FR2671912A1 - Dispositif a ferrite, notamment circulateur, pour systemes a hautes frequences, en particulier a hyperfrequences. - Google Patents

Abstract

Pour éliminer sur chacune des entrées d'un dispositif à ferrite, notamment un circulateur, dans un système à hautes fréquences, et en particulier à hyperfréquences, les sous-produits d'inter-modulation de fréquence gênants d'ordre impair, on prévoit sur chaque entrée A,B,C du dispositif des premiers moyens 8 qui, pour la fréquence utile FO, sont équivalents à un condensateur relié à la masse, et des seconds moyens L'C'.d'adaptation d'impédance à la fréquence utile FO et présentant une impédance élevée pour les autres fréquences.

Description

La présente invention est relative aux dispositifs à ferrite qui sont utilisés dans les systèmes à hautes fréquences, et en particulier à hyperfréquences. Elle s'applique en particulier, mais de manière non limitative, aux circulateurs de ce genre.

Ces dispositifs sont bien connus dans le domaine des hyperfréquences, et ils sont utilisés notamment dans les émetteurs radio multivoies. Ils peuvent être du type dit à paramètres ou constantes localisés ou du type dit à paramètres ou constantes répartis, comme indiqué ci-après.

Ces dispositifs sont bien connus dans le domaine des hyperfréquences et ils comportent, de l'extérieur vers l'intérieur, deux plans de masse, deux disques en ferrite et au moins un conducteur électrique relié à une charge ou à un circuit d'utilisation par trois parties qui sont situées à l'extérieur du dispositif et qui constituent trois entrées ou accès à 1200 pour le dispositif. Un champ magnétique est appliqué perpendiculairement aux plans de masse et aux plans des disques--en ferrite et du conducteur de manière qu'il se crée une interaction non réciproque pour une transmission d'énergie entre les trois entrées.

Dans les dispositifs du type dit à paramètres ou constantes localisés, il existe trois conducteurs électriques imbriqués, sensiblement coplanaires, isolés l'un de l'autre et disposés à 1200 l'un par rapport à l'autre, chacun des conducteurs étant relié à la masse par son extrémité intérieure au dispositif. Dans les dispositifs du type dit à paramètres ou constantes répartis, ou encore à triple jonction, il existe un seul conducteur sous la forme d'un disque plan relié aux trois entrées.

Dans la pratique, on sait que les composants en ferrite ne sont pas des éléments parfaitement linéaires et que, par conséquent, ils sont capables de générer des fréquences parasites qui résultent des battements entre les dif férentes fréquences des porteuses qui sont présentes simultanément.

Pour illustrer l'existence de ces fréquences parasites, ou sous-produits, on donnera l'exemple suivant. Un émetteur qui est équipé de circulateurs à ferrite émet simultanément à par exemple 100 MHz et à 101 MHz. Si on analyse le spectre des fréquences à la sortie on observe les fréquences suivantes, en MHz - les deux porteuses : Fi = 100
F2 = 101 - leurs harmoniques : 2F1 = 200
2F2 = 202 - les sous-produits d'ordre 2 : F1 t F2 = 201 - les sous-produits d'ordre 3 : 2 F1+F2 = 301
2 F2+F1 = 302
2 Fi-F2 = 99
2 F2-F1 = 102 - les sous-produits d'ordre 4 : F1+3F2 = 403
2F1+2F2 = 402
3F1 +r 2 = 401
3F1-F2 = 199
2F2-2F1 = 2 - les sous-produits d'ordre 5 :Fl+4F2 = 504
2F1+3F2 = 503
3F1+2F2 = 502
4F1+F2 = 501
4F1-F2 = 299
3F1-2F2 = 98
4F2-F1 = 304
3F2-2F1 = 103
- etc ...

On observe que les harmoniques, ainsi que les sous-produits d'ordre pair et certains sous-produits d'ordre impair, ne sont pas gênants car ils présentent une fréquence qui est très éloignée de celles des deux porteuses et peuvent donc être facilement éliminés par un filtre; de toute façon, ils sont situés hors de la bande des récepteurs.

