Brevet FR2472280A1 — publié le 19810626

La présente invention est relative à un déphaseur différentiel à ferrite particulièrement adapté pour manipuler des champs électromagnétiques d'intensité élevée sans présenter les inconvénients que l'on rencontre dans les déphaseurs à ferrite de type connu. Comme cela est connu les déphaseurs différentiels à ferrite sont des composants qui introduisent (outre une atténua- tion) un déphasage du champ qui les traverse, ce déphasage dépendant du sens de propagation de l'énergie. Evidemment soit l'atténuation, soit le déphasage sont aussi proportionnels à la longueur du déphaseur différentiel. L'atténuation demeure pratiquement constante jusqu'à une valeur critique du champ magnétique dans la fertite, qui est caractéristique de la ferrite employée, cette atténuation croissant rapidement une fois que ladite valeur est dépassée. Cela a empêché jusqu'à présent d'utiliser des déphaseurs à ferrite dans des circuits à micro-ondes intéressés par des puissances élevées, tels que des circulateurs ou des dispositifs d'accord pour magnétrons de puissance. Les déphaseurs de type connu sont constitués par un tronçon de guide rectangulaire dans lequel est placé un élément torique de ferrite magnétisé par le courant circulant dans un fil situé dans le trou central du tore. Le champ électromagnétique qui traverse la ferrite y laisse une partie de son énergie en y induisant une magnétisa- tion alternée qui ne doit pas dépasser la valeur critique: cela impose une limite à la puissance du champ présent dans le guide. L'énergie cédée par le champ électromagnétique à la ferrite est dissipée au moins en partie sous forme de chaleur. Cette dernière devant être emportée pour éviter de causer des dommages à la ferrite. Dans ce but sur les côtés du tore de ferrite on place deux morceaux d'un diélectrique bon thermoconducteur dont la présence, avec les caractéristiques éminemment diélectrique de la ferrite, augmente la largeur équivalente du guide en y permet- tant même la propagation des modes supérieurs: il devient donc nécessaire de placer le long des parois latérales du guide un matériau absorbant qui supprime les modes supérieurs. Pour conclure, un déphaseur différentiel à ferrite de type connu est un dispositif compliqué (et par conséquent coûteux) qui présente des limitations précises en ce qui concerne la puissance du signal électromagnétique qui le traverse. La présente invention entend obvier auxdits inconvénients au moyen d'une structure dans laquelle des noyaux de ferrite sont placés à l'extérieur du guide, dont ils n'altèrent pratiquement pas les caractéristiques, et sont couplés au champ présent dans le guide dbne manière connue en soi. Cette structure présente l'avantage que chaque ferrite est intéressée par une fraction de l'énergie du champ présent dans le guide, cette fraction pouvant être déterminée chaque fois en réalisant les moyens de couplage de façon à avoir la certitude que la magnétisation de la ferrite ne dépasse pas la valeur critique; en outre la position des ferrites à l'extérieur du guide simplifie leur refroidissement et rend superflue la présence de matériau diélectrique et/ou absorbant à l'intérieur du guide même. L'invention consiste en un déphaseur différentiel à ferrite apte à agir sur des signaux à micro-ondes de puissance élevée présents dans un guide d'onde à section rectangulaire, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un couple de noyaux de ferrite, identiques entre eux, appliqués à l'extérieur dudit guide sur au moins une des parois les plus grandes, dans des positions symétriques par rapport à l'axe de symétrie dudit guide; des moyens de couplage entre lesdits noyaux et le champ présent dans ledit guide; des moyens de magnétisation aptes à créer dans les deux noyaux de chaque couple des champs magnétiques continus de même intensité et de sens opposé. L'invention sera décrite en référence à un exemple non limitatif de réalisation illustré dans les figures ci-jointes, dans lesquelles: 3 2472280 La figure 1 illustre en coupe un guide portant un déphaseur suivant l'invention. La figure 2 illustre schématiquement un tronçon de guide d'onde portant une pluralité de déphaseurs suivant l'invention. Comme les techniciens de cette branche le savent bien, dans un guide d'onde à coupe rectangulaire il existe dans chaque coupe transversale deux plans symétriques par rapport au centre du guide dans lesquels le champ magnétique de l'énergie qui se propage est polarisé circulairement avec mêmes intensités et sens opposés. Ces sens s'inversent lorsque l'on inverse le sens de propagationde l'énergie dans le guide. Dans un déphaseur