Brevet FR2095198A1 — publié le 19720211

La présente invention concerne un déphaseur réglable à guide d'ondes constitué par un guide d'ondes principal et un déphaseur proprement dit qui comporte un ensemble en matière gyro-magnétique. 5 Jusqu'à maintenant, le type classique de déphaseur à gui de d'ondes comportant de la.ferrite comme élément actif donnait lieu en général à un déphasage dont le signe changeait avec le sens de propagation de l'onde. Un déphaseur récent de la technique antérieure, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 10 3 425 003, a permis d'obtenir des déphasages indépendants du sens de la propagation de l'onde à l'aide d'éléments massifs en ferrite. Dans ce déphaseur connu, les éléments de ferrite sont placés à l'intérieur du guide d'ondesprincipal utilisé pour la propagation des signaux hyperfréquence. Ces éléments de ferrite sont 15 massifs et exigent des courants magnétisants relativement intenses, ce qui augmente le temps nécessaire pour passer d'un état d'aimantation rémanente à l'autre. L'invention remédie à ces inconvénients par un déphaseur constitué par une souche de guide d-'ondes en dérivation sur un 20 guide d'ondes principal, leur couplage mutuel étant réalisé par un diaphragme de couplage placé dans la paroi du guide d'ondes principal, l'ensemble en matière gyromagnétique étant placé à l'intérieur de ladite souche.- Un perfectionnement de l'invention consiste en l'utilisa-25 tion d'un ensemble en matière gyromagnétique constitué par un élément en ferrite possédant au moins deux états d'aimantation rémanente. Un second perfectionnement de l'invention consiste en l'utilisation d'un premier élément en matière gyromagnétique,qui 50 se trouve dans un premier état d'aimantation rémanente, et d'un second élément, tous deux faisant partie de l'ensemble en matière gyromagnétique et pouvant être dans le même état ou dans deux états différents d'aimantation rémanente. Un troisième perfectionnement consiste en l'utilisation 35 d'un ensemble en matière gyromagnétique comportant deux éléments minces sensiblement coplanaires traversés chacun par un trou et d ont la dimension axiale est petite comparée à ses dimensions radiales. Un quatrième perfectionnement concerne l'utilisation d'au 40 moins un élément déphaseur additionnel placé le long du guide BAD ORIGINAL C0PY 71 0855? 2 2095198 d*ondes principal à une certaine distance du premier élément déphaseur. La présente invention a donc pour objet un déphaseur à guide d'ondes comportant plusieurs perfectionnements par rapport 5 au déphaseur décrit ci-dessus. On obtient ce résultat par la réalisation d'un déphaseur à guide d'ondes perfectionné, à déphasage indépendant du sens de propagation, du type à ligne chargée comportant comme élément actif un élément en ferrite. Le mot "ferrite" est employé ci-après dans le sens de "matière ayant des 10 propriétés gyromagnétiques ". On façonne la ferrite active en toroïdes minces et de volume réduit, qui sont placés par groupes de deux dans des souches de guides d'ondes qui sont couplées au guide d'ondes principal par des diaphragmes de couplage placés dans la paroi du guide d'ondes principal. Les mots "toroïde" et 15 "toroïdal'' employés dans le présent mémoire s'appliquent à un ^ corps solide traversé par un trou. Les moyens nécessaires vus pour aimanter lesdits toroïdes de manière symétrique ou antisymétrique. Les variations d'impédance et de constante de phase correspondant à ces deux états différents produisent des yaria-20 tions de susceptance des diaphragmes de couplage et provoquent ainsi des variations correspondantes de la phase des signaux hy-perfréquence se propageant dans le guide principal. Ce déphasage des signaux est indépendant du sens de propagation. L'adaptation dans une bande de fréquences de travail 25 est réalisée à l'aide de deux ou plusieurs souches de guide d'ondes convenablement espacées, en général d'environ 1/4 de longueur d'onde (\/^) à la fréquence de travail, le long du guide dTondes principal. On obtient ainsi une gamme étendue d'impédances du guide d'ondes et de la souche , ainsi que de longueurs de la 30 souche, constituant autant de paramètres de réalisation disponibles pour étendre les possibilités particulières concernant la puissance et la réalisation de circuits des toroïdes en ferrite. Les dimensions de ces toroïdes sont des