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Limiteurs.
La présente invention concerne de façon générale des dispositifs pour limiter l'amplitude des signaux, et plus parti- culièrement des dispositifs limiteurs d'amplitude de signaux ayant des propriétés les rendant particulièrement indiqués dans les circuits à ultra haute fréquence.
Il est connu d'utiliser des redresseurs comme limi- teurs de tension à des niveaux de signal relativement élevés; dif- férents types de redresseurs ont été employés dans ce but. Des tubes électroniques, habituellement des diodes, ont été souvent utilisés dans le même but. La limitation des signaux a aussi été réalisée au moyen de redresseurs ou d'autres éléments de circuit non linéaires, qui ne sont pas des diodes, particulièrement au
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moyen de redresseurs secs, redresseurs au plomb- oxyde de cuivre, ou thyrites.
Aucun de ces dispositifs de limitation connus ne peut convenir en cas de fréquences de signal élevées, de l'ordre de 50 à 1.000 mégacycles (mc) à cause de la capacité interne con- sidérable.des limiteurs. Le degré de surtension, ou facteur Q, d'un circuit résonnant couplé au circuit d'entrée d'un tube élec- tronique de commande est limité par la capacité grille-terre du tube, qui peut être de l'ordre de 4 mmfd (micro-microfarads).
En mettant un dispositif limiteur en parallèle sur la capacité grille-terre, on diminue le Q du circuit résonnant en augmentant sa capacité, ce qui diminue le gain du tube. Cet effet de diminu- tion devient de plus en plus important quand la capacité intro- duite par le limiteur devient aus-si grande ou plus grande que la capacité grille-terre du tube.
Il est donc utile de pouvoir disposer d'un limiteur de signaux à capacité interne très faible, relativement à la capacité grille-terre de tubes à vide pour ultra hautes fréquences, cette capacité étant inférieure à 1 mmf.
.L'invention est basée sur la découverte que l'on peut réaliser un redresseur, ou dispositif non linéaire, avec une capacité shunt suffisamment faible (environ 0,5 mmf) et ayant les autres propriétés intéressantes d'un limiteur, au moyen de redresseurs à cristal du type utilisé jusqu'ici comme mélan- geurs, particulièrement dans 1'appareillage à micro-ondes ra- dar, et portant la désignation commerciale 1N21 L'invention n'est cependant pas limitée au redresseur à cristal spécialement indiqué ci-dessus, qui n'est cité qu'à titre d'exemple.
Le redresseur à cristal mentionné offre une résistance élevée de l'ordre de 20.000 à 100. 000 ohns pour des niveaux de signal de 0 à 0,05 volt, la résistance en sens nornal du re-
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dresseur tombant à 50 ohms ou moins, pour des niveaux de signal de l'ordre du volt.
Le circuit limiteur brièvement décrit ci-dessus peut être utilisé dans plusieurs arrangements et combinaisons, pour différentes applications. Par exemple, si l'on veut obtenir un limiteur extrêmement efficace, on peut mettre en parallèle deux ou plusieurs cristaux. Un limiteur symétrique peut être réalisé au moyen de cristaux mis dos à dos, ou montés en pont, de ma- nière classique.
L'invention peut être appliquée, par exemple, à un récepteur radar, dans le but de réduire, à hauteur du récepteur, l'intensité des impulsions directement émises, de 10 décibels ou d'une quantité analogue. Le cristal sert de by-pass pour les impulsions émises directement, et présente une résistance shunt très élevée aux impulsions réfléchies d'intensité relativement faible. Comme le cristal a une capacité shunt relativement faible, le gain du ou des étages munis d'un limiteur n'est pra- tiquement pas influencé, et puisque le cristal présente une ré- sistance shunt très élevée pour les signaux de faible intensité, l'effet de by-pass sur le ou les étages est pratiquement négli- geable.
Le nouveau limiteur peut s'appliquer aussi aux récep- teurs de fréquence modulée. De tels récepteurs comprennent d'habitude un ou plusieurs étages limiteurs, dans la chaîne moyenne fréquence (M.F.) Ces récepteurs peuvent être sérieuse- ment simplifiés en mettant les limiteurs dans la chaîne haute fréquence (H.F) les étages ultérieurs pouvant alors être réali- sés pour fonctionner avec une amplitude de signal maxima constante, et connue.