différentiel suivant l'invention, à laquelle se rapporte la coupe de la figure 1, à la hauteur de ces plans sont appliqués à la paroi extérieure 1 du guide 2 deux noyaux de ferrite 3, couplés au champ présent dans le guide 2 au moyen d'iris 4, les ferrites sont métallisées et soudées à des douilles 5 qui sont à leur tour soudées aux parois 1. Si l'on varie les dimensions de l'iris 4 et/ou celles de la zone d'air 6 comprise entre le guide 2 et la ferrite 3 on peut varier le couplage entre le guide d'onde et la ferrite et, par conséquent, la puissance du signal qui intéresse la ferrite de façon à ce que la magnétisation de la ferrite ne dépasse pas la valeur critique, même si le champ dans le guide d'onde est très élevé. Les bobinages 7 réalisés sur les ferrites y créent deux champs magnétiques continus égaux et contraires, pour augmenter l'intensité du champ magnétique à égalité de courant de magnétisation, et par conséquent l'efficacité du déphaseur, il est opportun de fermer le circuit magnétique en réalisant la zone comprise entre les douilles 5, ou toute la paroi exté- rieure 1, en fer (ou autre matériau équivalent) et en connectant les ferrites au moyen de la culasse 8. Dans une forme préférée de réalisation la surface extérieure des noyaux de ferrite est complètement métallisée, de façon à avoir une continuité électrique avec le guide, sans sortir des limites de l'invention il est possible d'introduire 4 2472280 la ferrite dans un récipient métallique, soudé à la douille, sur lequel est réalisé lé-bobinage 7. Les ferrites 3, étant placées à l'extérieur du guide 2, peuvent être refroidies plus facilement si la dispersion de chaleur-dans l'air n'est pas suffisante, il est possible d'enfer- mer les ferrites avec une couverture métallique soudée au guide de façon à créer un canal fermé dans lequel on fera circuler un fluide réfrigérant (par exemple de l'air ou, si le déphaseur est associé à un magnétron de puissance, le fluide employé pour refroidir le magnétron). Si l'on se rapporte à l'exemple de la figure 1 le champ polarisé circulairement dextrogyre présent dans le guide 2 à la hauteur de l'iris 4 de droite induit dans la ferrite corres- pondante 3 un champ dextrogyre, qui se propage dans la ferrite et qui est réfléchi par une terminaison parfaitement réfléchis- sante, créée par exemple en métallisant l'extrémité du noyau de ferrite ne donnant pas sur l'iris, puisque les deux champs, le champ direct et le champ réfléchi, sont dextrogyres, ils subissent des déphasages d'amplitude es le signes identiques par effet du champ induit dans le guide par le champ créé dans la ferrite par le bobinage 7. Même le champ induit dans le guide par le champ réfléchi est dextrogyre et déphasé par rapport au champ induisant, auquel il s'additionne dans la direction de propagation, sans donner lieu à des ondes réfléchies. Des considérations analogues peuvent être faites pour l'autre noyau de ferrite, puisque soit le sens de rotation des champs polarisés circulairement soit celui du champ induit par le bobinage sont chargés, les deux noyaux de chaque couple exercent sur le champ présent dans le guide deux actions concor- dantes qui se superposent. On sait qu'un noyau de ferrite polarisé longitudinale- ment par un champ magnétique continu introduit un champ à radio- fréquence, dont la composante magnétique est polarisée circulai- rement, un déphasage qui dépend du sens de la polarisation circulaire.- Si on inverse le sens de propagation de l'énergie dans le guide rectangulaire, les champs induits dans les ferrites 3 inversent leur polarisation et, par conséquent, le déphasage introduit par le déphaseur change. Le couplage réalisé entre le guide d'onde et la ferrite permet de faire travailler les ferrites au-dessous de leur point critique même si la puissance dans le guide est élevée, mais il limite en même temps l'importance des champs induits dans le guide par les champs réfléchis par les deux noyaux de ferrite, réduidant le déphasage provoqué par un couple de ferrites sur le champs présent dans le guide. Un déphaseur suivant l'invention comprend donc une pluralité de couples de noyaux de ferrite; le nombre optimal de ces couples peut être fixé chaque fois par le technicien en fonction de la puissance présente dans le guide, du déphasage requis, des caractéristiques de la ferrite et des bobinages 7, du courant de magnétisation qui les parcourt, etc. Dans la figure 2 on a indiqué un tronçon d'un déphaseur comprenant une pluralité de couples de noyaux pour davantage de simplicité on a enlevé les culasses 8, ou la couverture pour la conduite de refroidissement, et les connexions des bobinages 7 