Brevet FR2618275A1 — publié le 19890120

La présente invention a pour objet un dipôle réactif, du typé utilisé dans le domaine électrique et électronique et qui, lorsqu'il est traversé par un courant alternatif de fréquence déterminée, voit donc se développer entre ses deux bornes une différence de potentiel de même fréquence que ce courant, et en quadrature de phase avec celui-ci. Plus particulièrement, un tel dipôle permet, dans le domaine des microondes, d'adapter une charge à une onde électromagnétique, afin de favoriser l'absorption, par cette charge, de la puissance transportée par l'onde et incidente sur la charge. Ainsi, et par exemple dans le cas typique où une antenne d'émission est raccordée à une source d'un signal à émettre par l'intermédiaire d'une ligne, on peut considérer que la charge est constituée par l'antenne et son espace de rayonnement, l'onde électromagnétique étant l'onde guidée par ls ligne. Une telle onde transporte vers la charge une certaine puissance, que l'on appelle habituellement puissance incidente, et il est important que la fraction de puissance incidente absorbée par la charge, fraction qui représente la puissance rayonnée par l'antennetsoit aussi voisine de l'unité que possible. En effet, la différence entre la puissance incidente et la puissance rayonnée par l'antenne est réfléchie sur la ligne vers la source. C'est donc une puissance perdue, qui n'est pas rayonnée, et qui, de plus, dans la cas présent, peut constituer un danger pour la source. Dans l'exemple présent, il est connu que l?absorption de puissance par la charge est maximale si cette charge, vue de la ligne, se comporte comme une résistance pure, égale ici à l'impédance caractéristique de la ligne, de son ou de 75 n dans la plupart des cas pratiques. Or, il est fré- quent qu'une antenne, couplée à son espace de rayonnement, ne se comporte pas ainsi, et présente en particulier, à la fréquence de travail, une impédance complexe, c'est-à-dire équivalente à la mise en série d'une résistance et d'une réactance. Pour compenser la réactance, il est connu d'utiliser un dipôle réactif, inductif ou capacitif selon que la réactance à compenser est négative ou positive,respectivement.L'antenne, placée alors en série avec le dipôle de compensation, devient équivalente à une résistance pure, dont on peut changer la valeur avec un transformateur d'impédance ne consommant pas de puissance active. L'adaptation est alors réalisée. Cependant, avec les dipôles réactifs connus, c'est-à-dire les incuctances ou les condensateurs, s'il est possible de réaliser une bonne adaptation lorsque la fréquence de travail est fixe et déterminée, la qualité de l'adaptation se dégrade dès que la fréquence de travail est variable. En effet, du fait que les réactances des inductances sont positives, et augmentent avec la fréquence, alors que les réactances des condensateurs sont négatives, mais augmentent aussi avec la fréquence, s'il est possible de compenser, à une fréquence déterminée, la réactance positive d'une inductance par la réactance, de valeur égale et négative d'un condensateur, il est clair que cette compensation ne pourra avoir lieu pour d'autres fréquences. En effet, la réactance de l'ensemble sera positive pour les fréquences supérieures à la fréquence déterminée, souvent appelée fréquence d'accord, et négative pour les fréquences inférieures à la fréquence d'accord, du fait du même sens positif des variations de réactances de l'inductance et du condensateur lorsque la fréquence augmente. La présente invention vise à pallier cet inconvénient en procurant un dipôle réactif qui permette en particulier l'adaptation d'une charge pour une plage de fréquences et non plus pour une seule fréquences, comme les dipôles connus. A cet effet, la présente invention a pour objet un dipôle réactif traversé par un courant à fréquence variable, caractérisé par le fait qu'il comprend - une diode à capacité variable disposée entre les deux bornes du dipôle, - des moyens de détection de ladite fréquence, et, - des moyens de polarisation de ladite diode, commandés par lesdits moyens de détection pour qu'une augmentation de ladite fréquence entraîne une diminution de la réactance du dipôle. Avec le dipôle de l'invention, du fait qu'une augmentation de fréquence entraine une diminution de réactance, il devient possible de compenser, sur une large plage de fréquences, les augmentations de réactance qui accompagnent toute augmentation de fréquence dans les circuits comportant des inductances et des condensateurs. Avantageusement, lesdits moyens de polarisation sont agencés pour que ladite diminution de réactance soit proportionnelle à ladite augmentation de fréquence. Dans ce cas, le dipôle de l'invention se