la figure 1 est une vue en plan d'un déphaseur en ferrite à ligne chargée, réalisé selon l'invention ; la figure 2 est une vue en perspective avec coupe partielle du déphaseur selon l'invention ; 5 la figure 3 est une coupe transversale à plus grande échelle de l'anneau de ferrite placé dans l'une des cavités obtenues par élargissement radial qui terminent une des souches de ligne coaxiale représentées sur la figure 2 ; la figure 4 est un schéma représentant la configuration du 10 champ magnétique appliqué à un anneau de ferrite placé dans l'une desdites cavités. Un exemple particulier de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 1. Une ligne de transmission principale est représentée sous forme d'une ligne coaxiale 1 avec un conducteur 2 15 intérieur et un conducteur 3 extérieur. Un dispositif 4 d'introduction de signaux est relié à une extrémité de la ligne principale pour provoquer la propagation d'ondes de travail hyperfréquences le long de celle-ci et un dispositif 5 de recueil de signaux est relié à l'autre extrémité de la ligne 1. Deux dérivations 20 6 et 7 de ligne coaxiale (souches) qui sont sensiblement identiques sont assujetties à la ligne principale 1 par des organes de fixation 8 connus. Les souches 6 et 7 sont espacées, le long de la ligne 1, d'une distance sensiblement égale à 1/4 de la longueur d'onde de la fréquence d'utilisation. 25 Comme l'indique la figure 1 et plus particulièrement la figu re 2, chacune des extrémités des souches 6 et 7 est entourée, respectivement, d'un enroulement magnétisant 11 et 12. Chaque enroulement 11 et 12 est logé dans un boîtier associé, respectivement 13 et 14. Une extrémité de l'enroulement 12 est reliée par un con-30 ducteur 16 à une borné d'une source 17 d'électricité. L'autre extrémité de l'enroulement 12 est reliée par un conducteur 19 à une extrémité de l'autre enroulement 11. L'autre extrémité de l'enroulement 11 est reliée par un conducteur 15 à un commutateur 18. Ce commutateur 18 est destiné à établir des connexions avec l'une ou 35 l'autre de deux résistances 9 et 10 qui sont reliées à l'autre borne de la source d'électricité 17. Les résistances 9 et 10 ont des valeurs ohmiques différentes. Par conséquent, quand le commutateur 18 est dans la position représentée sur la figure 1, le courant magnétisant provenant de 40 la source 17 et appliqué en passant par la résistance 9 aux 71 08558 4 209519? enroulements 11 et 12 a une valeur déterminée. De même, quand le commutateur 18 est dans son autre position, les enroulements 11 et 12 sont alimentés par la source 17 et la résistance 10,et le courant magnétisant a des valeurs différentes. Ce courant ma-5 gnétisant pouvant prendre deux valeurs différentes, les enroulements 11 et 12 peuvent engendrer ainsi un champ magnétique pouvant prendre deux valeurs différentes. On peut obtenir plus de deux champs magnétiques, donc plus de deux états d'aimantation différents des masses de ferrite, en faisant passer des courants ayant 10 plus de deux intensités différentes dans les enroulements 11 et 12. Les souches 6 et 7 peuvent avoir une longueur électrique choisie à volonté et chacune est terminée par une réactance, comme l'indique la figure 2, dans, respectivement, une cavité radiale associée 21 et 22. Les cavités 21 et 22 sont sensiblement identi-15 ques et entourent chacune un anneau 23 et 24 axialement mince en une ferrite appropriée. Bien que la cavité chargée par de la ferrite puisse être placée en un certain nombre de points le long des souches 6 et "J, l'emplacement préféré se trouve dans une région de courant intense, par exemple à proximité des courts-circuits 20 qui terminent les souches 6 et 7- A noter que chaque anneau 23 et 24 est choisi très mince dans lë sens axial, si bien qu'un faible volume de ferrite relativement coûteuse est nécessaire. De plus, la minceur dans le sens axial de la ferrite permet de l'aimanter uniformément et exige seulement une force magnétomotrice relative-25 ment faible comme on le verra ci-après. On se rendra mieux compte de la nature des cavités 21 et 22 en se reportant à la figure 3 Qui est une vue en coupe partielle, à grande échelle, de la souche 6f de sa cavité associée 21 et de l'anneau de ferrite 23. On voit sur la figure 3 que la souche 6 30 comporte un conducteur extérieur 25 disposé concentriquement par rapport à un conducteur intérieur 26. L'extrémité du conducteur extérieur 25 qui est la plus éloignée de la ligne coaxiale principale 1 est dilatée dans le sens radial de manière à former un bourrelet 27. 