Brevet FR2549283A1 — publié le 19850118

Transformateur d'impédance, à large bande, de rapport de transformation voisin de trois, pour radiofréquences. La présente invention se rapporte aux transformateurs d'impédance, à large bande, de rapport de transformation d'impédance voisin de trois, travaillant en radiofréquences. De tels transformateurs sont, en particulier, nécessaires quand 5 trois émetteurs synchronisés, d'impédance de sortie Ro, doivent être couplés à une même antenne d'impédance Ro En effet un coupleur est alors utilisé, qui comporte trois entrées, sur lesquelles sont branchés les trois émetteurs, et une sortie; mais comme cette sortie présente une impédance il est nécessaire d'interposer un transformateur d'impé10 dance, de rapport de transformation d'impédance aussi voisin que possible de 3, entre la sortie du coupleur et l'antenne Il est connu d'utiliser, comme transformateur d'impédance de rapport de transformation proche de 3, un autotransformateur de rapport de transformation d'impédance égal à 4 formé de quatre tronçons de câble coaxial branchés comme il 15 sera indiqué sur la figure 1 ci-après Ces transformateurs d'impédance connus, ayant un rapport de transformation assez différent de 3, ne permettent donc pas une bonne adaptation Pour éviter ceci quand, par exemple, un groupement de trois émetteurs suffirait, il est connu d'utiliser quatre émetteurs; ainsi le transformateur de rapport 4 permet une À Ro très bonne adaptation entre la sortie d'impédance -R du coupleur des quatre émetteurs et l'antenne d'impédance Ro Mais il s'agit là d'une solution onéreuse puisqu'elle conduit à utiliser un émetteur de trop. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de l'art connu en proposant un transformateur d'impédance, de rapport de trans25 formation égal à 3 à moins de dix-pour-cent près. Ceci est obtenu, selon l'invention, grâce à un transformateur d'impédance de rapport (_)2 c'est-à-dire environ 2,78. Selon l'invention un transformateur d'impédance pour radiofréquences, réalisé au moyen de câbles coaxiaux, est principalement caracté30 risé en ce que, de manière à présenter un rapport de transformation voisin de trois, il comporte un premier, un deuxième et un troisième câble coaxial et une liaison, branchés comme suit: le premier câble a la première et la seconde extrémité de son conducteur intérieur couplées à une borne d'entrée et à une borne de sortie du transformateur et la 5 première extrémité de son conducteur extérieur reliée à une masse; le deuxième câble a la première et la seconde extrémité de son conducteur intérieur respectivement reliées à la première extrémité du conducteur intérieur du premier câble et à la seconde extrémité du conducteur extérieur du premier câble et la seconde extrémité de son conducteur 10 extérieur reliée à la masse; le troisième câble a la première et la seconde extrémité de son conducteur intérieur reliées respectivement à la première extrémité du conducteur extérieur du deuxième câble et à la seconde extrémité du conducteur intérieur du deuxième câble et la première extrémité de son conducteur extérieur reliée à la masse; et la 15 liaison relie entre elles la première extrémité du conducteur intérieur du troisième câble à la seconde extrémité du conducteur extérieur de ce troisième câble. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y 20 rapportant qui représentent: la figure 1, un transformateur d'impédance selon Part connu, les figures 2 à 6, des schémas montrant les étapes successives du raisonnement qui a conduit à l'invention, la figure 7, la représentation détaillée d'un des éléments selon les 25 figures 5 ou 6. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes symboles. La figure 1 est un schéma de principe d'un transformateur d'impédance de rapport de transformation égal à 4, dont il a été question 30 plus avant Ce transformateur peut être défini comme étant un conducteur qui forme deux spires dont les extrémités A et A' constituent les bornes du circuit secondaire, destinées au branchement d'une impédance Ro et dont le point milieu est désigné par la lettre M Deux bornes, B et M', respectivement branchées au milieu des deux spires constituent les 35 bornes du circuit primaire, destinées au branchement d'une impédance de Ro valeur -R Comme le montre la figure 1, le transformateur est réalisé au moyen de quatre câbles coaxiaux, 10-13, branchés comme suit: les conducteurs intérieurs des câbles 10 à 13 sont respectivement connectés entre les bornes A et B, B et M, M' et M, M' et A' et les conducteurs extérieurs des cfâbles 10 et 12 d'une part et 11 et 13 d'autre part sont accolés et sont réunis tous les quatre, à l'une de leurs extrémités, par une liaison électrique K Les inconvénients d'un tel transformateur, dans certains montages ou il était jusqu'alors employé, ont été indiqués plus avant. Pour éviter ces inconvénients en réalisant un transformateur d'impédance de rapport de transformation beaucoup plus proche de 3 que de 4, il est à remarquer que 3 est très proche de ()2, c'est-à-dire d'environ 2,78 En procédant par étapes successives et en raisonnant en tensions au lieu de résonner en impédances, un tel transformateur peut 15 être déterminé comme le montrent les figures 2 à 6. 