Brevet FR2280213A1 — publié le 19760220

La présente invention concerne une structure comportant plusieurs circulateurs pour hyperfréquence placés dans un circuit magnétique unique. Lorsque plusieurs circulateurs sont utilisés dans un montage expérimental, l'ensemble des circuits magnétiques est onéreux et bien souvent encombrant, alors que la réluctance introduite par un seul circulateur dans son circuit magnétique est généralement très faible. l'objet de la présente invention est une structure qui, tout en respectant la valeur du champ magnétique propre à chaque circulateur, permette de réaliser économiquement celui-ci en utilisant un volume rédurt. ha Structure à n circulateurs placés dans un circuit magnétique commun, n étant au moins égal à 2, selon l'invention est caractérisée en ce quelle comporte - n circuits de propagation hyperfréquence indépendants; - 2 n pastilles en matériau gyromagnétique à faibles pertes en hyperfréquence, placées à raison d'une de chaque ctté d'un desdits circuits de propagation hyperfréquence; - n 7 1 aimants permanents en forme de disque, équipés, en regard desdits circuits, de 2 n pièces polaires en matériau à haute perméabilité débordant des aimants et formant des épaulements dont un sur deux présente des moyens de réglage de la réluctance; - trois étriers en matériau à haute perméabili-té magnétique placés à 1200 les uns des autres constituant une culasse de retour du champ magnétique. La structure selon l'invention possède les avantages suivants - le nombre n de circulateurs peut Qtre porté à trois ou à quatre sans inconvénient car la réluctance dûe à chacun est très faible; - la réduction de la masse de l'ensemble est corsidérable, or dans les utilisations nécessitant un faible bruit il est de pratique courante de placer les circulateurs dansun cryostat. La mise en froid de la nouvelle structure permet des économies considérables de fluide cryogénique si on la compare à celle de n circulateurs indépendants. D'autres caractéristiques et avantages de 11 invention apparattront au cours de la description illustrée des figures 1 à 3 donnes à titre illustratif et nullement limitatif dans lesquelles : - la figure 1représente une vue de dessus du circuit selon l'invention; - la figure 2 représente pour une moitié une coupe dans un plan vertical et pour l'autre moitié une vue en élévation; - la figure 3 une vue du dispositif de réglage à basse température du champ magnétique. La figure 1 représente une structure à 2 circulateurs. Les trois portes coaxiales 1, 2, 3, d'un premier circulateur apparaissent, tandis que les portes du second circulateur, placées juste en-dessous des précédentes, sont masquées par elles. Trois pièces métalliques 7, 8, 9, en matériau à haute perméabilité magnétique sont disposées à 1200 entre elles. Leur forme en étrier est visible sur la figure suivante. la figure 2 représente, sur sa moitié droite, une coupe verticale dont la trace apparat selon AX sur la figure précédente et sur sa moitié gauche une élévation dans un plan vertical de trace EX. les portes 1 et 3 sont visibles sur la figure 2, tandis que la porte 2 est masquée. Les portes 4 et 6 du second circulateur, placées sous les portes 1 et 3 du premier eircula- teur, apparaissent, tandis que la porte 5 est masquée. La structure représentée ne comporte que deux circula- teurs; toutefois, l'addition d'autres circulateurs est possible; elle accroît la hauteur de l'empilement central d'une quantité, représentée entre les lignes YY' et ZZ', égale à celle de l'élément modulaire. Celui-ci comporte - un aimant permanent 10 en forme de cylindre; - deux pièces polaires 11 et 12 en matériau à haute perméabilité magnétique ayant la forme de cuvettes à bord épais recevant les aimants dans leur partie centrale en cuvette; - deux pastilles 13 et 14 en matériau gyromagnétique appliquées sur la face externe des pièces polaires