Brevet FR2302624A1 — publié le 19760924

L'invention concerne un dispositif pour la suppression des ondes parasites dans les amplificateurs à haute fréquence (amplificateurs pour les UHF et VHF) avec des cavités résonnantes coaxiales comprenant plusieurs cavités coaxiales partielles telles que celles du circuit de cathode, du circuit de la grille écran, du circuit d'anode, avec guide d'onde et résistance de terminaison et un circuit secondaire, en particulier en cas d'utilisation de tétrodes et de triodes coaxiales dans des cavités résonnantes coaxiales d'amplificateurs de puissance pour la télévision. Lorsqu'on utilise des triodes et des tétrodes coaxiales dans des étages amplificateurs à ondes ultra courtes (étages amplificateurs pour VHF) ou à ondes décimétriques (étages amplificateurs pour UHF), par exemple dans des amplificateurs de puissance pour la télévision, il peut apparaître des oscillations indésirables. Celles-ci sont conditionnées par les dimensions de la structure interne du tube (par l'espace compris entre l'anode et la grille-écran). Le mode d'oscillation correspond le plus souvent à l'onde coaxiale H11 , de la cavité résonnante, la ié- quence étant déterminée par la périphérie moyenne de la grilleécran.Lorsqu'on utilise des tétrodes coaxiales dans les bandes habituelles de la télévision, jusqu'à quelque 1000 MHz (Domaine des VHF, dans la bande I : 41 à 68 MHz, dans la bande III : 174 à 223 MHz domaine UHF; bande IV/V : 470 à 790 MHz), du fait des dimensions des tubes, la séquence parasite est supérieure à la fréquence utile dans un rapport de 1,4 à 2X50 I1 existe des solutions généralement connues pour ce problème, qui consistent en ce que a) l'on couple des guides d'ondes au système coaxial, les guides d'ondes étant fermés cependant sur des résistances localisées aucune adaptation ni par conséquent aucun amortissement défini de l'onde parasite à l'endroit où elle prend naissance n'est possible. En outre, le mode de couplage utilisé pour les systèmes de guides d'ondes entrasse un raccourcissement électrique de la cavité résonnante pour l'onde fondamentale, de sorte que dans la plupart des cas on doit renoncer à l'accord favorable en h /4e Accord en 3 j\ /4 ou en 5 A /4 entrasse alors une perte d'ampli- fication ( 7 = longueur d'onde). b) il est généralement connu, d'autre part, que l'on peut incorporer dans les systèmes coaxiaux des dispositifs dits "pièces à hyperfréquences". La mise en oeuvre de cette solution conduit à des systèmes lourds du point de vue technique, dont les réglages sont fastidieux et qui, du fait de leurs dimensions, ne sont pas utilisables dans tous les amplificateurs ; leurs dimensions gènent en particulier le déplacement du curseur d'accord nécessaire et réduisent ainsi la plage d'accord de l'amplificateur0 Partant d'un dispositif du genre décrit cidessus, l'objet de l'invention consiste à supprimer complètement les ondes parasites dans les amplificateurs à haute fréquence. Cette condition devant être satisfaite même pour une position défavorable du curseur d'accord. La solution consiste en ce que, selon l'invention on dispose au moins trois guides d'ondes dans la cavité d'anode de l'amplificateur à haute fréquence, que chacun de ces guides d'ondes est couplé à la cavité résonnante au moyen d'un diaphragme à résonnance, accordé sur l'onde parasite, et se ferme sur un absorbeur adapté au guide d'onde de manière à ne pas présenter de réflexion pour l'onde parasite, absorbeur réalisé sous la forme d'une substance diélectrique répartie au moins partiellement à l'intérieur du guide d'ondes. Comme la position de l'onde parasite considérée, n'est par stationnaire sur la circonférence de la cavité, on prévoit avantageusement au moins trois de ces guides d'ondes avec chacun un diaphragme à résonnance (de préférence un diaphragme à fente) et un absorbeur, constitué de préférence par une ferrite enrobée dans de la matière plastique, répartis régulièrement sur la circonférence de la cavité d'anode. De préférence, on prévoit