1 Sur les figure 2 à 5 les chiffres entiers et fractionnaires 1,, 3, 3 correspondent, pour une tension U appliquée à l'entrée, E, du coupleur, aux coefficients multiplicatifs de cette tension en divers points du transformateur C'est ainsi que la tension U appliquée à l'entrée E est , représentée par le chiffre 1, tandis que la tension -U a obtenir à la sortie S du transformateur, pour avoir le rapport de transformation d'impédance égal à ( 5)2, est représentée par le chiffre 3 La figure I représente un câble coaxial L 1 dont la première extrémité du conducteur intérieur est reliée à l'entrée E du transforma25 teur et reçoit la tension U; la première extrémité du conducteur extérieur de ce câble coaxial est à la masse: tension nulle Pour que la sortie S du transformateur, constituée par la seconde extrémité du conducteur intérieur du câble L 1, soit à une tension de 5 U, il faut que la seconde 3 2 extrémité du conducteur extérieur du câble LI soit à une tension de 2 U, 30 ce qui donne en effet aux extrémités du câble L 1 U O 5 U 2 U Cette tension de 2 U peut être obtenue (figure 3) grâce à un câble coaxial L 2 qui reçoit la tension U sur la première extrémité de son conducteur intérieur, la tension U sur la première extrémité de son conducteur extérieur et dont la seconde extrémité du conducteur extérieur est à la masse; en effet il vient dans ce cas U =j U O 3 3 U Le problème est maintenant d'obtenir la tension U à appliquer sur la première extrémité du conducteur extérieur du câble coaxial L 2 Pour cela (voir figure 4) il est possible d'utiliser un troisième câble coaxial, L 3, dont la première extrémité du conducteur intérieur est reliée à la première extrémité du conducteur extérieur (tension U) du câble L 2, dont la première extrémité du conducteur extérieur est à la masse (tension nulle), dont la seconde extrémité du conducteur intérieur est reliée à la 10 seconde extrémité du conducteur intérieur du câble L 2 (tension -2 U) et dont la seconde extrémité du conducteur extérieur est à la tension 3 de 3 3 3 manière à avoir l'égalité Or, pour avoir U sur la première extrémité du conducteur 15 intérieur du câble L 3 et sur-la seconde extrémité de son conducteur extérieur, il suffit d'un court-circuit entre ces deux extrémités et ainsi est réalisé un transformateur d'impédance de rapport ( 5)2; la figure 5 est un schéma d'un tel transformateur avec son court-circuit LO entre la première extrémité du conducteur intérieur du câble L 3 et la seconde 20 extrémité du conducteur extérieur de ce même câble. Il est à noter, dans le schéma de la figure 5, que le courant Il + 12 qui arrive sur la première extrémité du conducteur extérieur du câble L 2 est la somme de deux courants qui ne sont pas en phase: un courant Il qui passe par le court-circuit LO et qui est égal au courant qui arrive sur la 25 seconde extrémité du conducteur intérieur du câble L 3 et un courant 12 qui provient de la première extrémité du conducteur intérieur du câble L 3 Pour mettre en phase ces deux courants et améliorer ainsi le fonctionnement du transformateur, il est possible, comme le montre la figure 6, de remplacer le court-circuit LO par le conducteur intérieur LO 30 d'un câble coaxial L 4 identique au câble L 3 et dont les extrémités du conducteur extérieur sont à la masse; avec le transformateur selon la figure 6, le courant qui arrive sur la première extrémité du conducteur extérieur du câble L 2 est la somme de deux courants identiques:12 + I 2. La figure 6 montre également un condensateur C, branché à 35 l'entrée du transformateur; ce condensateur forme, avec l'inductance répartie des câbles coaxiaux, un filtre passe-haut qui permet d'améliorer la bande passante du transformateur. La figure 7 montre un exemple de réalisation des câbles coaxiaux LI, L 2, L 3 des figures 5 et 6 Comme les câbles L 2 et L 3 sont identiques au câble LI 1, seul ce dernier cable est représenté L'exemple décrit correspond à un transformateur sur un accès duquel il est prévu de brancher un dispositif d'émission présentant une impédance