Brevet FR2472757A1 — publié le 19810703

La présente invention concerne un échantillon- neur couvrant une bande de fréquences s'étendant depuis l'extrémité inférieure du spectre des fréquences jusqu&à plusieurs dizaines de gigahertz. Dans ce qui suit, on appelle échantillonneur, conformément à l'usage qui est fait de ce terme en métrologie, un circuit comportant une source locale d'impulsions brèves,dont le spectre est constitué d'une suite discrète de raies à des fré- quences multiples de la fréquence de récurrence, asso- O10 ciée à un élément non linéaire assurant le battement avec un signal appliqué dont la fréquence est à déter- miner. Un filtre de sortie basse fréquence transmet le signal à la fréquence de battement (entre celle du si- gnal appliqué et celle d'une raie du spectre de la source locale) située dans sa bande passante, en vue de la mesure. La détermination de la fréquence exige donc la détermination de la raie qui a participé au battement. Cette opération relève du traitement de données et a fait l'objet de publications, notamment de l'article publié dans le numéro de mai 1978 du Iewlett Packard Journal: "Microprocessor-controlled harmonic heterodyne microwave counter also measures amplitude". La réalisation d'un tel échantilionneux met en oeuvre ur. ensemble de circuits relativement complexe, la complexité augmentant lorsque la largeur de la gamme de fréquences à couvrir croit. L'évolution actuelle de la technique conduisant à l'uti- lisation de fréquences de plus en plus élevées, il est nécessaire que les appareils de mesure opèrent dans une bande de fréquence de plus en plus large. La diffusion de ces appareils nécessite un prix de revient aussi faible que possible. Ainsi qu'il est précisé dans l'article cité, le composant le plus cher est l'échantillonneur. La préselte invention a pour objet la réalisation simple d'un tel circuit permettant une réduction du prix de revient de l'ensemble de mesure. La présente invention repose sur l'utilisation des propriétés des guides d'ondes, et plus particuli- èrement des guides d'ondes à section rectangulaire, comme filtre passehaut..Elle est plus particulièrement caractérisée en ce qu'un même tronçon de guide d'onde est utilisé à la transmission des impulsions de la source locale, au. filtrage par élimination des com- posantes à basse fréquence du spectre, au battement avec le sigral don lJa fitquence est à. mesurer dans un circuit connu constitué de deux diodes disposées en série dans ledit tronçon de guide. L'échantillonneur selon la présente invention com- porte essentiellement les éléments suivants: - une source d'impulsions brèves de durée t et - de fréquence de récurrence. F; - un tronçon de guide d'ondes de fréquence de coupure égale à une:fraction-simple de la fréquence maxi- male du signal à échantillonner; - - un conducteur disposé parallèlement aux grandes parois du guide-dansuin plan-médian; - deux diodes mélangeuses connectées en série placées dans un plan perpendiculaire aux" grandes parois en un lieu d'intensité maximum du champ électrique pour le mode TEop o p>)l de part et d'autre dudit conduc- teur - - un circuit de sortie à basse fréquence connecté à chaque diode mélangeuse. --.,Selon une variante préférée de- l'invention, la source d'impulsions. est une diode disposée dans ledit tronçon de guide et placée de la même façon que les di- odes mélangeuses dans une section droite du guide. L'échantillonneur selon l'invention est particu- lièrement simple à réaliser, d'encombrement réduit et de grande robustesse ce qui le rend paticulièrement adapté à une utilisation comme appareil de mesure. L'invention sera bien comprise-en se reportant à la description suivante et aux figures qui l'accompa- gnent données à titre d'illustration non limitative et dans lesquelles: - - la figure 1 est le schéma d'un circuit équiva- lent à l'échantillonneur; - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble échantillonneur; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du guide au niveau des diodes mélangeuses. On a représente sur la figure 1 le schéma équiva- lent au circuit d'échantillonnage. Cecircuit est connu en soi On a figuré en D 1 oscillateur local deoDupae des impulsions dans l'énergie à haute fréquence fournie par une source 2. La diode D1 définit la forme et la fréquen- ce de récurrence des impulsions. Celles-ci sont trans- mises au circuit mélangeur constitué essentiellement des diodes D2 et D3 connectées en série. Le couplage entre D et le circuit mélangeur est représente schématique- ment par les flèches 3 et 4. Chacune des diodes D2 et D3 est connectée à une sortie basse fréquence S2 et S3 respectivement par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas, respectivement F2 et F3, constitué par une inductance et un condensateur. Les diodes sont auto-polarisées par les résistances Ri Le signal dont la fréquence doit être mesurée est appliqué en ElO La résistance R con- nectée au point commun aux deux diodes assure l'adapta- tion de'l'impédance en E1. Le schéma correspond à un circuit bien connu de l'homme de l'art, l'invention ré- sidant dans la réalisation du circuit en technologie guide d'onde. Les figures 2 et 3 correspondent à une variante préférée de réalisation de l'invention. Ainsi qu'il ap- parait sur la figure 2, la source d'impulsions, consti- tuée par une diode Di, associée à la source 2 d'onde entretenue, est disposée dans un guide d'onde 10 de sec- tion rectangulaire. A proximité de la diode D1 est dis- posée une charge 11 absorbant l'énergie qui se propage vers la droite dans le guide. L'énergie se propageant vers la gauche est transmise dans le guide 10 suivant les flèches 3 et 4 vers les diodes D2 et D3 constituant le circuit non linéaire