Par contre, certains sous-produits d'ordre impair, comme cela apparaît dans l'exemple numérique ci-dessus, sont très gênants car ils présentent une fréquence qui est très voisine - de celles des deux porteuses et ne peuvent donc être facilement éliminés par filtrage. Ces sous-produits gênants d'ordre impair sont essentiellement d'ordres 3 et 5, les ordres supérieurs étant pratiquement indécelables.

L'origine de ces sous-produits s'explique, grossièrement, de la manière suivante. Dans un matériau ferromagnétique, une excitation importante du mode uniforme conduit à des instabilités par couplage paramétrique, ce qui donne naissance à des harmoniques et essentiellement à l'harmonique 2. La recombinaison de cette harmonique 2 avec la fondamentale, ou porteuse, engendre l'harmonique 3, et la recombinaison de ces harmoniques ainsi créées avec toute autre porteuse quelconque produit des battements de tous rangs, en particulier. les sous-produits ci-dessus d'ordres 3 et 5 dont on a vu que certains étaient particulièrement gênants.

La présente invention est basée sur l'idée que, si on parvient à interdire le passage d'un courant de fréquence multiple, et essentiellement de fréquence double, dans les entrées du dispositif, il ne pourra exister d'interaction appréciable dans le volume des disques en ferrite entre cette fréquence multiple et les autres porteuses qui sont présentes à la fréquence fondamentale.

A cet effet, le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'on prévoit sur chaque en trée des premiers moyens qui, pour la fréquence utile F0, sont équivalents à une capacité reliée à la masse, et des seconds moyens, reliés à la charge ou au circuit d'utilisation, d'adaptation d'impédance à la fréquence fondamentale F0 et présentant une impédance élevée pour les autres fréquences, notamment l'harmonique 2, c'est-àdire pour la fréquence 2 FO.

On élimine ainsi sur chacune des entrées tout courant de fréquence multiple , en particulier de fréquence double , ce qui interdit la création des sous-produits cidessus.

Dans le cas d'un dispositif du type dit à paramètres localisés, les premiers moyens sont constitués par un circuit série relié à la masse qui, pour la fréquence fondamentale F0, est équivalent à une capacité et qui est constitué par un condensateur en série avec un circuit parallèle LC accordé à la fréquence 2 FO, et les seconds moyens sont constituéspar un circuit habituel d'adaptation d'impédance,par exemple un circuit série du type LC.

Dans le cas d'un dispositif dit à paramètres répartis, les premiers et les seconds moyens ci-dessus sont constitués par une conformation géométrique particulière des entrées, à savoir au moins une paire d'éléments constitués par un élargissement équivalent à un condensateur relié à la masse, et par une patte transversale équivalente à une self en série.

On comprendra bien l'invention à la lecture du complément de description qui va suivre et en référence au dessin annexé qui fait partie de la description et dans lequel :
Fig. 1 est une vue axiale très schématique d'un dispositif à ferrite du type à paramètres localisés auquel l'invention est appliquée ;
Fig. 2 est une coupe axiale schématique du dispositif de la Fig. 1 ;
Fig. 3 est une vue analogue à la Fig. 1 et montre, également très schématiquement, un dispositif du type de la
Fig. 1 et établi selon l'invention
Fig. 4 est une coupe axiale schématique d'un dispositif à ferrite du type à paramètres répartis auquel l'in- vention est appliquée ; et
Fig. 5 est une coupe selon V-V de la Fig. 4.

On rappellera tout d'abord, en référence aux Figs.1 et 2, la structure et le fonctionnement d'un dispositif à ferrite du type à paramètres ou constantes localisés, utilisé dans un système à hautes fréquences, et en particulier à hyperfréquences.

Ce dispositif comporte de chaque côté, de l'extérieur vers l'intérieur, deux plans de masse 1,2, deux disques en ferrite 3,4 et trois conducteurs électriques 5,6 et 7 qui sont sensiblement coplanaires, qui sont électriquement isolés l'un de l'autre à l'intérieur du dispositif et qui sont disposés à 120n l'un par rapport à l'autre. A l'intérieur du dispositif, les conducteurs 5,6 et 7 sont imbriqués, tout en étant isolés. Cette imbrication peut se faire de diverses façons connues, sans qu'il soit nécessaire de les décrire ici.

