Brevet FR2502421A1 — publié le 19820924

La présente invention concerne les oscillateurs micro-ondes et, plus particulièrement, les oscillateurs micro-ondes stables à transistor à effet de champ. Des oscillateurs micro-ondes stables ont été récemment développés en utilisant un transistor à effet de champ et un résonateur à céramique diélectrique stable en température. Un tel oscillateur est par exemple décrit dans le volume MTT-26 n0 3 de mars 1978 de I.E.E.E. Transaction on Microwave Theory and Techniques et utilise un transistor à effet de champ et un résonateur Bai409. Les oscillateurs connus de ce type n'utilisent qu'un seul résonateur et doivent recourir à des circuits de stabilisation ou d'adaptation, obtenus par des systèmes actifs ou passifs réalisés suivant la technique de microbandes (généralement dite "microstrip") sur un substrat d'alumine. Comme les oscillateurs antérieurs, les oscillateurs de ce type ne possèdent par ailleurs qu'une seule sortie et souffrent d'un certain nombre de limitations, telles que par exemple unfaible coefficient de qualité, du à la mauvaise surtension des résonateurs à lignes microbandes,la perte d'énergie résultant du système de stabilisation, et les risques importants de fréquences parasites. La présente invention a pour objet de proposer un oscillateur micro-ondes de construction simple, réalisable à l'état solide, éliminant les pertes d'énergie résultant d'un système de stabilisation, permettant de diminuer les risques de fréquence parasite et offrant un facteur de qualité très grand avec, par voie de conséquence, un niveau de bruit très faible et une diminution notable de l'influence de la charge. Une autre caractéristique de la présente invention est de proposer un oscillateur de ce type offrant deux sorties utilisables simultanément et permettant donc, dans les montages l'utilisant, de diminuer les nombres de dispositifs micro-ondes passifs tels que les coupleurs ou les diviseurs de puissance. Pour ce faire, selon une caractéristique de la pr- sente invention, l'oscillateur micro-ondes à transistor à effet de champ, comprend un premier circuit résonant à résonateur diélectrique connecté à une première borne du transistor, un second circuit résonant à résonateur diélectrique connecté à une seconde borne du transistor, et des moyens de polarisation du transistor, les résonateurs diélectriques des premier et second circuits résonants étant identiques et fonctionnant à la même fréquence de résonance. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'oscillateur, réalisé à l'état solide, comprend des circuits résonants réalisés par la technique microbande sur substrat isolant, les résonateurs diélectriques céramiques étant couplés aux microbandes dans le mode TE015, le transistor étant à effet de champ à canal symétrique inversé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif faite en relation avec des dessins annexés sur lesquels La figure unique représente, sous forme de blocdiagramme, un oscillateur micro-ondes à deux résonateurs diélectriques selon l'invention. Comme représenté sur la figure 1, l'oscillateur est articule autour d'un transistor à effet de champ 1 à canal symétrique inversé dans un montage avantageusement en source commune (C = S). La grille (A = G) est connectée à un premier circuit résonant 2, la troisième borne B du transistor (en l'occurrence le drain,B=D) étant connecté à un second circuit résonant 3. Le premier circuit résonant 2, définissant une première sortie a, comprend une microbande ("microstrip") 4, par exemple de 50 Ohms, formée typiquement sur un substrat d'alumine ou en verre au polytétrafluoroéthylène, dont l'extrémité extérieure est couplée à une charge ZO. A la microbande 4 est associé un résonateur diélectrique 5, typiquement un résonateur céramique 0,5/0,34) développé par la société dite Thomson C.S.F., monté sur le même substrat que la microbande 4 et couplé à cette dernière dans le mode TEOl.La fréquence de résonance du r6- sonateur 5 est déterminée par ses dimensions et éventuellement ajustable directement ou extérieurement, par des moyens prévus sur le capotage du dispositif. De façon similaire le second circuit résonant 3 comprend une microbande 6 et un résonateur diélectrique 7,les deux résonateurs diélectriques 5 et 7 étant identiques et conçus pour fonctionner à la même fréquence de résonance (typiquement 9 GHz).L'extrémité extérieure de la microbande 6 définit une seconde borne de sortie ss et est reliée à une charge Z0 identique à la charge de l'autre circuit. L'oscillateur selon l'invention doit donc être calculé en fonction de deux plans de référence I et Il asso ciés aux bornes A et B du transistor 1 connectées aux circuits résonants. Les deux conditions d'oscillation suivantes doivent être vérifiées S 11r llrla 1et sw22r2 > 1, S' et S'22 étant les paramètres de la matrice de répartition dans les plans I et Il, comme schématisé sur la figure 1, r et r2 étant les