à un-niveau fixe, indépendant de la fréquence de la source 2. La section de guide comprise entre D1 et D2 D joue le rôle d'un filtre passe-haut ne transmettant que les raies à fréquence élevée du spectre de fréquence des impulsions issues de la diode D. Selon une variante préférée, seules les raies de rang supérieur à 7 (sans que cette valeur soit limitative) sont transmises par le guide sans atté- nuation. Il est bien connu que la fréquence de coupure du guide est uniquement définie par les dimensions a et b de sa-section droite. Une deuxième charge 12 est dis- posée à la gauche du circuit non linéaire de façon à éviter toute réflexion de l'énergie qui n'a pas été utilisée. Les diodes D2 et D3 sont mécaniquement soli- daires d'un barreau 13 disposé suivant la grande dimen- sion du guide perpendiculairement à la direction de propagation ainsi qu'on le voit mieux sur la figure 3. L'une des électrodes de chaque diode est en contact avec ce barreau conducteur. L'autre électrode de chacune des diodes est connectée au conducteur central, respective- ment 14 et 15, d'une ligne coaxiale se terminant par une sortie coaxiale, respectivement-S 2 et S3. Les filtres F et F sont constitués ainsi qu'il est bien connu par 2 3 le tronçon de ligne coaxiale disposée entre la diode et la sortie associée. Ainsi qu'il apparait mieux sur la figure 3, le barreau 13 est maintenu parallèlement aux grandes parois du guide rectangulaire 10 entre le con- ducteur central. du connecteur 16 constituant l'entrée -5 E1et la charge adaptée 17. Les traces des plans de coupe des figures 2 et 3 sont représentées respectivement en Y Y et X X sur l'au- tre figure Ainsi qu'il apparait sur la figure 3, les diodes D2 et D sont disposées dans la section rectangu- laire du guide 10, non pas suivant l'axe de symétrie, mais à une distance de la petite paroi gauche égale à un quart de la grande dimension du guide. Cet arrangement particulier favorise le fonctionnement du circuit échan- tillonneur à fréquence élevée. En effet, l'énergie qui se propage dans le guide 10 sans atténuation est consti- tuée de la partie supérieure du spectre des impulsions formées par D Divers modes de propagation s'établis- sent donc dans le guide la répartition de champ élec- trique dans la section droite diffère d'un mode à un au- tre ainsi qu'il est connu. La localisation des diodes mélangeuses dans le plan de symétrie du guide corres- pond à la localisation des diodes au maximum d'intensité du champ électrique pour le mode fondamental TEOi. La localisation des diodes à une distance d'un petit côté égal à 1/3 de la grande dimension du guide place les diodes au voisinage du maximum de champ électrique pour- le mode d'ordre 2. La position choisie correspond à-une intensité élevée des répartitions de champs des trois premiers modes TE on. Le positionnement des diodes est un compromis entre le rapprochement d'un petit côté du guide qui correspond au maximum de champ électrique des modes supérieurs et la diminution de la valeur du champ maxirel avec le rang.du mode. Le conducteur 13 de la variante qui vient d'être décrite est une tige de section circulaire et de lon- gueur égale à la plus grande dimension du guide. La forme du conducteur 13 n'intervient que peu. Il peut être constitué d'une bande métallique ou d'un barreau de sec- tion quelconque sans différence notable des caracté- ristiques de l'échantillonneur. La section droite du conducteur 13 influe sur l'impédance à l'entrée E1 de l'échantillonneur. Dans une réalisation particulière, on a utilisé: N de type - diode D1: une diode HP 5082-885 de chez Hewlett- Packard - diodes D2 et D3: des diodes 5022-2711 de chez Hewlett-Packard une source 2:à 1 GHz + 50 MHz pour faciliter le comptage - une charge adaptée 17:du type EMC 8021-3 - le conducteur 13 est une tige de laiton de 3,2 millimètre de diamètre le guide 10 a des dimensions ( a = 20 millimètres ( b = 5,8 millimètres Un tel échantillonneur délivre un niveau cons- tant à + 2 dB lorsque la fréquence du signal appliqué est une onde sinusoïdale couvrant la bande de fréquen- ce comprise entre 0,1 et 24 GHz. - - - R E V E N D I C A T I 0 N S 1- Circuit d'échantillonnage pour fréquencemètre à très large bande comportant les éléments suivants - une source d'impulsions brèves de durée t et de fréquence de récurrence F - un tronçon de guide d'onde de section rectan- gulaire de fréquence de coupure nF (n étant un entier > 7) dans lequel un conducteur est disposé à égale dis- tance et parallèlement aux grandes faces du guide sup- portant deux diodes connectées en série placées dans une première section droite du guide et situées dans cette section au maximum d'intensité du champ électrique pour un mode de propagation d'ordre supérieur - un circuit de sortie basse fréquence connecté aux bornes extrêmes de chacune des deux diodes - un circuit d'entrée connecté à l'une des extré- mités dudit conducteur dont l'autre extrémité est en contact avec une charge adaptée. 2- Circuit échantillonneur selon la revendication 1 dans lequel la source d'impulsions est constituée par une diode montée dans une deuxième section droite du guide et se trouve située dans ladite section droite comme les deux diodes dans la première section droite. 3- Circuit d'échantillonnage selon la revendica- tion 1 dans lequel les diodes sont situées à une dis- tance d'une petite face égale à 1/3 de la grande dimen- sion du guide. 4- Circuit d'échantillonnage selon la revendica- tion 1 dans lequel le conducteur disposé dans le guide est un barreau métallique cylindrique. - Circuit d'échantillonnage selon la revendica- tion 1 dans lequel le conducteur disposé dans le guide est une plaquette conductrice parallèle aux grandes faces du guide. 8 Feuillets