Brevet FR2310639A1 — publié le 19761203

La présente invention concerne un dispositif de transition à impédance variable entre un guide d'ondes coaxial et un guide rectangulaire, applicable notamment à la réalisation d'amplificateurs hyperfréquences. On connaît certaines réalisations associant un guide d'ondes coaxial et un guide rectangulaire pour la production d'ondes hyperfréquences. Un exemple a été décrit par K. KUROKAWA, M. HILL, F.M. MAGALHAES et HEIGHTS dans le brevet américain nO 3 628 171 intitulé : "Microwave power combining oscillator circuits", relatif à un générateur hyperfréquences combinant plusieurs oscillateurs et comprenant une série de câbles coaxiaux munis chacun, à l'une de leurs extrémités, d'une diode à avalanche à résistance négative et, à l'autre extrémité, d'une impédance de charge caractéristique.Dans cette réalisation, la portion médiane de chaque ligne coaxiale passe à l'intérieur d'une cavité résonante rectangulaire, au voisinage de l'une des parois ; les conducteurs internes sont symétriquement disposés le long des parois opposées du résonateur, toutes les demi-longueurs d'onde, et les signaux prélevés sur les diodes sont combinés pour fournir une fréquence unique qui est transmise par un guide d'ondes disposé côté sortie. Un oscillateur du même genre est décrit par ailleurs, par J. KUROKAWA et F.M. MAGALHAES dans un article des "Proceeding of the I.E.E.E." (nO 59 de 1971, p. 102-103) intitulé : "An X-band 10 watts multiple IMPATT oscillator". I1 combine une ligne coaxiale et un ré sonateur à guide d'ondes, à coefficient de surtension Q élevé, dans un oscillateur à diodes ISPATT multiple ; la ligne coaxiale sert d'adaptateur à large bande, supprimant les oscillations parasites, et la cavité à grande valeur de Q améliore le comportement de l'oscillateur vis-à-vis du bruit.Dans une version à simple diode du circuit de KUROKAWA, la diode encapsulée est montée à l'extrémité d'une ligne coaxiale qui est branchée sur son impédance caractéristique et couplée à la cavité-guide d'ondes par un diaphragme, cependant que la fréquence de ltoscillateur peut être réglée en déplaçant un piston qui joue le rôle de court-circuit. Partant de cette version, H. TJASSENS décrit, dans un article intitulé : "Circuit analysis of a stable and 10w noise I:PATT- diode oscillator for X-band" (ACTA ELECTRONICA du 17 février 1974), une version améliorée dans laquelle la distance séparant l'axe du conducteur interne de la ligne coaxiale et la paroi la plus proche du guide d'ondes, au lieu d'être nulle comme ders le circuit ce KUROKAWA, est rendue variable afin d'améliorer le facteur de coupla ge. On connait, par ailleurs, certains dispsitlis de transmission comprenant, notamment, une cavité résonante partiell-^^ent re a àun obstacle conducteur couple su chanp magnétique. Dans le brevet américain nO 2 93i 992 intitulé:"Microwave impédance branchu', F. CAROSELLI décrit un tel dispositif, dont l'objet est de former une cavité résonante dans un guide d'ondes rectangulaire, mais aussi d'utiliser un résonateur de ce type dans une portion de circuit appropriée. Il est connu, en effet, ou'une cavité résonante formée par un guide d'ondes rectangulaire se comporte comme une réactance qui peut se révéler très utile comme composant d'un réseau.Dans la forme la plus simple de l'invention, un sple obstacle conducteur est positionné à l'intérieur d'un guide d'ondes rectangulaire pour former une interface d'un tel résonateur. L'obstacle est électriquement isolé des parois du guide d'ondes pour créer une discontinuité dans le champ électro-magnétique ; sa forme et sa position déterminent les conditions de couplage avec le champ magnétique accompagnant la propagation d'ondes. La fréquence de résonance dépend de la distance de l'obstacle à la paroi du guide et de la dimension principale, mais non des dimensions de I'obstacle ; cependant, ces dernières déterminent le coefficient de surtension Q du résonateur, c'est-à-dire la raideur de la caractéristique de réactance.Une extension de l'invention peut consister à utiliser deux obstacles distants l'un de l'autre et disposés longitudinalement dans le guide pour former une cavité résonante longitudinale. Une autre extension peut consister a' connecter l'un à l'autre, par une paroi commune, une portion de circuit comportant un guide d'ondes et le guide d'ondes principal ; la paroi comportant un trou qui est trop petit pour assurer un couplage suffisant entre les guides, un obstacle est positionné dans la portion de circuit'considrée pour former à la jonction une cavité résonante qui peut être dimensionnée ou ajustée pour régler les conditions de transmission. Dans les réalisations décrites précédemment, le but recherché est, soit la réalisation d'un oscillateur hyperfréquences par couplage de plusieurs coaxiaux entre eux ou d'une ligne coaxiale et d'un résonateur à guide d'ondes, soit la réalisation d'une cavité résonante utilisable comme réactance dans un réseau. La présente invention est un dispositif destiné à assurer une transition entre un guide coaxial et un guide d'ondes rectangulaire, ce