Brevet FR2392539A1 — publié le 19781222

L'invention se rapporte à une source d'ondes électromagné- tiques à très haute fréquence, notamment de 5 à 30 GHz, à un dispositif d'adaptation d'une te1l source à un guide d'ondes ou à un cornet de rayonnement hertzien, enfin à un procédé de régia- ge de la fréquence d'une telle source. On cornait de nombreuses structures de sources à très haute requeiree utilisant un composant actif à l'état solide. Ce d-ernier est constitué par exemple par une diode semi-conductrice telle qu'une diode à effet Gunn, une diode à avalanche et temps de transit ou une diode à injection thermo-ionique et temps de tout. La source proprement dite comporte la diode, une cavité résonnante, des moyens mécaniques d'adaptation de la diode à la cavité t'e'résonnante, en général d'une précision extrême, des moyens d'alimentation de la diode, enfin des moyens de réglage de la longueur d'onde d'oscillation de la source faisant à nouveau appel à des moyens, mécaniques très précis. De telles réalisations sont coûteuses en raison des tolérances très sérrées que l'on fixe aux dimensions des pièces mécaniquès, d'autant plus qu'on s'élève en fréquence, et de la longue durée des opérations d'usinage des pièces et de réglage de la cavité résonnante. L'invention permet de simplifier la réalisation des sources tout en améliorant le rapport qualité-prix. En effet, les critères de qualité sont les suivants concerne le rapport signal à bruit ; - un rendement de conversion élevé mesuré par le rapport entre l'énergie haute fréquence produite et l'énergie prise à la source d'alimentation ; - une excellente fiabilité, favorisée par une bonne évacuation thermique entre diode et masse ; - une bonne stabilité de fréquence et de puissance pour une variation de température donnée et une dérive de-tension d'alimen- tation prédéterminée ; - une bonne stabilité des performances dans le temps. L'invention tend à satisfaire à ces critères de qualité, compte tenu des exigences de faible prix de revient, tout en présentant les avantages suivants - pièces constitutives simples et en nombre réduit, de tolérances peu serrées ou tout au moins de type "standard" - réglages rapides et sûrs - risques de déréglages et de détériorations faibles permettant d'éviter des réparations longues et coûteuses. La source d'ondes suivant l'invention comporte une cavité résonnante dont une paroi supporte une diode semiconductrice en boîtier standard capable d'engendrer de telles ondes électromagnétiques, ledit boitier étant surmonté d'un disque conducteur de l'électricité destiné à exciter en résonance ladite cavité, des moyens de polarisation étant connectés entre ledit disque et la masse commune à la diode et à la cavité résonnante. 'inner.tion sera mieux conprise, et d'autres earac éri3tiques apparaîtront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels - La figure 1 est une coupe schematique d'une diode montée dans un bottier de type connu surmonté d'un disque conducteur ; - la figure 2 représente des coupes schématiques d'une source d'ondes suivant l'invention coupes pratiquées suivant des plans de traces AA et BB respectivement sur les parties correspondantes (a et b) de la figure ; - la figure 3 est une coupe schématique pratiquée suivant le plan de trace CC sur la figure 1 (a), montrant un exemple de raccordement de la polarisation ;; - la figure 4 est une coupe schématique d'un cornet rayonnant comportant une source selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un boiter 10 de type connu, comportant un support 1 en cuivre à tige de fixation filetée 11, une bague 2 en alumine, une rondelle 3 en alliage de fer, nickel et cobalt du type l'KOwEAR" (marque déposée) et un disque 4 de même nature. Une diode 6 a été montée dans le bottier..Par thermocompression on a soudé son électrode inférieure (non représentée) sur un disque 5 en or, lui#mAeme soudé sur la plateforme saillante 12 du support 1. Un ruban 7 en or relie l'électrode supérieure de la diode (non représentée) au disque 5 par pincement de ses deux extrémités entre disque 4 et rondelle 3. Sur le bottier 10, on a soudé un disque 20 en cuivre (ou en isolant métallisé) dont le diamètre est sensiblement égal à la demi-longueur d'onde de l'oscillation électromagnétique de la source. La détermination précise du diamètre est effectuée sur un prototype de source entièrement terminé et débitant dans les conditions réelles d'utilisation. Soit un guide d'ondes 200, à section rectangulaire calculée en fonction des normes correspondant à la fréquence et au mode de propagation choisis, guide présentant un court-circuit à une extrémité sous la forme d'une paroi conductrice 201 fermant le guide. A une distance L de cette paroi du côté interne, distance mesurée suivant l'axe du guide, on a percé un trou 202 dans une paroi correspondant à un grand c8té du rectangle de section droite. Ce trou peut Aetre taraudé pour recevoir la tige filetée 11 du bottier 10. Celui-ci est monté à l'intérieur du guide après avoir été préalablement muni du disque 20. Le diamètre D de ce disque constitue un paramètre