entre eux et au générateur de courant (non illustrés dans la figure). Dans une forme préférée de réalisation, la distance entre deux couples contigus de ces noyaux est de A/4, cela permet d'éliminer les composantes régressives (c'est-à-dire celles qui se déplacent dans le guide dans une direction opposée par rapport à celle du champ principal) excitées dans le guide par le champ réfléchi en vertu du fait que le champ dans la ferrite est légèrement elliptique puisque les moyens de couplage permettent l'excitation dans la ferrite, non seulement du mode fondamental présent dans le guide, mais aussi de modes supérieurs. Les bobinages 7 de chaque couple sont connectés à un générateur de courant, si le champ magnétique créé dans les ferrites doit demeurer constant ou varier lentement il est possi- ble de connecter en série entre eux les bobinages de chaque couple, si par contre on prévoit, ou on désire, que le champ varie rapidement il est opportun de connecter les bobinages au générateur en parallèle entre eux, réduisant ainsi l'inductance du circuit de magnétisation. D'une manière analogue, les bobinages homologues de chacun des couples de ferrite constituant le déphaseur peuvent être connectés en série ou, de préférence, en parallèles entre eux. La présente description a été faite en référence à un exemple de réalisation dans lequel les noyaux de ferrite sont appliqués sur un des côtés les plus grands du guide, sans sortir des limites de l'invention il est possible d'appliquer les noyaux de ferrite sur les deux côtés les plus grands du guide, améliorant ainsi les performances du déphaseur diffé- rentiel. Dans l'exemple de réalisation illustré dans les figures les noyaux de chaque couple sont placés sur la même section, normale à l'axe de symétrie du guide, sans sortir des limites de l'invention, il est possible de placer les noyaux de chaque couple sur deux sections différentes, en maintenant, s'il y a lieu,. la distance de À/4 entre les noyaux homologues de chaque couple. - REVENDICATIONS - 1. Déphaseur différentiel à ferrite apte à agir sur des signaux à microondes de puissance élevée présents dans un guide d'onde à section rectangulaire, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un couple de noyaux de ferrite (3), identiques entre eux appliqués à l'extérieur dudit guide (2) sur au moins une des parois les plus grandes et dans des positions symétriques par rapport à l'axe de symétrie dudit guide, des moyens de couplage entre lesdits noyaux et le champ présent dans ledit guide, des moyens de magnétisation aptes à créer dans les deux noyaux de chaque couple des chaEmps magnéti- ques continus de même intensité et de sens opposé. 2. Déphaseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage de chaque noyau (3) au champ présent dans le guide (2) comprennent un iris (4) et une douille (5) soudée sur la paroi extérieure (1) du guide (2). 3. Déphaseur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque noyau (3) est métallisé et soudé à l'une desdites douilles (5). 4. Déphaseur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque noyau (3) est introduit dans un récipient métallique soudé à l'une desdites douilles (5). 5. Déphaseur suivant les revendications 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que lesdits moyens de couplage sont placés dans la zone o le champ magnétique dans le guide rectan- gulaire a une polarisation circulaire. 6. Déphaseur suivant la revendication 5 et comprenant au moins deux couples de noyaux, caractérisé par le fait que la distance entre lesdits couples est égale à un quart de la longueur d'onde du mode fondamental. 7. Déphaseur suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens de magnétisation comprennent deux bobines (7), dont chacune d'elles est enroulée sur l'un des noyaux (3) du couple et a le même nombre de spires, et un générateur de courant apte à fournir le courant de magnétisa- tion. 8. Déphaseur suivant la revendication -7, caractérisé par le fait que les ferrites (3) de chaque couple sont connec- tées au moyen d'une culasse (8) ainsi que par le fait qu'au moins la zone comprise entre les douilles (5) de la paroi extérieure (1) du guide (2) est réalisée en un matériel présen- tant une bonne perméabilité magnétique. 9. Déphaseur suivant la revendication 8 et comprenant au moins deux couples de noyaux de ferrite, Caractérisé par le fait qu'il comprend une couverture métallique, soudée au guide (2) pour réaliser un canal pour un fluide de refroidis- sement des noyaux (3) et appuyée sur lesdits noyaux, les parties de ladite couverture comprises entre les noyaux (3) de chaque couple constituant lesdites culasses (8).