APPAREILS DE M E S U R E S POUR LES HYPERFR]~QUENCES *

par Maurice B O U I X Agr6g6 de l 'Univcrsi t6 **

SOMMAIRE. - - L'auteur a $t~ ameng dt construire des instruments de mesure en hyper[rgquences afin d'gtudier des glgments des radars et balises /onctionnant sur ondes centimgtriques, l l prgcise d'abord les deux bandes de ]rgquences utilisges, 10 c m e t 3 cm, et indique les probl~mes posgs par les circuits hyper[rgquences d'un radar. 11 dgcrit l'ondem~tre dt cavit6 utilisg dans la mesura de la [r$quence, expose les dif[grentes mgthodes des mesures d'impgdances, parle ensuite des lignes de mesure dt /ente et des bancs de mesures des ondes stationnaires qu'il a construits pour les bandes consid~rges. L'auteur donne ensuite les principes essentiels des appareils utilisgs pour mesurer les puissances, du c( pulsoscope ~) ou ~ indicateur d' enveloppe ~> destind d mesurer la largeur d'une impulsion, et de l'analyseur de spectre desting 5 analyser cette m~me impulsion. 1l conclut en [aisant le point des rgsultats obtenus et en indiquant les ]uturs travaux prgvus pour poursui~,re l' gtude de cette question.

~ . I N T R O D U C T I O N . - - Un des probl~mes qui s 'est pos6 h la Division (( D6tec t ion 61ectromagn6tique )) du Centre Nat ional d ' ls des T616communi- cations est celui de l '6 tude et de la cons t ruct ion des 616ments hyper f r6quences des radars et balises fonc t ionnan t sur ondes cent im6tr iques . Pour faire ce t te 6rude, il nous fallait des in s t rumen t s de mesure convenan t aux fr6quences employ6es. Comme il nous a 6t6 p r a t i q u e m e n t impossible d 'ob ten i r ces appareils , soit parce que les dollars n6cessaires h l ' a cha t de ces ~nstruments ~ t '6 t ranger nous ont manqu6, soit parce que les d61ais demand6s par l ' industr ie fran~aise 6ta ient t r op longs ou exigeaient des cr6dits t rop impor tan t s , nous avons 6t6 conduits

6tudier et h construire nous-mgmes les appareils don t nous avions besoin. Les solutions que nous avons adopt6es peuven t pr6senter de l ' int6rgt pour d ' au t res techniciens des hyperf r6quences . C'est pourquoi il nous a pa ru uti le de par ler de nos efforts, 'des difficult6s rencontr6es et des r6suha ts obtenus dans cet te voie.

2. LES RANDES DE FREQUENCES UTILISI~ES. - -

A v a n t d 'al ler plus loin, il est n6cessaire de fixer les fr6quences sur lesquelles nous t ravai l lons ; on les a appel6es hvper]rdquences , et on peu t les d6finir comme les fr6quences qui co r responden t h des longueurs d 'onde de l ' o rdre des dimensions des apparei ls usuels ; ce sont aussi des fr6quences pour lesquelles les lignes de t ransmiss ions bifilaires pr6- sen ten t t rop de per tes pa r r a y o n n e m e n t et off l 'on doi t recour i r aux lignes coaxiales ou aux guides d~ondes. Nous placerons a p p r o x i m a t i v e m e n t les l imites de la gamme des hyper f r6quences h t .000 Mc/s vers les f r6quences les moins 61ev6es et h 30.000 Mc/s vers les hautes fr6quences, ce qui correspond en longueur d 'onde h la gamme comprise en t re 30 cm ~t I cm.

Dans t ou t cet in terva l le , les radars n 'u t i l i sent gu~re pour le m o m e n t que deux bandes : la bande appel6e cc de dix cent im~tres ~> q u ' o n peu t l imi ter

* Cet article a fait l ' ob je t d ' une communica t ion au Congr6s d ' t~lectronique et de Radio61ectricit6, le 19 janvier t950.

** Ing6nieur en Chef at~ C. N. E. T., Division Ddtection ~lectromagn~tique.

peu pros h 9 et t i c m (ou encore h 3.300 et 2.700 Mc/s), et la bande appel6e cc de trois centi- m~tres )) qu 'on peut l imi ter ~ peu pros entre 3,0 et 3,4 cm (ou encore entre 8.800 et i0.000 Mc/s). Les bandes que nous venons de d6finir cont iennent les bandes bien connues S et X.

3. LES P RO BLI~.M ES laOSES PAR LES CIRCUITS HYPERFR]~QUENCES D'UN RADAR. - - La figure 1 repr6sente le sch6ma d 'ensemble des circuits hyper- fr6quences d 'un radar .

L '6 ine t teur est un tube sp6cia l : magn6tron, k lys t ron ou tube h disques scell6s, qui pr6sente

FIG. 1. - - Sch6ma quences d 'un radar.

