Brevet FR2500686A1 — publié le 19820827

CIRCUIT HYPERFREQUENCE A CAVITE ET DIODE COUPLEES ET MONTAGE EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT La présente invention se rapporte à un circuit hyperfréquence comportant une cavité formée d'un guide d'ondes rectangulaire courtcircuité à l'une de ses extrémités et une diode couplée à la cavité par un dispositif de couplage comportant une plaque métallique disposée dans le guide, parallèlement aux grands côtés du guide. De tels circuits hyperfré- quence sont destinés à servir soit de circuits oscillateurs soit de circuits détecteurs, soit de circuits mélangeurs. Des circuits hyperfréquence de ce genre sont connus dans lesquels la plaque métallique, généralement en forme de disques est placée au voisinage immédiat de run des grands côtés du guide, en un endroit où le champ électrique est maximum, réalisant ainsi un fort couplage électrique entre la diode et la cavité. De tels circuits nécessitent une vis d'accord à pénétration réglable dans la cavité; ces circuits présentent une capacité plaque métallique-cavité importante ce qui les rend impropres à une utilisation en alimentation par impulsions; de plus le couplage magnétique entre la diode et la cavité est très faible, la plaque métallique n'étant pas placée à un endroit où le champ magnétique est maximum.Ces circuits nécessitent un fort courant d'alimentation et n'ont qu'un faible rendement; ils ne sont utilisables qu'avec des diodes admettant des forts courants d'alimentation, par exemple des diodes GUNN. D'autres circuits hyperfréquence à cavité et diode couplées par une plaque métallique sont connus dans lesquels la plaque est placée sensiblement à mi-distance des deux grands côtés du guide d'onde; le couplage électrique diode-cavité est inexistant et le couplage magnétique est amélioré par déformation réglable du volume interne de la cavité, par exemple au moyen d'une grosse vis qui traverse la plaque de court-circuit fermant l'une des extrémités du guide d'onde pour former la cavité; ces circuits hyperfréquence présentent les mêmes inconvénients que les circuits mentionnés au paragraphe précédent, à la forte capacité plaque métalliquecavité près. La présente invention a pour but de réduire au maximum ces inconvénients. Ceci est obtenu, en particulier, par un couplage magnétique entre la diode et la cavité réalisé là où le champ magnétique esi maximum dans la cavité. Selon l'invention, un circuit hyperfréquence comportant une cavité constituée par un guide d'ondes rectangulaire court-circuité à rune de ses extrémités et une diode reliée électriquement par sa première borne au premier grand côté du guide d'ondes et par sa seconde borne à un dispositif de couplage comportant une plaque métallique, parallèle aux grands côtés du guide d'ondes, en série avec un conducteur qui traverse un trou percé dans la paroi du second grand côté, paroi à laquelle le conducteur est mécaniquement réuni par un isolant, est caractérisé en ce que la plaque est disposée à une distance comprise entre > et 230 du premier grand côté 10 20 (où A est la longueur d'onde, dans l'air, de fonctionnement du circuit) et en ce qu'un élément capacitif est monté entre le conducteur et la cavité les armatures de cet élément capacitif étant constituées par une pièce métalli- que reliée au conducteur et située à l'intérieur du trou et par les parois du trou, en regard de la pièce métallique. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à raide de la description- ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1 une vue de côté, en coupe, d'un circuit hyperfréquence selon l'invention, - la figure 2 une vue de la face avant du circuit déjà représenté sur la figure 1. La figure 1 représente un circuit hyperfréquence selon l'invention, vu en coupe. Ce circuit comporte principalement une cavité, 1, et une diode 3 couplée à cette cavité par un coupleur magnétique 6; il comporte également un coupleur capacitif 5. La cavité 1 est constituée par un guide d'ondes rectangulaire en deux parties, la, lb, et une plaque de court-circuit lc qui ferme le guide d'ondes à l'une de ses extrémités; l'autre extrémité du guide constitue un accès, A, pour la cavité. La plaque de court-circuit, Ic, est fixée sur le guide d'ondes par des vis à tête fraisée qui n'apparaissent pas sur la figure 1. De même les deux parties la, lb du guide d'ondes sont rassemblées au moyen de vis, telles que 12a, 12b la figure 2, qui montre la face avant du circuit hyperfréquence, permet de voir que la séparation entre les deux parties la, lb du guide d'ondes est telle que le grand côté inférieur du guide rectan gulaire est constitué par une paroi de la partie lb tandis que les deux petits côtés et le grand côté sont constitués par trois parois de la partie la La figure 2 montre également que l'accès A de la cavité est entouré d'un flasque comportant quatre trous, taraudés, 13a à 13d destinés à permettre le raccordement du dispositif hyperfréquence à d'autres circuits hyperfre- quence, tels qu'une antenne par exemple. La diode 3 est une diode BARITT de type NP2N disposée à environ 3 3 = 23,5mu du court-circuit lc, où ; est la longueur d'onde