Brevet FR2111961A1 — publié le 19720609

La présente invention se rapporte d'une manière générale aux atténuateurs à résistance à variation continuq/èt à large bande de fréquence, et concerne plus particulièrement un atténuateur de ce type comportant une ligne de transmission à pertes 5 et sans distorsion, dans laquelle le conducteur de signaux est constitué d'une résistance d'affaiblissement uniformément répartie contre laquelle le contact de sortie est appuyé en un point variable avec le réglage de l'atténuateur. Un certain nombre de résistances en dérivation de valeurs égales sont con-10 nectées entre le conducteur de signaux de la ligne de transmission et un conducteur de masse, et sont réparties uniformément le long de la ligne. Les résistances en dérivation ont une valeur équivalente totale, par unité de longueur, égale au carré de l'impédance caractéristique divisé par la résistance par uni-15 té de longueur du conducteur de signaux, de sorte que l'impédance caractéristique de la ligne est uniforme. Unet résistance de terminaison égale à l'impédance caractéristique de la ligne est connectée à la sortie afin d'éviter les réflexions de signaux . 20 La réponse en haute fréquence de l'atténuateur selon l'invention est supérieure à celle des atténuateurs à résistance à variation continue connus, y compris celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n2 3 157 846. En outre, sa plage d'atténuation est plus grande avec la même réponse de 25 fréquence. L'atténuateur selon l'invention présente également l'avantage de pouvoir terminer une ligne de transmission, car l'impédance caractéristique de J.a ligne de transmission à pertes dont il est constitué est constante, quel que soit le réglage du contact de sortie. Au surplus,l'impédance de sortie de l'atté-30 nuateur est constante et égale à la moitié de l'impédance caractéristique dans ces conditions. Selon un mode de réalisation, l'atténuateur comporte une section mobile de ligne de transmission à pertes et des contacts fixes d'entrée et de sortie, de sorte que le temps de transit 35 d'un signal entre les contacts ne varie pas avec le réglage de l'atténuateur. En outre, cette disposition permet d'augmenter la réponse aux fréquences élevées, grâce à la réduction des k. 71 38982 a 2111961 inductances et capacités associées à ces contacts. Le présent atténuateur peut remplacer n'importe quel type d'atténuateur à résistance à variation continue, y compris un potentiomètre. Il est cependant spécialement adapté au réglage 5 d'un amplificateur de déflexion verticale d'un oscilloscope à rayons .cathodiques à large bande de fréquences, allant du courant continu à plusieurs centaines de megahertz. La présente invention concerne donc un atténuateur perfectionné à résistance à variation continue, à bande passante 1Q élargie, comportant une ligne de transmission à pertes dont le conducteur de signaux est constitué par une résistance d'affaiblissement uniformément répartie sur toute sa longueur, et un contact de sortie placé contre ce conducteur, un certain nombre de résistances séparées étant connectées en dérivation et uni-15 formément réparties de manière que l'impédance caractéristique de la ligne soit constante. L'impédance d'entrée reste constante pour les différents réglages d'atténuation et l'impédance au contact de sortie est également constante. La ligne de transmission à pertes est constituée d'une section mobile tandis que 20 les contacts d'entrée et de sortie sont fixes. Le temps de transit des signaux entre ces contacts est donc constant quelles que soient les variations de réglage. L'atténuateur est robuste et ses dimensions sont extrêmement faibles, car la ligne de transmission est réalisée sous forme d'une résistance déposée sur un 25 rotor plat de matière isolante autour duquel se trouve un stator plat de matière isolante supportant les contacts fixes d'entrée et de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard de 30 plusieurs modes de réalisation donnés à titre explicatif et non limitatif. Sur le dessin annexé : la figure 1 représente le schéma d'un atténuateur à résistance variable de