Brevet FR2550018A1 — publié le 19850201

La présente invention concerne un dispositif pour la compensa-tion thermique de circuits à guide d'ondes avec un corps diélectrique à permittivité fonction de la température. Les compensations thermiques connues pour circuits à guide d'ondes influencent le champ électrique par charge capacitive, le champ magnétique par effet pelliculaire ou la fréquence de coupure du guide d'ondes. L'influence sur le champ E s'effectue par insertion d'une broche métallique ou diélectrique dans la zone à champ électrique maximal. La profondeur d'insertion et par suite la charge capacitive dépendez de la température et résultent de la dilatation en fonction de la température de deux matériaux à coefficient de température très dif férent. La figure 1 représente un tel dispositif connu, avec une broche 1 qui est fixée dans une tour 2 et pénètre dans le guide d'ondes 3. Les inconvénients de cette méthode de compensation résident dans les caractéristiques constructives résultantes, qui imposent une longueur relativement grande des matériaux 1, 2 déterminant la course d'inser- tion. La broche 1, dont l'extrémité est fixée dans la tour 2, tend à effectuer des mouvements pendulaires en cas de vibration du dispositif et module le signal HF (microphonie). Le problème est identique dans le cas d'une compensation par effet pelliculaire. Par suite de sa longueur, une broche plongeant dans le champ HF tend dans ce cas aussi à effectuer des mouvements pendulaires. L'action sur la fréquence de coupure par variation des gre-ds côtés du guide d'ondes impose des pièces plastiques métallisées o des pièces en bimétal, qui présentent des phénomènes de vieillissement et dthystérésis. I1 est par ailleurs connu d'insérer dans un guide d'ondes une broche diélectrique à permittivité fonction de la température > cons- tituant une capacité variable avec la température. Une faible longueur de broche est alors suffisante, car la profondeur d'insertion demeure constante. La permittivité devant toutefois être élevée pour obtenir des désaccords suffisants, le diamètre d'une telle broche devient très faible quand elle est utilisée au-dessous de sa fréquence de coupure de conduction. il en résulte de faibles diamètres de broche irréalisables, au moins pour des fréquences de service supérieures à 10 GHz. L'invention a pour objet un dispositif du type précédemment décrit, évitant les inconvénients précités, étendant notablement le domaine d'emploi vers les hautes fréquences et utilisable même en présence de fortes sollicitations mécaniques par l'environnement. L'emplacement de montage du dispositif de compensation doit en outre être beaucoup moins limité. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le corps diélectrique est inséré dans le guide d'ondes à la façon d'un stub dans lequel une onde électromagnétique peut se propager. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel : la figure 1, précédemment décrite, représente un dispositif selon l'art antérieur; la figure 2 représente un "résonateur à ligne" en technique coaxiale selon l'art antérieur; et la figure 3 représente un dispositif de compensation selon l'invention. Le dispositif selon l'invention utilise pour la compensation la vitesse de phase dans des lignes, fonction de la température et résultant des permittivités fonction de la température. Cet effet est déjà utilisé dans des oscillateurs à ligne en technique coaxiale selon l'art antérieur; cf. figure 2. L'impédance caractéristique de ligne ZL et la fréquence de résonance sont fonction de la température. La longueur d'onde dans un guide d'ondes rempli par un matériau diélectrique est Da = diamètre intérieur du conducteur extérieur Di = diamètre extérieur du conducteur intérieur er(T) = permittivité fonction de la température v(T) = vitesse de phase c = vitesse de la lumière 1 = longueur du résonateur = =longueur d'onde dans l'espace libre Xc = longueur d'onde de coupure du guide d'ondes (sans matériau diélectrique) = =longueur d'onde dans le guide d'ondes. La variation de la permittivité en fonction de la température influence ainsi la longueur d'onde dans le guide d'ondes et peut être utilisée pour la compensation de fréquence d'un oscillateur à cavité oscillant librement. Le matériau diélectrique fonction de la température ne doit toutefois pas, comme dans l'exemple du résonateur à ligne selon figure 2, remplir ce dernier pour pouvoir influencer le comportement HF en fonction de la température; il peut aussi selon l'invention agir dans une ligne couplée au guide d'ondes. La figure 3 représente un dispositif selon l'invention. Contrairement à une broche diélectrique, qui agit comme