en outre dans la paroi à l'extré- mité supérieure de la cavité d'anode une fente conjuguée avec le matériau absorbant, Du fait du couplage du matériau absorbant avec les courants de paroi correspondant à l'onde parasites on élimine avantageusement une tendance à osciller qui apparatt pour une position de réglage défavorable du curseur d'anode. Le calcul des ondes dans les guides d'ondes et la détermination des dimensions des guides d'ondes ainsi que de la longueur d'onde ou de la fréquence de coupure correspondante est chose connue (K. Simonyi, "Electrotechnique théorique" (1956), VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin, Chapitre IV, en particulier page 591 et suivantes ; Megla , "La Technique des ondes décimétriques" 5e édition, pages 264 et 27lez Par ailleurs, les diaphragmes à fente en tant que tels et les absorbeurs avec ferrite enrobée dans une matière plastique sont connus en soi (Meinke, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" (2e édition), pages .403, 435 et 436).L'invention consiste en une sélection, une utilisation et une combinaison convenables, de manière que le couplage du guide d'onde à la cavité résonnante s'effectue au moyen d'un diaphragme à fente (diaphragme à résonnance), qui n'a guère d'influence sur la fréquence utile et en ce que l'on utilise une résistance d'amortissement ou un absorbeur, qui peut être exactement adapté au guide d'ondes. Ainsi qu'on l'a expliqué plus haut, grace à la disposition de la fente et du matériau absorbant sur la paroi supérieure du circuit anodique, ces avantages restent assurés meme avec une position défavorable du curseur d'anode. On va expliquer l'invention ci-dessous plus en détail, à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans le dessin, dont les différentes figures représentent respectivement Fig.l - le guide d'onde selon l'invention avec le diaphragme à fente incorporé à la cavité d'anode d'un amplificateur de puissance pour UHF à structure coaxiales, connu en soi. Fiv.2 une vue en coupe, au niveau des cavités résonnantes, pour préciser la représentation de la figure 1, Fig.3 - la représentation X dans la section de la cavité2 du réseau de lignes de champ d'une onde H11 apparaissant en tant qu'onde parasite dans l'espace compris entre l'anode et la grille-écran, Fig.4 - la représentation en perspective d'un guide d'ondes avec diaphragme à fente selon l'invention, réalisé sous la forme d'un curseur d'anode Fig. 5 - une paroi de cavité résonnante d'anode avec la repré sentation des courants de paroi correspondant à l'onde parasite et Fig.6 - un dispositif pour la suppression des courants de paroi. On va décrire l'invention en prenant comme exemple un amplificateur UHF, de puissance à structure coaxiale, pour le domaine de fréquences s'étendant de 470 à 860 MHz. La fréquence parasite de la tétrode de puissance utilisée se situe dans ce cas vers 2,5 GHz. La fig. 1 montre la coupe longitudinale de la cavité résonnante coaxiale et du tube. On voit dans la fig.l l'anode 1, la grille-écran 2, la grille de commande 3 et la cathode 4 du tube tétrode de puissance. Les parois tubulaires désignées par les repères 5 à 10 constituent des circuits à conducteurs coaxiaux dans la technique des cavités résonnantes, que l'on accorde avec les curseurs de court-circuit 11 à 14. On a ici entre is parois 5 et 6, la cavité du circuit secon,daireX entre is parois 6 et 7 la cavité d'anode entre les parois 8 et 9 la cavité de la grille écran utilisé pour le neutrodynage et entre les parois 9 et 10 la cavité de cathode ou cavité d'entrée.l5 représente le couplage pour l'injection du signal dans la cavité d'entrée et 16 le couplage avec la cavité secondaire pour la sortie du signal amplifié. Dans la cavité d'anode on trouve un guide d'ondes 17 avec un diaphragme à fente 18 et un absorbeur 19. Selon la fig. 2, trois au moins de ces guides d'ondes 17 sont régulièrement répartis sur la circonférence dans l'espace annulaire compris entre les parois 6 et 7. Dans l'espace compris entre