type antérieur ; 35 la figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisa tion de l'atténuateur à résistance variable selon la présente invention ; 71 38982 3 2111961 la figure 3 représente le schéma d'un autre mode de réalisation de l'atténuateur selon l'invention comportant des contacts fixes d'entrée et de sortie ; la figure 4 est une vue en plan de l'atténuateur repré-5 senté sur la figure 3 ; et la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 4. Ainsi que le montre la figure 1, un atténuateur de type antérieur consiste en un potentiomètre 10 à résistance à varia-10 tion continue dont le contact mobile 12 est connecté à la borne de sortie 14. Une extrémité du potentiomètre 10 est reliée à la masse tandis que l'autre extrémité est connectée à une source de signaux par la borne d'entrée 16 et le conducteur de signaux 18 d'une ligne de transmission. La ligne de transmission compor-15 te un conducteur de masse 20 uniformément espacé du conducteur de signaux 18 de manière que l'impédance caractéristique de la ligne soit constante. Cette ligne de transmission 18, 20 permet d'éloigner la source de signaux connectée à la borne d'entrée 16 du potentiomètre atténuateur 10, qui constitue la résistance de 20 terminaison de la ligne. L'atténuateur de la figure 1 présente une inductance 22 connectée entre une extrémité du potentiomètre 10 et la masse, et une capacité parasite 24 reliée entre l'entrée du potentiomètre 10 et le contact mobile 12, ces deux impédances constitu-25 ant des causes de distorsion. Aux impédances élevées, la capacité parasite 24 dérive les signaux de la résistance d'affaiblissement 10 tandis que l'inductance 22 gêne l'écoulement des signaux vers la masse. Il en résulte qu'aucune atténuation des signaux n'est possible aux fréquences élevées. L'atténuation 30 varie donc considérablement en fonction de la fréquence du signal d'entrée aux fréquences élevées et'elle n'est pas liée au réglage du contact mobile 12 du potentiomètre 10. Bien entendu, cela empêche également que l'atténuateur termine correctement la ligne de transmission 18, 20 sur son impédance caractéristi-35 que, ce qui entraîne des réflexions des signaux d'entrée et par conséquent leur distorsion. 71 38982 4 2111961 Ainsi que le montre la figure 2, un mode de réalisation de la présente invention comporte une ligne de transmission à pertes et sans distorsion constituée d'un conducteur de signaux 26 ,dont la résistance d'affaiblissement est répartie uniformé-5 ment sur sa longueur, un conducteur de masse 28, et un certain nombre de résistances 30 séparées,connectées en dérivation entre le conducteur de signaux et le conducteur de masse. Les résistances 30 en dérivation sont espacées uniformément le long du conducteur de signaux 26 et elles ont toutes la même valeur de 10 résistance: ° (ZQ)2 R où Zq représente l'impédance caractéristique de la ligne de transmission 26, 28, n représente le nombre de résistances en 15 dérivation par unité de longueur de la ligne, et R représente la résistance par unité de longueur du conducteur de signaux 26. Dans un mode de réalisation où Zq = 50 ohms et comportant cinq 621 résistances 30/dérivation,un conducteur de signaux 26 d'une ré- 50 — sistance totale de 50 ohms donne H = -j=- = 10 olams par unité de 20 longueur et la valeur de chaque résistance en dérivation est; 2 JM = (5°)2= 250 ohms R 10 La sortie du conducteur de signaux 26 est reliée au conducteur de masse 28 par l'intermédiaire d'une résistance de ter-25 minaison 32. La valeur de cette résistance de terminaison est égale à l'impédance caractéristique de la ligne de transmission. L'entrée de la résistance d'affaiblissement 26 est reliée à une borne d'entrée 34 par l'intermédiaire du conducteur de signaux 36 d'une autre ligne de transmission. Le conducteur de si-30 gnaux 3b est uniformément espacé d'un conducteur de masse 38 de manière à constituer une ligne de transmission sans perte d'impédance caractéristique Zq.constante, égale à l'impédance caractéristique de la ligne à pertes 26, 28, 30. Un contact mobile 40 gl isse le long de la résistance d'affaiblissement constituant le 35 conducteur de signaux 26 de la ligne de transmission à pertes, de manière à modifier le réglage de l'atténuateur, et il est connecté à la borne de sortie 42. L'atténuateur à résistance à 71 38982 5 2111961 variation continue de la figure 2 présente, sur l'atténuateur antérieur de la figure 1, l'avantage que son impédance d'entrée est constante quel que soit le réglage du contact mobile 40, si une impédance élevée est connectée à sa borne de sortie 42. 