Brevet FR2376416A1 — publié le 19780728

La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure à large bande comportant un coupleur directif. De tels dispositifs de mesure sont connus ; c'est ainsi par exemple que, pour des fréquences supérieures à 100 MHz, on utilise des dispositifs de mesure comportant un coupleur directif à n dB (n : nombre positif généralement supérieur à 3) dont la sortie principale à forte puissance fournit la puissance à transmettre et dont l'autre sortie, à faible puissance, est utilisée pour la mesure ; ce coupleur est souvent un coupleur à deux lignes couplées quart d'onde. Un dispositif de mesure de ce type est simple à réaliser.Mais pour un rapport de sa bande passante utile à sa fréquence centrale d'utilisation de 80% , il a l'inconvénient que le coefficient de couplage en fonction de la fréquence n'est pas constant et varie de façon différente entre l'entrée du coupleur et la sortie de sa voie principale et entre l'entrée du coupleur et la sortie de sa voie de mesure. I1 est possible de remédier à ce défaut en utilisant une succession en cascade de coupleurs à deux lignes couplées quart d'onde mais l'encombrement et le prix sont très fortement augmentés par rapport à ceux du coupleur simple. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients indiqués ci-avant. Ceci est obtenu par une compe7saticr des r.cn-linéarités de transmission du coupleur directif Selon l'invention, un dispositif de mesure à large bande est caractérisé en ce qu'il comporte, entre sa sortie de mesure et la sortie de la voie de mesure du coupleur directif, un circuit d'adaptation dissipatif agissant sur la caractéristique amplitude-fréquence de la fonction de transfert entre la voie d'entrée et la sortie de mesure du dispositif. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - la figure 1 , un ensemble de courbes relatives à un coupleur directif, - la figure 2 , un dispositif de mesure selon i'invention; - les figures 3, 4 et 5 des schémas d'exemples de réalisation d'un élément de la figure 2. Sur la figure 1 cnt été représentées quatre courbes A B , C et C'. Les courbes A et B sont, dans la bande 400-960 MHz, les courbes de transmission de la voie principale et de la voie de mesure d'un coupleur à deux lignes couplées quart d'onde dont la longueur est définie par rapport à une-longueur d'onde correspondant à une fréquence de 680 MHz ; le coupleur considéré est un coupleur à -6dE. La courbe de transmission A montre que le rapport en dézibels entrn la puissance sur la sortie de la vie principale du coupleur et la puissance appliquée à l'entrée du coupleur est de -1,3dB au milieu de la bande, c'est-à-dire à 680 MHz, et est de -0,9dB en bout de bande. La courbe de transmission B montre que le rapport en décibels entre la puissance sur la sortie de la voie de mesure du coupleur et la puissance appliquée à l'entrée du coupleur est de -6dB au milieu de la bande et de -7,5dB en bout de bande. Les courbes A et B sont des courbes classiques telles qu'on en obtient avec les coupleurs directifs habitisllement utilisés. Du fait que les variations d'amplitude des courbes A.et B ne se correspondent pas, c'est-à-dire que ces courbes ne peuvent etre superposées par une translation parallèle à l'axe des décibels, il en résulte que la puissance sur la sortie de la voie de mesure n'est pas identique, à un coefficient constant près, à la puissance sur la sortie de la voie principale du coupleur. Lorsque le coupleur considéré est utilisé dans un matériel de mesure pour prélever une partie de la puissance, il est nécessaire que l'appareil de mesure reçoive une fraction aussi constante que possible de la puissance qui apparaît sur la sortie de la voie principale du coupleur ou, dans certains cas, une fraction aussi constante que possible de la puissance qui est appliquée sur l'entrée du coupleur. Or, pour un appareil branché directement sur la sortie de la voie de mesure, comme dans les dispositifs selon l'art antérieur, ce n'est le cas ni vis-à-vis de la puissance sur la sortie de la voie principale (comme il ressort de la remarque du paragraphe précédant), ni vis-à-vis de la puissance sur l'entrée du coupleur (puisque cela nécessiterait que la courbe B soit une droite parallèle à l'axe f des fréquences). L'idée à la base de l'invention est d'adjoindre au coupleur directif un circuit d'adaptation dissipatif permettant d'atténuer le signal de la sortie de la voie de mesure du coupleur directif de telle sorte que, au moins dans la bande des fréquences