variables additionnelles utiles pour l'obtention d'une faible variation du déphasage dans 35 une bande de fréquences déterminée. Etant donné que chaque toroïde représente un faible volume de ferrite, dès courants magnétisants ou des forces magnéto-motrices minimaux sont nécessaires pour les faire passer d'un état de rémanence à un autre. Ceci permet de porter au maximum 40 la vitesse de changement d'état de ce déphaseur. - ] BAD OFUgINal~~^ J 71 08557 3 2095198 D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective et en coupe par-5 tielle d'un déphaseur à guide d'ondes du type à ligne chargée, réalisé selon l'invention. La figure 2 est un schéma fonctionnel des circuits et des commutateurs employés pour appliquer des courants magnétisants aux toroïdes de ferrite dans les souches de guide d'ondes. 10 La figure 3 est un schéma représentant un des états d'ai mantation rémanents binaires d'une des paires de toroïdes de ferrite. La figure 4 est un séchéma semblable à celui de la figure 3, mais représentant l'autre état d'aimantation rémanente binaire 15 de la même paire de toroïdes de ferrite. Un exemple particulier de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 1 et comprend un tronçon de guide d'ondes principal 1 de largeur sensiblement double de sa hauteur. Le guide d'ondes 1 a une entrée de travail 2 couplée à une de ses extré-20 mités, pour transmettre le long de celui-ci des signaux hyperfré-qience jusqu'à une sortie de travail 3 couplée à son autre extrémité. Deux souches de guide d'ondes 4 et 5, qui sont quasiment identiques, sont assujetties au guidé d'ondes principal 1 et peuvent être espacées d'une distance voisine d'un quart de la lon-25 gueur d'onde de la fréquence de travail. Comme l'indique la figure 1, un diaphragme 6 rectangulaire de couplage est créé dans le guide d'ondes principal 1 au-dessous de la souche 4 pour transmettre à celle-ci de l'énergie hyperfréquence.La longueur du diaphragme 6 ne doit pas dépasser 30 la largeur du guide d'ondes principal 1. Un diaphragme de couplage semblable est incorporé pour transmettre de l'énergie hyperfré-quence à l'autre souche 5 de guide d'ondes. Etant donné que, dans cet exemple de réalisation de l'invention, la largeur de chaque diaphragme 6 de couplage est limitée à moins de la moitié de la 35 hauteur du guide d'ondes principal 1, les discontinuités en parallèle qui peuvent être créées par les diaphragme sont négligeables. Sur la figure 1, une partie des parois latérales et de la plaque terminale 10, formant court-circuit, de la souche supérieure 4 a été enlevée pour montrer qu'elle comprend à son 40 extrémité une réactance terminale, engendrée par sa plaque de mise 71 08557 4 2095198 en court-circuit 10, et deux toroïdes 7 et 8 minces, de faible volume , en ferrite. Chacun des tôroïdés 7 et 8 comporte un trou central qui peut être rempli d'une màtièrë isolante (ou diélectrique) appropriée 9, telle que le polytétrafluoréthylène. Les to-5 roïdes 7 et 8 sont espacés l'un de l'autre et leur intervalle ainsi que le volume restant à l'intérieur de la souche peuvent être remplis d'une matière isolante 9 qui sert de support et maintient les toroïdes 7 et 8 espacés à l'intérieur des souches 4 et 5. Une paire semblable de toroïdes de ferrite est placée de manière iden-10 tique dans une matière isolante à l'intérieur de l'autre souche 5. Chaque toroïde de ferrite dans chaque paire est placé de manière que son trou central soit en face de son diaphragme de couplage associé dans le guide d1 ondes principal 1. Comme indiqué ci-dessus, les deux paires de toroïdes 15 peuvent être réalisées en ferrite. Ces paires de toroïdes sont conçues de manière à comporter deux états différents d'aimantation rémanente, l'un étant symétrique ou "pair" et l'autre étant antisymétrique ou "impair" . Ces deux états différents peuvent être créés sélectivement à l'intérieur des souches 4 et 5, en modi-20 fiant le sens de circulation d'un courant magnétisant dans les enroulements magnétisants placés autour des toroïdes. Un procédé permettant d'obtenir ce résultat est représenté schématiquement sur la figure 2. Toutes ces paires de toroïdes sont alimentées en courant magnétisant par des sources de 25 courant électrique correspondantes associées, par exemple les batteries 13 et 14 qui sont quasiment identiques. Le sens de circulation de ce courant