comporte comme une véritable "inductance négative" pour assurer la compensation d'une inductance naturelle, par exemple. La présente invention sera mieux comprise grâce à la description suivante de la forme de réalisation préférée du dipôle de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma du dipôle de l'invention, - la figure 2 représente, de façon détaillée le circuit de discrimination de fréquence du dipôle de la figure 1 - la figure 3 représente l'allure de la fonction de transfert du circuit de discrimination de fréquence de la figure 2, - la figure 4 représente l'allure de la fonction de transfert du circuit de polarisation du dipôle de la figure 1, - la figure 5 représente l'allure des variations de capacité, en fonction de la tension de polarisation, de la diode à capacité variable du dipôle de la figure 1, - la figure 6 représente l'allure des variations de réactance, en fonction de la fréquence, du dipôle de la figure 1, et, - la figure 7 illustre une application du dipôle de l'invention. En référence à la figure 1, un dipôle réactif 10 destiné, par exemple, à l'adaptation d'une charge dans le domaine des microondes,est maintenant décrit. Le dipôle 10 comprend principalement une diode 1 à capacité variable, prévue ici pour une utilisation en microondes, encore appelée varactor" ou "varicap", disposée entre les deux bornes du dipôle, dont l'une est ici reliée à la masse. Un coupleur 2, de type connu pour une utilisation en microondes, ici un coupleur 20dB, est disposé de façon à ce que sa voie de transmission, ne procurant ici aucune attenuation notable, relie la cathode de la diode 1 à la borne correspondante du dipôle 10. Une des voies couplées du coupleur 2 est reliée à l'entrée d'un circuit 3 de discrimination de fréquence, dont la sortie commande un circuit de polarisation 4 de la diode 1. Le circuit 3 de discrimination de fréquence comprend ici un amplificateur 31 à contrôle automatique de gain CAG, un circuit limiteur 32, de type connu à diode, un filtre 33 et un détecteur d'amplitude 34, ici un détecteur d'enveloppe. Le circuit 4 de polarisation est un circuit de type connu qui, en réponse à une tension continue ou lentement variable par rapport aux oscillations microondes, délivre en sortie une tension commandée par sa tension d'entrée, la fonction de transfert entre la tension de sortie et la tension d'entrée ayant une allure déterminée. Un tel circuit, qui peut comprendre un amplificateur logarithmique, ou un conforma teûr à diodes, par exemple, est évidemment à la portée d'un homme de métier. Le circuit qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. On appelle f la fréquence, variable, du courant qui traverse le dipôle 10, qui voit donc se développer, à ses bornes, une tension de même fréquence f. Le coupleur 2 délivre-un signal de fréquence f au circuit 3 de discrimination de fréquence. Ce signeanl est...amnlifié dans l'amplificateur à C.A.G. 31, en amitue puis limi té dans le circuit 32, ce qui fait que le signal à l'entrée du filtre 33 a une amplitude constante, quel que soit le niveau du signal transmis par le coupleur 2.Le filtre 33 est un filtre attenuant les basses fréquences, et le détecteur d'enveloppe 34 est agencé pour que la tension Vd en sortie du circuit 3 de discrimination de fréquence soit négative, et de module croissant avec la fréquence, comme le montre la figure 3 où l'on a fait figurer les limites inférieures f1 et supérieure f2 de la plage de fréquences dans laquelle le dipôle est utilisé, auxquelles correspondent deux valeurs Vdî et Vd2 de la tension Vd Ainsi, on peut dire que le coupleur 2 et le circuit de discrimination 3 permettent la détection de la valeur de la fréquence f. La tension Vd, appliquée à l'entrée du circuit de polarisation 4, commande la tension de polarisation Vp en sortie de ce circuit 4, agencé pour que la pente de sa fonction de transfert reste toujours positive, comme le montre la figure 4. Sur cette figure, les valeurs Vp1 et Vp2, négatives, correspondent aux valeurs Vd1 et Vd2, respectivement. Comme cela est connu, la diode 1 à capacité variable présente une capacité C d'autant plus faible que la tension de polarisation Vp, négative, qui lui est appliquée est grande. La figure 5 représente l'allure typique des variations d'une telle capacité C en fonction de la tension de polarisation Vp, les valeurs C1 et C2 correspondant aux valeurs Vp1 et Vp2 respectivement. Il en résulte que C1 est supérieure à C2. La figure 6 représente alors les variations de la réactance présentée par la diode 1 en fonction de la fréquence, réactance X qui vaut X = -1/C. 2f (1) Sur la figure 6, ces variations de réactance sont telles qu'une augmentation de la fréquence entrain une diminution, au sens algébrique, de la réactance X.En effet, lorsque la fréquence f augmente de f à f2, la réactance X diminue de X1 à X2 Compte-tenu de la formule (1), il est clair qu'il en est toujours ainsi lorsque la condition suivante est satisfaite C2/C1 f1/f2 (2) Or, la courbe de la figure 3 étant en pratique imposée par les caractéristiques du circuit de discrimination 3, et la courbe de la figure 5 imposée par les caractéristiques de la diode 1, il est clair que l'on peut toujours arriver à satisfaire la condition (2) en jouant sur la fonction-de transfert du circuit de polarisation 4, et qui est réprésentée sur la figure 4.De même, si l'on souhaite que le dipôle de l'invention se comporte comme une véritable "self négative", comme cela est représenté sur la figure 6 où toute diminution (X1-X) de la réactance est proportionnelle à l'augmentation (f-f1) de fréquence correspondante, il est clair qu'il faudra prévoir, pour le circuit de polarisation 4, une fonction de transfert qui compense les non-linéarités des différentes courbes. Une telle fonction de transfert peut être obtenue comme l'indique H. GUILLON dans l'article "Amplification et traitement des signaux" dans les "Techniques de l'Ingénieur", (PARIS), pages E 4820 16-17, paragraphe 4,22. Sur la figure 7, on a représenté un exemple d'utilisation du dipôle 10, pour adapter une antenne d'émission 11 équivalente, dans la bande de fréquences comprise entre f1 et f2, à la mise en série d'une résistance R et d'une self inductance de valeur L, et raccordée, par l'intermédiaire d'une ligne 12, d'impédance caractéristique Zc' à une source 13. On a supposé ici, pour simplifier que Zc R Avec le dipôle 10 de l'invention, l'adaptation de l'antenne 11 est réalisée dans toute la bande de fréquences, puisque l'impédance présentée par l'antenne 11 en série avec le dir pôle 10 reste constante et égale à R, du fait de la variation de réactance du dipôle 10, choisie pour varier avec une pente (-L) en fonction de la pulsation microonde. Naturellement, la présente invention n'est pas limitée à la description qui vient d'en être faite. C'est ainsi que le circuit de discrimination 3 peut être remplacé par tout discriminateur de fréquence de type connu et le coupleur 2 par tout circuit connu permettant de prélever un signal à la fréquence de travail sans perturber le fonctionnement de la diode 1, par exemple. De même, si cela est nécessaire, il est à la portée de l'homme de métier de disposer des condensateurs de liaison entre chaque électrode de la diode 1 et chaque borne du dipôle 10 de façon à ce que le circuit microonde non représenté et auquel est raccordé le dipôle 10 ne soit pas soumis à la tension de polarisation Vp. Il est également possible, lorsque la fréquence f n'est pas trop élevée, d'utiliser des circuits numériques pour détecter la fréquence f et commander le circuit de polarisation 4. Enfin, l'application du dipôle de l'invention à l'adaptation d'une charge n'est pas limitée à l'adaptation décrite d'une antenne d'émission. Le dipôle peut ainsi être utilisé dans les structures connues d'adaptation en T ou en par exemple. De plus, il peut être utilisé sur un engin, pour adapter la charge constituée par l'antenne équivalente à cet engin vis à vis de l'onde électromagnétique émise par un système de radar. Dans ce cas, l'adaptation de la charge permet l'absorption d'une fraction importante de la puissan ce incidente sur l'engin, ce qui se traduit par une réduction importante de l'écho radar reçu par le système de radar en provenance de l'engin. REVENDICATIONS 1.- Dipôle réactif traversé par un courant à fréquence varible, caractérisé par le fait qu'il comprend - une diode (1) à capacité variable disposée entre les deux bornes du dipôle (10), - des moyens de détection (2, 3) de ladite fréquence, et, - des moyens de polarisation (4) de ladite diode (1), commandés par lesdits moyens de détection (2, 3) pour qu'une augmentation de ladite fréquence entrain une diminution, au sens algébrique, de la réactance du dipôle (105. 2.- Dipôle selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de polarisation (4) sont agencés pour que ladite diminution de réactance soit proportionnelle à ladite augmentation de fréquence. 3.- Dipôle selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de détection (2) comprennent - des moyens de couplage (2) pour délivrer un signal à ladite fréquence, et, - des moyens de discrimination (3) de la fréquence du signal délivré par lesdits moyens de couplage (2). 4.- Dipôle selon la revendication, dans lequel lesdits moyens de discrimination comprennent ~ - des moyens amplificateurs (31) à contrôle automatique de gain, - des moyens limiteurs (32), - des moyens de filtrage (33), et, - des moyens de détection d'amplitude (34).