Brevet FR2203149A1 — publié le 19740510

L'invention concerne une bobine haute fréquence à coefficient de température négatif. Normalement, le coefficient de température des bobines haute fréquence est positif ce qui est causé par exemple par la dilatation des conducteurs à l'occasion de leur échauffement ou par l'augmentation de la perméabilité des noyaux de bobine, cette augmentation de perméabili- té étant la conséquence de l'augmentation de la température. (voir par exemple le brevet allemand N" 847.458). Toutefois, dans la technique des micro-ondes, il existe des composants en ferrite auxquels, en vue de com- penser leur variation de température, il importe d'associer des composants à coefficient de température négatif. Comme composants de ce genre, on utilise en particulier également des composants inductifs, c'est-à-dire des bobines haute fréquence.Un circulateur est un exemple d'un tel composant utilisé dans- la technique des micro-ondes. Lors de l'emploi de ce genre de circulateurs, en particulier des cîrculateurs à large bande de fonctionnement, l'impédance ca ractéristique aux connexions est fonction de la température en raison de ce que la magnétisation de saturation des ferrites utilisés en micro-ondes décrott avec l'augmentation de la tempJrature. Pour compenser cette va riation dtimpédance qui résulte des fluctuations de température, on doit généralement disposer de condensateurs å coefficient de température positif ainsi que de bobines à coefficient de température nkgatif. Le problème que devait rosoudre l'invention était donc la mise å disposition d'une bobine haute fréquence à coefficient de tem pérature négatif, alors que dans le domaine de fréquences dans lequel la bobine est utilise, celle-ci devait en outre présenter des pertes faibles et avoir par ailleurs des dimensions permettant de monter la bobine dans le boitier d'un circulateur. De plus, la bobine haute fréquence ne doit pas comporter de partiès mobiles. Â cet effet, la bobine haute fréquence conforme à l'invention est remarquable en ce que cette bobine est formée par un conducteur qui en forme de tore est bobiné sur un anneau en ferrite adéquat, la position de cet anneau dans le champ magnétique d'au moins un aimant permanent formé par un matériau électriquement isolant étant telle que cet anneau est complètement saturé dans une direction qui est perpendiculaire sa direction périphérique. Dans ce cas, les aimants permanents en question peuvent être formés, par un ou deux aimants permanents en forme de plaque qui sont magnétisés suivant la direction de leur plus petite dimension et qui sont placés en direction axiale & côtb de l'anneau en ferrite. Il se peut également que les aimants permanents en forme de plaque ainsi que l'anneau en ferrite soient entourés d'un boîtier ou d'un étrier en acier doux. De plus, l'aimant permanent et la bobine en forme de tore peuvent être réunis mécaniquement à l'aide d'une colle. La hauteur de la bobine peut être réduite davantage lorsque l'aimant permanent et l'anneau sont quasi concentriques. Dans ce cas, l'aimant permanent est par exemple formé par un cylindre qui est magnétisé en direction axiale et qui porte des pièces polaires en forme de plaque entre lesquelles se situe l'anneau en ferrite. Le refroidissement convenable de la bobine est souhaitable dans le cas où les puissances à traiter sont élevées. Pour résoudre le problème de refroidissement, il est intéressant que l'aimant per manent soit formé par un anneau magnétique permanent magnétisé radiale ment,cet anneau et l'anneau en ferrite étant situés dans un bottier en forme de pot en acier doux qui présente une partie médiane cylindrique qui s'étend jusqu1 l'intérieur des anneaux et qui comporte une gorge qui est concentrique aux anneaux et qui doit contenir ceux-ci. Le ferrite utilisé est par exemple un grenat d'yttrium et de fer. On peut expliquer comme suit le fonctionnement de la bobine conforme à l'invention. Le coefficient de self de la bobine est pratiquement proportionnel à la perméabilité relative /Ur de l'anneau en ferrite qui, étant en saturation magnétique sous l'effet d'une induction transversale M statique B, est égale à environ 1 + H5 , expression dans laquelle Ms est Hi la magnétisation de saturation du ferrite alors que Hi est l'intensité de B champ qui correspond à la magnétisation Bu = M + H i et qui est provoque 0 par ladite induction B.Etant donné qu' & 11 occasion d'une augmentation de la température, la magnétisation de saturation M des ferrites utilisés couramment dans la technique des micro-ondes diminue plus fortement que l'induction statique B établie dans l'anneau en ferrite par l'aimant permanent, il en résulte directement que dans ce cas l'intensité Ri augmente et que la perméabilité relative /Ur diminue. Comme matériau devant constituer l'aimant permanent, on utilise un matériau connu, mis sur le marché par la Demanderesse sous l'indication FXD - K 330, tandis que comme ferrite devant constituer l'anneau, il est possible d'utiliser un matériau qui sur le marché est disponible sous l'indication K 50t/1f-3877. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné å titre d'exexple, fera bien comprendre comment l'invention peut être realisée. La figure 1 représente une bobine haute fréquence conforme à l'invention et ne comportant qu'un seul airant permanent. La figure 2 représente une bobine haute fréquence répondant à la figure 1 mais comportant deux aimants permanents. La figure 3 représente une bobine haute fréquence répondant à la figure 2 et comportant un bottier. La figure 4 illustre un exemple de l'emploi d'une bobine haute fréquence selon l'une des figures 1 à 3 dans un ciculateur à large bande de fonctionnement. Les figures 5, 6 et 7 représentent trois autres bobines haute fréquence conformes à l'invention. Sur la figure 1, on a indiqué par la référence 1 un anneau en ferrite 2, par la référence 2 une bobine en forme de tore for mde sur l'anneau, par la référence 3 un aimant permanent et par les rg- f8rences 4 et 5 les connexions de la bobine 2. La flèche 6 indique le sens de la magnétisation de l'aimant permanent 3, par exemple en forme de plaque. L'anneau en ferrite 1 portant la bobine en forme de tore 2, est par exemple collé sur l'aimant permanent 3. La figure 2 illustre un autre exemple de réalisation suivant lequel l'anneau en ferrite 1 et la bobine en forme de tore 2 sont placée entre deux aimants permanents 3 et 7. Ce mode de réalisation convient mieux pour les fréquences élevées que le mode de roalisation répondant à la figure i, étant donné qu'un champ magnétique à plus forte intensité peut être engendré dans l'anneau 2. En vue d'augmenter l'intensité du champ magnétique dans l'anneau en ferrite 1 répondant à la figure 2 lors de l'emploi d'aimante permanents identiques 3 et 7, on peut, comme le montre la figure 3, fermer le circuit magnétique à l'aide d'un bottier 8 en acier doux, ce bottier entourant les aimants permanents 3 et 7 et étant muni d'un couvercle 9, également en acier doux. En procédant de la sorte, on supprime en même temps dans une forte mesure la dispersion des aimants permanents 3 et 7 vers l'extérieur. En outre, l'influence que la bobine haute frk- quence éprouve de la part de champs magnétiques extérieurs a été diminuée fortement. Ce blindage est important en raison de ce qu'il rend l'application de la bobine haute frequence moins tributaire de l'endroit où la bobine est utilisée. Un tel blindage est intéressant par exemple dans le cas où la bobine haute fréquence est utilisée dans un circulateur répondant à la figure 4, étant donné que dans le bottier du circulateur, des champs wagnétiques de dispersion se produisent également à l'endroit où l'on a disposé la bobine haute fréquence. Sur ladite figure 4, on a indiqué par la référence 10 la bobine haute fréquence représentée schématiquement, par les rdfdrences Il et 12 d'autres composants du réseau d'adaptation, à savoir des condensateurs, par la rdférence 13 les aimants permanents du circulateur, par la rdfdrence 14 les ferrites du circulateur, par la référence 15 la platine à pistes conductrices, par la rdférence 16 les parties du bottier, par la référence 17 le conducteur extérieur du câble coaxial, et par la référence 18 le conducteur intérieur de ce cable. Le-circulateur appartient à la technique connue et n'est pas décrit plus en détail dans cet exposé. Suivant l'exemple de réalisation de la bobine haute fréquence pondant a la figure 3, le diamètre des aimants permanents 3 et 7 est environ 5-mm, ltépaisseur des aimants suivant la direction de magnétisation étant comprise entre environ 1 mm et 2 mm. Le diamètre ex térieur de anneau en ferrite 1 est environ 4 mm, son diamètre intérieur et son épaisseur étant respectivement environ 2 mm et 1 mm. La dimension de la fente d'air entre un anneau en ferrite 1 et l'aimant permanent 7 ou 3 est définie par ltépaisseur du fil que l'on utilise pour former la bobine 2, cette épaisseur étant par exemple 0,3 mm.Lorsque la bobine 2 a té réalis suivant la technique des cabrages imprimes, il est possible de réaliser des fentes plus étroites et par conséquent également des aimants permanents 3, 7 moins encombrants. Dans le cas où la bobine conforme à l'invention est utilise dans un circulateur fonctionnant dans le domaine de fréquences limite par 200 MHz et 400 MHz, la bobine en forme de tore 2 doit comporter environ quatre spires lorsqu'on respecte les dimensions citées cidessus. Sur la figure 5, il s'agit d'une bobine haute fr8quence qui, comparée à celles répondant aux figures 1 à 3, a une hauteur beaucoup plus petite. La bobine représentée sur la figure 5 comporte un aimant permanent 19 qui est concentrique à l'anneau en ferrite 1 et qui est ma gnétise en