__~ANTENNE

~ECEP~

de principe des 616ments hyperfr~-

une sortie hyperf r6quence soit sur un coaxial, soit sur un guide. L ' impuls ion hyperf r6quence sor tan t du magn6t ron se dirige, par une ligne de t ransmiss ion c o m p o r t a n t quelquefois un dispositif d ' an t i -TR, vers la jonct ion en T, le jo int t ou rnan t H F et l ' antenne. A la r6cept ion, le signal hyper- fr6quence capt6 par l ' an t enne se dirige, par le jo int t o u r n a n t HF, la jonc t ion en T et le dispositif de TR, vers le d6tecteur , qui est p r a t i q u e m e n t un cri~tal ; ce signal est d6tect~ et ensui te amplifi6 dans le r~cepteur, quc nous n ' av o n s pas figur6, car l 'amplif icat ion aux hyper f r6quences n 'es t pas encore entr6e dans la technique du radar . Les dispositifs TR et an t i -TR cons t i tuent en fai t des in te r rup teurs qui laissent passer l ' impulsion H F v e n a n t de l ' 6met teur vers l ' an tenne et l ' emp~chent d ' en t r e r dans le

210

t. 5, n ~ 6, 19501

r6eepteur, et qui laissent passer vers le rP.cepteur le signal d '$eho venan t de l ' an tenne et l 'ernpgehent d'aller se perdre dans l '6met teur .

Dans tous ces circuits, il faut d 'abord savoir h quelle fr6quence on travai l le , afin d '6tre stir de rester .~ Ia fr6quenee qu 'on s 'est impos6e, ear un mauvais r~glage de la fr6quence rendrai t inop6- rantes les autres mesures et pourra i t en outre gtre la cause d ' interf6rences avee d 'aut res installations.

I1 faut ensuite faire en sorte que l '6nergie venan t de l '6met teur soit b ien 6raise par l 'antenne et non r6fl6ehie sur les diverses irr6gularit6s de la ligne de transmission, et, de mgme, que l '6nergie du signal d'6cho aille bien vers le d6tecteur et ne soit pas ramen6e par des r6flexions, soit vers l 'antenne, soit vers l ' 6met teur . E n un mot , il faudra que l ' imp6- dance pr6sent6e par chaque 616ment de eircuit h la ligne qui lui a m i n e l '6nergie ait la valeur eonvenable. En fait, le t a u x d 'onde s ta t ionnaire a re la t ivement peu d ' impor t anee en ee qui eoneerne la per te d'6nergie : Cette per te est n6gligeable par r appor t h l ' a t t6nua t ion des lignes. Mais il est capital, pou r le bon /onctionnernent des oscillateurs, que sa va leur reste faible.

Enf in on dolt pouvo i r d6terminer la puissance hyperf r6quenee p rodu i t e par un 6met teur ; dans les radars fonc t ionnan t en impulsions, il faudra pouvoi r connal t re aussi bien la puissance moyenne que la puissance de ergte, e t v6rifier aussi la forme de l ' impulsion e t son spect re de fr6quences. A la r6eeption, il fau t p o u v o i r aussi mesurer le r appo r t de l '6nergie H F a r r i v a n t sur un cristal hl '6nergie MF qui en sort.

Ces di;eerses m e s u r e s : fr6quence, imp6dance, puissance, forme de l ' impulsion, spectre de l ' impul- sion, per te de convers ion d ' un d6tecteur ont n6ces- sit6 l '6 tude et la cons t ruc t ion d 'un certain hombre d 'apparei ls et d 'accessoires que nous allons passer en revue ; nous ind iquons en mgme temps ce que nous avons fair et c o m m e n t nous avons l ' in ten t ion de le completer .

APPAREILS DE MESURES POUR LES H Y P E R F R ~ Q U E N C E S 2/9

module pr6sent~ pat' C. G. MONTGOMERY *. Le polis- sage int6r ieur nous a donn6 quelques difllcult6s, non que ce soit un probl6me d61icat en sol, mais c '~tai t la premiere fois que nous abordions la ques t ion du poll sp6culaire. Le principal probl~me

p,~ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

F1o. 2. - - O n d e m ~ t r e 10 c m L . C. T. (2 700 h 3 200 M c / s ) .

a 6t6 celui de l '6 ta lonnage. Nous avons eu h no t re disposi t ion un ondem~tre am6rica in (TS33AP) qui nous a 6t6 prgt6 par la Sect ion Part icul i~re Air du C. N. E. T., ce qui nous a permis de faire une cal ibrat ion. Grace ~ l 'obl igeance de M. MussoN, nous avons pu v6rifier cet ~ta lonnage sur un au t r e ondem~tre *% Les deux courbes de ca l ibra t ion coincident ~ peu pr~s. I1 serai t in t6ressant de corn- pare r avec un 6talon pr imai re de fr6quence, mais cela n ' a pas 6t6 possible jusqu ' ie i , car aucun 6talon

~. M E S U R E DE LA FRI~.QUENCE. - - S u r l a bande de 10 era, nous uti l isons un ondem~tre h cavit6 * C'est un ondem~tre h cavit6, repr6sent6 sur la figure 2. II couvre la gamme de 2.700 Mc/s 3.200 Mc/s. Sa pr6cision re la t ive est de t0 -a **. I1 fonct ionne dans le mode E01 coupure. Nous lui avons ajout6 d 'une fa~on amovible une jonct ion en T qui pe rme t de le mon te r en absorpt ion sur un bane de mesure des ondes stat ionnaires, comme nous le ver rons plus loin.

Sur la bande de 3 cm, nous avons cons t ru i t nous-m~mes un ondem~tre ~ cavit6 fonc t ionnant dans le mode H01- Nous nous sommes inspir6s du

FIG. 3. - - O n d e m 6 t r e ~t eav i t6 3 e m ; (8 700 h 9 550 M e / s ) .

pr imai re n 'exis te h ce jour ~ no t r e connaissance, en France , sur la gamme de 3 cm, et il serai t du plus h a u t int6rgt que h Labora to i r e Nat iona l de Radio- 61ectricit6 ait la possibilit6 de t e r m i n e r r a p i d e m e n t ses t r a v a u x en cours ~ ce suje t . Cet ondem~t re est repr6sent6 sur la figure 3. I1 est du t ype h absorp t ion et se monte faci lement sur un bane de mesure des

* C o n s t r u i t p a r le L a b o r a t o i r e Cent ra l des T616comm~- nications (L. C. T.)

