Brevet FR2604306A1 — publié le 19880325

L'invention concerne un dispositif hyperfréquence à accord par matériau ferromagnétique (oscillateur ou filtre). Les filtres ou oscillateurs hyperfréquence à accord par matériau ferromagnétique comprennent, en tant que circuit d'accord (voir figure 1), une bille 1 en matériau ferromagnétique et en général d'une bille d'oxyde métallique, composée d'ytrium, de fer (iron) et de garnet (YIG). Cette bille est placée dans l'entrefer 2 formé dans la carcasse 3 -d'un électro-aimant et est entourée par une boucle de fil 4 reliée au circuit de l'oscillateur hyperfréquence ou à l'entrée!sortie du filtre. La bobine 5 de cet électro-aimant est parcourue par un courant qui produit, dans l'entrefer 2, un champ magnétique dont l'intensité détermine la fréquence de résonance de la bille couplée à l'oscillateur. Ainsi, pour faire varier la fréquence de l'oscillateur, il suffit de faire varier l'intensité du courant qui traverse la bobine. Ces dispositifs connus présentent cependant divers inconvénients liés aux variations de la température de fonctionnement du fait des variations du courant, donc de puissance, dans l'électro-aimant. En effet, lorsque l'on fait varier l'intensité dans la bobine pour faire varier la fréquence, on fait également varier la puissance et, donc, l'énergie calorifique produite, ce qui se traduit par une modification de la température de la carcasse et des autres composants, entraînant notamment une variation des dimensions de l'entrefer et, donc, de la fréquence. Lors d'une commande de changement de fréquence, il y a alors impossibilité d'obtenir un rapport constant entre l'intensité du courant de commande et la fréquence de l'oscillateur, tandis que après la sélection d'une fréquence, il est impossible de maintenir constante cette fréquence, du fait du glissement de fréquence qui se produit tant que l'ensemble n'a pas atteint sa température d'équilibre. Egalement et pour les mêmes raisons, la fréquence de l'oscillateur varie avec la température ambiante. La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un dispositif hyperfréquence à accord par matériau ferromagnétique dont le circuit résonnant est constitué par une bille de matériau ferromagnétique et, notamment, d'une bille YIG en liaison de couplage avec une boucle de fil de l'oscillateur, cette bille et cette boucle étant disposées dans l'entrefer d'un électro-aimant produisant le champ magnétique générant l'oscillation hyperfréquence de l'oscillateur, dispositif caractérisé en ce que l'électro-aimant comporte deux bobines imbriquées l'une dans l'autre et en ce que chaque bobine est alimentée en courant de manière telle que la somme des puissances développées dans les deux bobines reste constante ou sensiblement constante, malgré la variation du champ magnéttique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la puissance sensiblement constante est obtenue en maintenant constante la valeur du courant dans l'une des bobines, la valeur du courant dans cette bobine produisant une fréquence correspondant sensiblement à la fréquence centrale de la bande de fréquence couverte par l'oscillateur, la valeur du courant dans l'autre bobine variant dans un sens et dans l'autre à partir de la valeur 0 pour couvrir la bande de fréquence désirée de l'oscillateur. Suivant une autre caractëristique de l'invention, les deux bobines sont alimentées chacune par un circuit comportant une source de courant régulé, l'un des circuits comportant une résistance de régulation traversée par les courants des deux bobines. L'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif sur les dessins ci-joints dans lesquels - la figure 1 représente de manière schématique le circuit résonnant d'un oscillateur hyperfréquence de type connu ou le circuit d'accord d'un filtre - la figure 2 est le schéma électrique d'un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention - la figure 3 est un schéma illustrant en liaison avec la figure 2, un mode de fonctionnement du dispositif conforme à l'invention. La présente invention a, en conséquence, pour but la réalisation d'un oscillateur hyperfréquence (ou d'un filtre), dont l'accord est obtenu par une bille d'un matériau ferromagnétique et, notamment, d'une bille YIG, la fréquence de cet oscillateur étant stable et exempte de glissement, cette fréquence étant obtenue rapidement après la mise en route ou après la commande du changement de fréquence. Suivant l'invention, il est ainsi prévu de mettre en oeuvre un électro-aimant dont la carcasse 3 (figure 1) comporte deux bobines 6 et 7 (figure 2) qui sont imbriquées l'une dans l'autre, de manière qu'elles présentent le même effet thermique sur tous les constituants du circuit magnétique et résonnant du dispositif, ces deux bobines étant alimentées par des courants déterminés de