précédentes; - trois lignes de transmission microbande telles que 15, placées selon des rayons et aboutissant aux portes coaxiales 4, 5 et 6. es lignes microbandes telles que 15 se rejoignent dans une zone 19, visible sur la figure 1, entièrement comprise à l'intérieur de la projection des aimants 10 sur un plan horizontal. les pièces polaires présentent des trous taraudés tels que 1 6, 17 et 18, reportés en pointillé sur la même figure que précédemment, dans lesquels se meuvent des bâtonnets filetés 2C, terminés à leur partie supérieure par un carré permettant de les régler en position au moyen d'une clef plate.Le nombre de per çages taraudés effectués sur les épaulements des pièces polaires telles que 11 et 12, dépend de la proportion du flux magnétique à dériver par les bâtonnets 20 en dehors des disques en ferrite 13 et 14. le flux dérivé est minimum lorsque les bâtonnets 20 affleurent la face de la pièce polaire tournée vers la'microbande et il est maximum lorsque les bâtonnets 20 viennent en contact de la pièce polaire opposée. Lorsque toute la surface des épaulements des pièces polaires située en dehors du passage des lignes microbandes est occupée par des perçages et que ceux-ci sont munis de bâtonnets de réglage tels que 20, environ la moitié du flux magnétique peut être dérivée en dehors des pastilles en ferrite telles que 13 et 14. Lorsque les bandes passantes des deux circulateurs sont très différentes les valeurs optimales du champ magnétique peuvent être obtenues en utilisant des pastilles en ferrite de compositions différentes, ainsi que de diamètres différents pour les deux circulateurs, ainsi que cela est représenté sur la figure 2 dans laquelle les pastilles en ferrite 21 et 22 ont un diamètre inférieur à celui des pastilles 13 et 14. Un premier exemple non limitatif est fourni par le circulateur double vendu par la demanderesse sous la référence 30.540 pour une utilisation à la température 200il, Cet ensemble présente les caractéristiques du tableau 1 pour le premier circulateur et celles du tableau 2 pour le second circulateur. iL > U 1 GA3IEAL 2 s Tuséro des portes dans I perte l'ordre où elles sont nse;r- ~ renconhrées | tien à 1 2 2 5 3 4 5 545 -6 6 rl 1 300 .--z 0,3 dB G,45 dB 0,4 dBfl0,3 dB 0,3 dB 0,3 dB 1 335 0,25 0,30,3 jt0,3 0s3 os30,3 jj0,3 0,3 0,3 1 430 0,30 c,4 0,3 If 0,3 0,3 Û,3 'J découplage 7-f 3 2 I 46 5 4 6 5 ge à 9: Il 1 360 lsus ~21 d3 20 20 " 20 t!2021 21 1 335 26 27 23 If 24 26 25 1 430 21 24 21 il 21 20 21 1 n - la masse du circulateur double cité comme exemple est de 0,7 kg environ, tandis que celle de deux circulateurs indépendants équivalents est de 2,14 kg De façon similaire, deux circulateurs placés dans un circuit magnétique unique occupent un volume total de 380 centimètres cubes tandis que chaque circulateur R 2994 a un volume unitaire de 296 centimètres cubes. Lorsque les circulateurs sont destinés à être employés à une température cryogénique l'ajustement de la valeur de chacun des champs magnétiques doit être exécuté en fonction de la température d'emploi. Cet ajustement est effectué en plusieurs étapes résumées sur la figure 3. - Au cours d'une étape 25, se déroulant à la température ambiante, les aimants 10 sor;t aimantés et un premier réglage des bâtonnets taraudés 20 est effectué pour chaque circulateur. - Au cours d'une étape 26, la structure selon l'invention est placée en 30 dans un montage représenté sur la figure 4. Celui-ci comporte une enceinte en klégécel 91 refroidie au moyen d'un serpentin 32 dans lequel circule un courant d'azote liquide. L'enceinte 31 est à son tour placée dans une enceinte 33 en plexiglass. la structure 30 est reliée aux guides d'ondes 34 nécessaires aux mesures au moyen de passages 35 à travers lten- ceinte 33. Un aju tage 36 pénétrant à l'intérieur de l'enceinte 31 permet d'introduire de l'azote déshydraté gazeux dont la température