direction axiale, comme le montrent les pales N et S; ledit aimant 19 est formé par un corps cylindrique dont les deux faces terminales portent les pièces polaires 20 et 21. Celles-ci sont formées par des plaques planes et font saillie hors de l'aimant permanent cylindrique 1 tout en entourant ainsi un espace dans lequel s'adapte l'anneau en ferrite 1. Â son tour, cet anneau 1 est entouré d'un enroulement 2.Comme prdcgdemment, les connexions de la bobine portent les références 4 et 5, la connexion 5 n'étant pas située dans le plan du dessin Lien que la bobine conçue de la sorte ait une hauteur très faible, la dispersion en direction radiale est encore relativement forte. En outre, cette bobine ne convient pas très bien pour des puissances élevées, en raison de ce qu'il est difficile d'évacuer la chaleur provenant de l'intérieur de l'aimant permanent 19. Lorsqu'il s'agit de traiter des puissances élevées, il est préférable d'utiliser des bobines permettant la circulation d'un agent refroidisseur plus près de l'anneau en ferrite 1. Une telle construction est illustrée sur la figure 6. Sur cette figure, la bobine et l'anneau en ferrite 1 sont logés dans un bottier en forme de pot en acier doux. Le centre du pot est occupé par une partie mddiane cylindrique 22 qui forme corps avec un fond 23 en forme de plaque qui à l'extérieur est limité par une gaine 24.Entre la partie médiane 22 et la gaine 24, on a aménågé une gorge 25 qui est concentrique à la partie médiane 22 et qui doit contenir l'anneau en ferrite 1 et l'aimant permanent affectant la forme d'un anneau magnétique permanent 26 qui est magnétisé radialement, comme le montrent les pales N et S. - Une telle bobine peut entre fixée convenablement par scellement dans une masse liquide se durcissant par la suite, ce qui permet de fixer convenablement les positions que 11 anneau en ferrite 1 et l'anneau 26 occupent dans la gorge 25. Dans la bobine conçue de la sorte, un agent refroidisseur peut être admis directement sur une des faces de l'anneau en ferrites 1. Une réålisation semblable est illustrée par la figure 7, la seule différence étant que dans ce cas, l'anneau en ferrite 1 se situe à l'extérieur cependant que ledit anneau magnétique permanent 26 se trouve à l'intérieur. Egalement les bobines haute fréquence réalisées de la sorte ont des dimensions qui sont très petites. La hauteur par exemple des bobines répondant aux 'figures 6 et 7, c'est-à-dire la hauteur axiale de la partie mddiane 22 et de la gaine 24 n'est comprise qu'entre environ 5 mm et 8 mm, alors que la hauteur de l'anneau en ferrite 1 n'atteint que 4 mm; la hauteur de l'anneau magnétique permanent également ne doit pas dépasser 4 mm, alors que le diamètre de l'ensemble que constitue la bobine est compris entre 10 mm et 20 mm. REVENDICATIONSt 1. Bobine haute fréquence à coefficient de température négatif, caractérisée en ce qu'elle est formée par un conducteur qui en forme de tore est bobiné sur un anneau en ferrite adkquat, la position de cet anneau dans le champ magnétique d'au moins un aimant permanent formé par un matériau électriquement isolant étant telle que cet anneau est complètement saturé dans une direction qui est perpendiculaire à sa direction périphérique 2. Bobine haute fréquence selon la revendication 1, carac tkrisée en ce que les aimants permanents sont formés par un ou deux aimants permanents en forme de plaque qui sont magnétisés suivant la direction de leur plus petite dimension et qui sont placés en direction axiale à còté de l'anneau en ferrite. 3. Bobine haute fréquence selon la revendication 2, carac térisée en ce que les aimants permanents en forme de plaque et l'anneau en ferrite sont entourés d'un bottier ou d'un étrier en acier doux. 4. Bobine haute fréquence selon la- revendication 1, carac térisde en ce que l'aimant et la bobine en forme de tore sont réunis md- caniquement à l'aide d'une colle. 5. Bobine haute fréquence selon la revendication 1, carac térisée en ce que l'aimant permanent et l'anneau en ferrite sont quasi concentriques. 6. Bobine haute fréquence selon la revendication 1, carac térisée en ce que l'aimant permanent est forez par un cylindre qui est magnétisé en direction axiale et qui porte des pièces polaires en forme de plaque entre lesquelles se situe l'anneau en ferrite. 7. Bobine haute fréquence selon la revendication 5, carac térisee en ce que l'aimant permanent est formé par un anneau magnétique permanent magnétise radialement, cet anneau et l'anneau en ferrite étant situés dans un boitier en forme de pot en acier doux qui présente une partie mediane cylindrique qui s'retend jusqu'8 l'intérieur des anneaux et qui comporte une gorge qui est concentrique aux anneaux et qui doit contenir ceux-ci. 8. Bobine haute frequence selon l'une des revendications 1 à 7, caracterisée en ce que le ferrite utilisé est un grenat d'yttrium et de fer.