L'extrémité de chaque conducteur 5,6 et 7 qui est située à l'intérieur du dispositif est reliée à la masse, tandis que la partie de chacun de ces conducteurs qui est située à l'extérieur du dispositif constitue une entrée ou un accès A,B ou C pour le dispositif. Un champ magnétique h est appliqué au dispositif, perpendiculairement aux plans de masse 1,2 et aux plans des disques 3,4 et des conducteurs 5,6 et 7.

L'imbrication des conducteurs 5,6 et 7, la présence des disques en ferrite 3,4 et des plans de masse 1,2, ainsi que l'application du champ magnétique hgcréent une interaction non réciproque par paire entre les conducteurs 5,6 et 7 de sorte que, comme montré par les flèches sur la Fig. 1, l'énergie du conducteur 5 est transmise au conducteur 6, l'énergie du conducteur 6 est transmise au conducteur 7, et l'énergie du conducteur 7 est transmise au conducteur 5.

Selon l'invention, dans le but d'éviter sur chacune des entrées A,B et C la naissance d'un courant de fréquence multiple de la fréquence porteuse, essentiellement de fréquence double, et pour éviter ainsi la création des sousproduits d'intermodulation décrits ci-dessus, on relie chacune des entrées du dispositif, d'une partie la masse par un circuit série 8 qui, pour la fréquence nominale F0, est équivalent à une capacité et qui est constitué par un condensateur C1 en série avec un circuit parallèle LC qui est accordé à la fréquence 2F0 et, d'autre part, à la charge ou au circuit d'utilisation qui est connecté sur l'entrée A,
B ou C par un circuit L'C' d'adaptation d'impédance qui est accordé à FO et qui présente une impédance élevée aux autres fréquences, et notamment à la fréquence 2FO.

De manière habituelle, le circuit L'C' d'adaptation d'impédance est avantageusement constitué par un condensateur en série avec une self.

Le dispositif ci-dessus selon 1 invention fonctionnant de manière symétrique, les valeurs de C1, LC et
L'C' sont les mêmes pour chacune des trois entrées.

Avec le dispositif selon l'invention ci-dessus décrit, les circuits 8 éliminent les courants de fréquences multiples pour lesquels les circuits L'C' présentent une impédance élevée et, par contre, les courants de fréquence utile FO traversent sans difficulté les circuits L'C'. On éli mine ainsi sur chacune des sorties A,B et C les fréquences d'ordre multiple, et par conséquent la création des harmoniques et des sous-produits.

On décrira maintenant, en référence aux Figs. 4 et 5, l'application de l'invention à un dispositif à ferrite du type à paramètres ou constantes répartis, également dit du type à triple jonction.

Comme montré sur ces Figures, ce dispositif comporte de chaque côté, de l'extérieur vers l'intérieur, un aimant permanent 9 pour la création du champ magnétique transversal h, un plan de masse 10, analogue aux plans de masse 1,2 de la
Fig. 2, un disque central en ferrite 11, entouré d'un anneau circulaire coaxial 12 en matériau diélectrique, un conducteur central plein 13 étant disposé dans un plan transversal, parallèlement aux faces coplanaires de chaque paire d'éléments constituée par un disque en ferrite 11 et son anneau 12 en matériau diélectrique.

Comme montré sur la Fig. 5, le conducteur 13 est constitué par un disque circulaire central 14, d'un diamètre correspondant sensiblement à celui des disques en ferrite 11, et par trois branches 15, d'un seul tenant avec le disque central 14, qui sont disposées à 1200 et dont les extrémités constituent les accès ou entrées A,B et C au dispositif. Comme montré schématiquement, les entrées A,B et C sont reliées chacune à un circuit de charge ou d'utilisation par un connecteur 16.