** La pr6eision de l'appareil lui-mgme est bien Ineilleure ; raais l'6talonnage ne notts permet de compt@ que sur 10 -a.

* MONTGOMERY (C. G.) Technique o/ Micro~va~,e Measu - rements {V. N ~ 11, Co l lec t ion d t t M. I. T. R a d i a t i o n L a b o - r a t o r y Series, Me G r a w - H i l l , 6d i t . ) .

** De la C o m p a g n i e F r a n ~ a i s e THOMSOr~-HOUSTO~.

211

3/9

ondes s ta t ionnaires . Sa gamme s '6tend de 8.700 h 9.550 Mc/s et sa pr6eision relat ive est de l 'ordre de 10 -3.

5. MESURE DES 1MPI~DANCES. - - Aux hyper- fr6quences, la mesure des imp6dances r6sulte d 'une mesure du t a u x d 'onde s ta t ionnai re et d 'une mesure de phase. La mesure rapide et pr6cise du t aux d 'onde s ta t ionna i re s 'effectue au pon t d ' imp6- dances, off l 'on compare l ' imp6dance h mesurer h une charge 6talon. La base de ces mesures est le T magique ; mais une fois le T magique const rui t , le reste de l 'apparei l lage n 'es t pas t ou t sitriple. Nous avons mis au poin t un T magique sur la bande de 3 cm, et nous avons en cours d 'ex6cut ion un pon t d ' imp~dances sur cet te g a m m e ; nous pr~- voyons cependan t qu ' un d6lai assez long s '6coulera avan t qu ' i l soit termin6.

Une au t re m6thode consistc "h util iser une ligne h fente. En effet, 6 tau t donn6 une ligne de trans- mission te rmin6e par une charge dont l ' imp6dance est diff6rente de celle de la ligne de t ransmission, une par t ie de l '6nergie inc idente est r6fl6chie par la charge, et la superposi t ion des ondes incidente et r6fl6chie p rodu i t le ph6nom6ne bien connu des ondes s ta t ionnai res .

Si on perce une fente longi tudinale duns la ligne de t ransmiss ion, guide ou coaxial, de fa~on h t roubler inf in iment peu la d is t r ibut ion des champs et des courants , on peu t au moyen d 'une sonde d6terminer l ' ampl i tude aux vent res et aux nceuds de tension. Le r a ppo r t de ces ampl i tudes est appel6 le t au x d 'onde s ta t ionna i re en tension. Nous le no te rons r, e t il est pa r d6finit ion sup6rieur ou 6gal h 1. Quand r = 1, il n ' y a pas d 'onde r6fl6chie, la ligne est pa r f a i t e me n t adaptde sur la charge. Quand r = o% l ' ampl i tude a ux nceuds est nulle, la charge r6fl6chit route l '6nergie.

Un calcul, que nous ne ferons pas ici et donn6 en appendice , ind ique que l ' imp6dance normalis6e de la charge est donn6e en fonct ion du t a u x d 'onde s t a t i o n n a i r e ' r e t de la dis tance d de la charge an premier min imum, par

l (I) Zch = 2~d 2~d

rZ cos~--~ - + sin2----~ --

I~ r + J(l - - r~) sin ~ c~ ~-~1"

Pour mesurer une impedance, il suffit donc de mesurer r e t d (fig. 4 ) ; connaissant la longueur d 'onde ),g de p ropaga t ion dans la ligne de t rans- mission, on d6termine l ' imp6dance pa r la formule (l). Duns bien des cas, la connaissance du t a u x d 'onde s ta t ionna i re seul est suf l l san te ; c 'est lui qui mesure la p ropor t ion de puissance r6fl6chie vers la

l a s o u r c e ; c 'est la f rac t ion trt - - r 6taut

le t a u x d 'onde s ta t ionnai re en tension, qui mesure cet te p ropor t ion . Cette r emarque pe rme t souven t d '6vi ter la mesure de d, difficile h faire avec pr6-

M. BOUIX [ANNALE$ DES 'I'I~L~COMMUNICATIONS cision, car, si les valeurs du m a x i m u m et du min imum de tension sur la ligne se d6 terminent ais6ment, la position des points cor respondants h ces valeurs est bien plus compliqu6e h d~terminer avec prO-

d r - - i

Fic . ~. - - P r ine ipe de la mesu re des imp6dances avee une lig~ne h feule.

cision. Cependant , il est souvcnt indispensable de faire aussi la mesure de phase, c'est-~-dire celle de d. I1 en est ainsi si l 'on dolt adap te r un magn6t ron sur une charge, cat', si la phase n 'est pas correcte, h~ magn6tron peut changer de mode, d o n c ' de fr~-

r=4 :~

01- ~ Fic . 5. - - T y p e s de d i a g r a r n m e s de RIEK1a pour Un magn~-

t ron (~ gauche avee l igne eou r t e , h d ro i te avee l igne longue) .

quence et de puissance, ou mgme cesser d'osciller. On pourra h ce sujet consul ter avec fruit la figure 5, qui reprodui t la figure 2.45 du volume 9 de la collection du M. ' I . T. *