dans rair 4 correspondant à la longueur d'onde dans le guide d'ondes, celle-ci étant principalement fonction de la diode BARITT choisie; dans l'exemple décrit la diode a une fréquence de résonance de 9,5 GHz.Cette diode se présente sur une partie de sa longueur, constituant rune de ses bornes, comme un cylindre fileté extérieurement qui peut pénétrer plus ou moins profondément à Intérieur de la cavité, 1, en traversant un trou taraudé, pratiqué dans une pièce d'adaptation 7 ; cette pièce d'adaptation est elle-même, vissée grâce à une encoche 70, dans un trou taraudé pratiqué dans le grand côté inférieur du guide d'ondes. En face de la pièce d'adaptation 7 un trou, 10, est percé dans le grand côté supérieur du guide d'ondes. Dans ce trou, dont la partie supérieure est taraudée, est vissée une pièce isolante, 4, réalisée en un matériau thermoplastique à faible coefficient de dilatation; la pièce isolante 4 est une pièce cylindrique percée d'un trou axial taraudé, dans lequel est vissée une tige métallique filetée 63 ; le réglage de la profondeur d'enfoncement de la pièce 4 dans le trou 10 s'effectue à l'aide de trous d'accrochage, 40, 41, percés dans cette pièce parallèlement à son axe, non représenté, cet axe étant perpendiculaire au plan des grands côtés du guide d'ondes la, lb. Une pièce métallique 5, de dimensions inférieures aux dimensions du trou, est fixée, par collage, sous la pièce 3. Cette pièce métallique 3 se trouve, par le réglage de renfoncement de la pièce isolante 4, à une distance plus ou moins grande de l'extrémité inférieure du trou 1 comme le trou 10 comporte à cette extrémité une collerette, 10a, un effet de condensateur réglable est assuré entre l'armature constituée par la pièce métallique 3 et l'armature constituée par la paroi du trou 10 et, en particulier, la collerette 10a. La pièce métallique 5 est percée, dans le prolongement du trou axial taraudé de la pièce 4, par un trou taraudé de mêmes dimensions; la tige métallique filetée 63 pénètre également dans ce trou taraudé par vissage. La tige métallique filetée 63 est prolongée, vers rintérieur de la cavité, par une partie cylindrique plus mince, 62, et une partie cylindrique plus large, 61, pour former un conducteur électrique 61-62-63, à extrémité inférieure duquel est fixé un disque métallique 6. Le disque 6 vient en contact avec l'une des bornes de la diode 3, constituée par Bextrémite supérieure de cette diode, suivant un plan de trace XX dans la figure 1. Le disque 6 forme avec les pièces 61, 62, 63 un ensemble métallique monobloc et la tige filetée 63 comporte une encoche 64, à sa partie supérieure, pour régler l'enfoncement de cet ensemble dans la cavité et, donc, la distance entre le disque 6 et le grand côté inférieur du guidé d'ondes; quand le disque 6 est en position, la diode 3 est amenée en contact avec lui par vissage à raide d'un petit tournevis qui, à travers le trou taraudé de la pièce d'adaptation 7, atteint une encoche pratiquée dans la partie "cylindre fileté" de la diode 3. Une vis métallique 8 traverse, perpendiculairement à la paroi, le grand côté supérieur du guide d'ondes. Deux ensembles "écrou-cosse à souder-rondelle", 65,1 la,66 et 80,11b,81, assurent respectivement le blocage de la tige filetée 63 et de la vis g; de plus les cosses à souder lIa, llb constituent les bornes d'alimentation du dispositif hyperfréquence décrit. il est à noter que la rondelle métallique 66- a été choisie d'un diamètre important pour améliorer le découplage des courants haute fréquence en minimisant les fuites dues au trou 10. Le disque 6 constitue un coupleur magnétique réglable entre la diode 3 et la cavité 1. Ce coupleur magnétique a un diamètre de- 13mm, c'est-àdire légèrement inférieur à ), de manière à etre compatible avec une transmission selon le mode TE 1-0 dans le guide la, lb; de plus sa position, comme celle de la diode 3, à 33 du court-circuit lc, correspond à un 4 endroit où le champ magnétique est maximum. D'autre part le réglage possible de la distance entre le coupleur magnétique 6 et le grand côté inférieur du guide d'ondes, qui peut varier de 7 à 27t X permet d'assurer le 10 20 réglage de la fréquence de fonctionnement tout en évitant la création dune capacité de valeur telle qu'elle soit gênante, entre le disque 6 et les parois du guide d'ondes la, lb. Le condensateur constitué par la pièce métallique 3 et la paroi du trou 10 est, comme indiqué plus avant, réglable par vissage de l'ensemble mécanique 4-3 de la figure 1 dans le trou 10. Ce condensateur réglable constitue un coupleur capacitif qui bloque, au niveau de la paroi du guide, le courant haute-fréquence pour éviter les fuites de ce courant au niveau du circuit d'alimentation c'est-à-dire au niveau du trou 10 qui permet le passage du conducteur électrique 61-62-63. La vis 8 permet de réaliser un réglage fin de l'amplitude de sortie du signal haute fréquence de l'accès A mais n'est pas indispensable au fonctionnement du dispositif hyperfréquence décrit. Le réglage de la distance entre le disque 6 et le grand côté inférieur de de la cavité, d'environ à 20 #permet un réglage en fréquence de olOOMHz autour de la fréquence de