Brevet FR2602931A1 — publié le 19880219

La présente invention se rapporte à un circuit de contrôle du front d'établissement de l'impulsion de puissance appliquée à un magnétron. Les magnétrons sont des tubes fréquemment utilisés en 'raison de leur robustesse, spécialement dans les émetteurs de radars à impulsions. En particulier, les magnétrons coaxiaux sont réputés pour leur haute stabilité de fréquence d'oscillation. Cependant, tous les magnétrons, et en particulier les magnétrons coaxiaux, ont une tendance à osciller dans un mode autre que le 10 mode désiré. Ceci est d principalement à un problème de démarrage d'oscillation qui entraîne une forte gigue de temps sur l'impulsion émise. On a remarqué que la pente du front de l'impulsion de tension appliquée sur sa cathode au moment o le tube commence à osciller est un facteur essentiel pour que le tube oscille correctement sur son mode 15 fondamental. Cette pente ne doit pas, à cet instant-là, avoir une valeur trop élevée. L'impulsion de tension appliquée à la cathode du tube est obtenue de manière connue à la sortie d'un transformateur d'impulsion. On peut contrôler, dans une certaine mesure, la pente de l'impulsion en 20 adoptant des valeurs déterminées de capacité distribuée et d'inductance de fuite pour le transformateur. Mais, ceci se traduit par le stockage d'une énergie trop importante dans le transformateur, d'o une perte de rendement et un échauffement indésirable des composants. Sur les tubes à moyenne et forte puissance, on est donc obligé d'élaborer une impulsion à deux pentes pour conserver un rendement convenable de l'émetteur à magnétron. Une solution connue et particulièrement intéressante consiste à connecter une charge élevée à la sortie du transformateur lorsque la tension atteint environ soixante-quinze pour cent de la tension de crête, ce qui infléchit la 30 pente du front d'établissement et permet de ne pas ajouter une gigue de temps supplémentaire si on contrôle avec précision le point d'inflexion. Une telle solution est décrite, par exemple, dans le livre "Radartransmitters" de George W. EWELL, McGraw-Hill Book Company, 1981, 35 pages 122 à 124. Cette solution consiste à connecter à la sortie du transformateur une série de condensateurs en parallèle avec une résistance et un empilage de diodes Zener pour fixer la tension de charge normale des condensateurs en dehors des impulsions. Cet ensemble est relié à la sortie du transformateur par l'intermédiaire d'un empilage de diodes qui ne deviennent conductricesque lorsque la tension à la sortie du transformateur devient supérieure, en valeur absolue, à celle de charge normale des condensateurs, celle-ci étant fixée à une valeur prédéterminée,voisine de soixante-quinze pour cent de la tension de crête de l'impulsion. Les condensateurs se chargent alors jusqu'à une tension voisine de la tension de crête ce qui infléchit la pente de l'impulsion. Dés que la tension d'impulsion retombe, les diodes se bloquent et les condensateurs vont se redécharger jusqu'à la valeur de 10 charge normale à travers les diodes Zener et la résistance. Ce dispositif a cependant un premier inconvénient qui est que, la décharge des condensateurs s'effectuant dans une résistance, la constante de temps de l'ensemble est adaptée à une période de répétition donnée puisque le circuit doit avoir eu le temps de récupérer son état 15 normal entre deux impulsions. Ce circuit n'est donc pas adaptable facilement à des périodes de répétition variables. D'autre part, un second inconvénient est qu'une partie de l'énergie est dissipée dans une résistance d'o une perte de rendement. Un objet de la présente invention est un circuit de contrôle 20 reposant sur des principes généraux identiques mais ne présentant pas ces inconvénients, grâce en particulier à l'utilisation d'une source de haute tension positive à la place de diodes Zener pour fixer la tension de charge normale des condensateurs. Selon l'invention, il est prévu un circuit de contrôle du front d'établissement de l'impulsion de puissance appliquée à un magnétron, comprenant un transformateur d'impulsion pour fournir ladite impulsion de puissance et un dispositif connecté à la sortie dudit transformateur pour infléchir la pente de ladite impulsion à partir d'une valeur prédéterminée de la tension sur cette sortie, ce dispositif 30 comportant n condensateurs et des moyens de commutation pour connecter en paralléle sur la sortie dudit transformateur lesdits condensateurs en série lorsque l'amplitude de