6. Ltcr~Es DE MESURE A FENTE. - - Dans le cas des lignes de t ransmiss ion h coaxial ou h guide d 'onde, on mesure les ondes s ta t ionnaires au moyen d 'une por t iop de ligne fendue longi tudinalement . Dans le cas du coaxial, les courants sont longi- tud inaux et une fente longi tudinale t rouble tr6s peu leur r6part i t ion. Dans le cas du guide d 'onde rectangulaire, la fente dolt ~tre prat iqu6e dans l 'axe du c6t6 large, de far h ne pas couper les lignes de courant . On enfonce h t ravers la fente une pet i te sonde qui se prolonge ~ l 'ext6r ieur de la ligne par un coaxial abou t i s san t h u n d6tecteur , p ra t iquement un cristal. Le couran t redress6 est envoy6 sur un ga lvanom6tre .

Ces mesures d 'ondes s ta t ionnaires se font avec de faibles puissances, i0 h 200 m~V, dont la sonde ne pr61~ve qu 'une faible pa t t ie ; la caract6ris t ique du cristal dans ce t te r6gion est donc parabol ique ; on en d e n t compte pour la d6terminat ion de r. La sonde peut gtre d6plac6e le long de la fente pour 6tudier les divers points de la ligne de transmission.

* ~{ACAN (G.-L.), Micro~,ave Transmiss ion Circuits. (Ra- diation L a b o r a t o r y Ser ies , Mc G r a w - H i l l , 6dit.).

- - 2 1 2 - -

t . 5 , n ~ 0, 1950] A P P A R E I L S I ) E M E S U R E S

On peu t aussi l ' enfouccr plus ou moins pour pr61ever une por t ion plus ou moins grande de r6nergie ; et il f au t enfin disposer d 'un piston d ' a d a p t a t i o n pour donner au coaxial de la sonde une longueur conve- nable.

La figure 6 est une pho tograph ie de la ligne de mesure des ondes s ta t ionnai res sur 3 em que nous avons cons t ru i te ; les principales diflieult6s ren-

Fro . 6 . - L i g n e ':a f en te 3 era.

contr6es sont le couplage avec l 'onde de fente, le con tac t mobi le de la sonde avec le conducteur fixe du coaxial , l ' un i formi t6 d ' en foncemen t de la sonde quand on d6place le char io t qui la por te , et le con tac t de ce char io t avec te guide.

En t e n a n t c o m p t e des enseignements que nous a donn6s la ligne de mesure sur guide ree tangula i re de 3 era, nous avons const rui t la ligne h fente sur coaxial de 50 ohms pour la bande de 10 cm repr6- sent6e sur la figure 7. Nous avons adopt6 pour

FIG. 7 . - L i g n e coax i a l e 50 o h m s h f en te (18-8 r am) .

P O U R L E S H Y P E R F R E Q U E N C E S f t / 9

conduc teu r cxt6rieur) nous ont pcrmis d 'u t i l i sc r les tiges et tubes aux dimensions normalis6es fran~aises .

Nous avons ensui te cons t ru i t une l igne de mesure sur guide n ~ 7 de la sp6cif icat ion p rov i - soire C. N. E. T., aux dimensions in t6r ieures de 66,37 X 29,50 m m . Sa cons t ruc t ion diff~re 16g~- r e m e n t de la ligne h fente coaxiale en ce que la course de la sonde est plus grande. Le d6 tec t eu r plac6 sur la sonde dans chacune des t rois lignes est u n cristal , et le cou ran t d~tect6 est envoy6 pa r s imple fi l blind6 sur un ga lvanom~t re ou dans un ampl i f i ea teu r suivi d ' un appare i l de mesure "~ aiguille.

7. ] ~ E B A N C D F M E S U I f E DI.]S O N I ) E S S T A T I O N -

NAH~ES. l ,a figure S rcpr6sente Ic sch6ma d ' ensemblc d ' un bane de mesurc des ondes statio-n-

!

" - " ~ r A rap t i ~ , . . . . . . . '

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INOICATEUN

Fro . 8 . - S c h 6 m a de p r i nc ipe de la m e s u r e des o n d e s s t a t i o n n a i r e s a u m o y e n d ' t m e l igne h fen te .

naires. Nous avons commenc6 par me t t r e au po in t le bane de mesurcs du sch6ma repr6sent6 su r ce t t e figure pour la bande de 3 cm.

Le g6n6ra teur est un k lys t ron r6flexe a l imen t6 sous 1.300 vol ts env i ron de tens ion cavit6. P o u r l ' a l imente r , nous avons utilis6 jusqu ' ic i d iverses a l imen ta t ions t rouv6es dans le commerce , mais nous sommes en t r a in de les r e m p l a c e r p a r une

FIG. 9. - - J o n c t i o n g u i d e - c o a x i a l .

nos coax i aux rigides de r ada r l ' imp6dance caract6- r i s t ique de 50 ohms qui const i tue un compromis entre les divers avan tages et inconv6nients des divers types de coaxiaux, et les dimensions que nous avons choisies p o u r les d iam~tres (soit 8 m m pour le conduc teu r int6rieur et 18 m m pour le

a l imen ta t ion unique cons t ru i te sp6c ia lement pa r nous. Ce k l y s t r o n r6flexe sor t sur coaxial ; c o m m e l ' ensemble du circui t hyper f r6quence est cons t i tu6 pa r du guide d 'onde , nous avons d o n c 6t6 condu i t s

cons t ru i re une jonc t ion guide-coaxia l (fig. 9). Cet te a d a p t a t i o n se t e rmine du c5t6 guide p a r une