5 L'atténuateur termine donc la ligne de transmission 36, 38 sur son impédance caractéristique quel que soit son réglage. En outre, l'inductance et la capacité parasite de l'élément atténuateur font partie de la ligne de transmission, de sorte qu'elles ne perturbent pas le signal qui circule dans cette ligne. La 10 réponse en haute fréquence de l'atténuateur est donc améliorée considérablement. La plage d'atténuation peut être modifiée en donnant à la ligne de transmission à pertes de la figure 2 une longueur quelconque, en faisant varier la dimension de la résistance 15 d'affaiblissement du conducteur de signaux 26. La dimension de la résistance d'affaiblissement 26 ne limite pas la réponse aux fréquences élevées de sorte qu'il est possible de la réaliser suffisamment grande pour éviter les problèmes mécaniques et permettre un réglage plus précis du contact mobile. En outre, 20 l'impédance de sortie de l'atténuateur, vue de sa borne de sortie 42, est constante quel que soit le réglage du contact mobile 40, de sorte que l'entrée 34 de la ligne dé transmission 36, 38 est terminée sur son impédance caractéristique ZQ . L'impédance de sortie constante k la borne 42 est alors égale à ^q/2 25 La réalisation de la figure 2 pose deux problèmes. Tout d'abord, la distance entre le contact mobile 40 et la borne d'entrée 34 de l'atténuateur varie avec le réglage de ce contact mobile, et le temps de transit d'un signal d'entrée dans l'atténuateur varie également. Ensuite, lorsque la résistance d'af-30 faiblissement du conducteur de signaux 26 a une longueur notable, il est nécessaire d'utiliser un contact mobile 40 d'une certaine longueur, ce qui augmente l'inductance série et la capacité parasite à la masse de ce contact et limite la réponse aux fréquences élevées de l'atténuateur. 35 Le premier problème peut être éliminé et l'importance du second peut être considérablement réduite grâce au mode de réalisation de la figure 3. Dans ce mode de réalisation, la 71 38982 6 2111961 section de ligne de transmission à pertes est mobile tandis que les contacts d'entrée et de sortie sont fixes. Du fait que le mode de réalisation de la figure 3 est similaire à celui de la figure 2, les mêmes symboles ont été utilisés pour désigner 5 les mêmes parties et seules les différences seront décrites. Le contact de sortie 40 est fixe et il s'appuie contre la résistance d'affaiblissement du conducteur de signaux 26 de la section de ligne de transmission à pertes mobile, tandis que la ligne de transmission sans perte 36, 38 est connectée à la borne 10 d'entrée par l'intermédiaire d'une ligne de"prolongement"constituée d'un conducteur de signaux 44 et d'un conducteur de masse 46. Le conducteur de signaux 44 et le conducteur de masse 46 de la ligne de prolongement comportent des contacts fixes 48.et 50 qui s'appuient respectivement contre le conducteur de signaux 15 36 et le conducteur de masse 38, mobiles suivant la double flèche 52. Le conducteur de signaux 36 et le conducteur de masse 38 peuvent également comporter des contacts coulissants 54 et 56 qui s'appuient respectivement contre le conducteur de signaux 44 et le conducteur de masse 46 de la ligne de prolonge-20 ment, de manière à assurer un bon contact électrique. Une ligar; de transmission de longueur variable et d'impédance caractéristique constante est donc constituée par les conducteurs de signaux 44 et 36 et les conducteurs de masse 46 et 38 dont la longueur varie avec le déplacement de l'élément atténuateur 26. Du 25 fait que la distance entre la borne d'entrée 34 et la borne de sortie 40 reste constante quel que soit le réglage de "ce contact sur la résistance d'affaiblissement 