manière telle que la somme des puissances dissipées dans ces deux bobines 6 et 7 reste sensiblement constante, malgré les variations du champ entraînant la variation de fréquence. On a donc P = R6 I62 + R7 I72 = constante dans laquelle P est la puissance totale dissipée et R6, R7 les résistances des bobines 6 et 7, et 16, I7 les courants qui les traversent. Cette puissance constante permet d'avoir un effet thermique constant sur les composants du circuit magnétique et résonnant du dispositif, dont la fréquence n'est plus modifiée par les variations de température liées aux variations de puissance. Par ailleurs, compte tenu que la valeur du champ magnétique déterminant la fréquence est fonction de la somme algébrique des courants traversant les bobines, on obtiendra la variation de fréquence désirée en modifiant la valeur des courants et/ou leur sens sans changer la puissance totale dissipée dans les deux bobines. Ces deux bobines pourront être imbriquées en enroulant simultanément, lors d'une même opération, les fils des deux bobines ou encore sous la forme d'une paire de fils en réalisant chaque bobine sous la forme de couches ou disques disposés alternativement avec les couches de l'autre bobine. Divers moyens pourront être prévus pour faire varier les courants tout en maintenant constante, ou sensiblement constante,la puissance. Cette puissance sensiblement constante pourra notamment être obtenue, avec une bonne approximation, en disposant les deux bobines telles que 6 et 7 dans deux circuits 8 et 9 comportant chacun leur source de courant régulé, respectivement 10 et 11, alimentant les deux bobines, la source de courant 10 est en réalité constituée par l'ensemble comprenant l'ampli opérationnel 16, les transistors T1, T2, la résistance de régulation 12 et la résistance de contre réaction de l'ampli opérationnel qui reçoit également la tension de commande de fréquence. Pour faire varier la fréquence de l'oscillateur dans sa bande de fréquence entre F min et Fmax' il suffira alors de faire varier le courant 16 dans la bobine 6, de part et d'autre d'une valeur nulle, de façon que le champ varie entre les valeurs H1 et H2. Cette disposition permet d'amener rapidement le circuit résonnant de l'oscillateur à sa température d'équilibre, étant donné que dès la mise en fonctionnement, le courant constant 17 développe dans la bobine 7 une puissance correspondant à une température de fonctionnement moyenne dans la bande de fréquence couverte par l'oscillateur. En faisant varier le courant 16 dans un sens ou dans l'autre à partir de la valeur 0, on augmente bien entendu la puissance dissipée et on fait donc varier la fréquence choisie de l'oscillateur mais, pour certaine application, cette variation de fréquence pourra être considérée comme acceptable. Selon un mode de réalisation, on peut également envisager d'alimenter l'une des bobines, par exemple 16, par une valeur quelconque sans rapport avec la fréquence, l'autre bobine 17 étant, dans ce cas, alimentée par un courant tel que la somme algébrique des courants produise, comme précédemment, le champ magnétique nécessaire à l'obtention de la fréquence désirée. Pour obtenir une bonne stabilité en fréquence, il est nécessaire que les sources de courant régulé 10 et 11 soient de haute qualité, c'est-à-dire sans bruit et à faible dérive, afin d'assurer une stabilité parfaite de l'intensité de courant alimentant les bobines. Cependant de telles sources de courant régulé de haute qualité sont très onéreuses et, pour remédier à cet inconvénient, l'invention prévoit d'utiliser une seule source de courant régulé de haute qualité 10, l'autre source 11 étant de qualité moyenne. Dans ce cas, le circuit 8, comportant la source 10 de haute qualité et la bobine 6, est relié à une résistance de régulation 12 qui est également traversée par le courant de la bobine 7 issu de la source de courant régulé 11, cette dernière produisant un courant, théoriquement constant, mais pratiquement soumis à des variations ou fluctuations liées à sa construction. Ainsi, s'il se produit une augmentation du courant dans la bobine 7, cela se traduit par une augmentation de la tension en 13, qui se retrouve en 14 dans la boucle de régulation, de façon à diminuer la tension apparaissant en 15 à la sortie de l'amplificateur opérationnel 16. Cette diminution de tension en 15 tend alors à bloquer le transistor T1 pour diminuer le courant I6 de la bobine 6, afin de ramener la tension en 13 à la valeur initiale. Une augmentation du courant 17 est donc compensée par une diminution identique du courant 16. A l'inverse, lors d'une diminution de la tension en 13, l'augmentation de la tension en 15 tend à bloquer le transistor T2 afin d'augmenter le courant 16 dans la bobine 6. Cette disposition permettra d'obtenir une bonne stabilité de la somme algébrique