l'impulsion de puissance atteint ladite valeur prédéterminée, ledit circuit de contrôle étant caractérisé en ce qu'il comporte une source de haute tension positive avec un conden35 sateur réservoir à ses bornes, des premiers moyens pour connecter, en parallèle sur la sortie du transformateur, lesdits n condensateurs en série dés que la tension sur cette sortie devient inférieure à ladite valeur prédéterminée et jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur crête, des deuxièmes moyens pour connecter lesdits n condensateurs en parallèle entre la source de haute tension positive et la sortie du transformateur dès que la tension de sortie lors du front arrière de l'impulsion devient supérieure à une seconde valeur prédéterminée, pour permettre la décharge des condensateurs, et des troisièmes moyens pour limiter la tension de rebondissement, survenant à la fin du front arrière de l'impulsion, à une troisième valeur prédéterminée et arrêter ainsi la décharge des n condensateurs à une valeur de charge égale à la différence entre la tension de la source de haute tension positive et ladite troisième 10 valeur prédéterminée. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure 1 représente le schéma d'un circuit de contrôle connu; 15 - la figure 2 représente le schéma du circuit de contrôle selon l'invention, et - la figure 3 est un diagramme de l'impulsion de puissance fournie par le circuit de la figure 2. Sur la figure 1, est représenté le schéma du circuit de contrôle du front d'établissement de l'impulsion de puissance décrit dans l'ouvrage cité cidessus. Un transformateur d'impulsion TR reçoit l'impulsion et, après élévation de tension, l'applique entre la masse et la cathode du magnétron. Le circuit de contrôle connecté à la sortie du transformateur comprend les condensateurs C1 à C3 en série, 25 avec en parallèle une résistance R et un empilage de diodes Zener Z1 à ZN. Cet ensemble est connecté entre la masse et la sortie du transformateur par une résistance r en série avec un empilage de diodes D'l à D'M. Lors de l'établissement de l'impulsion de haute tension négative sur la sortie du transformateur, tant que la tension de sortie est 30 supérieure à la valeur de charge normale des condensateurs, les diodes D'1 à D'M sont bloquées. La valeur de charge normale est déterminée par la somme des tensions des diodes Zener Z1 à ZN qui définit la valeur en deçà de laquelle les condensateurs ne se déchargent sensiblement plus dans la résistance R. L'établissement de l'impulsion s'effectue donc d'abord comme s'il n'y avait aucun circuit connecté à la sortie du transformateur. Dès que la tension d'impulsion devient inférieure à la valeur de charge des condensateurs, les diodes D'1 à D'M deviennent conductrices et on connecte ainsi le circuit des condensateurs, des diodes Zener et de la résistance R en parallèle sur la sortie du transformateur. Ceci infléchit la pente du front de l'impulsion, jusqu'à ce qu'on atteigne la valeur crête de l'impulsion. La charge des condensateurs en série a alors atteint cette valeur crêtede sorte que peu de courant parcourt les diodes. Dés qu'on atteint le front arrière de l'impulsion, les diodes D'1 à D'M se bloquent et les condensateurs vont se décharger dans la résistance R pour reprendre leur valeur de charge normale. On constate que, pendant toute la durée de l'impulsion à sa 10 valeur crête, du courant circule dans les résistances R et r provoquant des pertes d'énergie de même que pendant la décharge des condensateurs, ce qui nuit au rendement de l'ensemble. Par ailleurs, la décharge des condensateurs à travers la résistance R se fait avec une certaine constante de temps qui fait que le circuit est adapté à une période de 15 répétition donnée et est difficilement utilisable lorsqu'on prévoit des impulsions non récurrentes. La figure 2 est le schéma du circuit de contrôle selon l'invention. On utilise ici aussi des condensateurs Cl à C3 qui sont connectés en série à la sortie du transformateur TR pour être chargés dès que la tension d'impulsion atteint une valeur prédéterminée. Pour cela, on forme des cellules en série entre la sortie du transformateur et la masse, ces cellules étant formées 'chacune d'un condensateur, C1 à C3, et d'une diode, D4 à D6, en série. La cathode des diodes, D4àD6, est reliée au condensateur de la cellule correspondante, le condensateur C1 de la première cellule 25 étant relié à la sortie du transformateur et l'anode de la diode D6 de la dernière cellule étant reliée à la masse. Par