d'ajustement de la fréquence d'oscillation de la source, compte-tenu de l'écartement e entre disque et paroi. La distance L est déterminée de façon classique en fonction de l'adaptation de la source au milieu de propagation de l'onde électromagnétique. Une connexion 21 soudée au disque 20 assure le raccordement (non représenté figure 2) à une source de polarisation. Un exemple de réalisation de ce raccordement à travers une paroi du guide est représenté figure 3. Dans une coupe représentée figure 3, la section de coupe étant perpendiculaire à l'axe du guide, la connexion 21 traverse la paroi 202 (petit côté de la section droite) par une perforation, sans être en contact avec les bords de celle-ci. A la sortie, la connexion est soudée au centre d'une plaque métallique 32 qu'elle traverse également. ta plaque 32 est recouverte, sur l'une de ses grandes faces, par une couche d'isolant 33 d'une épaisseur telle qu'elle supporte sans claquage la tension de polarisation. La plaque 52 est collée du côté de l'isolant 53 à la paroi externe 205 de façon à assurer un bon centrage de la connexion dans la perforation 31.On observera que l'on réalise ainsi un isolement en courant continu et un -court-circuit par capacité électrostatique en courant de haute fréquence, ce qui a pour effet de créer un découplage empêchant lténergie haute fréquence de rayonner en dehors de la cavité résonnante par la connexion sortante. La source de polarisation et son raccordement à la masse du guide ne sont pas représentées figure 3. La fréquence de la source est déterminée en premier lieu par la diode semi-conductrice qui possède une certaine plage de fréquence, en second lieu par la tension de polarisation et enfin dans certaines limites plus ou moins étroItes, par le choix de paramètres dimensionnels, notamment le diantre du disque et son écartement e de la paroi. On observe que la fréquence de réso -nance.dimfnue lorsque l'on augmente le diamètre du disque ou l'écartement e, la valeur de ce dernier étant de l'ordre de 2/100 de la. longueur d'onde. On peut modifier légèrement l'écar- tement e en soudant une rondelle conductrice sous le disque 20. Dans le cas d'un cornet rayonnant 40 de section rectangulaire (figure 4), ce dernier est tronqué près du sommet de manière à se raccorder, le plus directement possible au guide d'ondes du caté opposé à la paroi 201. On détermine par essais successifs la longueur Li du gui#e', - lors' de la construction du prototype de source précédant une éventuelle oonstruction en série. REVENDICATIONS 1. Source d'ondes électromagnétiques en hyperfréquence, caractérisé en ce quelle comporte une cavité résonnante dont une paroi supporte une diode semi-conductrice en boîtier standard capable d'engendrer de telles ondes, ledit boîtier étant surmonté d'un disque conducteur de l'électricité destiné à exciter en résonance ladite cavité, des moyens de polarisation étant connectés entre ledit disque et la masse commune à ladite diode et à ladite cavité. 2. Source d'ondes suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cavité est constituée par un tronçon de guide d'ondes rectangulaire limité d'un côté par une paroi de courtcircuit à l'emplacement d'une section droite, l'autre côté étant accessible au milieu dans lequel ladite source doit rayonner. 3. Source d'ondes suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre du disque conducteur est de l'ordre de la demi-longueur d'onde, que le disque est parallèle à l'une des parois de la cavité autre que la paroi de eourt-circuit, et qu'il en est écarté d'une distance de l'ordre de 1/50 de la longueur d'onde d'oscillation de la source, la distance L du centre du d e à la paroi de court-circuit étant calculée pour réaliser la meilleure adaptation de la source au milieu de rayonnement. 4. Source suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de polarisation comportent une connexion reliant le disque à un pale d'une source de tension située en dehors du guide, ladite connexion franchissant une paroi du guide par une traversée isolante comportant un condensateur de découplage en haute fréquence. 5. Source d'ondes suivant la revendication 4, caractérisée en ce que ledit condensateur de découplage est constitué par une plaque métallique traversée en son centre par ladite connexion, ladite plaque étant appliquée contre la paroi de traversée avec interposition d'une couche isolante. 6. Dispositif d'adaptation à un guide d'ondes d'une source suivant l'une des revendications 1 à 5,. caractérisé en ce qu'il est constitué par un tronçon de.guide comportant ladite source et raccordé directement audit guide d'ondes. 7. Dispositif d'aaaptatiOn à un cornet rayonnant d'une source suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tronçon de guides d'ondes comportant ladite source et raccordé directement audit cornet. 8. Procédé de réglage en fréquence d'une source suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on agit sur l'un au moins des deux paramètres constitués par le diamètre du disque et par l'écartement entre ledit disque et la paroi la plus voisine de la cavité résonnante.