26, un signal d'entrée est toujours transmis depuis la borne d'entrée 34 jusqu'à la borne de sortie 42 avec le même temps de transit constant. En 30 outre, du fait que le contact de sortie 40 est fixe, ses dimensions peuvent être extrêmement faibles ce qui réduit au minimum l'inductance série et la capacité parasite à la masse et augmente la réponse de l'atténuateur aux fréquences élevées. Ainsi que le mxmtrent les figures 4 et 5, l'atténuateur 35 de la figure 3 peut être constitué de revêtements de matière résistante et la matière conductrice sur un rotor plat 58 et un stator plat 60 de matière isolante tel que de céramique d'alumine. 71 38982 7 2111961 Le rotor 58 est percé d'une ouverture centrale dans laquelle passe un arbre de commande 62 destiné à le faire tourner par rapport au stator 60 fixe. Une bande 64 résistante en arc de cercle est déposée sur le rotor 58 et constitue la résistance 5 d'affaiblissement du conducteur de signaux 26 de la figure 3. Une couche conductrice 66 annulaire et de faible résistance superficielle est déposée sur le rotor, autour de l'ouverture centrale, et espacée radialement à l'intérieur du revêtement résistant 64. Cette couche conductrice 66 constitue les conduc-10 teurs de masse 28 et 38 de la figure 3. Cinq surfaces résistantes 68, espacées radialement, sont déposées sur le rotor 58 suivant des rayons, entre les revêtements 66 et 64. Ces surfaces résistantes correspondent aux résistances 30 en dérivation de la figure 3. La valeur de la résistance d'affaiblissement 64 15 est de 50 ohms et elle est répartie uniformément sur toute la longueur de la couche. Les résistances en dérivation 68 sont espacées uniformément le long de la résistance d'affaiblissement 64 et elles ont toutes sensiblement, la mime valeur, 250 ohms par exemple lorsqu'elles sont au nombre de cinq. Une sur-20 face résistante 70, égale à l'impédance caractéristique de 50 ohms de la ligne de transmission à pertes, et correspondant à la résistance de terminaison 32 de la figure 3,est déposée radialement sur le rotor 38 entre les extrémités des couches 64 et 66. Le nombre des résistances 30 en dérivation des figures 2 et 25 3 et des surfaces résistantes 68 de la figure 4 peut être augmenté si leur valeur est également augmentée de manière à présenter la même impédance caractéristique. Avec dix résistances en dérivation par exemple, soit une résistance d'affaiblissement 50 par unité de longueur R = Jq = 5, et une valeur Rs pour les ré-30 sistances en dérivation, on peut écrire : BB = ' (Z°)2 = (50?2 = _S500 = 500 oims R 5 5 Ainsi que le montre la figure 5, la couche conductrice 66 est reliée à un revêtement plan de masse 72 situé sur la" 35 face arrière du rotor, par l'intermédiaire d'une couche conductrice 74 déposée sur la surface intérieure de l'ouverture centrale du rotor. Un ressort de contact 76 est fixé sur une extré- 71 38982 8 2111961 mité d'une bande conductrice 78 du stator 60. Le ressort de contact 76 correspond au contact de sortie 40 de la figure 3 et son extrémité libre s'appuie sur la couche résistante 64 sur laquelle elle glisse pendant la rotation du rotor 58. 5 Une bande conductrice 80 en arc de cercle est déposée sur le rotor 58, une extrémité de cette bande recouvrant l'entrée de la couche résistante 64. Cette bande conductrice 80 joue le rôle du conducteur de signaux 36 de la figuré 3 et la couche conductrice 66 à la masse représente le conducteur de masse 38 10 de la ligne de transmission sans perte. Un ressort 82 en forme d'arc de cercle, correspondant au conducteur de signaux 44 de la figure 3 est fixé sur une extrémité d'une bande conductrice 84 déposée sur le stator 60.Bien entendu, la couche conductrice 66 constitue le conducteur de masse 46 de la figure 3 et, avec le 15 ressort 82, elle forme la ligne.de prolongement. Le rayon du ressort 82 est égal au rayon de courbure de la bande conductrice 80 au-dessus de laquelle il&st positionné et sur laquelle s'appuie son extrémité libre de manière à constituer un contact gl issant pendant la rotation du rotor 58. Ainsi que le montre 20 la figure 5, une plaque de pression 86, faite d'une