ailleurs, il est prévu une source de haute tension positive +UA, en parallèle avec un condensateur réservoir CR. Cette source peut être la haute tension d'alimentation de l'ensemble de l'émetteur, dans le cas d'un émetteur radar, le condensa30 teur CR étant alors une capacité de filtrage de l'alimentation. Cette source de haute tension est reliée aux cathodes des différentes diodesD4 à D6 par des diodes D7à D9 dont-la cathode est reliée à la source +UA. Des diodes D1,D2 sont connectées respectivement en parallèle aux bornes des deux premières cellules (en fait, aux bornes des n-1 premières cellules 35 si n est le nombre de cellules) l'anode de chacune de ces diodes étant reliée à la borne de la cellule correspondante, côté condensateur. Enfin, en parallèle sur la dernière cellule, est connecté un circuit de limitation comprenant une diode D3 en série avec une diode Zener Z' et une résistance r' en parallèle. Le fonctionnement de l'ensemble va être expliqué en se reportant également à la figure 3. On suppose qu'entre les impulsions, lorsque la tension de sortie du transformateur est nulle, les condensateurs conservent chacun une charge UCO inférieure à la tension UA, ainsi qu'on le vérifiera ultérieurement. Aucune des diodes Dl à D9 n'est alors conductrice. Au temps tO0 débute le front d'établissement de l'impulsion. Jusqu'au point M (figure 3) correspondant à une tension -UM prédéterminée de l'ordre de soixante-dix à soixante-quinze pour cent de la valeur crête -UK de l'impulsion et égale à 3 UcO (ou n UcO s'il y a n condensateurs), la tension s'accroit négativement comme si le transformateur n'était relié qu'à la cathode du magnétron. Dès qu'on atteint le point M, les diodes D4 à D6 deviennent toutes conductrices, tandis que les diodes D1 à D3 et D7 à D9 restent bloquées. Ainsi,entre les points M et N du front d'établissement, le transformateur assure la charge des 15 condensateurs C1 à C3 jusqu'à ce qu'on atteigne la valeur crête -UK. La pente du front d'établissement s'est infléchie et est égale à: dV I e o I est le courant de charge débité par le transformateur et C- est la capacité équivalente à celle des condensateurs C1 à C3 en 20 série. Entre les points N et P qui correspondent à la poursuite du fonctionnement du magnétron, il n'y a plus de charge des condensateurs C1 U à C3 qui conservent chacun la charge - s'ils sont identiques. Dès que l'on arrive au front arrière de l'impulsion, les diodes D6 25 à D4 se bloquent successivement pour interdire toute décharge des condensateurs C1 à C3. Entre les points P et Q, le front arrière de l'impulsion s'établit comme si aucun circuit n'était connecté à la sortie du transformateur. A partir d'une valeur prédéterminée -UQ de la tension, correspondant au point Q(au temps tl) de la courbe de la figure 3 et égale 30 à la différence entre la charge de chaque condensateur et la tension +UA, les diodes D7 à D9 et Dl, D2 sont conductrices et les condensateurs C1 à C3 sont reliés en parallèle entre la sortie du transformateur et la source +UA et se déchargent au fur et à mesure que la tension de sortie du transformateur croit. La décharge s'effectue à travers la source de 35 haute tension +UA. Du fait du rebondissement de tension causé par le transformateur, la tension sur la sortie du transformateur dépasse la valeur zéro et croît positivement. A partir de la valeur zéro, la diode D3 se débloque et un courant commence à traverser la résistance r' La tension sur la sortie du transformateur croît jusqu'au temps t2, o la tension atteint une troisième valeur prédéterminée +UI (point R de la 5 courbe) qui est la tension de limitation de la diode Zener Z'. A partir de cet instant cette diode Zener interdit à la tension de sortie de croître davantage. La décharge des condensateurs C1 à C3 s'arrête donc à la valeur: UCO = UA -UI Du temps t2 au temps t3 (points R à S), la tension est limitée à +UI et de l'énergie est dissipée dans la résistance r'. A partir du point S, la tension de sortie du transformateur retombe en-dessous de +UI, la diode Zener Z' cesse de conduire, les diodes D7 à D9 se bloquent, interdisant toute décharge des condensateurs,et les diodes D1 15 à D3 conduisent pour permettre à l'énergie encore fournie par le transformateur de se dissiper dans la résistance r'. Entre les temps t3 et t4 (figure 3), on a donc une portion de courbe de décharge d'un enroulement dans une résistance. Au temps t4, la tension est revenue à zéro et le circuit est prêt pour l'impulsion 20 suivante. Ainsi, comme on