magnétisant peut être inversé à l'aide d'inverseurs identiques 15 et 16. Les inverseurs 15 et 16 sont reliés par une tige de manoeuvre commune 17 si bien que ces deux 30 inverseurs sont déplacés simultanément d^une position à l'autre. Si on le désire, cette manoeuvre des inverseurs 15 et 16 peut être réalisée suivant un programme. Si l'on considère par exemple la paire supérieure de 0 ou inverseur toroïdes 7 et 8, on voit que, lorsque le commutateur/15 est dans 35 la position indiquée sur la figure 2, un courant magnétisant part de la borne positive de la source dé courant 13, passe par la lame inférieure du commutateur 15, parvient ensuite, par une connexion croisée, à la partie supérieure d'un conducteur 18, passe par le conducteur 18 enroulé autour du toroïde 7, ensuite le long 40 de la partie inférieure du conducteur 18 parvient par l'autre 71 08557 2095198 connexion croisée à la lame supérieure du commutateur 15 , passe ensuite par la partie supérieure d'un conducteur 19, par ledit conducteur 19 enroulé autour du toroïde 8 et revient par la partie inférieure du conducteur 19, à 1'autr^fcorne de la source de 5 courant 13. Ce passage du courant magnétisant à travers les spires entourant les toroïdes 7 et 8 dans la souche 4 y crée un état d'aimantation déterminé. A cet instant, un courant magnétisant provenant de la batterie 14 circule de manière semblable à travers les conducteurs 10 21 et 22 et crée le même état d'aimantation dans l'autre paire de toroïdes 11 et 12, à l'intérieur de l'autre souche de guide d'ondes 5. A noter que la matière isolante 9 a également pour rôle de supporter les spires des conducteurs électriques 18, 19, 21 et 22, à l'intérieur des souches 4 et 5. On peut créer ensuite d'au-15 très états d'aimantation dans les toroïdes 7 et 8 en agissant sur la tige de manoeuvre 17 de manière à déplacer simultanément les lames des commutateurs 15 et 16 pour les placer sur les autres plots de contact. Le courant magnétisant provenant de la source 13 passe maintenant par la lame inférieure du commutateur 15, le 20 long de la partie inférieure du conducteur 18, par le conducteur enroulé autour du toroïde 7, mais dans le sens opposé à celui indiqué ci-dessus, par la partie supérieure du conducteur 18 , la lame supérieure du commutateur 15, la partie supérieure du conducteur 19, le conducteur enroulé autour du toroïde 8 et revient 25 ensuite par la partie inférieure du conducteur 19 à l'autre borne de la source de courant 13. Comme ce courant magnétisant circule maintenant autour du toroïde 7 dans un sens opposé à celui indiqué cidessus, on crée ainsi Un second état d'aimantation du toroïde 7. 30 Etant donné que les lames du commutateur 16 sont dépla cées en même temps par la tige de manoeuvre 17 pour venir sur leurs autres plots de contact, cet état d'aimantation différent e st également créé de manière semblable dans le toroïde 11 de 1'autre paire. 35 Le premier de ces deux états d'aimantation est représen té sur la figure 3 par les quatre flèches tracées sur les toroïdes 7 et 8. Ceci représente l'état d'aimantation antisymétrique ou impair qui est créé à l'intérieur de la souche 4 quand le courant magnétisant passe dans le conducteur 18 dans le sens indiqué par 40 les flèches qu'il porte. 71 08557 2095198 Le second état d'aimantation est représenté par les quatre flèches tracées sur les toroïdes 7 et 8 représentés sur la figure '4.. Etant donné qu'on admet maintenant que le courant magnétisant passe dans le conducteur 18 dans le sens indiqué par 5 les flèches qu'il porte et étant donné que ce sens est opposé à celui admis ci-dessus , le sens des flèches sur le toroïde J est maintenant renversé mais les flèches sur le toroïde 8 ont le même sens que sur la figure 3. Par conséquent, la figure 4 représente l'état d'aimantation symétrique, ou pair, qui apparaît à 10 l'intérieur de la souche 4. Quand de l'énergie hyperfréquence passe au contact des diaphragmes de couplage du guide d'ondes principal 1, sa phase peut être modifiée en modifiant les réactances des paires de toroïdes à l'intérieur des souches 4 et 5, par déplacement des 15 lames des inverseurs 15 et 16. Les inverseurs 15 et 16 ont pour rôle de faire passer les toroïdes de ferrite d'un état d'aimantation symétrique à un état d'aimantation asymétrique ou vice-versa. Ceci provoque un changement correspondant de