Si les applications du nouveau limiteur signalées jus- qu'ici se limitent aux étages haute fréquence des récepteurs, il @
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est évident qu'il peut trouver son emploi aussi dans les ampli- ficateurs M.F. des récepteurs superhétérodynes travaillant à des fréquences de l'ordre de 10 cm. et plus, ces étages M.F. fonctionnant sur des fréquences de 40 mc et plus, une valeur courante étant 60 me.
Différentes formes d'exécution de l'invention sont re- présentées, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La figure 1 est un schéma d'un étage amplificateur uti- lisant le nouveau type de limiteur.
La figure 2 représente une caractéristique tension- courant d'un redresseur à cristal type.
La figure 3 est un graphique d'ondes, montrant l'effet du limiteur, pour des niveaux de signal d'entrée élevés.
La figure 4 est un graphique d'ondes, montrant l'ac- tion du limiteur, pour des niveaux de signal peu élevés.
La figure 5 est un schéma de connexions d'un système émetteur-récepteur radar simplifié, montrant l'application du nouveau limiteur à la protection d'un récepteur contre la sur- charge due aux impulsions d'émission directe ; et
La figure 6 est un schéma de connexions d'un récepteur de fréquence modulée, montrant l'application du nouveau limiteur comme limiteur d'amplitude dans la section H.F. du récepteur.
Dans l'exemple de la figure 1, un signal est envoyé dans un conducteur 1 relié à la grille de commande 2 d'une tri- ode 3, qui comporte aussi une plaque 4 et une cathode 5. Le signal d'entrée peut être supposé à ultra haute fréquence, soit entre 50 et 1.000 mc; le circuit fonctionnera cependant de manière satisfaisante à des fréquences plus basses. La cathode 5 est mise à la terre par l'intermédiaire d'un circuit polari- sateur classique 6, et un signal est appliqué, par le conduc- teur 1, aux bornes d'un circuit accordé parallèle comprenant
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une self réglable 7 et la capacité interne grille-cathode 8 de la triode 3.
Le tube 3 est choisi de manière à présenter une capacité interne grille-cathode 8 extrêmement faible, de manière à pouvoir travailler dans la gamme haute fréquence désirée. Dans un cas particulier, cette capacité était d'une valeur d'environ 4 mmf.
Si la capacité du circuit accordé augmente, son Q diminue, à une fréquence donnée quelconque, de sorte que le gain de l'étage amplificateur représenté à la figure 1 est une fonction inverse de la valeur de la capacité 8.
Un cristal est placé aux bornes de la self 7. Il est connecté de façon que la résistance en sens normal aille de la grille vers la terre. Pour des niveaux de signal faibles (0 à 0,05 volt), le cristal 9 se comporte comme une résistance de valeur élevée (20.000 à 100.000 ohms), combinée à une ca- pacité shunt d'environ 0,5 mfd de sorte que le cristal n'a pratiquement pas d'effet sur le circuit accordé et se présente plutôt comme un circuit ouvert. A des niveaux de signal d'en- trée élevés, soit à partir de 1 volt, la résistance en sens nor- mal du cristal 9 tombe à 50 ohms, ou moins, et court-circuite pratiquement le circuit accordé d'entrée.
Les variations de résistance du cristal 9 sont repré- sentées à la figure 2 qui donne une caractéristique E-I du cristal, dont la pente (par rapport à l'axe des I) représente la résistance.
En étudiant la courbe caractéristique de la figure 2, on voit clairement que la résistance du cristal varie de façon extrê- mement brusque aux environs d-e 0,05 volt.
En appliquant, par exemple, une tension sinusoïdale entre le conducteur 1 et la terre (voir 10 de la figure 3) d'une amplitude d'un volt, par exemple, la demi-période positive de l'onde sinusoïdale 10 rencontre un court-circuit pratique, pro- duit par le cristal 9, et la tension réelle appliquée entre
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grille et cathode est celle représentée en 11. La demi-période négative de l'onde sinusoïdale 10 est pratiquement inaltérée.
Si l'amplitude de l'onde sinusoïdale est faible, comme en 12 de la figure 4. soit 0,05 volt, ou moins, le cristal garde son impédance élevée, et l'onde d'entrée reste pratiquement pure et inaltérée , . comme en 13.
La figure 5 représente un système radar, utilisant un amplificateur haute fréquence conforme à l'invention, dans sa partie réception.
L'émetteur d'impulsions 20 est couplé à un radiateur 21, par l'intermédiaire d'une ligne de transmission 22. Une autre ligne de transmission 23 est couplée à la ligne 22 en un point de jonction 24, se trouvant à une distance 2 de l'émetteur 20.