d'utilisation du coupleur, ses variations d'amplitude en fonction de la fréquence correspondent à celles du signal de sortie de la voie principale du coupleur ou du signal d'entrée du coupleur. La figure 2 montre un tel circuit d'adaptation dissipatif; 2 , avec son entrée, E1 , et sa sortie, S? ; ce circuit est branché sur la sortie S' de la voie de mesure d'un coupleur directif à deux lignes couplées quart d'onde, 1 , où le quart se serapporte à une onde à la fréquence de 6BOMHz correspondant au milieu de la bande mentionnée plus avant. L'impédance caractéristique de ce coupleur est de 50 ohms. Les lignes couplées sont constituées chacune par une bande métallique parallèle à une surface métallique de plus grande dimension dont elle est séparée par un support diélectrique. Sur la figure 2, le support diélectrique et la plaque métallique commune aux deux lignes couplées du coupleur 1 n'ont pas été représentés par souci de clarté du dessin. L'entrée E du coupleur, sa sortie, S , de voie principale et sa sortie, S', de voie de mesure ont été indiquées ; sur l'accès conjugué de l'entrée E est branchée une charge adaptée R reliée à la massa. o La courbe C de la figure 1 montre quslle doit etre la fonction de transfert du circuit d'adaptation dissipatif 2 de la figure 2 pour que Le signal sur la sortie S1 reproduise à un coefficient près lte signal sur la sortie S. Il faut que, dans la bande 400 - 960 MHz , les variations d'amplitude de la courbe C on fonction de la fréquence correspondent aux variations d'amplitude de la courbe A moins celles de la courbe 8 ; ce qui, en particulier, donne, pour une valeur de k dE de la fonction de transfert en bout de bande (k : valeur liée au circuit d'adaptation) une valeur k -1,9dB en milieu de bande. La courbe C ayant la forme d'une courbe d'atténuation obtenue avec des systèmes à constantes réparties, l'étude du circuit d'adaptation dont la fonction de transfert reproduirait cette courbe a été orientée vers le domaine des lignes ; ceci permettait de plus d'avoir un circuit d'adaptation réalisé dans la même technologie que le coupleur directif. Les figures 3, 4 et 5 montrent trois réalisations du circuit d'adaptation dissipatif, 2 , de la figure 2. Sur ces figures sont représentées des lignes qui, comme les lignes du coupleur 1 de la figure 2, sont constituées par une bande métallique parallèle à une surface métallique qui n'a pas été représentée sur les dessins par souci de clarté. La figure 3 montre un circuit d'adaptation dissipatif dont l'entrée E1 est reliée a la sorte S1 par un court-circuit et qui comporte, en dérivation, une résistance R1 de 50 ohms dont les extrémités sont respectivement reliées au court-circuit ci-avant mentionné et à la première extrémité d'une ligne quart d'onde, 3 , où le quart d'onde est défini par rapport à une onde de frequence égale à 680 MHz ; la ligne quart d'onde, 3, est ouverte à sa seconde extrémité de manière qu'à la fréquence de 680 MHz sa première extrémité se comporte comme un court-circuit. le circuit d'adaptation de la figure 3 permet de reproduire ia courbe C de la figure 1 à t 0,15dB près mais il conduit-à un taux d'onde stationnaire pouvant atteindre 2. Ce taux d'onde stationnaire peut être réduit à 1,5 en utilisant pour cela des éléments d'adaptation constitués par deux résistances de 22 ohms montées en série entre E1 et la résistance R1 de la figure 3 étant alors reliée au point commun à ces deux résistances de 22 ohms. La figure 4 montre un circuit d'adaptation dissipatif qui comme celui de la figure 3, comporte en dérivation sur la liaison entre son entrée et sa sortie une résistance, R1 , de 50 ohms et une ligne, 13 , mais cette ligne 13, au lieu d'avoir une longueur égale au quart d'onde et d'être ouverte à sa seconde extrémité, a une longueur égale à la demi longueur d'onde et est court-circuitée à sa seconde extrémité ; cette ligne 13 a le même effet dans le circuit d'adaptation que la ligne 3 de la figure 3 et, en particulier, sa première extrémité se comporte comme un court-circuit à la fréquence de 680 MHz. Le circuit d'adaptation comporte en outre deux résistances de 22 ohms, R2 R3 , montées comme indiqué ci-avant pour réduire le taux d'onde stationnaire à 1,5. La figure 5 montre différents moyens d'améliorer le taux d'onde stationnaire par rapport à celui qui est obtenu avec le circuit d'adaptation dissipatif de la figure 3. Outre les deux résistances de 22 ohms, R2 R3 , déjà mentionnées, le circuitpeut comporter-deux circuits oscillants parallèles