matière isolante telle qu'une céramique d'alumine ou une résine acétal soudée sur du"DELRINJ' est positionnée sur le coté opposé du ressort 82 et elle comporte une rainure 88 en arc de cercle dans laquelle se loge le ressort. La plaque de pression 86 maintient 25 le ressort 82 en contact avec la surface conductrice 80 pendant-la rotation du rotor 58. Il y a lieu de noter que, dans un but de clarté, la plaque de pression 86 a été coupée partiellement sur la figure 4 et que la rotation du rotor 58 est limitée à un angle d'environ 902 par des butées appropriées (non représen-30 tées). Ainsi que le montre la figure 5, le plan de masse 72 du rotor 58 est connecté, par un certain nombre de ressorts de contact 92, à un plan de masse 90 similaire constitué d'un revêtement de matière conductrice sur le stator. Le plan de masse 35 90 du stator est relié électriquement à la masse par une connexion fixe 93. 71 38982 9 2111961 Il y a lieu de noter que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation ci-dessus sans sortir de l'esprit de l'invention. Les bornes d'entrée et de sortie peuvent être inversées et une source de signaux peut être connectée à la borne d'entrée 42 par une ligne de transmission sans perte (non représentée) dont l'impédance caractéristique constante est égale à la moitié de l'impédance caraetéristique de la ligne à pertes 26, 28. 71 38982 10 2111961 REVENDICATIONS 1. Atténuateur à résistance variable et à large bande de fréquences, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne de transmission à'pertes d'impédance caractéristique sensiblement 5 uniforme, comportant un conducteur de signaux (26 ; 64) en matière résistante, constituant une résistance d'affaiblissement (26 ; 64) répartie sensiblement uniformément sur la longueur du conducteur, et un certain nombre de résistances séparées (30 ; 68) en dérivation, de valeurs sensiblement égales, connectées 10 entre ledit conducteur de signaux et le conducteur de masse de ladite ligne à pertes et espacées sensiblement uniformément sur la longueur dudit conducteur de signaux, un premier dispositif de couplage de signaux (36, 38 j 80, 82, 66) étant relié à une extrémité dudit conducteur de signaux (26 ; 64) par une première 15 connexion (36 ; 48 ; 82), un second dispositif de couplage de signaux (40,'42 j 76, 78) étant relié audit conducteur de signaux par une seconde connexion (40 ; 76), et un dispositif de commande (40 j 62) étant destiné à déplacer ladite seconde connexion (40 j 76) le long de la résistance d'affaiblissement (26; 20 64) dudit conducteur de signaux afin de modifier le réglage d'atténuation. 2. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne de transmission comporte une résistance de terminaison (32 j 70) égale à ladite impédance caractéristique et 25 connectée entre l'autre extrémité du conducteur de signaux et ledit conducteur de masse. 3. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les résistances (30 ; 68) en dérivation ont chacune une valeur d'environ 30 n ,Z ( o) R où ZQ est l'impédance caractéristique de la ligne de transmission à pertes, n le nombre de résistances en dérivation par unité de longueur de ladite ligne et R la résistance par unité de 35 longueur du conducteur de signaux. 4. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commande (62) déplace la ligne de trans- 71 38982 n 2111961 mission à pertes de manière à modifier le réglage d'atténuation de ladite seconde connexion tout en maintenant la même longueur au circuit des signaux électriques entre ladite première connexion (48 j 82) et ladite seconde connexion (40 ; 76). 5 5. Atténuateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde connexion comporte un contact fixe (40 ; 76) qui s'appuie contre la résistance d'affaiblissement (26 j 64) et la première connexion comporte un autre contact fixe (48 j 82) connecté à ladite première extrémité de ladite ligne à per-10 tes, cette dernière étant déplacée par rapport auxdits contacts fixes de manière à modifier le réglage de l'atténuateur, tandis que la distance entre lesdits contacts fixes reste la même aux différents réglages de l'atténuateur. 6. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en 15 ce que le premier dispositif de couplage de signaux comporte une ligne de transmission sans perte (36, 38 ; 36, 38, 44, 46 ; 80, 66 , 82, 90) d'impédance caractéristique sensiblement uniforme, égale à celle de ladite ligne de transmission à pertes, ladite ligne sans perte comportant un conducteur de signaux (36 ; 36, 20 44 ; 80, 82) et un conducteur de masse (38 j 38, 46 ; 66) connectés respectivement au conducteur de signaux (26 ; 64) et au conducteur de masse (28 ; 66) de la ligne de transmission à pertes. 7. Atténuateur selon la revendication 6, caractérisé en 25 ce que la ligne de transmission sans perte est formée de deux sections séparées (36, 38 ; 80, 66 ; 44, 46 j 82, 66) reliées par ladite première connexion, l'une (44, 46 ; 82, 66) desdites sections étant fixe et l'autre (38 ; 80, 66) desdites sections étant fixée sur la première ligne de transmission de manière à 30 se déplacer avec elle et modifier la longueur de ladite seconde ligne. 8. Atténuateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conducteur de signaux (44 ; 82) de ladite section de ladite ligne sans perte constitue le cçntact fixe de ladite pre- 35 mière connexion qui est placé contre le conducteur de signaux (36 ; 80) de ladite autre section de ladite seconde ligne. 71 38982 12 2111961 9. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première ligne de transmission est constituée par un rotor (58) de matière isolante, le conducteur de signaux (64) formant ladite résistance d'affaiblissement, le conducteur 5 de masse (66) et lesdites résistances (68) en dérivation étant constitués de couches déposées sur ledit rotor, et les contacts fixes (76, 82) sont fixés sur un stator (60) de matière isolante et reliés à des régions (78, 84) conductrices séparées dudit stator de manière que la rotation dudit rotor provoque le déplace- 10 ment de la seconde connexion le long de la résistance d'affaiblissement de la couche conductrice de signaux. 10. Atténuateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit premier dispositif de couplage de signaux comporte une ligne de transmission sans perte, dont l'impédance caracté- 15 ristique sensiblement uniforme est égale à celle de la ligne de transmission à pertes, et constituée de deux sections séparées, l'une des sections (82, 90) se trouvant sur le stator et l'autre section (80, 66) se trouvant sur le rotor, ladite première section comportant un conducteur de signaux (82) qui constitue le- 20 dit contact fixe de ladite première connexion qui s'appuie sur le conducteur de signaux (80) de l'autre section. 11. Atténuateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le conducteur de signaux (80) de ladite autre section est constitué d'une couche conductrice placée sur ledit rotor 25 (58) et connectée à ladite première extrémité du conducteur de signaux (64) de la ligne de transmission à pertes, de manière à se déplacer avec elle sur le rotor. 12. Atténuateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rotor consiste en une plaque annulaire (58) montée 30 dans une ouverture d'une autre plaque (60) constituant le stator, les résistances (68) en dérivation étant constituées de couches disposées radialement entre la couche (66), formant conducteur de masse, et la couche (64) formant conducteur de signaux, qui sont déposées sur le même côté dudit rotor. 35 13. Atténuateur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte également une résistance de terminaison de valeur égale à ladite impédance caractéristique et constituée 71 38982 13 2111961 d'une couche (70) disposée sur le stator entre l'autre extrémité du conducteur de signaux et le conducteur de masse. 14. Atténuateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit second dispositif de couplage de signaux com-5 porte une ligne de transmission sans perte (42, 46 ; 78, 90) dont le conducteur de signaux (42, 78) est connecté à ladite seconde connexion (40 ; 76) et dont l'impédance caractéristique uniforme est égale à la moitié de l'impédance caractéristique de ladite première ligne de transmission.