résonance de 9,3GHz de la diode BARITT choisie. Le circuit hyperfréquence selon la figure l a été testé en lui appliquant un courant d'alimentation variant de 18 à 29 mA, en fonction de la fréquence# d'oscillation dans la cavité; au cours du test le réglage du disque 6 a été fait pour obtenir différentes valeurs de fréquences d'oscillation comprises entre 9,3GHz + 20MHz et 9,3GHz - 20MHz. La dérive moyenne en fréquence de la cavité oscillatrice en fonction de la température a été de 0,38MHz par degré Celcius pendant ces tests; la puissance moyenne émise était de l'ordre de 3mW et le rendement moyen "puissance émise sur puissance délivrée par la source d'alimentation" de 0,22%. Il est à remarquer que la consommation très limitée du circuit hyperfréquence selon la figure 1, grâce en particulier à l'utilisation d'une diode BARITT de type NP2N, permet d'obtenir un très bon rapport signal sur bruit. Ceci autorise l'utilisation d'un tel circuit hyperfréquence, dans un même montage, à la fois comme oscillateur local pour l'émission d'ondes et comme circuit mélangeur en raison de son rapport signal sur bruit élevé; une telle utilisation n'est pas possible avec les oscillateurs locaux classiques fonctionnant avec des diodes GUNN ou des diodes équivalentes à fort courant d'alimentation, car leur faible rapport signal sur bruit ne leur permet pas de fonctionner en circuit mélangeur. Avec le circuit hyperfréquence selon les figures 1 et 2 il est possible de moduler des émetteurs en générateurs d'impulsions d'une largeur pouvant descendre jusqu'à 200nS, du fait de la faible capacité "disque 6-cavité l". Il est à remarquer que différentes variantes peuvent être proposées au dispositif selon les figures 1 et 2 sans pour cela sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que, comme indiqué plus avant, la vis de réglage 8 peut être supprimée; de même la pièce d'adaptation 7 peut être remplacée par un simple trou dans la paroi inférieure du guide d'onde, ce trou devant, comme le trou taraudé percé dans la pièce d'adaptation, permettre le réglage de la position de la diode 3. Il est également possible de remplacer, dans le circuit hyperfréquence selon l'invention, la diode BARITT par une diode GUNN ou une diode à avalanche d'un type autre que les diodes BARITT tout en conservant au circuit hyperfréquence sa fonction d'oscillateur. 11 est également possible de remplacer la diode BARITT par une diode SCHOTTKY ou une diode équivalente pour réaliser un circuit hyperfréquence utilisable comme circuit détecteur. Dans ces changements de la diode une adaptation des pièces du montage aux formes de la nouvelle diode choisie est alors nécessaire. REVENDICATIONS 1. Circuit hyperfréquence comportant une cavité (1) constituée par un guide d'ondes rectangulaire (la,lb) court-circuité à rune de ses extrémités et une diode reliée électriquement par sa première borne au premier grand côté du guide d'ondes et par sa seconde borne à un dispositif de couplage comportant une plaque métallique (6), parallèle aux grands côtés du guide d'ondes, en série avec un conducteur (61,62,63) qui traverse un trou (10) percé dans la paroi du second grand côté, paroi à laquelle le conducteur est mécaniquement réuni par un isolant (4), caractérisé en ce que la plaque (5) est disposée à une distance comprise entre 1O et 71 du premier grand 20 côté (où # est la longueur d'onde, dans l'air, de fonctionnement du circuit) et en ce qu'un élément capacitif est monté entre le conducteur et la cavité, les armatures de cet élément capacitif étant constituées par une pièCe métallique (3) reliée au conducteur et située à l'intérieur du trou et par les parois du trou, en regard de la pièce métallique. 2. Circuit hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur est, au moins sur une partie de sa longueur, une tige filetée, vissée dans un trou (10) qui traverse de part en part l'isolant (4) et la pièce métallique (5). 3. Circuit hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une vis de réglage haute fréquence (8) disposée entre l'extrémité court-circuitée du guide d'ondes et la plaque métallique (6). 4. Circuit hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque est un disque de diamètre sensiblement égal à > . 2 fi. Circuit hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce d'adaptation (7), en ce que la liaison entre la première borne de la diode et le premier grand côté du guide d'ondes se fait à travers cette pièce d'adaptation, et en ce que la pièce d'adaptation est percée d'un trou fileté pour permettre le réglage de la position de la diode dans la cavité. 6. Circuit hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'isolant (4) forme un couvercle pour le trou (10) et est recouvert d'une rondelle métallique (66) électriquement isolée du guide d'ondes (la, lb) et en contact avec le conducteur (61,62,63) et destinée à minimiser les fuites des courants hyperfréquences à travers le trou. 7. Montage hyperfréquence formé d'un circuit hyperfréquerse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la diode est une diode BARITT et en ce qu'il est utilisé simultanément en oscillateur local et en mélangeur de fréquences.