l'anode 1 et la grille-écran 2 apparaît comme onde parasite l'onde H11 j qui se propage aussi dans la cavité d'anode parois tubulaires 6 et 7) qui est couplé à la tétrode de puissance et que l'on peut extraire par un cczipla- ge au curseur d'anode 12. Dans cette représentation (fig.3) ce sont les lignes de champ électrique qui sont dessinées en pointillé et les lignes de champ magnétique qui sont en trait plein. La figure 4 montre que le guide d'ondes 17,, avec le diaphragme à fente 18 et l'absorbeur 19 peut être considéré approximativement comme un guide d'ondes rectangulaire. On le dispose dans la cavité d'anode, de manière que le champ électrique ait la même direction qu'aux points c ou d, dans l'espace compris entre l'anode et la grille-écran (fig.3) . On assure ainsi un couplage optimal. La fig.5 est une représentation agrandie par rapport à la fig.l , du domaine situé à la partie supérieure de la paroi 6 de la cavité d'anode. Dans cette figure, 20 désigne la fente de couplage, pour le coupage du matériau absorbant 21 avec les courants de paroi correspondant à l'onde parasite , tandis que 22 représente un blindage. On expose ci-dessous le fonctionnement et le dimensionnement de ce dispositif. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, la position de l'onde para site engendrée n'est pas stable sur la circonférence - de sorte qu'il est nécessaire de disposer au moins trois systèmes de guides d'ondes 17,18 et 19 afin d'obtenir le couplage optimal aux points c ou d correspondants. Les dimensions du guide d'ondes résultent de la valeur de la longueur d'onde de coupure. où l'on a a) épaisseur du guide d'ondes 172 visible dans la fig b) largeur du guide d'ondes 17, visible dans la fig.4, mS n-les paramètres de numéro d'ordre pour la forme de l'onde. Pour l'onde H10 que l'on veut coupler, m = 1 et n = o, et il en résulte pour la longueur d'onde de coupure =2a (2) Selon Megla, page 271 (voir ci-dessus), on choisira fc = 1,25 ... 1,9 f. Afin de limiter les dimensions du guide d'ondes2 il faudra choisir de préférence le facteur de 1,25. On obtient alors f = 1,25 x F c A = Ac /1,25 et avec (1) et (2) a= l,25A/ 2 (3) La profondeur b n'a pas d'influence notable sur les conditions de propagation et elle peut être choisie en tenant compte des dimensions de la cavité résonnante. Le couplage du guide d'ondes 17 s'effectue par le diaphragme à fente 18, qui est dimensionné d'une manière optimale pour la fréquence parasite de 2,5 GHz et dont les dimensions découlent où 1' on a a' - longueur du diaphragme à fente et b'- largeur du diaphragme à fente 18 visibles dans la fiqure 4 (voir aussi Meinke-Gunalach, page 403). Comme dans les circuits coaxiaux l'onde utile ne présente pas de lignes de champ dans le sens des conducteurs (direction des z, voir le système de coordonnés rectangulaires esquissé dans la fige4) le guide d'ondes 17 est découplé de l'onde uti leO L'absorbeur 19 est constitué par une ferrite et du fait de sa forme, c'est-à-dire du fait du remplissage en forme de coins des angles inférieurs du volume du guide d'ondes 17 son adaptation à celui-ci est optimale, Du fait de l'adaptation exacte de l'absorbeur 19 au guide d'ondes 17 et du couplage optimal du guide d'ondes 17 à la cavité résonnante par l'intermédiaire du diaphragme à fente 18, l'absorbeur 19 apparat transformé pour l'espace grille-anode de telle manière que, du fait de l'amortissement qui en résulte, les conditions d'oscillation ne sont plus satisfaites pour l'onde parasite. Pour une positon très- défavorable du curseur d'accord, à l'extrémité inférieure de la bande du domaine de fréquences in diqué, la disposition décrite du guide d'ondes 17 peut dans certaines conditions ne pas etre entièrement suffisante pour la suppression des oscillations0 La tendance à osciller correspondante sera supprimée cependant par le matériau absorbant 21 correspondant à la fente de couplage 20, à l'extrémité supérieure de la paroi tubulaire 6 de la cavité d'anode. Les courants de paroi circulant dans le