213 - -

5/9 bride s tandard , et du c6t6 coaxial par une fiche, que nous avons appel~e c( fiche hyper f r6quence ~), et qui, aussi bien comme cons t ruc t ion que comme performances , est tr~s voisine de la fiche am6ri- caine ~( type N )). La figure 10 repr6sente divers 616ments de cet te fiche ,(( hyper f r6quence )). Le

M. B O U I X [ANNALES DES T#~LfiCOMMUNICATION$

t rouve sur le circuit l 'ondem~tre h absorp t ion que nous avons d6crit plus hau t et qui nous permet de v6rifier la fr6quence '~ laqueIle on op~re, sans modifier le circuit.

La ligne de mesure des ondes s ta t ionnaires vient ensui te ; nous l 'avons d6cr i te 'p lus haut . Son autre

Fic. t0. - - Fiche hypcrfr6quence,

k lys t ron est r6uni h ce t te jonc t ion guide-coaxial pa r un cable souple au polythbne, d ' imp6dance caract6r is t ique 50 ohms. C'est du cable 50 M M de la normal isa t ion provisoire C. C. T. I. du I er mars t948. Nous le remplacerons , d~s que ce sera possible, par un cable h pertes qui servira de s~parateur au k lys t ron. En a t t endan t , nous pla~ons sur le guide d 'onde, juste apr~s la jonc t ion guide-coaxial, un a t t6nua teur . Celui que nous avons utilis6 jusqu' ici est un a t t6nua teu r var iable ~ disque r6sistif, qui s 'enfonce plus ou moins dans une fente perc6e dans le grand c6t6 du guide. Avec le disque r6sistif qu'i l compor te actuel lement , l ' a t t 6nua t ion qu'i l in t rodui t peu t var le t de 0 h t5 db. Cette piece de m6canique a 6t6 dessin6e et const rui te par la Division c( Tubes et Hyper f r6quences )) du C. N. E. T. (fig. t l ) . I1

ext r6mit6 est reli6e h la charge h mesurer. Cette charge est en g6n6ral un quadripSle, et, apr~s cet te charge, le guide dolt ~tre terrain6 sur une imp6danee

F~c. 1 2 . - Att6nuateurs r6sistifs fixes 3 cm.

connue. P ra t iquemen t , c 'est soit un court-circui t variable en position, soit une te rmina ison adapt6e. Nous avons mis a~ point ces deux sortes d'616ments.

Nos terminaisons adapt6es sont consti tu6es pa r un coin de bois dur recpuver t d 'une eouche de vernis au graphi te le t ou t plat6 dans un guide

FIG. ~ - 1 . - Att6nuateur 3 c m h disqae.

est cependan t plus indiqu6 de me t t r e "h la sortie du k lys t ron un a t t 6 n u a t e u r fixe, 6tudi~ pour donner pa r lui-mgme le moins de r6flexion possible. Nous savons construire m a i n t e n a n t de tels a t t6nua teurs fixes h lames r6sistives a l lant de quelques d6cibels h 30 db. La figure 12 est la pho tograph ic d ' un cer ta in hombre d ' en t re eux. Nous avons encore h l '6 tude d 'au t res types d ' a t t 6nua t eu r s 6tudi6s pour minimiser les r6flexions. Apr~s l ' a t t6nua teur , on

FIG. 1 3 . - Terminaison adapt6e basse puissance 3 cm.

s tandard . Elles ont un t aux d 'onde s ta t ionnai rc n e t t e m e n t inf6rieur "h l f l , de l 'o rdre de 1,05 h 1,06 (fig. 13).

2 i4 - -

t. 5, n ~ 6, 1950] APPAREILS DE MESURES POUR LES H Y P E R F R E Q U E N C E S 6/9

Nos pistons de court-circuit ont 6t6, au d6but, des pistons h griffes de contact, mais le contact des griffes n'est ni parfait, ni uniforme, et, de plus, il faut d6terminer quelle est la position exacte du court-circuit. Aussi nous avons mis au point un piston c~ sans contact )~ form6 d'un pi~ge h onde en ),/2, qui nous donne route satisfaction (fig. 14).

En r6sum6, en dehors des ensembles importants, g6n6rateur et son alimentation, ondem~tres, ligne �9 h fente et son galvanom~tre, la raise au point d 'un

cable est reli6 au coaxial rigide 50 ohms par une fiche hyperfr6quence et un raccord conique. Pour ce banc de mesure sur coaxial rigide, des essais, assez d6cevants au d6but, nous ont conduits h loire uniquement des terrninaisons adapt6es au ciment graphit6 pour les hautes puissances. Si on ne leur envoie que de foibles puissances, on pourra cependant supprimer les ailettes de refroidis- sement (fig. 15).

Plus analogue au banc de mesure sur 3 cm est le banc de mesure sur l0 c m e n guide d'onde. I1 est actuellement moins avanc6 que les pr6c6dents, puisque nous n'avons gu~re que la ligne h fente, le g6n6rateur et la. terminaison adapt6e. Nous esp6rons qu'il sera termin6 dons un proche avenir.

FiG. t 4 . - P i s t o n sans con tac t 3 em.

8. MESURES DE PUISSANCE. - - L e s principes d e s

mesures de puissance sont tr~s diff6rents suivant qu'il s'agit de faibles ou de fortes puissances moyennes.