Selon l'invention, sur chaque branche 15, entre le disque central 14 et l'entrée A,B ou C, on prévoit, par une conformation géométrique particulière des entrées, des premiers et des seconds moyens permettant, comme dans le mode de réalisation des Figs. 1 à 3, d'éliminer tout courant de fréquence double, ce qui interdit la création des sousproduits parasites mentionnés précédemment.

Dans le mode de réalisation représenté sur les
Figs. 4 et 5, les premiers moyens sont constitués par un élargissement 17 de la branche 15, cet élargissement présentant des caractéristiques géométriques telles qu'il est équivalent, pour la fréquence fondamentale F0, à un condensateur relié à la masse; cet élargissement 17 est situé à itextérieur du contour des anneaux diélectriques 12.Quant aux seconds moyens, ils sont constitués, pour chaque branche, par une mince patte transversale 18 qui s'étend d'un seul côté de la branche 15 et dont les caractéristiques géométriques, essentiellement la distance par rapport au disque central 14 et la longueur, sont telles que cette patte est équivalente à une self en série accordée à la fréquence fondamentale F0. Comme représenté sur la Fig. 5, les pattes 18 sont situées à l'intérieur du contour des anneaux diélectriques 12.

Dans le mode de réalisation des Figs 4 et 5, comme dans celui des Figs. 1 à 3, on élimine ainsi sur chacune des entrées A,B et C, tout courant d'une fréquence différente de FO.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation, non plus qu'au mode d'application, qui ont été décrits ; on pourrait au contraire concevoir diverses variantes sans sortir pour autant de son cadre.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Dispositif à ferrite, notamment circulateur, pour systèmes à hautes fréquences, en particulier à hyperfréquences, comportant, de l'extérieur vers l'intérieur, deux plans de masse (1,2,10), deux disques en ferrite (3,4,11), et au moins un conducteur électrique (5,6,7,13) relié à une charge et / ou à un circuit d' utilisation par trois parties qui sont situées à l'extérieur du dispositif et qui constituent trois entrées ou accès (A,B,C) à 1200 pour le dispositif, et un champ magnétique (h) étant appliqué perpendiculairement aux plans de masse et aux plans des disques en ferrite et du conducteur pour créer une interaction non réciproque de transmission d'énergie entre les trois entrées (A,B,C), caractérisé par le fait que, pour éliminer sur chacune desdites entrées les sous-produits d'intermodulation de fréquence gênants d'ordre impair, on prévoit sur chaque entrée (A,B,C) des premiers moyens (8,17) qui, pour la fréquence utile F0 , sont équivalents à un condensateur relié à la masse, et des seconds moyens (L'C',18) 62EdaptstIon d'impédance à la fréquence utile

FO et présentant une impédance élevée pour les autres fréquences.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les seconds moyens présentent une impédance élevée à la fréquence 2fi .

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, du type dit à constanteslocalisées,comportant trois conducteurs électriques (5,6,7) imbriqués, sensiblement coplanaires, isolés l'un de l'autre et disposés à 1200 l'un par rapport à l'autre, chacun de ces conducteurs étant relié à la masse à son extrémité intérieure au dispositif, caractérisé par le fait que les premiers moyens sont constitués par un circuit série (8) qui est constitué par un condensateur (C1) en série avec un circuit paral lèle LC accordé à la fréquence 2FOXet etque les seconds moyens sont constitués par un circuit série L'C'.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le circuit d'adaptation d'impédance est un circuit série du type LC.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, du type dit à constantes réparties comportant un conducteur électrique unique (13) constitué d'un seul tenant par un disque central (14) et trois branches (15 ) àffl1200 aboutissant chacune à une entrée (A,B,C), le disque central (14) étant disposé entre les deux disques en ferrite (11) et les branches (15) s'étendant radialement vers l'extérieur en passant entre deux anneaux diélectriques (12) , caractérisé par le fait que lesdits premiers et seconds moyens sont constitués par une conformation géométrique particulière des branches (15), à savoir par au moins une paire d'éléments constituée respectivement par un élargissement (17) équivalent à une capacité reliée à la masse, et par une patte transversale (18) qui est en regard des anneaux diélectriques (12) et qui est équivalente à une self en série.