l'impédance terminale de chaque paire de toroïdes vue par leurs souches 4 et 5 asso-20 ciées correspondantes. Ces variations d'impédance sont transformées, étant donné la longueur des souches 4 et 5, en changement de susceptance d'entrée des souches 4 et 5 vues par leurs diaphragmes de couplage 6 respectifs associés. La susceptance série de chacun des diaphragmes de cou-25 plage 6 comprend une partie fixe et une partie variable. La valeur de la partie fixe est inférieure à l'unité quand elle est exprimée en fonction de l'admittance du guide d ' ondes principal 1. La partie variable est celle créée par le passage des toroïdes de ferrite d'un état à un autre. Etant donné les changements 30 des valeurs de la constante de phase et de l'impédance entre ces deux états différents d'aimantation, on crée des déphasages différents de l'énergie hyperfréquence transmise par le guide d'on-des^jrincipal 1. Les sens de ces déphasages de 1'énergie hyperfréquence ne changent pas quand le sens de propagation change. 35 Comme indiqué ci-dessus , un avantage découlant de l'emploi d'un déphaseur à ligne chargée consiste en ce qu'il rend disponible une gamme étendue d'impédances de la ligne de transmission et de la souche et de longueurs de ladite souche utilisables comme paramètres de réalisation pour étendre les possibilités 40 concernant en particulier la puissance et la réalisation de cir 71 08557 i 2095198 cuits avec des toroïdes de ferrite. De plus, les dimensions des toroïdes de ferrite dans les souches de guide d'ondes constituent d'autres variables qui sont utiles pour obtenir une faible variation du déphasage dans une bande de fréquences donnée. 5 Une considération très importante concernant l'utilisa tion des déphaseurs à ferrite est la suivante: quand un volume important de ferrite est nécessaire pour créer un déphasage donné, il est nécessaire d'avoir recours à des forces magnétomotrices également importantes et ceci entraîne une augmentation du temps 10 nécessaire pour passer d'un état d'aimantation à l'autre, inversement, quand un volume assez faible de ferrite est nécessaire pour obtenir le déphasage désiré, alors des forces magnétomotrices assez faibles sont exigées et les courants magnétisants nécessaires sont également faibles, réduisant ainsi le temps nécessaire pour passer 15 d'un état d'aimantation à un autre. Etant donné que tous les toroïdes de ferrite sont minces et n'exigent qu'un faible volume de ferrite, des courants magnétisants réduits au minimum sont nécessaires pour les faire passer d'un état d'aimantation à l'autre. 20 II va de soi que la présente invention a été décrite ci-dessus à titre purement indicatif, mais nullement limitatif et que l'on pourra lui apporter toutes modifications de détail conformes à son esprit sans sortir de son cadre. 71 08557 2095198 REVENDICATIONS 1 - Déphaseur réglable à guide d'ondes,comportant un guide d'ondes principal et un déphaseur proprement dit qui comporte un ensemble en matière gyromagnétique , caractérisé en ce 5 que le déphaseur proprement dit est constitué par une souche de guide d'ondes en dérivation sur le guide d'ondes principal, le couplage entre ces deux composants étant réalisé par un diaphragme de couplage placé dans la paroi du guide d'ondes principal, l'ensemble en matière gyromagnétique étant placé dans la souche de 10 guide d'ondes. 2 - Déphaseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble en matière gyromagnétique est constitué par des éléments en ferrite qui présentent au moins deux états d'aimantation rémanente. 15 3 - Déphaseur selon l'une des revendications 1 et 2, ca ractérisé en ce qu'une première partie de l'ensemble en'matière gyromagnétique est dans un premier état d'aimantation rémanente et une seconde partie dudit ensemble est dans ledit premier état ou dans un second état, différent, d'aimantation, rémanente. 20 4 - Déphasewjéelon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que 1'ensemble en matière gyromagnétique est constitué par deux éléments minces sensiblement co-planaires, dont chacun est percé d'un trou et donttla dimension axiale est petite comparée à ses dimensions radiales. 25 5 - Déphaseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu' au moins un élément déphaseur additionnel est placé le long du guide d'ondes principal , à une certaine distance du premier élément déphaseur.