des courants traversant les deux bobines, de manière à obtenir un oscillateur à fréquence stable. Suivant l'invention, il est également prévu d'associer aux circuits 8 et 9 comportant respectivement les bobines 6 et 7 et les sources de courant régulé 10 et 11, un troisième circuit 18 établi de manière à faire varier le courant dans l'une des bobines par rapport à l'autre, dans le but de maintenir constante la puissance totale, et cela notamment afin d'éviter les dérives de température qui auraient tendance à se produire lorsque l'on fait varier la fréquence de l'oscillateur. Ce circuit 18 permettra également d'augmenter la valeur des courants 16 et 17 dans les bobines, tout en leur conservant leur même valeur relative afin d'amener l'oscillateur plus rapidement à sa température d'équilibre. Ce circuit 18 pourra également être disposé sous l'influence d'un circuit 17 sensible à la température ambiante, ce circuit 17 étant relié au circuit 16 afin de faire varier la valeur absolue des courants dans les deux bobines, tout en leur conservant leur même valeur relative, de manière que la puissance dissipée varie en fonction de la température ambiante, afin de réguler la température du circuit résonnant. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3, le dispositif hyperfréquence comprend une seule résistance de régulation 12. Selon une variante, il sera cependant possible de mettre en oeuvre deux résistances de régulation 12 reliées à des sources de courant distinctes et connectées, de manière que la somme algébrique des courants crée la valeur du champ nécessaire à la fréquence désirée. Egalement, il sera possible de faire traverser les bobines 6 et 7 par des courants I6 et I7 tels que la puissance dissipée par ces bobines varie afin de compenser les variations de température ambiante tout en maintenant constante la somme algébrique des courants pour créer la valeur de champ nécessaire pour obtenir la fréquence désirée. REVENDICATIONS 1) Dispositif hyperfréquence à accord par matériau ferromagnétique dont le circuit résonnant est constitué par une bille de matériau ferromagnétique et notamment une bille YIG (1) en liaison de couplage avec une boucle de fil (3) de l'oscillateur, cette bille et cette boucle étant disposées dans l'entrefer d'un électro-aimant produisant le champ magnétique générant l'accord hyperfréquence de l'oscillateur ou du filtre, dispositif caractérisé en ce que l'électro-aimant comporte deux bobines (6, 7) imbriquées l'une dans l'autre et en ce que chaque bobine est alimentée en courant de manière telle que la somme des puissances développées dans les deux bobines reste constante ou sensiblement constante, malgré la variation du champ magnétique. 2) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance constante ou sensiblement constante est obtenue en maintenant constante la valeur du courant (I7) dans l'une des bobines (7), la valeur du courant dans cette bobine produisant une fréquence (Hmoy) correspondant sensiblement à la fréquence moy centrale de la bande de fréquence couverte par l'oscillateur, la valeur du courant (I6) dans l'autre bobine (6) variant dans un sens et dans l'autre, à partir de la valeur 0 pour couvrir la bande de fréquence désirée de l'oscillateur. 3) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux bobines (6, 7) sont alimentées chacune par un circuit comportant une source de courant régulé (10, 11), l'un des circuits comportant une résistance de régulation (12) traversée par les courants (16, I7) des deux bobines (6, 7). 4) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance constante ou sensiblement constante est obtenue par un circuit réalisé de manière à faire varier le courant dans une bobine par rapport à l'autre, de manière que la somme algébrique du courant produise le champ magnétique nécessaire à l'obtention de la fréquence désirée. 5) Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce qu1il comporte un circuit (17) sensible à la température, relié au circuit (16), faisant varier le courant dans les deux bobines, afin de réguler la température par action sur la puissance dissipée par les deux bobines. 6) Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance constante ou sensiblement constante, est obtenue par deux sources de courants distinctes (10 et 11) et deux résistances de régulation séparées (12) commandées de telle manière que la somme algébrique des courants crée la valeur du champ nécessaire à la fréquence désirée. 7) Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines (6 et 7) sont traversées par des courants (16 et 17) tels que la puissance dissipée par ces deux bobines varie afin de compenser les variations de température ambiante tout en maintenant la somme algébrique des courants constante pour créer la valeur du champ nécessaire à la fréquence désirée.