Brevet FR2438937A1 — publié le 19800509

boîtier d'alimentation et à l'autre extrémité d'un déversoir. L'invention concerne un dispositif résonateur pour un ondes radioélectriques à accord de fréquence estélectronique. Le dis positif del'invention se compose d'un résonateur diélectri que et demoyens associés à celui-ci pouraccorder sa fré- quence de résonance électroniquement. L'invention concerne aussi un oscillateur fond à bassin soli de, à résistance négative, incorporant un tel dispositif, et comme moyen d'accord de purge la fréquence de l'oscillateur. Les résonateurs diélectriques se présentent sous la forme de petits volumes pleins, faits de matériaux isolants de l'électricité comme, par exemple, oxyde de titane, de zir- conium ou d'étain. Les champs électromagnétiques dont ils sont susceptibles d'être le siège ont des configurations tout à fait semblables àcelles des champs régnant dans les volumes creux résonnants en métal, ou cavités, de formes diverses, utilisés comme aux circuits à constantes réparties en hyperfré- quence, à cettedifférence près, toutefois, que dans le cas des résonateurs diélectriques certaines des lignes de force peuvent déborder durésonateur, alorsqu'elles sont totalement enfermées dans le supportsolide résonnant dans le cas Comme les résonateurs métalliques, ils sont utilisés dans l'art connu, dans latechnique des ondesradioélectriques du haut de la gamme, dont la fréquence se compte en gigaher@@@, notamment. La configuration du champélectromagnétique dans ces résonateurs se prête particulièrement bien à leur couplage avec des éléments extérieurspar lacomposante magnétique decomposante magnétique ce feuille de matériau non tisséchamp. sur cette Elle se est prête bien en particulier au couplage avec une ligne réalisée en technologie quelle part,les lignes de transmission sont réalisées au moyen de dépôts conducteurs linéaires exécutés sur l'une des faces d'un substrat plat isolant, de silice, alumine ..., dont la face opposée estrecouverte par un autre dépôt conducteur et ou en contact avec une plaque de métal. Dans ce cas le résonateur diélectrique est posé sur le substrat en question. La première de ces considérations a conduit la demande resse à la réalisation d'un dispositif résonateur diélectrique accordable éltqtroniquement en fréquence. La seconde à celle d'un ensemble oscillateur à l'état solide à accord électroni que, par un résonateur tel que le précédent, dans les condi tions qui vont être précisées ci-dessou.#. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent -figure 1 : un résonateur diélectrique avec indication de la forme des lignes de force des composantes électrique et magné tique du champ électromagnétique dans un mode principal ; - figure 2 : le schéma équivalent du dispositif résonateur de l'invention ; - figures 3 et 4 : des modes de réalisation du dispositif résonateur de l'invention ; - figure 5 : un exemple de couplage du résonateur diélectrique de la figure 1 avec des éléments conducteurs ; - figures 6 et 7 : des exemples de réalisation d'un générateur d'ondes radioélectriques stabilisé en fréquence par le dispositif résonateur précédent ; La figure 1 repré#ente la forme 1a plus répandue des résonateurs diélectriques tels que connus et pratiques-dans l'art antérieur. Ils consistent en de petits cylindres pleins 1 d'un matériau à forte constante diélectrique et à faibles pertes, comme ceux cités. Leur constante diélectrique rapportée a' celle de l'air est couramment de l'ordre de 30 à 40. Avec des matériaux de composition courante, la résonance se situe vers 10 gigahertz pour ces cylindres de 6 mm. de diamètre sur 3 mm. de hauteur La meme figure montre les lignes de force des composantes électrique E et magnétique B du champ électromagnétique dans ces résonateurs, pour un mode de résonance à champ électrique transverse, c'est-à-dire sans composante axiale. On voit d'après cette figure que les lignes de champ de la composante magnétique B ont la forme de boucles se refermant à l'extérieur du cylindre, et se trouvent de ce fait parfaitement accessibles pour un couplage magnétique avec un organe extérieur coupé par le flux de ces lignes.Dans l'art antérieur l'accord de ces résonateurs avait lieu par variation de la distance entre le plafond du boîtier dans