Brevet FR2616014A1 — publié le 19881202

DISPOSITIF PERFECTIONNE DE COMBINAISON DE DEUX SIGNAUX ALTERNATIFS DE EME FREQUENCE La présente invention a pour objet un dispositif perfectionné de combinaison de deux signaux alternatifs de même fréquence. Elle a plus particulièrement pour objet l'addition de deux signaux dont la phase et l'amplitude sont différentes. Dans une application particulière l'invention est mise en oeuvre dans le domaine des hyperfréquences. Dans un exemple, des cavités résonnantes d'un accélérateur linéaire sont alimentées par un signal hyperfréquence. Le faisceau d'électrons, produit par la cathode de cet accélérateur capte l'énergie hyperfréquence des cavités, s'organise, et vient percuter une cible-anode avec une énergie qui dépend essentiellement de l'énergie du signal hyperfréquence capté. Le rendement de cette captation n'est pas total. Dans l'application évoquée, le signal hyperfréquence qui n'est pas absorbé par le faisceau d'électrons peut alors être récupéré et réinjecté en venant s'additionner au signal d'alimentation. Avec le dispositif de l'invention cette addition est perfectionnée. En effet, il est connu par une demande de brevet français au nom du même demandeur, n 86 00323 déposée le 10 janvier 1986, un dispositif de combinaison de signaux alternatifs de même fréquence o on a résolu le problème de différences d'amplitudes de signaux à additionner. Lorsque l'on injecte un signal de puissance, à haute fréquence dans une cavité résonnante, on adapte l'impédance de sortie du générateur A l'impédance d'entrée de la cavité de manière à ce qu'il n'y ait pas de réflexion de la puissance. La puissance en haute 2 6 1 6 0 14 fréquence est alors utilisée au mieux. Si on Injecte un faisceau de particules dans cette cavité, ce faisceau absorbe de la puissance et détruit l'adaptation. Pour rétablir la situation il faut réadapter la cavité à la source en changeant le coefficient de couplage. En agissant ainsi on compense la charge de faisceau.. Or, si on s'intéresse en particulier à des sections d'accélérateurs linéaires en ondes progressives, la puissance se propage le long de la section en y créant les champs électromagnétiques qui servent à accélérer les particules chargées. Une partie de la puissance, est perdue dans la section sous forme de pertes par effet Joule dans les parois métalliques, et sous forme d'énergie évacuée par le faisceau de particules. Il reste à la fin de la section une partie de puissance qu'il faut dissiper dans une charge adaptée si on veut éviter de la réfléchir à l'entrée pour venir perturber la source de haute fréquence. Dans la précédente demande, on savait effectuer la réinjection de cette partie de la puissance en tenant compte d'une charge de faisceau stabilisée à une valeur donnée Une amélloration du système a ainsi consisté à réutiliser cette puissance, autrement perdue Inutilement, en la réintroduisant à l'entrée de l'accélérateur par un système de recirculation. Un système de recirculation comporte essentiellement un déphaseur et un coupleur. Pour un faisceau donné, le coefficient de coupage du coupleur peut être calculé de manière à ce que des signaux venant d'une part de la source et d'autre de la sortie de l'accélérateur se retranchent parfaitement sur la charge, moyennant un réglage approprié du déphaseur. Alors, toute la puissance venant de la source est complètement utilisée dans l'accélérateur, à la perte près dans les circuits de recirculation et dans le coupleur. Cet équilibre est malheureusement rompu pour une autre valeur de courant, et ne peut pas être rétabli quel que soit le réglage du déphaseur. Cet inconvénient a été évité en utilisant un système de 2 6 1 6 0 1 4 compensation, en particulier celui décrit dans la demande de brevet précédement citée. Dans ce système pour chaque taux d'atténuation de l'accélérateur, c'est à dire pour chaque valeur du courant de faisceau de particules, on peut régler deux déphaseurs, de manière à annuler un signal sortant d'un organe de combinaison. De cette façon toute la puissance venant d'une source est réutilisée complètement dans l'accélérateur, à la perte près dans le circuit de recirculation. Cette solution, tout en étant vérifiée, est difficile à régler du fait que le réglage des déphaseurs peut difficilement être automatisé. De sorte que si la charge de faisceau varie, le déréglage de la réinjectlon est immédiat et les performances de l'accélérateur chutent notablement. -La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en remarquant que le réglage de chacun des deux déphaseurs n'est pas indépendant, mais qu'au contraire ces réglages sont liés en fonction du but à atteindre. Dans ces conditions dans l'invention on couple les deux déphaseurs l'un à l'autre selon une relation de couplage dépendant du mode de combinaison des signaux que l'on veut obtenir, et on se contente ensuite ultérieurement de ne régler que l'un d'entre euxj le second suivant - automatiquement en fonction du mode de couplage, de manière à rendre l'adaptation automatique. Dans ces conditions l'invention a pour objet un dispositif perfectionné de combinaison ' de deux signaux alternatifs de même fréquence, comportant successivement: - un premier déphaseur réglable pour déphaser le premier de ces signaux par rapport au deuxième, _ un premier moyen de combinaison muni de deux entrées, pour recevoir les deux premiers signaux, et de deux sorties pour délivrer un troisième et un quatrième signal, - - un deuxième déphaseur réglable pour déphaser le troisième signal par rapport au quatrième signal, 2 6 1 6 0 1 4 - et un deuxième moyen de combinaison muni de deux entrées pour recevoir le troisième et le quatrième signal, et de deux sorties pour délivrer un cinquième signal et un sixième signal, ce cinquième et ce sixième signal étant des combinaisons des deux premiers signaux selon un mode qui dépend des réglages des deux déphaseurs réglables, caractérlsé en ce que - il comporte des moyens pour coupler les deux déphaseurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont données qu'a titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent: - Figure 1: un exemple d'utilisation d'un dispositif perfectionné selon l'invention; Figure 2: un diagramme vectoriel montrant la relation de couplage des deux déphaseurs; - Figure 3 et Figure 4: deux exemples de réalisations de moyens de couplage mécanique des deux déphaseurs; - Figure 5: un exemple de réalisation d'un couplage électronique des deux déphaseurs. La figure i montrent en hyperfréquence un dispositif de combinaison conforme à l'invention. Il comporte un premier déphaseur D2 pour déphaser un premier signal V1 par rapport à un deuxième signal V2. Ces deux signaux, une fois le déphasage imposé, sont introduits sur deux entrées d'un premier moyen de combinaison: içi un Té magique T1, dit encore Té hybride. Ces deux signaux sont introduits sur les entrées orthogonales du Té. Ils en ressortent par les entrées opposées de ce Té. Les signaux V3 et V4 disponibles aux sorties opposées sont soumis à un déphasage. L'un d'entre eux, V4, est introduit dans un deuxième déphaseur D1. Ils viennent ensuite attaquer, deux entrées d'un deuxième moyen de combinaison T2. Le moyen T2 est içi également un Té magique. Les troisième et quatrième signaux provenant du Té T 1' déphasés par le deuxième déphaseur D1, ressortent combinés du Té T2 en un cinquième V5 et en un sixième signal V6. Dans l'application particulière envisagée un de ces signaux disponlbles, V6, correspond A la somme des signaux disponibles aux entrées du Té T1. L'autre signal V5 est nul. Le signal V6 peut être introduit sur une entrée 30 d'un accélérateur linéaire 40. Cet accélérateur linéaire emet par exemple un rayonnement X 50. Cet accélérateur linéaire comporte des moyens de récupération 60 pour récupérer la partie du signal hyperfréquence introduit en 30 et qui n'est pas absorbé pour produire le rayonnement 50. Le signal disponible à la sortie 60 est introduit à l'entrée du premier déphaseur D2. Quand le dispositif est correctement réglé, un indicateur 70 branché sur le signal V5 indique 0: en conséquence, l'énergie provenant des entrées du Té T1 se trouve toute appliquée à l'accélérateur 40. Ce qui est essentiel dans l'invention est la présence d'un organe de couplage 80 entre le déphasage Imposé par le déphaseur D2 et le déphasage imposé par le déphaseur D1, respectivement entre le premier et le deuxième signal d'une part et entre le troisième et quatrième signal d'autre part. Ce coupleur 80 couple les déphaseurs selon une relation couplage qui dépend du mode de combinaison recherché. Dans l'exemple présenté le mode de combinaison est une addition en puissance des deux signaux V1 et V2. La description qui va suivre concerne plus particulièrement ce cas, bien que d'autres modes de combinaison soient envisageables pour lesquels des relations de couplage particulières sont également remarquables. Pour mieux comprendre les dispositifs proposés on va établir les relations entre différents paramètres qui n'ont pas été mises en évidence dans la demande de brevet précitée. Appelons i1 la matrice de rotation d'un angle t 1 dé au deuxième déphaseur D1. De même 2 est la matrice de rotation 2 6 1 6 0 1 4 d'un angle t 2 du au premier déphaseur D2. En outre on appelle b' le coefficient d'atténuation du signal hyperfréquence de l'accélérateur, 40 dû à la perte par effet Joule et à la puissance véhleulée par le faisceau de particules. Sachant qu'un Té magique permet de faire la somme et la différence de signaux, on peut établir facilement la valeur des signaux V5 et V6 allant respectivement dans une charge 90 et dans l'accélérateur 40. Les valeurs respectives sont Indiquées sur la figure 1. Le but à atteindre est que V5 soit nul. Comme le déphaseur D1 ne modifie pas l'amplitude de (V1 - V2) la condition V5= 0 devient: I vi + V21 VVl - V2 1 Ceci signifie que V1 et V2 doivent être en quadrature de phase. Les expressions de V5 et V6 permettent de définir e 1 et Y2 en fonction de. . Le diagramme vectoriel de la figure 2 montre V1 en quadrature avec V2 ainsi que les compositions géométriques V1 + V2 et 1 - V2. Ce diagramme porte également les angles q 1 et. 2' Il apparaît alorsd'une manière évidente, dans le cas o l'addition est recherchée pour la combinaison, que d'une part f 1 et Cf 2 sont liés par la relation suivante 1/2 ( puisse varier avec or, c'est à dire avec la charge de faisceau. En conclusion, pour que la compensation se fasse il faut deux conditions: -pour une charge de faisceau donnée (par exemple sans faisceau) un réglage initial doit être tel que les deux précédentes relations sont respectées. Pour une autre valeur du courant de faisceau, les variations de t 1 et a2 doivent suivre 2 6 1 6 0 1 4 une relation différencielle 1/2 (df1) + d 2 = 0 Les dispositifs objet de la présente invention remplissent les deux conditions ainsi indiqués. Ils sont basés sur des déphaseurs couplés et commandés soit mécaniquement soit électriquement. Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces dispositifs on peut se référer à la figure 3 qui en représente un exemple de réalisation. des signaux proportionnels aux - signaux d'entrée du deuxième Té magique T2 sont prélevés par des coupleurs 1 et 2 et sont comparés en phase par un discriminateur de phase 3. Le signal de sortie du discriminateur 3, appliqué préalablement dans un amplificateur 4, commande un moteur 5 qui actionne un des déphaseurs, par exemple le deuxième déphaseur D1. Le premier déphaseur D2 est actionné en fonction du mouvement du deuxième déphaseur D1 par un coupleur mécanique 80 qui réalise la loi de couplage indiquée précédemment. Pour le réglage initial des phases des déphaseurs on se sert du signal prélevé à l'entrée de la charge 90 par un coupleur 6. Ce signal, détecté par une diode 7, est visualisé sur le contrôleur 70. Le réglage initial peut se faire avec n'importe quel courant de faisceau donné, mais avantageusement avec un courant de faisceau nul. Ce réglage permet de fixer les positions initiales des déphaseurs D1 et D2 l'un par rapport à l'autre. Ces positions sont obtenues lorsque le contrôleur 70 indique un signal nul. Le contrôleur 70 peut rester à demeure pour le contrôle permanent ou pour ne servir que pendant le réglage initial. On pourrait aussi utiliser le signal disponible à la sortie de la diode 7, pour commander le moteur 5 à la place du discriminateur de phase 3. Cependant ce procédé, qui serait tout à fait possible, offre moins de sensibilité car il agit comme un discriminateur d'amplitude et non pas comme un discriminateur de phase. 26 1 6 0 1 4 La figure 3 montre un exemple de réalisation possible du coupleur 80. Les déphaseurs D1 et D2 sont des déphaseurs à tiges diélectriques coulissantes 12 et 13. Ces tiges comportent des prolongements 14 et 15 qui sont par exemple des crémaillères. Ces crémaillères sont actionnées par le moteur électrique 5 par l'intermédiaire de deux roues d'engrenage de transmission 16 et 17 de rapport 2 (dans le cas ou les deux tiges diélectriques sont identiques) de manière à ce qu'un avancement d dans le déphaseur D1 entraîne un recul d l'application d'addition évoquée. On peut bien entendu étudier des déphaseurs commandés électriquement. Par exemple de tels déphaseurs seraient constitués par des circuits magnétisés par un champ magnétique produit par un électro-aimant. La figure 5 montre un exemple de réalisation de tels déphaseurs. Le système représenté n'est autre que la traduction en circuit électrique du dispositif électromécanique des exemples précédents. Le système est identique aux précédents jusqu'au moteur 5. Ce moteur 5 commande le débit de sortie d'une alimentation à courant continu 23. Le déphaseur D1 est connecté à cette alimentation 23 et possède un enroulement 24, produisant un champ magnétique qui pilote son déphasage, en série avec une résistance 25. Le déphasage introduit par le déphaseur D1 apparait sous la forme de la tension disponible aux bornes de la resistance 25. La tension disponible aux bornes de 25 est amplifiée par un comparateur d'amplitude 26, avec seuil de consigne réglable 27. Le premier déphaseur D2 possède également une bobine 34 alimentée par une alimentation à courant continue 33, et en série avec une résitance 35. Le signal prélevé aux bornes de la résistance 35 est également transmis à un comparateur 36 o il est comparé à une grandeur de consigne 37 également réglable. La sortie du comparateur 36 est Introduite dans un discriminateur d'amplitude 28. Les accès du discriminateur d'amplitude 28 sont modulés par des coefficients pondérateurs respectivement 1/2 et - 1. Le signal disponible à la sortie du discriminateur 28 est donc proportionnel à(d t 1)/2 + d 2' Il sert à commander le débit de sortie de l'alimentation 33 par l'intermédiaire d'un moteur 39. REVENDICATIONS 1 - Disposltif perfectionné de combinaison de deux signaux alternatifs (V1,V2) de même fréquence comportant- successivement: - un premier déphaseur (D2) réglable pour déphaser le premier (V1) de ces signaux par rapport au deuxième (V2), - un premier moyen (T1) de combinaison muni de deux entrées pour recevoir les deux premiers signaux, et deux sorties pour délivrer un troisième (V3) et un quatrième (V4) signal, - un deuxième déphaseur (D1) réglable pour déphaser le troisième signal par rapport au quatrième signal, !0 - et un deuxième moyen (T2) de combinaison muni de deux entrées pour recevoir le troisième et le quatrième signal, et de deux sorties pour délivrer un cinquième (V5) et un sixième (V6) signal, ce cinquième et ce sixième signal étant des combinaisons des deux premiers signaux selon un mode qui dépend des réglages des deux déphaseurs régables, caractérisé en ce que - il comporte des moyens (80) pour coupler les deux déphaseurs. 2 - Dispositif selon la revendication i caractérisé en ce que la combinaison est une addition en puissance, un des signaux de sortie du deuxième moyen de combinaison représentant la somme des deux premiers signaux, l'autre signal de sortie étant nul, et en ce que les moyens de coupler comportent des moyens pour que la somme du déphasage (,2) imposée par le premier déphaseur avec la moitié du déphasage ((e1) Imposé par le deuxième déphaseur soit égale à IT /2 modulo 2kiT. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce les moyens pour coupler comportent un dispositif (3) discriminateur de phase pour mesurer la phase relative entre le troisième et le quatrième signal, avant ou après l'action du deuxième déphaseur, et pour agir sur cet état de couplage en fonction de cette mesure. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'au moins un des déphaseurs est un déphaseur à quartz. - Dispositif selon l'une quelconque des 1O revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'au moins un des déphaseurs est un déphaseur à ferrite. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens pour coupler comportent un coupleur mécanique (14-22). - 7 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le coupleur mécanique comporte deux vis sans fin (18-19). 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le coupleur mécanique comporte deux crémaillères (14-15). 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens pour coupler comportent des moyens de couplage électroniques (figure ). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte un discriminateur d'amplitude (7-70) couplé avec le cinquième signal pour effectuer le réglage du dispositif. 11 - Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans un accélérateur linéaire.