de sortie de 16,7 ohms, une bande de fréquences de travail qui va de 20 à 120 M Hz et une puissance de sortie de 1000 watts; sur l'autre accès de ce transforma10 teur il est prévu de brancher une antenne d'impédance d'entrée égale à ohms. La figure 7 montre que le câble coaxial L Iest en fait constitué de deux câbles LI 0, LII montés en parallèle Les deux câbles LI 0, LII traversent et entourent sept anneaux successifs, accolés, TI à T 7 Ces 15 anneaux sont des anneaux de ferrite de type FN 23-110 i 5, commercialisés par la société LTT; ils servent à augmenter l'effet de bobine de choc produit par l'inductance répartie des câbles coaxiaux et, ainsi, à élargir la bande passante du transformateur Il est à noter que le câble L 4 de la figure 6 n'est pas entouré d'anneaux de ferrite, en effet les deux 20 extrémités de son conducteur extérieur étant réunies à la masse, il n'y a pas de courants parasites dans ce conducteur et il n'y a donc pas besoin de créer une bobine de choc par augmentation, grâce à des ferrites, de l'inductance répartie du câble L 4. Pour ce qui est de l'impédance caractéristique Zc des câbles 25 coaxiaux L 1, L 2, L 3, L 4 de la figure 6, elle est déterminée de manière classique en branchant une impédance de 16,7 ohms sur l'entrée E et en calculant l'impédance Zs vue de la sortie S; le résultat est de la forme Zs = 50 ohms + F f(Zc) + F 2 g(Zc) + F 3 h(Zc) + o F est la fréquence de travail considérée et f(Zc), g(Zc), h(Zc) des 30 fonctions de Zc Zc est alors choisi pour annuler le terme f(Zc) Dans le cas de l'exemple décrit cela mène à Zc = 30 ohms mais, pour des raisons de commodité, Zc a été pris égal à 25 ohms et réalisé au moyen de deux câbles coaxiaux, d'impédance caractéristique égale à 50 ohms, mis en parallèle. Il est à noter par ailleurs que, dans l'exemple de réalisation du circuit selon la figure 6, les câbles coaxiaux Li, L 2, L 3, L 4 ont tous une longueur de 20 cm mais que cette longueur n'est pas critique pour le bon fonctionnement du transformateur d'impédance. Quant au-condensateur C de la figure 6, la figure 7 montre qu'il est constitué de quatre condensateurs en parallèle; ces condensateurs sont des condensateurs céramique de type "chipse" (chip dans la littérature anglo-saxonne) de 100 p F chacun. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et, en particulier, le choix des valeurs d'impédance, pour d'autres réalisations, se 10 fera en fonction des caractéristiques d'entrée et de sortie du transformateur à réaliser. REVENDICATIONS 1 Transformateur d'impédance, à large bande, pour radiofréquences, réalisé au moyen de câbles coaxiaux, caractérisé en ce que, de manière à présenter un rapport de transformation voisin de trois, il comporte un premier (LI), un deuxième (L 2) et un troisième (L 3) câble 5 coaxial et une liaison (LO), branchés comme suit: le premier câble (LI) a la première et la seconde extrémité de son conducteur intérieur couplées à une borne d'entrée (E) et à une borne de sortie (S) du transformateur et la première extrémité de son conducteur extérieur reliée à une masse; le deuxième câble (L 2) a la première et la seconde extrémité de son 10 conducteur intérieur respectivement reliées à la première extrémité du conducteur intérieur du premier câble et à la seconde extrémité du conducteur extérieur du premier câble et la seconde extrémité de son conducteur extérieur reliée à la masse; le troisième cable (L 3) a la première et la seconde extrémité de son conducteur intérieur reliées 15 respectivement à la première extrémité du conrducteur extérieur du deuxième câble et à la seconde extrémité du conducteur intérieur du deuxième câble et la première extrémité de son conducteur extérieur reliée à la masse; et la liaison (LO) relie entre elles la première extrémité du conducteur intérieur du troisième câble à la seconde extrémité du 20 conducteur extérieur de ce troisième câble. 2 Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison (LO) est un court-circuit. 3 Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un quatrième câble coaxial (L 4) dont les extrémités du conduc25 teur extérieur sont à la masse et en ce que la liaison est constituée par le conducteur intérieur (LO) du quatrième câble coaxial. 4 Transformateur d'impédance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première extrémité du conducteur intérieur du premier câble (L 1) est couplée à la borne d'entrée par un condensateur (C). 5 Transformateur d'impédance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième cables coaxiaux sont entourés -de circuits magnétiques (TI-T 7) destinés à augmenter la valeur de leur inductance apparente.