35 Le bourrelet 27 peut de préférence être réalisé sous la forme d'une pièce séparée qui est assemblée par des moyens appropriés, par exemple par soudage, au conducteur extérieur 25. Le bord supérieur d'une pièce cylindrique creuse 28 est convenablement assujetti au bourrelet 27. Si on le désire, le bourrelet 27 et la pièce 40 cylindrique 28 peuvent être réalisés en déposant un mince revêtement 71 G15 5 S 5 209519" électriquement conducteur sur la surface de la ferrite 23. Un disque 29 est fixé au bord inférieur de la pièce cylindrique 28. Par conséquent, le bourrelet 2J, le cylindre 28 et le disque 29 qui sont tous en une matière électriquement conductrice forment 5 un élargissement - dans le sens radial - cylindrique creux ou cavité 21, disposé à l'extrémité de la souche 6 et servent de boîtier pour la pièce de ferrite 23. En variante, les parois de la cavité 21 peuvent être réalisées sous forme d'une structure unique, d'une seule pièce qui constitue une partie intégrante du conduc-10 teur 25 de la souche 6. Gomme l'indique la figure J>, l'axe de la cavité 21 cylindrique coïncide avec celui de la souche 6. L'épaisseur dans le sens axial de la cavité cylindrique 21 est très inférieure à son diamètre. Par exemple, dans le présent exemple de réalisation de 15 l'invention, l'épaisseur de la cavité cylindrique 21 est de 1,27 ram et son diamètre de 12,7 min« Le diamètre de la cavité 21 est 10 fois plus grand que son épaisseur dans le sens axial. Puisque, dans cette réalisation de l'invention, le diamètre du conducteur extérieur de la souche est de 5.>08 mm, le diamètre 20 de la cavité 21 est 2,5 fois plus grand que le diamètre du conducteur extérieur 25 de la souche. Etant donné que les parois de la cavité 21 ont seulement 0,102 mm d'épaisseur, et que l'anneau de ferrite 23 remplit complètement - à part sa partie centrale - la cavité 21, le diamètre extérieur de l'anneau de ferrite 23 est 25 environ 10 fois plus grand que son épaisseur dans le sens axial ' et 2,5 fois plus grand que le diamètre du conducteur 25 extérieur de la souche. La partie centrale du disque 29 est reliée par un conducteur au conducteur intérieur 26 de la souche 6. Par conséquent, le 30 disque 29 sert également de plaque de court-circuit pour relier le conducteur 25 extérieur de la souche au conducteur 26 intérieur de la souche. L'anneau de ferrite 23 comporte un trou central destiné à recevoir l'extrémité du conducteur intérieur 26 de la souche 6. Le 35 diamètre de ce trou ménagé dans l'anneau de ferrite 23 est de préférence légèrement supérieur à celui du conducteur extérieur 25 si bien que la ferrite est à l'extérieur de la souche 6 et par conséquent dans un champ magnétisant uniforme. Ceci est avantageux étant donné que, dans un champ magnétisant uniforme, tout le volume de 40 la ferrite est dans le même état d'aimantation. Par conséquent, on 71 06558 6 209519 ^ peut se rapprocher de la résonance par le haut ou par le bas, les pertes d'énergie du signal utile étant bien inférieures à ce qu'elles seraient si certains domaines de la ferrite étaient aimantés par des champs non uniformes avec une intensité d'aimanta-5 tion supérieure ou inférieure à celle de la masse principale de ferrite. L'autre souche 7, sa cavité associée 22 et l'anneau de ferrite 24 sont réalisés de manière semblable à celle de la souche 6 avec sa cavité 21 et son anneau de ferrite 23. 10 Quand une onde de travail est transmisé le long de la ligne coaxiale principale 1, on peut faire varier son déphasage en faisant varier le courant dans les enroulements 11 et 12, modifiant ainsi la perméabilité effective de chaque anneau de ferrite 23 et 24, ce qui, à son tour, modifie la réactance des cavités radiales 15 21 et 22 vues de leurs souches associées 6 et 7. Etant donné que la réactance qui termine chaque souche 6 et 7 est transformée du fait de la longueur de celle-ci en une susceptance fonction de l'impédance caractéristique de ladite souche shuntant la ligne principale 1, on peut faire varier le déphasage en modifiant la 20 réactance des cavités radiales 21 et 22i On peut obtenir cela, conformément à l'invention, en manoeuvrant le commutateur 18 de manière à faire varier l'aimantation de chaque anneau de ferrite 23 et 24 entre deux états d'aimantation à faibles pertes, chaque état correspondant à une perméabilité 25 effective très différente. Si l'interrupteur 18 est dans la position représentée sur la figure 1, le courant magnétisant provenant de la source 17 passe par la résistance 9 et les enroulements magnétisants 11 et 12. Si l'on considère par