est celle de l'ambiante afin de réchauffer 1' enceinte 31 et de mettre le volume de l'enceinte 33 sous une légère surpression de gaz sec. Un enroulement temporaire comportant quelques tours de fil autour de l'un des aimants de la colonne centrale de la structure permet d'ajuster la valeur du champ magnétique à basse température et de connaître celle-ci à partir de l'intensité passant dans le bobinage.Un thermo-couple 37 fixé soigneusement contre la paroi du circuit magnétique permet de mesurer la température pendant les mesures de perte d ' insertion et de découplage entre les portes. Ces mesures sont effectuées à plusieurs tempe ratures et le champ magnétique nécessaire à la température d'utilisation est déduit par extrapolation des résultats de mesure. Au cours d'une étape 27, il est procédé au réchauffage de la structure jusqu'd la température ambiante et les corrections du champ magnétique sont exécutées en plaçant les baronnets 20 en position convenable. Au cours d'une étape 28, la structure est portée à la température d'utilisation nominale et on s'assure par des mesures de pertes d'insertion et de découplage qu'aucune nouvelle correction n'est nécessaire. Au cours d'une étape 29 la structure est réchauffée à la température ambiante, puis le bobinage temporaire est supprimé. Un deuxième exemple de réalisation cité à titre illustratif et non limitatif est fourni par l'association dans le même circuit magnétique d'un circulateur fonctionnant autour de 1,4 GHz et d'un second fonctionnant à la fréquence double. Les tableaux 3 et 4 donnent la perte d'insertion et de découplage de la structure. TABLEAU 3 Iéro des portes dans l'ordre Fréquence rencontré en Zz 1 + 2 31 Perte d'in sertion en 1 360 0,3 0,4 0,4 dB 1 400 0,30 0,3 0,4 1 45o : û,g 0,45 0,25 i 2 T1 3 2 Découplage 1 360 en dB 1 400 i 26 26 23 1. 1430 22 24 22 TABLEAU 4 I- I T Numéro des portes dans l'ordre Fréquence rencontré en HHz 1 4 2 2 4 3 3 4 1 1-f 2 12 3-,31 ferte 2 700 d1insertio 2 000o.s 0,25 0,3 en dB 5 000 Or3 0,3 0,25 3 250 0,3 0,3 0,3 1 43 2 4 1 3 9 2 . Découplage 2 700 21 22 21 en dB 3 000 23 23 22 3 250 21 21 20 R E V E ix D I C b bT I 0 XYJ 3 1 - Structure à n circulateurs placés dans un circuit magnétique commun, n étant au moins égal à 2, caractérisée en ce qu' elle comporte - n circuits de propagation hyperfréquence indépendants - 2 n pastilles en matériau gyromagnétique à faibles pertes en hyperfréquence, placées à raison d'une de chaque coté d'un desdits circuits de propagation hyperfréquence;; - n + 1 aimants permanents en forme de cylindre équipés, sur les faces en regard desdits circuits hyperfréquence, de n + 2 pièces polaires en matériau à haute perméabilité débordant des aimants, munies de moyens permettant de dériver une partie du flux magnétique en dehors de l'espace utile défini par lesdites pastilles en matériau gyromagnétique - trois étriers en matériau à haute perméabilité magnétique placés à 1200 les uns des antres et constituant une culasse de retour du champ magnétique. 2 - Structure à n circulateurs selon la revendication 1 caractérisée en ce que lesdites pièces polaires ont la forme de cuvettes à bord épais coiffant les aimants. 3 - Structure à n circulateurs selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens de dérivation du champ magne- tique sont constitués par des perçages taraudés à travers les bords épais des pièces polaires coopérant avec des bâtonnets filetés en matériau à haute perméabilité magnétique dont la pénétration dans l'entrefer est réglable. 4 - Structure à n circulateurs selon la revendication 3 caractérisée en ce que les diamètres desdites pièces polaires de deux circulateurs successifs sont différents. 5 - Structure a n circulateurs selon la revendication , caractérisée en ce que lesdies 2 n pastilles en matériau gyromagnétique sont usinées par paire dans des matériaux de compositions différentes.