lequel était monté le résonateur et le résonateur lui-meme, et par la déformation consécutive des lignes de champ dans la région comprise er.tre les deux. Cette disposition, tout en donnant des résultats acceptables quant à la plage des variations de fréquence possible, 1% à 296 de la fréquence de résonance, conduisait à des tolérances serrées dans l'usinage du boîtier si l'on voulait conserver la symétrie du champ électromagnétique, et était d'un maniement délicat. Selon l'invention, une boucle est disposée dans le voisinage de la surface extérieure du résonateur auquel elle se trouve couplée par le champ magnétique qui dQhorde de celui#-ci Cette boucle fait elle-même partie d'un circuit résonnant à capacité variable. Selon l'invention, celui-ci consiste en une diode à l'état solide, une diode à barrière de surface ou du type Schottky notamment, elle-meme entièrement connue de l'art. Cette diode est polarisée en inverse par une tension continue qui lui est appliquée , l'étendue de la zone désertée varie avec les valeurs de cette tension, et par voie de conséquence la capacité de la diode, dont la résistance reste toujours relativement faible.La tension de polarisation en question fournit donc un moyen de réglage de la réactance du circuit équivalent à la diode couplé au résonateur par la boucle, et donc de la fréquence fo de résonance de ce dernier, lorsqu'il est soumis à une excitation de haute fréquence. La figure 2 donne, en 2(1), le schéma équivalent de l'ensemble formé par le résonateur et la diode à capacité variable , connue aussi sous le nom de "varactor", qui lui est associée, où les éléments des circuits équivalents du résonateur et de la diode sont affectés de l'indice 1 pour la première et de l'indice 2 pour la seconde ; la lettre M désigne le coefficient d'induction mutuelle, ou de couplage, des deux circuits, dont l'ensemble équivaut au circuit unique de la figure 2 (II). On voit sur la figure 2(I) la capacité variable C2 de la diode et sur la figure 2(LI) l'impédance Z variable résultante Cette impédance a comme on sait pour expression en désignant par X la pulsation correspondant à la fréquence f ( = 2nf) La figure 3 montre un mode de réalisation du dispositif de l'invention.Cette figure montre en perspective un substrat isolant 2, réalisé dans l'un des matériaux couramment pratiqués, comme l'alumine ou la silice, sur l'une des faces duquel est posé le résonateur 1, et dont la face opposée est rendue conductrice de l'électricité par tout moyen, par une plaque 3 appliquée sur le substrat dans l'exemple, constituant l'une des branches d'une équerre 40 dont l'autre branche porte le repère 4, sur laquelle est montée une diode à l'état solide à capacité variable (varactor) 50, dont le boîtier est représenté en 5. En fonctionnement cette diode, une diode Schottky par exemple, est mise sous la tension Vv par une source de tension continue dont le pôle + est à la masse, comme les plaques 3 et 4 et le boîtier 5, et le pôle - à l'autre électrode de la diode. Sur le dessin, schématique, l'isolement entre les deux électrodes de la diode n'a pas été représenté. Le repère 7 désigne une capacité de découplage par rapport à la masse et 8 un fil de polarisation de longueur égale sensiblement à 4 , A représentant la longueur d'onde correspondant à la fréquence fo de résonance du résonateur diélectrique 1 ; le fil 8 est relié à une autre capacité de découplage 9 avec laquelle il constitue un filtre passebas. Selon l'invention l'ensemble de la diode à capacité variable et des éléments précédents est couplé au résonateur 1 par une boucle 6, cachée en partie dans la perspective de la figure, ménagée dans la connexion entre le boîtier 5 et la capacité# 7 et disposée à l'extérieur du résonateur 1, dans son voisinage. La source de tension n'est pas représentée. Comme indiqué précédemment, cette boucle assure le couplage du résonateur avec la diode, par la composante magnétique B du champ électromagnétique régnant dans le résonateur lorsque celui-ci est soumis alune excitation haute fréquence. La figure 4, en perspective également, montre une variante de réalisation de la même structure ; la boucle 6, que lton voit entièrement ici, entoure le résonateur 1 et assure un couplage , M, plus fort que dans le cas précédent, correspondant