Brevet FR2623335A1 — publié le 19890519

1' PROCEDE DE REALISATION DE CIRCUITS ATTENUATEUS D'ENERGIE HYPERFREQUENCE, ET DISPOSITIFS HYPEFR UENCE COMPORTANT UN CIRCUIT ATTENUATEUR OBTENU PAR LE PROCEDE L'invention concerne un procédé de réalisation de circuits atténuateurs d'énergie hyperfréquence et des dispositifs hyperfréquence de mesure comportant un circuit atténuateur obtenu par le procédé. Un circuit atténuateur d'énergie hyperfréquence est généralement réalisé au moyen d'un guide d'onde à l'intérieur duquel on fait glisser au travers d'ouvertures pratiquées sur une paroi, un ou plusieurs plongeurs constitués d'un matériau absorbant. L'atténuation dépend des dimensions du plongeur à l'intérieur du guide. Les matériaux absorbants sont en générai soit du graphite soit des résines à base de fibre de verre chargées en graphite. On obtient des atténuateurs variables en couplant le (ou les) plongeur à- une vis micrométrique qui permet de régler plus ou moins l'enforcement du plongeur à l'intérieur du guide. L'inconvénient de tels atténuateurs réside dans le fait que les ondes atténuées par le plongeur sont aussi, déphasées par le plongeur. Or dans de nombreuses applications le déphasage qu'introduit ce type d'atténuateur est inacceptable. Il existe également des atténuateurs du type dit de précision, c'est-àdire des atténuateurs qui ne déphasent pas les ondes. Ces atténateurs sont également constitués par un guide d'onde à l'intérieur duquel une feuille de mica métallisée peut tourner autour d'une plaque fixe, placée dans un plan perpendiculaire au champ électrique. L'inconvénient de tels atténuateurs provient du fait qu'ils ne peuvent pas recevoir une puissance énergétique de plus d'un watt à 100 GHz ou plus de quelques. watts dans les bandes inférieures, au-delà de cette limite la lame de mica est brûlée et le tube chauffe. Il est, d'autre part, connu pour -des tubes hyperfréquence du type klystron de faire varier le eoefficient de surtension d'une cavité résonante, en augmentant les pertes d'énergie: cette cavité, c'est-à-dire en provoquant une atténuation à l'intérieur de la cavité. En effet,il arrive que l'on cherche à atténuer l'énergie hyperfréquence à l'intérieur de la cavité et ceci, afin d'augmenter la bande passante de la cavité. Pour cela on procède à une technique qui consiste à tapisser l'intérieur de la cavité de bandes adhésives sur lesquelles sont déposées des limailles de fer, le fer étant un bon absorbant. On procède ensuite à un frittage, de manière à ce que par cuisson il y ait Interpénétration à l'échelon moléculai-,. des limailles dans le matériau constituant la cavité, ce -. A:au étant généralement du cuivre. Or ces cavités se trouvent sous vide. Cette solution ne peut donc pas être retenue pour des circuits atténusteurs qui ne se trouvent pas dans les mêmes conditions et qui se trouvent souvent, au contraire, dans un environnement humide, car il se produit à la longue une oxydation puis un cloquage et enfin un décollement du dépôt. O,-re les inconvénients qui viennent d'être décrits, aucun cire?; atténuateur existant ne permet de réunir i'ensemble des caractéristiques suivantes: - atténuation constante indépendante de la rréquence des ondes dans une bande donnée se situant autour de 100 GHz -; - susceptibilité de recevoir plus de I W dans cette gamme de fréquences; - susceptibilité de permettre une atténuation au moins de 15 à dB; - aucune:;. -:-on due à une atmosphère humide; ? - aucun dépinasge involontaire lors de l'atténuation. La présente invention permet de remédier- à ces problèmes. Elle a pour objet un procédé de réalisation de circuits atténuateurs d'énergie hyperfréquence comprenant des éléments métalliques conducteurs sur lesquels circulent des courants hyperfréquence, caractérisé en -ce qu'il consiste à rendre les surfaces des éléments conducteurs sur lesquelles circulent les courants, rugueuses, ces surfaces présentant, après attaque du métal qui les constitue, un aspect granuleux. Le procédé selon l'invention consiste a effectuer une attaque du métal constituant les parois des conducteurs par projection d'un Jet de sable ou de billes ou par d'autres méthodes telles que l'électroérosion ou une attaque chimique. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser un circuit atténuateur comprenant un guide d'onde, caractérisé en ce que le guide est réalisé à partir de deux pièces métalliques de forme allongée dont l'une au moins comporte une gorge sur toute la longueur de la (ou des) pièce, les deux pièces étant destinées a être jointes de manière à fermer la gorge et à constituer le guide d'onde proprement dit, et caractérisé en ce que, avant l'assemblage des deux pièces, les surfaces des deux pièces destinées à constituer --les parois du guide sont rugueuses, la rugosité étant obtenue par attaque du métal constituant ces parois. Une autre caractéristique du procédé selon l'invention consiste A réaliser des parois rugueuse ayant des grains de grosseur non constante sur toute la longueur du guide. Le procédé selon l'invention consiste -également à réaliser un circuit atténuateur à partir d'une cavité résonante ou non résonante, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre les parois intérieures de la cavité rugueuse, la rugosité étant obtenue par attaque du métal constituant ces parois. L'invention a également pour objet un dispositif hyperfréquence de mesure de la pureté de mode en sortie d'un gyrotron, ce dispositif comportant un détecteur bas niveau de maximum 10mW pour détecter les maxima des champs électriques du mode, le rayonnement à la sortie du gyrotron dont la puissance est supérieure ou égale à 10W étant recueillie par un cornet, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit atténuateur comportant un guide d'onde obtenu par le procédé selon l'invention. L'invention a aussi pour objet un dispositif de mesure de puissance de l'énergie rayonnée par une source hyperfréquence de puissance comprenant un calorimètre, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un atténuateur constitué par un guide d'onde réalisé par le procédé selon l'invention entre la source et le calorimètre. L'invention a aussi pour objet un dispositif hyperfréquence comportant un atténuateur obtenu par le procédé, cet atténuateur étant court-circuité à l'une de ses extrémités de manière à réaliser une charge adaptée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est faite à titre d'exemple non limitatif et qui est illustrée par les dessins suivants sur lesquels: -. la figure 1 représente un circuit atténuateur réalisé par le procédé objet de l'invention; - la figure 2 représente un circuit atténuateur selon la figure 1, vu en coupe longitudinale; - la figure 3 représente une variante de réalisation d'un circuit atténuateur selon l'invention, le circuit étant vu en coupe transversale et représenté sous une forme éclatée; - la figure 4 représente un schéma de réalisation d'un dispositif de mesure d'analyse de la pureté de mode en sortie d'une source hyperfréquence, comportant un circuit atténuateur selon l'invention; - la figure 5 représente un schéma de réalisation d'un dispositif de mesure de puissance d'une source hyperfréquence de puissance comportant un circuit atténuateur selon l'invention. 2-623335 L'invention concerne un procédé de réalisation de circuits atténuateur d'énergie hyperfréquence. Elle concerne également les circuits atténuateurs obtenus par le procédé et les dispositifs hyperfréquence comportant un circuit atténuateur obtenu par le procédé. Qu'il s'agisse de guide d'onde ou de cavités résonantes ou de cavités non résonantes, les courants hyperfréquence circulent sur des surfaces conductrices, métalliques. Généralement le métal utilisé est soit du cuivre, soit du laiton, soit de l'inox. Le procédé consiste, selon l'invention, à rendre les surfaces métalliques sur lesquelles circulent les courants hyperfréquence, rugueuses, ce qui provoque une atténuation de la puissance de l'énergie. Le procédé consiste à obtenir cette rugosité par attaque du métal constituant les surfaces, soit par projection d'un jet de sable sur ces surfaces, soit par projection de billes, soit par électroérosion, soit par attaque chimique. Ces différentes techniques permettent d'obtenir une attaque du métal en surface. Le métal présente une surface granuleuse, de grains ayant des diamètres plus ou moins gros selon la durée de l'attaque. Pour obtenir des grains de diamètre plus ou moins gros, on prolonge par exemple plus ou moins la durée de projection de sable ou de billes sur la surface attaquée. Le procédé selon l'invention consiste à réaliser un circuit atténuateur en guide d'onde. L'atténuateur réalisé est représenté sous une forme éclatée sur la figure 1. L'atténuateur selon l'invention comporte deux pièces métalliques A et B obtenues à partir d'un bloc en inox qui a été usiné. Ces pièces sont complémentaires, c'est-à-dire qu'elles ont chacune une forme qui permet de les emboîter l'une dans l'autre pour obtenir une pièce peu encombrante paralléléplpédique ou cylindrique. Une au moins de ces deux pièces comporte une gorge 1, rectiligne, usinée dans la masse. Cette gorge a une forme parallélépipédique et constitue partiellement le guide d'onde proprement dit, ses dimensions étant adaptées à la bande de fréquence de travail de la source hyperfréquence émettrice. De façon préférentielle la gorge est usinée sur une seule des deux pièces. Avant de rassembler les deux pièces A et B pour les solidariser amovibles tels que des vis, on les place par exemple sous un jet de sable afin que les parois de la gorge soient attaquées par le jet ainsi que la surface 3 de la pièce A, qui se trouve en regard de la gorge, cette surface constituant