coefficients de réflexion des circuits résonants et des dispositifs passifs associés dans ces mêmes plans I et Il. Les paramètres de la matrice de répartition sont déterminés en fonction des paramètres de réflexion (Sllm et S22m) modifiés par la charge du transistor 1, ce qui permet de calculer les admittances Yllm et Y22m dans les plans I et Il en tenant compte des distances d et d2 entre les résonateurs 5, 7 et les microbandes associées 4, 6 et el et e2 entre les résonateurs 5 et 7#et les plans de référence associés I et Il pour la fréquence d'oscillation déterminée pour l'oscillateur. r2 est calcule pour optimiser le facteur de qualité externe Qel de la première sortie a après quoi la même procédure est adoptée pour calculer rl et le facteur de qualité externe Qe2 de la seconde partie ss. Les facteurs de qualité sont calculés en utilisant une petite susceptance 8 shuntant la charge ZO, en fonction du taux d'ondes stationnaires de cette charge shuntée par la susceptance, suivant des méthodes bien connues de l'homme du métier. L'oscillateur ainsi déterminé, utilisant deux résonateurs dié lectriques identiques fonctionnant comme des transformateurs d'impédance, etoptimisé en ajustant les longueurs 91 92 et dl, d2, permet, comme évoqué plus haut, d'une part d'éliminer les pertes d'énergie dans des systèmes additionnels de stabilisation et d'autre part de diminuer les risques de fréquence parasites. En effet, dans cet oscillateur, les conditions d'oscillation ne sont vérifiéés qu'd la fréquence de résonance des deux résonateurs 5 et 7. Ce type d'oscillateur peut être avantageusement utilisé comme source d'énergie micro-ondes (à fréquence fixe) ou également comme oscillateur mélangeur, le fort coefficient de qualité (supérieur à 20.000 à 9 GHz) et la présence de deux sorties présentant un intérêt important pour son inclusion dans des systèmes de télécommunications. Dans un mode de réalisation particulier, le transistor 1 est un transistor à effet de champ MSC 88000, les résonateurs diélectriques cylindriques en céramique TiO4 ayant une permittivité #r = 38, une tangente de perte à 10 GHz de 2,5 104 et un coefficient de température de 3 ppm/OC. A 9 GHz, cet oscillateur fournit l'optimisation ne prenant pas en compte les phénomènes non-linéaires à la sortie a des facteurs de qualité externe supérieurs à 40000 et à la sortie D des facteurs de qualité externe supérieurs a 25000. Le système de polarisation du transistor 1, fournissant aux bornes 9 et 10 des extrémités extérieures des microbandes 4 et 6, les tensions VAC et VBC respectivement, relevant des techniques classiques, ne sont pas décrites en détail, ces circuits de polarisation ainsi que les lignes de couplage du résonateur diélectrique avec des organes de mesure pouvant être également réalisés en technologie microbande ("microstrip") sur le même substrat diélectrique en alumine ou en verre de polytétrafluoroéthylène. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaltront à l'homme de l'art. En particulier, sans sortir du cadre de l'invention, on pourra compléter la configuration symétrique décrite plus haut de l'oscillateur par un troisième circuit résonant relié à la troisième borne commune du transistor à effet de champ. REVENDICATIONS 1 - Oscillateur micro-ondes à transistor à effet de champ, comprenant un circuit résonant à résonateur diélectrique connecté à une première porte du transistor, et des moyens de polarisation du transistor , caractérisé en ce qu'il comprend un second circuit résonant à résonateur diélectrique (3) relié à une seconde borne (B) du transistor à effet de champ (1), les résonateurs diélectriques (5; 7) des premier (2) et second (3) circuits résonants étant identiques et fonctionnant à la même fréquence de résonance. 2 - Oscillateur micro-ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transistor à effet de champ (1) est à canal symétrique inversé. 3 - Oscillateur micro-ondes selon la revendication 1, ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque circuit résonant (2, 3) définit une sortie (a;ss). 4 - Oscillateur micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, réalisé à l-'état solide, caractérisé en ce que des circuits résonants (2; 3) sont réalisés par la technique microbande sur substrat isolant, chaque résonateur (5; 7) étant couplé à la microbande associée (4, 6) dans le mode TEol. 5 - Oscillateur micro-ondes selon la revendication 4, caractérisé en ce que les résonateurs sont en céramique - Oscillateur micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transistor à effet de champ (1) est monté en source commune. 7 - Oscillateur micro-ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a un facteur de qualité externe à chaque sortie (jazz supérieur à 20000 à 9 GHz. 8 - Oscillateur micro-ondes selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il a un facteur de qualité externe à la sortie (a) du premier circuit résonant (2) supérieur à 40000 à 9 GHz.