A une distance 4 se trouve connectée une boîte E-R (commuta- teur émission-réception) 25, qui fonctionne de manière connue pour empêcher le passage direct des signaux émis par l'émetteur 20, vers le récepteur. Comme le fonctionnement d'une boite E-R, et la nature de son raccordement dans un système radar sont bien connus, et ne font pas partie de la présente invention, on peut se dispenser d'une description plus détaillée.
La ligne au-delà de la boite E-R 25 est couplée à un amplificateur H-F semblable en tous points à celui représenté à la figure 1 des dessins et décrit ci-dessus.
A l'émission d'une impulsion par l'émetteur 20, une énergie importante est perdue dans la boîte E-R 25, qui peut, en l'absence de précautions spéciales et dans le cas de récep- teurs classiques à gain élevé, saturer temporairement ceux-ci.
Ce défaut peut être évité en ajoutant à la boîte E-R un cristal 9, conformément à l'invention. Pour des signaux d'amplitude élevée, c'est-à-dire en réponse à des impulsions émises directe- ment par l'émetteur 20, le cristal 9 est porté à une tension
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telle que sa résistance est faible et qu'il se comporte comme un court-circuit pour l'entrée du récepteur., empêchant la satu- ration. On peut donc dire dans ce cas que le cristal joue le rôle d'une boîte E-R supplémentaire.
Dans certains cas, spécialement si le récepteur et l'émetteur du système radar ont des antennes indépendantes, la boîte E-R devient superflue, et le cristal 9 travaille, en fait, comme une boîte E-R, interdisant aux impulsions émises directe- ment l'accès au récepteur.
La sortie de l'amplificateur H.-F. est appliquée, par un condensateur de couplage 26 approprié, à un convertisseur 27, un amplificateur M.F. un amplificateur vidéo 30, et ensuite à un système indicateur de radar du type voulu de manière bien connue.
La figure 6 représente un récepteur de fréquence modu- 1ée pouvant travailler à 50 me. et plus, et utilisant, comme limiteur, un cristal 9, conformément à la présente invention.
La sortie de l'étage amplificateur H.F. est réellement limitée par le cristal 9, ou, si on le désire, par deux de ces cristaux mis en parallèle.
La sortie de L'amplificateur est donc prête à être convertie en moyenne fréquence, dans un convertisseur 31, les signaux moyenne fréquence étant amplifiés dans un amplificateur 32, détectés dans un détecteur de fréquence modulée 33, et en- suite amplifiés et transformés en signaux audibles ou visibles, ou en signaux de commandée suivant les nécessités. Les étages amplificateurs M.F. n'ont pas besoin de limiteurs, alors que c'est normalement le cas.
En utilisant des cristaux peu coû- teux,n'exigeant ni courant de chauffage, ni tensions de com- mande, ni potentiels de polarisation, on peut supprimer les. étages classiques ou habituels de limitation par diodes, ou semblables, ce qui abaisse le prix de revient des récepteurs @
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F.M (à modulation de fréquence).
Bien que la description des diverses formes d'exécution de l'invention ait été basée sur l'hypothèse que le limiteur de signaux doit se trouver dans les étages H.F. des divers récepteurs, il est clair que ceci n'est pas une caractéristique essentielle du limiteur. Au contraire, le limiteur peut être utilisé dans
EMI8.1
les étages 1.1.F., où la fréquence 1'/1. F. est suffisaMment élevée pour que l'utilisation du limiteur soit avantageuse.
Il n'est pas rare, par exemple, d'employer dans des récepteurs à micro- ondes de 10 cm au moins, des moyennes fréquences de 60 mc Dans ce cas, si un limiteur est utile ou nécessaire,il s'avérera avantageux d'employer le limiteur à cristal de la présente inven- tion dans l'étage M.F. à fréquence très élevée, les systèmes limiteurs antérieurement utilisés ne convenant pas à ces fré- quences, comme il a été exposé ci-dessus. Pour cette dernière application, l'étage amplificateur de la figure 1 des dessins peut représenter un amplificateur M.F. plutôt qu'un étage ampli- ficateur H.F.
Quoique l'on ait décrit et représenté certaines formes d'exécution et applications de l'invention, il est évident que des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le tube 3, représenté comme une triode, peut être une tétrode, ou une pentode, ou, si on le désire, tout autre type de tube convenant spécialement aux très hautes fréquences, comme les klystrons et leur équivalent, dans les- quels il est important que la réactance shunt d'entrée conserve une valeur faible.