dispositif étant caractérisé en ce que l'axe du guide coaxial est pratiquement si tué sur un coté du guide d'ondes rectangulaire, en ce que le guide d'ondes rectangulaire comporte un piston laté- ral mobile pour faire varier la largeur du guide rectangulaire en regard du guide coaxial, deux pistons de court-circuit étant disposés respectivement dans le guide coaxial et dans le guide rectangulaire pour fixer la fréquence pour laquelle la transition doit être adaptée, alors que le déplacement dudit piston latéral fournit un réglage continu de 1'adaptation entre l'impédance du guide rectangulaire et celle du guide coaxial. Le dispositif de l'invention s'applique notamment à la réalisation d'un aiplificateur à diode avalanche ou à diode Gunn, l'élé- ment actif utilisé travaillant en coaxial et la sortie s'effectuant directement en guide. On conprendranieux les caractéristiques de 1'invention en se reportant à la description détaillée, d'un mode particulier de réalisation de l'invention donnée à titre d'exemple non limitatif conjointement avec les figures 1 et 2. La figure I est destinée à illustrer la constitution de la transition coaxial-guide à impédance variable La figure 2 représente une coupe du guide d'ondes rectangulaire suivant une section médiane. Le guide coaxial 11 est disposé perpendiculairement au guide d'ondes rectangulaire 12, et son axe 13 coricide pratiquement avec un côté 14-14' du guide d'ondes. Le conducteur interne du coaxial est maintenu en position par une rondelle de téflon 15 et le premier piston de court-circuit 16 dont les déplacements longitudinaux s'obtiennent en tournant un bouton moleté 17. Le deuxiéme piston de court-circuit 21 est disposé à l'intérieur du guide rectangulaire 12 dont les déplacements longitudinaux sont commandés en tournant une tige filetée 22 à partir d'un autre bouton moleté 23 disposé extérieurement au guide 12. Le piston latéral 31 peut se mouvoir à l'intérieur de la cavité rectangulaire 12, entre le quart et la moitié environ de la largeur du guide, au moyen d'une autre tige filetée 32 commandée par la rotaton , dans un sens ou dans l'autre, du bouton moleté 33 disposé, lui aussi, à l'extérieur du guide 12. Les déplacements du piston de court-circuit 21 et du piston latéral 31 s'effectuent dans des directions perpendiculaires. Le piston latéral 31, de forme rectangulaire, comporte sur ses côtés supérieur 34 et inférieur 35 deux séries de ressorts de contact destinés à assurer son application sur les parois du guide 12, afin de fermer les lignes de champ magnétique. On démontre que l'impédance z du guide est fonction du rapport existant entre sa hauteur b et sa largeur a au niveau du piston. En désignant par k une constante de proportionnalité, on peut écrire b z = k. Il est ainsi possible de faire varier de façon continue l'impédance z du guide rectangulaire au niveau du piston latéral 31 en faisant varier continuenent le parametre a de la formule, ce qui s'obtient précisément par les déplacements de la position du piston latéral à l'intérieur du guide. Le réglage de la fréquence s'effectue par déplacement du piston de court-circuit 21 ; en rapprochant ce piston de la transi- tion, on accroît la fréquence . Le piston latéral 31 n'exerce pas d'action directe sur la fréquence ; il entraîne toutefois, dans ses déplacements, une légEre incidence qui est fonction de l'impédance adaptée. En pratique, c'est toute la bande de fréquences du guide qui peut être utilisée. Le réglage d'impédance obtenu n'est pas critique, et l'on peut faire varier l'impédance de façon continue entre 10 et 100 ohms. Par rapport aux dispositifs existants, dans lesquels l'impédance est réglée en déplaçant l'axe du coaxial par rapport au guide, le dispositif de transition suivant l'invention a l'avantage de permettre un réglage de l'impédance dans une large plage, cela de façon très progressive et non critique. Par rapport aux dispositifs connus dans lesquels les deux guides tournent l'un par rapport à l'autre, appelés encore guides croisés, il a l'avantage de permettre une réalisation plus économique. L'intérêt du dispositif suivant l'invention est particuliè- remuent marque lorsque, dans le guide coaxial, sont insérés des composants actifs dont l'impédance varie en fonction de différents pa ramètres ; le piston latéral permet alors de rattraper les variations de cette impédance. REVENDICATION 1. Dispositif destiné à assurer une transition entre un guide coaxial et un guide d'ondes rectangulaire, caractérisé en ce que l'axe du guide coaxial est pratiquement situé sur un côté du guide d'ondes rectangulaire, en ce que le guide d'ondes rectangulaire comporte un piston latéral mobile pour faire varier la largeur du guide rectangulaire en regard du guide coaxial, deux pistons de court-circuit étant disposés respectivement dans le guide coaxial et dans le guide rectangulaire pour fixer la fréquence pour laquelle la transition doit être adaptée, alors que le déplacement dudit piston latéral fournit un réglage continu de l'adaptation entre l'impédance du guide rectangulaire et celle du guide coaxial.