une capacité et dans laquelle une propagation d'onde est impossible par suite de la fréquence de coupure élevée, le corps diélectrique 4 ou 5 selon l'invention est un conducteur diélectrique. La fréquence de coupure du corps 4, 5 est choisie au-dessous de la fréquence de service et divers modes de propagation sont possibles dans le corps 4 ou 5 selon son diamètre Comme dans le cas d'une transition guide d'ondes-coaxial, dans laquelle un type d'ondes du guide est converti en mode TEM, on obtient dans cé cas une conversion dans le type de propagation possible dans le corps diélectrique. Lorsque le corps se terminant dans la paroi du boîtier est avantageusement court-circuité, l'onde se propageant dans le corps 4, 5 se réfléchit en ce point, c'est-à-dire que le corps agit comme un stub en parallèle avec le guide d'ondes. Une variation delta longueur du stub fait varier aussi la réactance résultant du stub et il est ainsi possible d'influencer le circuit HF. Par suite de l'influence de la température sur le diélectrique, la longueur d'ondes dans le conducteur varie selon l'équation (3) et se traduit par une variation de la longueur électrique effective du stub. La réactance fonction de la température ainsi obtenue permet par exemple de compenser la réponse en fréquence selon la température d'un oscillateur, filtre, etc. Les deux types d'oscillation à fréquence de coupure minimale sont possibles dans une broche diélectrique cylindrique de diamètre Le vecteur E de l'onde E01 étant orienté axialement dans la broche diélectrique, un bon couplage dans un guide d'ondes rectangulaire H101 à compenser est obtenu au milieu du grand côté (cf. figure 3), car le vecteur E à cet endroit présente la même orientation et un module maximal. Pour l'onde H11, il en est de même sur ie petit côté du guide d'ondes : cf. 4 sur a figure 3. L'emplacement du couplage est le même en cas d'emploi d'un matériau de forme rectangulaire au lieu d'une broche cylindrique. Lorsqu'on utilise avantageusement comme diélectrique du TiO2 avec une permittivité rr = 81, les cotes déterminant la fréquence de coupure ne sont égales qu'à 1/9 de celles du guide d'ondes à compenser pour un même type d'onde. Pour éviter toute résonance en cas de couplage lâche du corps diélectrique, sa longueur doit être l $ n Éc (X = longueur d'onde dans le corps; o 4 n = nombre entier impair). Par rapport aux dispositifs connus, l'invention présente les avantages suivants : en cas drutilisation de broches, des diamètres réalisables sont possibles même aux fréquences élevées; le point de de couplage ne se limite pas au point de champ électrique intense, car le point de champ magnétique intense est également utilisable. Une broche se comportant en capacité dans un dispositif connu, darus lequel le courant réactif circule dans le boîtier et par suite aussi dans le support de broche, entraîne des pertes. Dans le dispositif selon l'invention, l'onde existant dans le diélectrique se réfléchit par contre sur l'extrémité court-circuitée et revient dans le circuit à compenser. La compensation thermique steffectue par suite avec dcs pertes plus faibles. Le dimensionnement de la compensation thermique s'effectue à l'aide de formules connues de la théorie des lignes. L'encombrement de la compensation est minimal. Lorsque sa face frontale est métallisée, le corps diélectrique peut être soudé directement sur la paroi du guide d'ondes. On obtient ainsi une bonne transmission thermique, pratiquement sans retard. Une fixation spéciale, affectée d'un poids, est supprimée. Il es résulte une très grande stabilité en présence de sollicitations par chocs et vibrations. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif pour la compensation thermique de circuits à guide d'ondes avec un corps diélectrique à permittivité fonction de la température, ledit dispositif étant caractérisé en ce que le corps diélectrique (4, 5) est inséré dans le guide d'ondes à la facon d'un stub dans lequel une onde électromagnétique peut se propager. 2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'une extrémité du corps diélectrique est court-circuitée. 3. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le corps diélectrique est une broche cylindrique. 4. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que le corps diélectrique présente une section rectangulaire. 5. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par la réalisation du corps diélectrique en oxyde de titane. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, carac térisé en ce que la longueur 1 du corps diélectrique est différente o de n.R /4, avec X = longueur d'onde dans le corps et n = nombre r r entier impair.