Notre premiere r6alisation est un appareil pour mesurer les hautes puissances des magn6trons sup 3 cm. Le principe consiste h mesurer l'accroissement de temp6rature d'une circulation d'eau lorsqu'on y dissipe la puissance hyperfr6quence. L'eau circule dons un tube repli6 (fig. t6) ~ l'int6rieur d 'un guide

banc de mesure a n6cessit6 l'6tude et la construction des 616ments suivants : att6nuateurs, jonction guide-coaxial, terminaison adapt6e et piston de court-circuit.

Sur la bande de t0 cm, nous avons commenc6 nos t ravaux bien plus tard, mais l'exp6rience de la bande de 3 cm nous a servi. Sur coaxial de 50 ohms, nous avons construit la ligne h fente dont nous avons parl6 plus haut, une jonction en T nous permettant de monter en absorption un onde- m~tre existant, une terminaison adapt6e. Cette 6tude nous a conduits a mettre au point les liaisons

FIG. t 5 . - T e r m i n a i s o n adap t6c hau te puissance 10 c m sup coaxia l 50 o h m s .

de ce coaxial rigide de 50 ohms avec certains circuits hyperfr6quences. Le g6n6rateur est un klystron qui sort sur un cable coaxial souple. Ce

FIG. 1 6 . - - C h a r g e d ' e a u p o u r l a m e s u r e des h a u t e s pu i s sances sup 3 cm.

d'onde qui forme charge absorbante ; les deux extr6mit6s de ce tube repli6 sont reli6es h une piece de plexiglass contenant deux conduits, l 'un d'arriv6e, l 'autre de d6part, entre lesquels sont plac6s des 616ments de couples thermo61ectriques. L'616vation de temp6rature e s t mesur6e par la force 61ectro- motrice de la batterie des couples thermo61ectriques. Une autre partie de la circulation d'eau passe autour d'une r6sistance connue qu'on peut chauffer en courant alternatif h 50 p6riodes, d'intensit6 r6glable. En faisant d6biter d 'abord la puissance hyperfr6quence, puis la puissance ~ 50 p6riodes jusqu'h obtenir le mgme accroissement de temp6- rature, on peut obtenir la valeur de la puissance moyenne hyperfr6quence. La circulation d'eau est provoqu6e par une diff6rence de niveau entre le r6servoir amont et le r6servoir aval. La surface des r6servoirs est tr~s grande, de fa~on que le niveau, et par suite les pressions, ne varient pas pendant les mesures. La figure 17 est une photo- graphic de l'appareil. Prat iquement, tree puissance moyenne de i0 h 100 watts produit une d6viatlon

215

7/9

de l 'aiguille de t o u t e la com'sc sur un microamlfi~- rem~tre de 250 ~A et _1(I ohms.

Pour les faibles puissances sur 3 cm, nous avons

]~|, R O U I X [ANNALES DES TI~L~COMMuNICATION,~

lies Am6ricains appel lcnt ((envelope viewer )). I] comportc plusieurs gammcs balayagcs de ] ; ~ ; 115 ; 70 ~zs ct qua t re 6chellcs du marqueur (5 ; I ; 0 ,25; 0,15 Me/s).

FIG. 1 7 . - Appareil de mesure des hautes puissances sur 3 cm.

en cons t ruc t ion un pon t h bolombtre, mais il n 'es t pas encore assez ayanc6 pour que nous en fassJons la descr ip t ion . Fro. I8. - - Le palsoscope ou indicateur d'enveloppe.

9. LE ( ( P U L S O S C O P E ) ) OU (( I N D I C A T E U R D ~ E N V E -

LOPPE ))*. ~ Si nos 6met teurs hyperf r6quences fonc t ionna ien t d 'une fa~on continue, la mesure de la puissance moyenne donn6e par l ' apparei l de mesure h charge d ' eau serai t suffisante pour caract6- riser l ' 6me t t eu r au point de r u e de la pu i s sance ; mais u n e tr~s large cat6gorie d '6met teurs hyper- fr6quences fonc t ionne en impulsions d 'une dur6e de l 'ordre d 'une microseconde, s6par6es par de larges in terval les de t emps (de l 'ordre 500 h 2.000 microsecondes) p e n d a n t lesquels l ' 6met t eu r reste au repos. 11 fau t donc pouvoi r mesurer la ~tur6e de l ' impuls ion et la fr6quence de r6p6t i t ion pour connal t re l '6nergie de chaque impulsion. La fr6- quence de r6p6ti t ion, qui est de l 'ordre du kilo- cycle, se d6 te rmine a is6ment par compara i son de la fr6quence de r6p6t i t ion avec celle d ' un g6n~ra- t eur BF. Pou r d6 te rminer la largeur de l ' impulsion, il faut l ' app l iquer apr~s d6tect ion sur les plaques vert icales d ' u n tube ca thodique ~pendant qu 'on appl ique sur ies plaques horizontales un balayage tr~s rapide. Nous avons cons t ru i t un tel appareil , don t la dur6e m i n i m u m de balayage est de I micro- seconde, et qui poss~de en outre un m a r q u e u r h 5 Mc/s d o n n a n t le cinqui~me de microseconde. Cet apparei l (fig. 18) pe rme t de mesurer h 5 ~o pr6s la largeur d ' une impulsion, et il donne de pr6cieuses indicat ions sur la /orme de cet te impulsion. II pe rme t de compare r l ' impuls ion du modu la t eu r avec l ' impulsion H F d 'un magn6tron, que l 'on met en 6vidence sur le pulsoscope, h l 'aide d 'un ampli- f icateur vid6o a t t a q u 6 par une diode d6tectr ice que

* Le ~ pu l soscopc )~ a 6t6 c o n s t r u i t pa r la Sec t ion Emis - sion de !a Div i s ibn D, E . M . du C. N. E. T.