le voit, la décharge des condensateurs ne s'effectue pas à travers une résistance et le circuit a un temps de récupération très court permettant le fonctionnement avec des impulsions non récurrentes. La limitation de la tension de rebondissement permet de fixer avec précision la charge résiduelle UCO des condensateurs, donc le point M. En effet, la tension +UA et la tension +UI sont choisies de façon que: -UM = -n UCO = -n (UA - UI) si n est le nombre de condensateurs. On peut remarquer que l'on pourrait limiter la tension de rebondissement par tout autre moyen équivalent au circuit diode Zenerrésistance en parallèle, par exemple par une source de tension d'alimentation +UI remplaçant le circuit Z', r'. Grâce au fait que l'essentiel de l'énergie stockée dans le transformateur et de l'énergie de décharge des condensateurs C1 à C3 est restitué à la source d'alimentation haute tension, on obtient un rendement très amélioré. Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de contrôle du front d'établissement de l'impulsion de puissance appliquée à un magnétron, comprenant un transformateur d'impulsion pour fournir ladite impulsion de puissance et un dispositif connecté à la sortie dudit transformateur pour infléchir la pente de ladite impulsion à partir d'une valeur prédéterminée de la tension sur cette sortie, ce dispositif comportant n condensateurs et des moyens de commutation pour connecter en parallèle sur la sortie dudit transformateur lesdits condensateurs en série lorsque l'amplitude de l'impulsion de puissance atteint ladite valeur prédéterminée, ledit circuit de 10 contrôle étant caractérisé en ce qu'il comporte une source de haute tension positive (+UA) avec un condensateur réservoir (CR) à ses bornes, des premiers moyens (D4 à D6) pour connecter, en parallèle sur la sortie du transformateur (TR), lesdits n condensateurs (C1 à C3) en série dès que la tension sur cette sortie devient inférieure à ladite valeur prédéter15 minée (-UM) et jusqu'à ce qu'elle atteigne sa valeur crête, des deuxièmes moyens (D1, D2, D7 à D9) pour connecter lesdits n condensateurs en parallèle entre la source de haute tension positive (+UA) et la sortie du transformateur ces que la tension de sortie lors du front arrière de l'impulsion devient supérieure à une seconde valeur prédéterminée (-UQ), 20 pour permettre la décharge des condensateurs, et des troisièmes moyens (D3, Z', r') pour limiter la tension de rebondissement, survenant à la fin du front arrière de l'impulsion, à une troisième valeur prédéterminée (+Ui) et arrêter ainsi la décharge des n condensateurs à une valeur de charge (UCO) égale à la différence entre la tension de la 25 source de haute tension positive (+UA) et ladite troisième valeur prédéterminée (+UI). 2. Circuit de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comprennent n premières diodes (D4 à D6) constituant respectivement avec les n condensateurs (C1 à C3) 30 n cellules comportant chacune en série un condensateur et une diode dont la cathode est reliée au condensateur, lesdites cellules étant connectées en série entre la sortie du transformateur d'impulsion (TR) et la masse de manière que le condensateur (C1) de la première cellule soit relié à ladite sortie tandis que l'anode de la diode (D6) de la 35 dernière cellule est reliée à la masse, et en ce que lesdits deuxièmes moyens comprennent n deuxièmes diodes (D7 à D9), dont les cathodes sont reliées à ladite source de haute tention (+UA) et dont les anodes sont reliées respectivement aux cathodes des n premières diodes (D4 à D6), et n-1 troisièmes diodes (D1, D2) connectées respectivement en parallèle sur les n-1 premières cellules, l'anode de chaque troisième diode étant reliée à l'extrémité côté condensateur de la cellule correspondante. 3. Circuit de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits troisièmes moyens comprennent un circuit limiteur de tension, composé d'une diode Zener (Z') en parallèle avec une résistance (r'), et une diode (D3) connectant une extrémité du circuit limiteur à l'extrémité non connectée à la masse de la dernière cellule, tandis que l'autre extrémité du circuit limiteur est reliée à la masse. 4. Circuit de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tension positive de la source de haute tension (+UA) et la troisième valeur prédéterminée (+Ui) sont 15 choisies de manière que: n (UA - Ui) = UM o -UM est la valeur prédéterminée de la tension de sortie du transformateur à partir de laquelle la pente de l'impulsion est infléchie.