sens axial, représentés dans la figO 5 et correspondant à la propagation de l'onde H11, sont amortis du fait du couplage avec le matériau absorbant, 21. Dans l'exemple décrit ci-dessus, les dimensions des fentes de couplage réparties régulièrement sur la circonférence de la paroi de la cavité d'anode sont de 1,5 x 55 mm (largeur multipliée par la longueur). Avec la répartition sur la périphérie on est assuré, qu'avec une position instable de l'onde parasite sur cette périphérie, on aura un couplage optimal pour l'une au moins de ces résistances d'amortissement0 L'écran de blindage 22 assure l'élimination de toute influence du matériau absorbant 21 sur l'onde utile, dans la cavité secondaire0 I1 est bien entendu que les données numériques fournies ci-dessus pour la clarté de l'exposé ne doivent pas restreindre l'étendue de l'invention, mais que cette invention est utilisa ble dans toute l'étendue du domaine des ondes ultra courtes et/ ou décimétriques, par conséquent pour la radiodiffusion, la télévision, les liaisons radio de l'aviation et de la police, les liaisons par faisceaux dirigés, la commande des satellites etc... - REVENDICATIONS l-DISpositif pour la suppression des ondes parasites dans les amplificateurs de puissance à haute fréquence pour les UHF et VHF avec des cavités résonnantes coaxiales comprenant plusieurs cavités résonnantes partielles telles que celles du circuit de cathode, du circuit de la grille-écran du circuit d'anode avec guide d'ondes et, une résistance de terminaison avec un circuit secondaire, avec en particulier des triodes et des tétrodes coaxiales dans des cavités résonnantes coaxiales d'amplificateurs de puissance de télévision, caractérisé par le fait que trois guides d'ondes (17) au moins sont disposés dans la cavité d'anode de l'amplificateur HF et que chacun de ces guides d'ondes est couplé à la cavité résonnante au moyen d'un diaphragme à résonnance (18) accordé sur l'onde parasite et fermé sur un absorbeur (19) adapté au guide d'ondes sans réflexion pour l'onde parasite et se présentant sous la forme d'une substance diélectrique au moins partiellement répartie à l'intérieur du guide d'ondes. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trois guides d'ondes (17) chacun avec un diaphragme à résonnance (18) et un absorbeur (19) sont répartis régulièrement à la circonférence de la cavité d'anode. 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'à l'extrémité supérieure de la paroi de la cavité d'anode (6) et prévue une fente (20) conjuguée avec du matériau absorbant (21). 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ,2 ou 3 , caractérisé par le fait que la fente de couplage (20) est orientée essentiellement dans le sens du conducteur, 5- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2 3 ou 4 , caractérisé par le fait que le matériau absorbant (21) est disposé derrière la fente de couplage (20). 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2 3, 4 ou 5 , caractérisé par le fait que la fente de couplage (20) avec le matériau absorbant (21) est disposée au moins trois fois sur la circonférence de la paroi de la cavité d'anode. (6). 7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1,2 3,4,5 ou 6 s caractérisé par le fait que le guide d'ondes (17) a la forme d'un segment de cylindre. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 2,3,4,5,6 ou 7, caractérisé par le fait que c'est un diaphragme à fente (18) aménagé dans la paroi étroite supérieure délimitant le guide d'ondes (17) qui joue le rôle de diaphragme à résonnance. 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2,3,4,5,6,7 ou 8, caractérisé par le fait que la section de l'ab sorbeur (19) croit d'une manière continue en s'éloignant du diaphragme à fente (18). 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2,3,4,5,6,7,8 ou 9, caractérisé par le fait que l'absorbeur (19) est constitué par un remplissage en forme de coin des angles inférieurs du volume intérieur du guide d'ondes (17) avec de la substance absorbante.