~10. L'ANALySEUR DE SPECTRE. - - Pour analyser l ' impulsion d 'un magn6t ron , il est tr~s int6ressant de voir quelles sont les fr~quences qui composent l ' impulsion. Une impuls ion rectangulaire de dur6e ~, ayan t la fr6quence por teuse /0, se compose d 'un spectre cont inu de fr6quences affect6es d 'un cer ta in coefficient d ' ampl i tude . Si l ' impulsion n 'es t pas exac tement rectangulai re , les ampli tudes de ces diverses fr6quences ne sont pas les m~mes que si elle l '6tait. Pour me t t r e ce s p e c t r e en 6vidence, on m61ange l ' impulsion du magn6tron, ddment affaiblie par un couplage directif , par exemple, avec la fr6quence d 'un k lys t ron r6flexe et on envoie la moyenne fr6quence obtenue , apr~s passage dans un ampli f icateur et

- ~ d t m

d6tcct ion, sur

[ ~trr

les plaques de

tVers ta charge

IndicaLeu~ de spectr$

F1G. 19. - - Sch6ma de principc d'un analyscur de spectre.

d6viation vert icale d ' un tube. cathodique. D 'au t re part , on balaie le r6f lec teur du k lys t ron avec une tension en dents de scie, qui fair va r le t la fr6quence, et cette tension en dents de scie est 6galement

216

t. 5, n ~ 6, 1950]

appliqu6c aux l)laques dc (l('~viation hor izontalc du tube ca thodiquc . Les dlff6rences de fr6qucnccs du spectre sont ainsi r appor t6cs sur I ' axe des x du tube ca thodique , alors que lcurs ampl i tudes sont port6es sur l ' axe des y.

Pou r l ' ins tan t , nous avons fair, pour les magn6- t rons de la bande de 3 cent im6tres , un montage sur table qui nous a permis de pr6senter un spectre. Les essais 6rant sa t i s fa isants , nous avons lanc6 le mon tage d ' un appare i l d6finit if sur cet te bande, mais il n ' e s t pas encore terrain6. La figure '19 repr6- sente le sch6ma de ] ' appare i l d6finitif.

Nous nous propos0ns ensui te d ' app l ique r les r6sul ta ts ob tenus h la bande :10 cm.

APPAHEII:S DE ~MESURES POUR LES UYPERFRI~QUENCES ~/,0

dc l o o m . C'est cc qui expl ique que uos t r a v a u x soient plus avanc6s sur cet te bande .

Sur les deux bandes , nous sommes done aquip6s pour mesurer ]es fr6quenccs, pour mesurer le t a u x d"onde s ta t ionnaire , et, par son interm6diaire , les imp6dances. Sur la bande de 3 cm, nous sommes 6quip6s pour mesurer les puissances moyennes de magn6trons , pour voir les enveloppes H F et pour mesurer les largeurs d ' impuls ions , et bientSt sur la bande de "] cm nous seron~ 6qulp6s pour mesurer les hautes puissances moyennes des magn6trons , pour voir les enveloppes H F et pour mesurer les largeurs d ' impuls ions , et b ien tSt voir les spectres de fr6quence d 'une impulsion, ainsi que pour mesurer les faibles puissances au pon t h bolom~tre. Sur la bande de 10 cm, aussi bien en coaxial qu ' en guide d 'onde, nous serons 6quip6s pour faire tes mesures pr6c6dentes dans un prochc avenir . N o t r e p r o g r a m m e uh6r ieur s '6 tendra "~ la raise ah point du pon t d ' imp6dance h T magique et h des apparei ls d ' ensemble pour effectuer tou tes les mesures n6ces- saires sur les magn6t rons .

F r o . 20. - - T e r m i n a i s o n a d a p t 6 e h h a u t e p u i s s a n c e s u r 3 c m .

Comme accessoires de ce mon tage , nous avons dfi cons t ru i re une t e r m i n a i s o n a d a p t @ hau te puissance et un couplage direct i f de 35 db sur la bande de 3 cm (fig. 20 e t 21).

F r o . 21. C o u p l a g e d i r e c t i f d e 35 d b s u r 3 c m .

l ] . R~SUM~ DE NOS RI~SULTAT$ ET DE NOS l ' n O J ~ T S . - En r6sum6, les seules bandes dc fr6- quences sur lesquelles nous avons t ravai l l6 sont la bande de 10 c m e t celle de 3 crn. La faible impor - t ance de nos moyens m6caniques , jo in te aux faibles disponibil i t6s en mat6r ie l au d6bu t de nos t r a v a u x nous ont pouss6s h t r ava i l l e r d ' a b o r d sur la bande de 3 cm, qui pr6sente c e p e n d a n t dans les d6tails d ' ex6cu t ion quelques difficult6s de plus que celle