à un flux coupé des lignes du champ B plus important. L'intensité de ce couplage détermine, toutes choses égales par ailleurs, la bande d'accord possible. En choisissant la longueur de la boucle et la capacité variable, il est possible, par ailleurs, de faire varier la fréquence de résonance du circuit d'accord et notamment de le faire résonner à une fréquence très voisine de la fréquence de résonance fo du résonateur, et d'augmenter encore de cette façon le coefficient de couplage. Enfin, les diodes, du type Schottky ou à barrière de surface, présentent généralement une résistance faible qui fait que dans ce couplage la haute surtension des résonateurs ne se trouve pas dégradée. Comme on l'a souligné, les lignes de force des composantes du champ électromagnétique E et B dans le résonateur diélectrique se prêtent bien aussi au couplage à ces conducteurs qui seraient formés sur un substrat isolant sur lequel serait posé le résonateur. Ceci conduit dans les limites de portée de l'invention à l'utilisation du dispositif résonateur décrit ci-dessus pour le réglage en fréquence d'un oscillateur à l'état solide utilisant des portions de circuits ou lignes réalisées suivant la technologie dite "micro-bandes" évoquée plus haut. La figure 5 montre effectivement le couplage d'un conducteur 30 se présentant sous la forme d'un dépôt métallique sur un substrat isolant, substrat que l'on a désigné par le même repère 2 que celui des figures 3 et 4 précédente#. Ce conducteur se trouve couplé au résonateur 1 posé sur le substrat du fait de la forme de la composante magnétique B du champ électromagnétique dans le flux de laquelle se trouve placé le conducteur 30. La figure 6 montre un générateur d'ondes radioélectriques utilisant comme oscillateur une diode à résistance négative, du type Gunn ou à avalanche, l'une et l'autre connues de l'art,stabilisé en fréquence par un dispositif d'accord tel que décrit plus haut.Dans l'exemple de la figure 6, le dispositif'd'accord revêt la forme de la variante de la figure 3 dont on retrouve intégralement tous les éléments avec les mêmes repères. La diode à résistance négative porte le repère 10 ; elle est montée our le substrat isolant 2 et est reliee a la ligne de transmission dont le conducteur supérieur est figuré en tt, terminée sur une charge d'amortissement 12 elle même décou plée par la capacité 13, ligne radiale à 4 telle que 4 connue de l'art.Elle est munie elle aussi d'un fil de polarisation et d'une capacité de découplage portant les repères 80 et 90 analogues aux éléments 8 et 9. La sortie de la puissance engendrée dans le système se fait par la ligne 14 couplée à la ligne 11, vers une charge utile (flèche) non représentée. En fonctionnement, la diode à capacité variable 50 est alimentée par la source, 20, de tension continue Vv, à laquelle sont reliés aussi, comme le montre la figure, les éléments 5,6,7,8 et 9 des figures 3 et 4 ; la diode à résistance négative 10 est alimentée par la source 21,de tension Vg, comme le montre la figure. Avec le couplage adopté (cf. figure 3) entre le circuit d'accord et le résonateur 1, on obtient facilement une plage d'accord de 0,1% autour de la fréquence de fonctionnement avec un bon facteur signal/bruit, tenant à la haute surtension du résonateur non altérée par ce couplage. On peut par ailleurs déplacer cette fréquence en adjoignant au système les moyens d'accord mécanique de l'art antérieur, à savoir les moyens de déplacement du plafond du boîtier du résonateur (non représenté). La figure 7 montre un autre mode de réalisation du générateur d'ondes radioélectriques précédent, différant de celui de la figure 6 par la position du résonateur t, placé entre la ligne de transmission 11 et la ligne de sortie 14, par la réalisation de la boucle 6, qu est constituée par un dépôt métallique effectué, suivant les techniques connues, sur le substrat et enfin par la position des éléments 5 et 7 sur le substrat. On retrouve sur la figure les repères de la figure précédente avec les mêmes significations. L'équerre métallique 40 est réduite à sa partie 3. Cette disposition équivalente à la précédente présente un encombrement moindre. Enfin, dans les gérérateurs radioélectriques de l'invention, il est aisé de compenser les dérives de fréquence consécutives