exemple l'enroulement 12, qui est.représenté schématiquement à plus grande échelle sur la 30 figure 4, on peut voir que, quand le courant magnétisant de la source 17 circule dans l'enroulement 12, il crée un champ magnétisant 30 sensiblement parallèle à l'axe de la souche 7» Quand le commutateur 18 est dans son autre position, le courant provenant de la source 17 passe par la résistance 10 et les enroulements 11 35 et 12 et crée des champs magnétiques semblables également parallèles à l'axe de la souche 1 > niais qui ont une intensité et créent un état d'aimantation différent de ceux obtenus avec les champs 30. Etant donné que l'anneau de ferrite 24 est extérieur à la partie principale de la souche J, tout son volume se trouve à l'intérieur 40 des lignes de force du champ magnétique 30 représenté sur la figure 71 08558 7 2095199 4. Il en est de même pour l'autre anneau de ferrite 23 associé à l'autre souche 6. Etant donné que chaque anneau de ferrite 23 et 24 est réalisé de manière à être très mince axialement et étant donné que chacun 5 d'eux se trouve en totalité dans le champ magnétique 30.» le champ intérieur d'aimantation dans la ferrite est exceptionnellement uniforme et par conséquent la perte de puissance d'une onde de travail transmise par ce déphaseur est relativement faible. Etant donné que le volume de ferrite coûteuse est faible., on obtient une réduction 10 avantageuse du prix de revient. Un autre avantage résultant de cette minceur des deux anneaux de ferrite 23 et 24 est le suivant : le courant - ou la force magnétomotrice - nécessaire pour leur aimantation est relativement faible. De plus, en faisant varier les dimensions des pièces en ferrite et des cavités 21 et 22 on peut 15 procéder à divers réglages des paramètres de réalisation pour obtenir des caractéristiques de phase pouvant être choisies entre certaines limites en fonction de la fréquence d'utilisation. Une considération plus importante concernant le fonctionnement des déphaseurs à ferrite est la suivante : quand un volume impor-20 tant de ferrite est nécessaire pour produire un déphasage donné., des forces magnétomotrices d'importance correspondante sont nécessaires et ceci augmente le temps de passage d'un état d'aimantation à un autre. Inversement, si les forces magnétomotrices nécessaires sont faibles, les courants d'aimantation nécessaires sont réduits 25 en proportion ce qui diminue le temps nécessaire pour passer d'un état à un autre. Cette dernière condition est satisfaite par la présente invention étant.donné que les déphasages obtenus par unité de volume des pièces de ferrite 23 et 24 sont portés au maximum grâce au diamètre accru des élargissements radiaux 21 et 22 qui 30 terminent les souches 6 et 7. Puisque les cavités 21 et 22 sont, par construction, très peu profondes, les pièces de ferrite 23 et 24 sont très minces axialement, ce qui présente l'avantage que chaque anneau de ferrite 23 et 24 est aimanté uniformément dans tout son volume. De plus, comme on obtient ce résultat en utilisant des courants magnétisants réduits au minimum, la rapidité du passage d'un déphasage à un autre est augmentée dans une proportion jamais observée antérieurement. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 08558 8 209519? REVENDICATIONS 1. Déphaseur à ligne coaxiale pour ondes électromagnétiques, qui comprend une ligne coaxiale principale, une dérivation de ligne coaxiale, ou souche, court-circuitée et en dérivation sur la ligne 5 coaxiale principale, et une masse de matière gyromagnétique qui entoure une partie du conducteur intérieur de ladite souche, caractérisé en ce qu'un tronçon du conducteur extérieur de la souche est dilaté de manière à formér une cavité et en ce que la masse de matière gyromagnétique a la forme d'un anneau axialement mince, placé 10 dans ladite cavité. 2. Déphaseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de la souche comporte de plus un enroulement entourant la cavité et destiné à régler le champ magnétique appliqué à l'anneau gyromagnétique et à régler ainsi le déphasage de l'énergie 15 électromagnétique transmise le long de la ligne coaxiale principale. 3. Déphaseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de l'anneau gyromagnétique est supérieur au diamètre du conducteur'extérieur de la souche. 4. Déphaseur coaxial selon l'une quelconque des revendications 20 1, 2 et 3* caractérisé en ce qu'au moins une souche additionnelle est placée le long de la ligne coaxiale principale et écartée de ladite première souche d'environ 1/4 de longueur d'onde.