CONCLUSIOn. Nous avons parl6 d 'une fagon peut-~tre un peu t rop 6goiste des r6sultats que nous avons obten'us, sans m e n t i o n n e r les t r a v a n x d ' au t r e s labora to i res dans la m~me vole. Qu 'on ne nous accuse pas t rop vi te d ' u n m a n q u e d 'organi - sation. Dans les p r o g r a m m e s de~ Minist~res con- cernant les cons t ruc t ions radio61ectr~ques, la mesure n 'es t pas un bu t en so l ; elle n ' e s t pas non plus un but pour 1 lndustr le qui doit l ivrer un appare i l ; mais elle est c ependan t ind ispensable h l ' industr iel pour construi re son appare i l , h l ' u t i l i sa teur pour le v6rifier et l ' en t re teni r . Comme, d ' au t r e par t , la raise au point de n ' i m p o r t e quel appare i l de mesure est longue et laborieuse, chacun a par6 au p lus press6. Certains ont pu ache te r h l '6 t ranger du mat6riel de mesure t o u t p r ~ t ; cela leur a permis peu t -e t re d 'a l ler plus r i t e pour leur r6alisation. I1 n 'en reste pas moins vra i q u ' i l fal lai t en France faire ce t rava i l de mise au p o i n t ; nous y avons consacr6 pas nml de t e m p s et d 'effor ts , et esp6rons que not re con t r ibu t ion h cet te ceuvre de longue haleine n ' au r a pas 6t6 inutile.

Je dois remercier ici M. TUCOULAT, Directeur du Centre Nat ionol d ' I~tudes des T616communi- cat ions, le Colonel ANGOT, Di rec teur Adjoint et Chef du D 6 p a r t e m e n t Radio , le C o m m a n d a n t FLAMBARD, Chef de la Divis ion D. E. M., pour les facilit6s de t r ava i l qu ' i ls ont accord6es h mon 6quipe malgr6 des moyens assez r6duits , ainsi qu 'h M. WERTHEIMER, ing6nieur de recherches, pour ses efforts et sa pers6v6rance darts un t r ava i l ingra t et d61icat.

Je remercie aussi t ou t les radio61ectricieng et m6caniciens de la Division D. E. M. du C. N. E. T., ceux de la Division <( Tubes et hyper f r6quences ), et ceux de la Sect ion d ' E t u d e s et des .Fabr icat ions de ta Guerre qui nous ont aid6s soit pa r leurs conseils, soit pa r la hau te quali t6 de leur t ravai l .

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A P P E N D I C E

] ~ E L A T I O I N E N T R E L ~ I M P E D A N C E N O R M A L I S I ~ E ~

L E T A U X D ~ 0 N D E S T A T I O N N A I R E E T L ~ P H A S E

f~

Si A e 2=~y est l ' amp l i t ude complexe en tension

de l 'onde incidente, et ~ e , v e celle de l 'onde r6fl6chie, l 'or igine 6 tan t prise sur la charge, le coefficient de r6flexion est

B F = ] eJg,

A, B 6 t an t r6els positifs et ~ 6 tant compris entre 0 et 2re ~ condi t ion de prendre une otigine des t e m p s convenable . Le t a u x d 'onde s ta t ionnaire , r a p p o r t de la tension m a x i m u m h la tension mini- m u m dans l ' onde form6e par la superposi t ion des deux ondes, c 'es t -h-dire dans l 'onde

est

A e 2~j~ + B O ~ e - z = | y '

M, B O U I X [ANNALE$ DES T~L]~CONMUNICATION$

Si p = 0 o u p = 7L F est r6el et Zch ~ r o u

Zch = l / r . Si ~ = 0, c ' es t un m a x i m u m de la f igure des

ondes s t a t i onna i r e s en tens ion qui se t r o u v e sur la charge ; si en m g m e t e m p s que ~ = 0, on a B ~ A , on au ra :

F : + I , r = o o , Z e h : ~ .

La charge cons t i tue un circuit ouver t . Si ~ : =, c ' es t un m i n i m u m qui se t r o u v e sur

la charge ; si en mgme t e m p s B : A, on au ra :

F - - - t , r : o o , Z ~ h : 0 .

La charge est un cour t -c i rcui t . P r a t i q u e m e n t , on ne peu t pas avo i r de circuit ouve r t a u x h y p e r - fr6quences.

S i B = 0, r = 1, F = 0, Z ~ h = i , il n ' y a pas d 'onde r6fl6chie, l ' imp6dance de la charge est 6gale h l ' imp6dance carac t6r i s t ique de la ligne ; la cha rge est dire adaptde sur la ligne de t r ansmiss ion .

Dans le cas g6n6ral off B et q~ sont que lconques , le p r emie r m i n i m u m est h une d is tance de la cha rge telle que

A -t- B I 4- [17f r = A - - / s = i - - ~ F l "

B e s t s f i rement au plus 6gal "~ A (car l 'onde r6fl6chie ne peu t pas avoi r plus d '6nerg ieque l 'onde incidente).

On a i nve r somen t :

r - - : l 1FI - r + l

L ' i m p 6 d a n c e normalis6e de la charge est

I -~- F Z~h - - I - - F

~p X e?~. 4red d - - ~-~.~ = ~- d ou~0=

ell OD a :

2=d 2~d ( l - - r ~ ) s i n - ~ - c~

r

Zeh= o2~d . ~ ~ j - 2~d 2~d" r2cos- - -~- -+ sm- k r2c~ - + s in~-~ -"

On p e u t donc calculer la r6sis tance R et la suscep tance X. ' P r a t i q u e m e n t , on les r e l i ve sur le d i a g r a m m e de S•ITtr.

Manuscr i t re~u le 10 ]dvrier 1950.

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