a' des variations éventuelles de température de la diode à résistance négative utilisée, 10 dans ce qui précède ; cette dérive est de 50 à 100 ppm par degré centigrade pour une diode Gunn, par exemple. Un senseur de température commande à partir de la température de la diode a' résistance négative dans le voisinage immédiat de laquelle il est placé, la ten sion Vv utilisée pour alimenter la diode à capacité variable 50,insérée dans le circuit d'accord du résonateur diélectrique 1, lui-même utilisé, d'après ce qui précède, pour stabiliser la fréquence du générateur, et ce suivant un schéma classique utilisant comme senseur une diode ou un transistor à saturation. Une variation de 40 ppm par volt appliquée est réalisable sur la capacité variable. Les générateurs de l'invention trouvent une de leurs applications dans les installations radars, comme oscillateurs locaux. REVENDICATIONS 1. Dispositif résonateur pour ondes radioélectriques composé de - un résonateur diélectrique , - un circuit résonnant à capacité réglable ; - des moyens de couplage du résonateur au circuit résonnant à capacité réglable, caractérisé en ce que ces moyens de couplage consistent en une boucle d'un conducteur coupant les lignes de force de la composante magnétique du champ électromagnétique débordant du résonateur lorsque celui-ci est soumis à une excitation en haute fréquence 2. Dispositif résonateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce nue la capacité réglable est celle d'une diode à l'état solide polarisée en inverse par une source de tension réglable et dont la capacité varie avec la valeur de cette tension. 3. Dispositif résonateur suivant la revendication i, caractérisé en ce que la boucle de couplage est disposée au voisinage du résonateur diélectrique à l'extérieur de celuici. 4. Dispositif résonateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la boucle de couplage entoure le résonateur diélectrique. 5. Dispositif résonateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat plat en un matériau isolant de l'électricité, en ce que le résonateur est un cylindre posé sur l'une des faces de ce substrat, et en ce que la diode à l'état solide est en contact par son boîtier avec une électrode conductrice appliquée sur la face opposée du substrat, et reliée par son autre électrode à la boucle de couplage et à des capacités de découplage, par rapport à la masse du système, disposées en série avec la boucle. 6. Générateur d'ondes radioélectriques composé d'une diode à résistance négative et de circuits électriques associés,réalisés sous forme de conducteurs appliqués sur l'une des faces d'un substrat plat en un matériau isolant de l'électricité, recouvert sur son autre face d'une électrode conductrice de l'électricité, éléments comprenant une première ligne de transmission reliant la diode à résistance négative à une charge d'amortissement, et une seconde ligne de transmission couplée à la précédente, terminée par la charge utile, dans laquelle est recueillie la puissance radioélectrique engendrée, en fonctionnement, lorsqu'une tension est appliquée entre les électrodes de la diode à résistance négative, générateur caractérisé en ce qu'il comprend un système d'accord er fréquence ,suivant la revendication 5, dont le résonateur est posé sur le substrat et dont le boîtier de la diode à l'état solide est en contact avec l'électrode conductrice, et caractérisé en outre en ce qu'il comprend une source de courant continu dont le pôle + est. relié a4 l'électrode conductrice par la masse, et dont le pôle - est relié à l'autre électrode de la diode à l'état solide par les capacités de découplage en série avec la boucle de couplage. 7. Générateur d'ondes radioélectriques suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le résonateur est placé entre la première et la seconde ligne de transmission. 8. Générateur d'ondes radioélectriques suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le résonateur et la deuxieme ligne de transmission sont disposés de part et d'autre de la première ligne de transmission. 9. Générateur d'ondes radioélectriques suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'asservissement de la tension d'alimentation de la diode à l'état solide à la température de la diode à résistance négative.