L1 C1 et L2 C2 accordés sur une fréquence qui n' est pas tout à fait la fréquence centrale de 680 MHz de manière à tenir compte des inductances et capacitances parasites introduites par les autres éléments du montage ; ces deux circuits oscillants sont branchés respectivement entre E1 et la masse et entre S1 et la masse ; le circuit peut également comporter comme élément d'adaptation permettant de réduire le taux d'onde stationnaire, une ligne quart d'onde, 24 , identique à la ligne 3, reliée par sa première extrémité au point commun aux résistances R1 R2 R3 et court-circuitée à sa seconde extrémité. Le circuit d'adaptation dissipatif de la figure 2 peut également etre conçu de telle manière que, dans la bande des fréquences d'utilisation du coupleur, le signal sur sa sortie S1 soit, à une constante-près, identique au signal appliqué sur l'entrée du coupleur directif ; pour cela il faut que les variations d'amplitude de sa courbe d'atténuation en fonction de la fréquence soient égales et de signe contraire à celles de la courbe d'atténuation de la voie de mesure du coupleur afin que la somme des deux atténuations donne une atténuation de valeur constante quelle que soit la fréquence d'utilisation.La courbe C' de la figure 2 montre quelle doit alors être la-fonction de transfert du circuit d'adaptation dissipatif 2 de la figure 2 ; cette courbe C' passe, en particulier, par les points de valeur k dE en bout de bande et par la valeur k -125dB en milieu de bande (' Il est à noter que des dispositifs de mesure à large bande selon l'invention peuvent également être réalisés de manière à obtenir sur la vois de mesure une puissance variant quasi-linéairement avec la fréquence. Ceci est par exemple possible avec les dispositifs décrits à l'aide des figures 2 à 5, en décalant la courbe C (ou la courbe C') de la figure 1 dans une direction parallèle à l'axe des fréquences ; une pente pouvant aller jusqu'à 3 decibels par octave peut ainsi etre obtenue. Les dispositifs de mesure à large bande selon l'invention peuvent présenter une structuie différente de celle des dispositifs décrits à l'aide des figures 2 à 5. C'est ainsi que le coupleur directif 2 peut être réalisé en guides d'ondes formés de tubes métalliques et que les lignes 3 , 13 et 24 peuvent être des tronçons de guides ou des lignes coaxiales. Et même, dans le cas où le dispositif de mesure n'a pas besoin d'etre à très large bande, les lignes 3 , 13 et 24 des figures 3 - 5 peuvent être remplacées par les circuits à inductance et condensateur en série. Les dispositifs de couplage selon l'invention trouvent principalement leur application dans les matériels de mesure utilisés dans le domaine des hyperfréquences. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure à large bande comportant un coupleur directif, caractérisé en ce q'il comporte,entre sa sortie de mesure et la sortie de la voie de mesure du coupleur directif, un circuit d'adaptation dissipatif agissant sur la caractéristique amplitude-fréquence de la fonction de transfert entre la voie d'entrée et la sortie de mesure du dispositif 2. Dispositif de mesure selon la revendication I , caractérisé en ce que la fonction de transfert du circuit d'adaptation dissipatif est une courbe dont les variations d'amplitude en fonction de la fréquence sont égales à celles de la courbe d'atténuation de la voie principale du coupleur diminuées de celles de la courbe d'atténuation de la voie de mesure, les amplitudes de ces courbes étant exprimées en valeurs lGgarithmiques. 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la fonction de transfert du circuit d'adaptation dissipatif est une courbe dont les variations d'amplitude en fonction de la fréquence sont égales et de signe contraire à celles de la courbe d'atténuation de la voie de mesure, les amplitudes de ces courbes étant exprimées en valeurs logarithmiques. 4. Dispositif de mesure selon l'une des revendications prérédentes, caractérisé en ce que le-circuit d'adaptation dissipatif comporte entre son entrée et sa sortie une liaison sur laquelle est branchée en dérivation une résistance reliée à une ligne. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 4 caractérisé en ce que la liaison est un court-circuit. 6. Dispositif de mesure selon la revendication 4 , caractérisé en ce que la liaison comporte des éléments d'adaptation destinés à réduire le taux d'onde stationnaire dans le dispositif de mesure. 7. Matériel de mesure caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes.