Brevet FR2677192A1 — publié le 19921204

La présente invention se rapporte à un générateur hyperfréquence utilisant une source hyperfréquence directement installée dans la cavité résonante. On connaît de nombreux générateurs hyperfréquence utilisant comme élément source un composant semi-conducteur. Il s'agit des diodes connues, par exemple, sous les dénominations IMPATT, LSA, les diodes tunnel, les diodes à effet GUNN et divers autres composants présentant une résistance négative. La diode émettrice est installée à l'intérieur d'un volume fermé raccordé à une cavité résonante attenante par l'intermédiaire d'un coupleur spécifique ajustable. Selon le brevet américain N O 3 534 293, inventeur HARKLESS, l'élément source hyperfréquence est monté dans son circuit d'alimentation en série avec une tige rectiligne rayonnante disposée coaxialement dans un volume cylindrique Cette tige rayonnante constitue l'antenne de couplage présente dans une chambre attenante à une cavité résonante cylindrique. En raison de son rôle et de sa position, cette chambre constitue un prérésonateur. Ce prérésonateur comporte une sortie transversale débouchant dans un conduit intermédiaire réglable et raccordé transversalement à une cavité résonante cylindrique à volume variable dont la sortie est reliée à la charge. Ce prérésonateur présente des caractéris- tiques adaptées pour la gamme de fréquences envisagées. Il assure un filtrage des modes indésirables. On accorde le coupleur par vis sur telle ou telle fréquence pour sélectionner les modes qui seront excités dans la cavité résonante. Ce type de générateur à prérésonateur présente l'inconvénient d'une sélectivité importante en fréquence. Ainsi, ces générateurs ne peuvent plus fournir au-delà d'un certain niveau, une puissance constante sur une large gamme de fréquences. Or, certaines applications réclament le maintien d'une puissance suffisante s'étendant sur une large plage de fréquences tout en présentant un très bas bruit de phase. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un générateur hyperfréquence de grande stabilité et de puissance significative sensiblement constante sur toute la bande de fréquences s'étendant de 9 à 10 G Hz. Le générateur hyperfréquence selon l'invention se montre remarquable en ce que la source hyperfréquence est située directement à l'intérieur de la cavité résonante du résonateur dans une entaille prévue dans l'épaisseur d'une de ses parois et en ce que cette cavité est couplée directement à la sortie. Le générateur selon l'invention présente de nombreuses caractéristiques de performances et beaucoup d'avantages: couplage direct de l'élément source hyperfréquence au résonateur; puissance de sortie importante pour ce type de générateur ( 500 m W) lui permettant de remplacer dans certains cas un klystron reflex; très bas bruit de phase ce qui correspond à une excellente définition de fréquences; grande largeur de bande d'accord; bonne stabilité: peu de dérive en fréquence. Il allie les principaux avantages constamment recherchés: puissance, bas bruit de phase, grande largeur de bande d'accord. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective du corps de l'oscillateur hyperfréquence, cavité résonante ouverte, vue de côté; La figure 2 est une vue en perspective de la cavité résonante fermée, vue de 1 ' arrière, bloc mécanique représenté transparent; la figure 3 est une vue en perspective de la plaque de fermeture fixe; la figure 4 est une vue schématique en coupe longitudinale passant par la ligne des entailles de la cavité résonante; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la plaque de fermeture fixe selon une tranche passant au niveau de l'élément source; la figure 6 est une vue schématique en coupe transversale suivant un plan médian de la plaque de fermeture mobile; la figure 7 est une vue schématique en coupe suivant un plan passant par la ligne des entailles de la plaque de fermeture fixe; la figure 8 est une vue de détail en plan montrant le relief de face avant de la plaque de fermeture fixe; la figure 9 est une vue générale d'ensemble en perspective simplifiée du générateur, illustrative d'une variante présentant un élément source placé dans une entaille prévue dans la paroi latérale de la cavité résonante; la figure 10 est une vue en coupe transversale suivant un plan perpendiculaire à l'axe du cylindre et passant par l'élément source. Le générateur hyperfréquence, selon l'invention, se présente sous la forme d'un bloc mécanique 1 délimitant une enceinte à volume variable utilisée en cavité résonante 2 de forme générale cylindrique présentant une surface latérale 3 obturée à l'une de ses extrémités par une plaque transversale de fermeture réfléchissante et fixe 4 contenant, selon une première variante, un élément source hyperfréquence 5 disposé dans une entaille 6 dite de source, pratiquée dans l'épaisseur de sa paroi L'enceinte délimitée par le corps 1 est obturée à son autre extrémité par une plaque transversale de fermeture réfléchissante et mobile 7. La deuxième plaque de fermeture 7 est mobile le long de la paroi latérale intérieure de l'enceinte cylindrique à la manière d'un piston. La plaque de fermeture 7 est réalisée en métal et entourée d'une bague d'ajustement 8, en ferrite absorbante, à la section de la cavité résonante. Cette plaque de fermeture mobile 7 permet d'accorder la cavité résonante sur une fréquence déterminée sur une plage de fréquences de 9 à 10 G Hz. Chaque plaque de fermeture présente un relief général en assiette comprenant une bordure annulaire incurvée 9, un fond plat 10 et une protubérance centrale 11 de forme générale conique. La plaque de fermeture fixe 4 comporte en plus de l'entaille de source 6, une entaille dite d'accord 12 Ces entaille sont radiales dirigées suivant un même diamètre et disposées de part et d'autre de la protubérance centrale L'entaille 6 est appelée source car contenant l'élément source hyperfréquence 5 et l'entaille 12 est dite d'accord car contenant un élément capacitif 13 de caractéristiques variables permettant un accord rapide en fréquence. On décrira ci-après la conformation générale des entailles représentées plus particulièrement sur les vues en coupe des plaques de fermeture et sur la figure 8. Chaque entaille présente, par exemple, sur pratiquement toute la longueur d'un rayon, la conformation générale d'une gorge 14 à fond plat 15 et à parois 16 et 17 parallèles et perpendiculaires au fond, formant une section de forme générale rectangulaire La gorge se termine longitudinalement par deux extrémités identiques 18 et 19 sous la forme d'une rampe inclinée légèrement incurvée. Comme indiqué ci-dessus, les deux entailles se développent selon une direction générale radiale. Elles sont situées dans le prolongement l'une de l'autre sur un même diamètre. = Selon la variante représentée, les entailles occupent chacune en longueur presque la totalité d'un rayon. Dans l'entaille 6 de source est logé, en disposition transversale, et en retrait, l'élément source hyperfréquence 5, par exemple une diode à effet GUNN ou tout autre composant approprié pouvant présenter une résistance négative. L'élément source hyperfréquence 5 présente un corps en contact physique et électrique par une de ses bornes avec le corps de la cavité qui joue le rôle de masse physique et électrique et par l'autre de ses bornes au générateur continu de polarisation via une pièce de contact 20. Le corps de l'élément source hyperfréquence 5 ainsi que celui de la capacité variable 13 sont disposés transversalement aux parois longitudinales parallèles de l'entaille en retrait par rapport aux plans d'entrée 21 et 22 respectivement de l'entaille 6 et 12 de source et d'accord comme représenté sur les figures. Dans l'autre entaille 12 dite d'accord est logé l'élément capacitif 13 variable, par exemple une capacité connue sous la dénomination VARICAP dont la valeur est modifiable par sa tension de polarisation. Cette capacité constitue le composant électronique d'un circuit d'accord à contrôle automatique de fréquence connu sous le sigle AFC Il permet de modifier rapidement les caractéristiques d'accord de l'oscillateur hyperfréquence, mais seulement dans une bande étroite de fréquences Cette capacité variable est utilisée ainsi à titre d'ajustement de la fréquence et à des fins de modulation rapide de fréquence. L'accord à l'intérieur d'une bande plus large provient du déplacement de la plaque de fermeture mobile le long de la surface latérale 3 de la cavité résonante à la manière d'un piston. Les entailles de source 6 et d'accord 12 présentent des profondeurs différentes L'entaille de source est, par exemple, moins profonde que l'entaille d'accord 12 comme le montrent les figures. D-1 autres emplacements sont possibles pour l'entaille dans laquelle se trouve placée la source hyperfréquence comme indiqué ci-après. On obtient ainsi les mêmes performances de l'oscillateur en logeant l'élément source 5 dans une entaille longitudinale 23 évidée dans la paroi interne de la surface latérale du corps cylindrique de la cavité comme représenté schématiquement sur les figures 9 et 10. Selon cette variante, l'entaille longitudinale 23 présente une forme générale identique ou analogue à celle existant dans la paroi de la plaque de fermeture fixe 4 de la première variante décrite ci- dessus Elle se trouve orientée selon une direction générale parallèle à l'axe géométrique directeur du cylindre constituant le volume intérieur de la cavité résonante. L'entaille longitudinale 23 contient l'élément source hyperfréquence 5 et, soit comme précédemment, dans une entaille adjacente la capacité variable connue sous la dénomination VARICAP, soit dans une entaille différente prévue à un autre emplacement. On décrira maintenant la sortie du générateur Le couplage de sortie s'effectue par un trou d'iris 24 accordable par une vis 25 Il débouche dans une pièce de raccordement 26 liée à un conduit de propagation hyperfréquence ou à un câble coaxial hyperfréquence 27 vers le circuit de charge ou d'utilisation. On obtient les mêmes résultats en utilisant une antenne de couplage magnétique en sortie. Les déplacements de la plaque de fermeture mobile 7 sont commandés par un micro-moteur à réducteur mécanique en prise sur un mécanisme de déplacement linéaire du piston avec asservissement à la valeur de fréquence affichée. En raison du niveau de puissance émis et pour garder la -source dans des conditions optimales de fonctionnement, un circuit de refroidissement est prévu à l'intérieur de la plaque de fermeture fixe Il s'agit d'un refroidissement à circulation d'eau présentant un conduit d'entrée 28, une chambre intérieure de refroidissement 29 et un conduit de sortie 30. Le réglage du générateur sur une fréquence donnée s'effectue de la façon suivante. On règle la cavité résonante le mieux possible pour présenter l'accord à la fréquence souhaitée à l'aide du déplacement de la plaque de fermeture mobile 7. On ajuste ensuite précisément la fréquence à l'aide du circuit de contrôle automatique de fréquence de la capacité variable du type VARICAP. Les domaines d'application visés par l'invention sont les suivants: spectroscopie dite RPE (Résonance paramagnétique électronique) applications scientifiques de mesures électroniques. Il faut mentionner par ailleurs que les caractéristiques techniques décrites ci-dessus permettent d'envisager la construction de générateurs de fréquence notablement plus élevée, ou plus basse, située, par exemple, dans la gamme des 30-40 G Hz avec un réglage possible de la fréquence sur une bande de plusieurs centaines de M Hz de part et d'autre de la fréquence nominale. Il est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Générateur hyperfréquence du type comprenant un élément source ( 5) de résistance négative attenant à une cavité résonante cylindrique ( 2) comprenant deux plaques transversales de fermeture ( 4,7) pour la réalisation de l'accord sur une bande de fréquence, caractérisé en ce que l'élément source ( 5) est installé directement dans la cavité résonante ( 2). 2 Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément source est logé dans une des parois de la cavité résonante ( 2). 3 Générateur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la cavité résonante est une enceinte cylindrique à volume variable obturée à l'une de ses extrémités par la plaque de fermeture fixe ( 4) et à son autre extrémité par la plaque de fermeture mobile ( 7). 4 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la source hyperfréquence ( 5) est logée dans une des parois latérales de fermeture de la cavité résonante. Générateur selon la revendication 4 caractérisé en ce que la source hyperfréquence est logée dans une entaille de source ( 6) dans la paroi fixe ( 4) de fermeture de la cavité résonante. 6 Générateur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la source hyperfréquence ( 5) est logée dans une entaille longitudinale ( 23) pratiquée dans la surface latérale ( 3) de la cavité résonante ( 2). 7 Générateur selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'entaille ( 23) est orientée selon la direction de l'axe géométrique directeur du volume cylindrique de la cavité résonante. 8 Générateur selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'entaille ( 6) de source est orientée selon un rayon. 9 Générateur selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'entaille ( 6) de source se développe sur pratiquement la totalité d'un rayon. 10 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'une entaille d'accord ( 12) adjacente à l'entaille ( 6) contenant la source hyperfréquence contient un élément capacitif. 11 Générateur selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'élément capacitif ( 13) est une capicité variable. 12 Générateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la capacité variable est du type connu sous la dénomination VARICAP. 13 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques de fermeture fixe ( 4) et mobile ( 7) affectent une conformation générale en assiette délimitée par une bordure annulaire incurvée ( 9) et une protubérance centrale ( 11) de forme conique. 14 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entaille ( 6) de source est moins profonde que l'entaille ( 12) d'accord. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de fermeture fixe ( 4) comprend deux entailles ( 6) et ( 12) radiales de part et d'autre de la protubérance centrale ( 11). 16 Générateur selon la revendication 15 caractérisé en ce que les entailles ( 6) et ( 12) sont disposées en prolongement l'une de l'autre sur un même diamètre. 17 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément source hyperfréquence ( 5) est situé en il position transversale médiane dans l'entaille ( 6). 18 Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la capacité variable ( 13) est située en position transversale médiane dans son entaille ( 12). Générateur selon 1 'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les corps de l'élément source hyperfréquence ( 5) et celui de la capacité variable ( 13) sont situés en retrait par rapport au plan d'entrée ( 21) et ( 22) de chacune des entailles ( 6) et ( 12).