la quatrième paroi formant le guide. Plusieurs essais ont été réalisés. Avec une longueur de guide de 100 mm, le guide étant en inox, des grains des surfaces de guidage de 0,04 mm, les dimensions du guide 2 étant adaptées à]a gamme des fréquences -110 GHz, l'atténuation obtenue est de 6,2 dB (soit 62 dB par mètre) et le rapport d'ondes stationnaires (ROS) est inférieur ou égal à 1,15. Avec une longueur de guide de 200 mm, le guide étant en inox, des grains de diamètre de 0,06 mm, les dimensions du guide étant adaptées à la gamme 75-110 GHz, l'atténuation obtenue est de 28 dB (soit 140 dB par mètre) et le rapport d'ondes stationnaires (ROS) est inférieur ou égal à 1,15. Le rapport d'ondes stationnaires peut être amélioré en opérant une attaque progressive du métal dans le guide de manière à avoir une zone à l'entrée du guide (qui peut être indifféremment soit un bout du guide solt l'autre) avec des gains de plus faible diamètre (0,04 mm sur environ 1 cm), les grains étant plus gros sur pratiquement toute la longueur du guide. Sur la figure 2, on a représenté, la partie B de l'atténuateur en vue de dessus. On a mis en évidence les zones de grains de faible diamètre par despoints de faible diamètre, et la zone 11 de grains de plus gros diamètre par des points de plus grande taille. Le passage d'une grosseur autre peut bien entendu être progressif. Pour améliorer le couplage de l'atténuateur avec les circuits auxquels il est raccordé, les brides de raccordement 12 sont polies et recouvertes d'un dépôt d'or. Après le traitement des parois du guide 2, les deux parties A et B sont positionnées par exemple par des détrompeurs (non représentés) et maintenues mécaniquement par des vis, les filetages étant repérés par la référence 13 sur la figure 2. Les extrémités de raccordement 12 sont polies et recouvertes d'une pellicule d'or. Sur la figure 3, on a- représenté sous une forme éclatée une coupe transversale d'un circuit atténuateur comportant un guide d'onde constitué de deux pièces A, B par exemple en inox et un circuit de dissipation d'énergie constitué également de deux pièces C et D par exemple en cuivre. L'atténuateur ainsi réalisé n'est dans ce cas pas issu d'une structure monobloc. La pièce B comporte une gorge 1 qui possède des parois rugueuses la rugosité ayant été obtenue de la même façon que cela a déjà été décrit. - La différence avec l'atténuateur que constitue le guide représenté sur la figure 1, le guide représenté sur cette figure 2, est entouré, selon cette.réalisation d'un circuit de dissipation d'énergie dont une première partie C épouse la forme périphérique de la pièce A, et dont une deuxième partie D épouse la forme périphérique de la pièce B. La pièce A est emboîtée dans la pièce C, la pièce B est emboîtée dans la pièce D. Les pièces C et D sont rapprochées l'une vers l'autre et fixées l'une a l'autre par des moyens de fixation amovibles tels que des vis 14. Après serrage des vis 14 les pièces A et B sont 3 en contact, un jeu entre les pièces C et D étant prévu pour obtenir le meilleur contact entre les pièces A et B. Les surfaces extérieures des pièces C et D qui se trouvent dans des plans parallèles aux plans correspondant aux plus grands côtés du guide, sont crantées, ces surfaces comportent donc des rainures 31, 41 destinées à favoriser le refroidissement de l'atténuateur. Sur la figure 4, on a représenté un schéma d'une première application d'un circuit atténuateur. Il s'agit d'un dispositif de mesure d'analyse de la pureté de mode en sortie d'une source hyperfréquence par exemple d'un tube du type gyrotron. Ce dispositif comporte donc un circuit atténuateur selon l'invention. Dans la réalisation particulière qui a été faite, la mesure consiste à détecter les maxima du champ électrique que présente une onde hyperfréquence fournie par un gyrotron suivant un mode prédéterminé. Cette onde est donc issue dans cette réalisation particulière, d'un gyrotron fonctionnant à 100 GHz avec une puissance crête de 200 kW rayonnant selon le mode TE 04. L'application consiste donc à déplacer un cornet 5 devant la fenêtre de sortie du gyrotron de manière à capter successivement au moyen d'un détecteur 6 classique en soi, chacun des maxima de rayonnement du mode. Or la puissance maximale que peut supporter de tels détecteurs est de 10 milliwatt. Il faut donc utiliser un circuit atténuateur entre le cornet 5 et le détecteur 6. L'atténuateur 2 tel que décrit à partir de la figure 1 est donc placé à la sortie du cornet 5 qui est utilisé pour des raisons d'adaptation et qui permet de recueillir environ 10 W sur un maximum de champ. En série avec cet atténuateur 2, on utilise également un atténuateur 7 étalonné qui peut dissiper au maximum 0,6 W. Cet atténuateur faible puissance permet d'atténuer la puissance du signal de sortie de l'atténuateur 2 qui ne doit pas dépasser 0,6 W, à un niveau accepté par le détecteur soit 10 mW maximum. L'atténuateur 2, de moyenne puissance, permet d'obtenir une atténuation de 15 à 20 dB d'une puissance d'entrée de 10 W (sortie du cornet). Dans le cas o la puissance de sortie du cornet est très supérieure à 10 W par exemple au-delà de 100 W, on utilise un circuit atténuateur avec dissipation d'énergie tel que représenté sur la figure 3 procurant une atténuation de 25 à 30 dB. " - Sur la figure 5, on a représenté un autre schéma d'application d'un circuit atténuateur dans un circuit de mesure de puissance d'une source de puissance. Classiquement, la source de puissance est raccordée par un couplage d'une part à un calorimètre, d'autre part à une charge qui dissipe la puissance qui n'est pas couplée vers le calorimètre. Le calorimètre permet.de mesurer des puissances jusqu'à 10 W maximum. C'est pourquoi il est impératif d'utiliser un coupleur de qualité et une charge. Le circuit de mesure selon l'invention comporte un atténuateur 2 tel que représenté sur la figure 1 ou 2 ou 3, l'atténuateur évitant d'utiliser le coupleur et la charge. En effet le circuit de mesure comporte en série une source de puissance 9 supérieure à 10 W, un atténuateur 2, un calorimètre de puissance maximale 10 W. L'atténuateur effectue une atténuation de 10 A 20 dB ou plus, selon le cas, sa longueur étant choisie pour obtenir l'atténuation désirée, acceptable, par le calorimètre. Le circuit atténuateur selon l'invention peut également être utilisé en tant que charge adaptée. La réalisation n'a pas été représentée, toutefois pour réaliser une telle charge adaptée, on peut se référer au schéma de la figure 1, sur lequel il suffit d'imaginer que l'une des extrémités est fermée. La pièce placée à l'extrémité sert de court- circuit. La charge ainsi réalisée permet d'obtenir une atténuation de 20 dB pour le sens aller de l'onde et 20 dB dans le sens retour ce qui conduit à une atténuation parfaite de 40 dB, le rapport d'onde stationnaire étant inférieur à 1,02. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de circuits atténuateurs d'énergie hyperfréquence comprenant des éléments métalliques conducteurs sur lesquels circulent des courants hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre les surfaces des éléments conducteurs sur lesquelles circulent des courants, rugueuse- c,.- surfaces présentant, après attaque du métal qui les constitue, un aspect granuleux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste A effectuer une attaque du métal constituant les parois des conducteurs par projection d'un jet de sable ou de billes ou par une électroérosion ou par attaque chimique 3. Procédé de réalisation de circuits atténuateurs selon la -:ndication 1 ou 2, à partir d'un guide d'onde, caractéris, -.' ee que le guide est réalisé à partir de deux pièces métalliques (A, B) de forme allongée dont l'une au moins comporte une gorge (1) sur toute la longueur de la (ou des) pièce, les deux pièces (A, B) étant destinées à être Jointes de - manière A fermer la gorge et A constituer le guide d'onde proprement dit, et caractérisé en ce qu'avant l'assemblage des deux pièces- 'es surfaces des deux pièces destinées à constituer les parois.-.uide sont rugueuses, la rugosité étant obtenue par une attaque des parois. 4. Procédé de réalisation de circuits atténuateurs selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser des parois rugueuses ayant des grains de grosseurs non constantes sur toute la largeur du guide. 5. Procédé de réalisation de circuits atténuateurs selon la re'-.n; !ication 1 ou 2, à partir d'une cavité résonante il ou non résonante, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre les parois intérieures de la cavité rugueuse, la rugosité étant obtenue par une attaque de ces parois. 6. Dispositif hyperfréquenee de- mesure de la pureté de mode en sortie d'un gyrotron, comportant un détecteur (6) bas niveau, de maximum 10 mW, pour détecter les maxima des champs électriques du mode, le rayonnement dont la puissance est supérieure ou égale à 10 W étant recueilli par un cornet (5), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit atténuateur (2) obtenu par le procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3, pour atténuer le-signal jusqu'à un niveau accepté par le dét'ur. 7. Dispositif hyperfréquence de mesure de puissance d'une source hyperfréquence (9) comportant un calorimètre bas niveau (8), caractérisé en ce qu'il comporte un circuit atténuateur (2) raccordé à la source (9) et au calorimètre (8), ce circuit étant obtenu par le procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3. 8. Dispositif hyperfréquence du type charge adaptée, caractérisé en ce qu'il est réalisé au moyen d'un atténuateur obtenu par le procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3, cet atténuateur étant fermé par un court-circuit à une extrémité.