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CA 02523371 2005-10-14
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SYST~ME DE COMPENSATION EN TEMPERATURE RÉGLABLE POUR
RESONATEUR MICRO-ONDES.
L'invention concerne les résonateurs micro-ondes que
l'on utilise généralement dans le domaine des communications
terrestres ou spatiales.
On rappelle qu'un résonateur micro-ondes est un circuit
électromagnétique accordé pour laisser passer une énergie à
une fréquence de résonance précise.
Les résonateurs micro-ondes peuvent ëtre utilisés pour
réaliser des filtres afin de rejeter les fréquences d'un
signal se trouvant en dehors de la bande passante du filtre.
Un résonateur se prësente sous la forme d'une structure
formant une cavité dite cavité résonante dont les dimensions
sont définies pour obtenir la fréquence de résonance
désirée.
Ainsi tout changement dans les dimensions de la cavité
IS introduisant un changement de volume de cette dernière
provoque un décalage de sa fréquence de résonance et par
conséquent un changement de la bande passante du filtre.
Les changements de dimensions d'une cavité résonante
peuvent être issus de dilatations ou de contractions des
parois de la cavité provoquées par des changements de
températures, d'autant plus importantes que le matériau a un
taux d'expansion thermique élevé.
Plusieurs techniques sont connues pour compenser la
variation de volume d'une cavité, induite par les
changements de températures de manière à maintenir la
fréquence de résonance à la valeur prédéfinie dans des
conditions de température normales (température ambiante aux
alentour de 20 °C).
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Ces techniques reposent le plus souvent sur
l'utilisation de pièces qui entrent dans la structure de la
cavité elle-même et qui sont constituées de matériaux à taux
d'expansion thermique différent, l'un des taux étant
beaucoup plus faible que l'autre. Les pièces sont agencées
de manière à ce que les contraintes de dilatation entrent en
opposition provoquant une déformation de la cavité dans le
sens d'une réduction du volume lorsque la température
augmente.
lo De façon classique, on utilisé un premier matériau à
taux d'expansion thermique très faible tel que l'Invar
(marque enregistrée). Le deuxième matériau utilisé est
généralement l'aluminium, matériau qui a un taux d'expansion
thermique plus élevé que l'Invar mais qui en revanche
présente, outre sa faible densité et donc sa légèreté, un
pouvoir de dissipation thermique élevé, Ie rendant
particulièrement adapté aux applications spatiales.
Reposant sur ce même principe d'utilisation de deux
matériaux à taux d'expansion thermique différent, il existe
également des dispositifs de compensation externes à la
cavité. On pourra se reportez pour plus de détail, à la
description d'un dispositif de compensation en température
faite par exemple dans la demande de brevet EP 1 187 247 du
28 Aoüt 2001.
L'inconvénient de ces différentes solutions réside dans
le fait que chaque dispositif de compensation en température
doit avoir des dimensions adaptées à la longueur de la
cavité résonante auquel il est associé ou dont il fait
partie. Des dispositifs de compensation en température
doivent étre réalisés avec des dimensions adaptées à chaque
cavité de longueur différente.
La présente invention permet de résoudre ce problème en
proposant un système adapté tout aussi bien à des cavités de
même longueur qu'à des cavités de longueurs différentes.
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L'invention proposée permet en outre de proposer un
système de compensation en température conférant au
résonateur une haute stabilité en température obtenue par le
dispositif de réglage dudit système.
La présente invention a pour objet un dispositif
comprenant un résonateur micro-onde muni d'au moins une
cavité ayant une fréquence de résonance prédéfinie, le
dispositif comprenant également un système de compensation
en température réalisé dans un matériau à taux d'expansion
thermique très faible par rapport à celui du matériau dans
lequel est réalisé la cavité principalement caractérisé en
ce que le système de compensation en température comporte
une structure permettant de contre réagir aux effets induits
sur le résonateur par des variations de température de
manière à ce que la fréquence de résonance de la cavité
reste comprise dans une plage prédéterminée, ce dispositif
étant également caractérisê et en ce qu'il comprend un
dispositif de réglage de la compensation en température apte
à modifier le volume de la cavité poux régler la valeur de
la fréquence de résonance à sa valeur prédéfinie.
Selon une autre caractéristique, le système de
compensation en température et le dispositif de réglage de
la compensation en température sont couplés entre eux et
couplés au résonateur de manière à exercer des efforts sur
le capot de la cavité, suivant un axe correspondant à l'axe
longitudinal de la cavité, cette dernière comprenant une
paroi cylindrique présentant un axe longitudinal et deux
extrémités opposées dont l'une est obturée par le capot
dëformable.
Selon un mode de réalisation préfëré, le capot comprend
une base obturant une extrémité de la cavité et une tige
attenante à la base et s'étendant hors de la cavité suivant
l'axe longitudinal de cette dernière, de manière à ce que le
dispositif de réglage de la compensation soit disposé autour
de cette tige, ce dispositif étant constitué par un élément
constitutif du système de compensation en température, ledit
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élëment étant réalisé dans un matériau à taux d'expansion
thermique très faible.
Avantageusement, le dispositif de réglage de la
compensation est réalisé au moyen d'une vis à axe creux à
l'intérieur duquel passe la tige du capot, la vis comprenant
un filetage sur sa paroi extêrieure.
Selon une autre caractéristique, le système de
compensation en température comprend deux barreaux
constitués d'un matériau ayânt un taux d'expansion thermique
l0 très faible, ces barreaux sont disposés de façon
diamétralement opposée autour de la cavité et la cavité
présente deux ailerons sur chacun desquels est fixé l'un des
barreaux.
Les barreaux se trouvent de part et d'autre de la base
du capot et sont couplés entre eux au dessus de cette base
au moyen d'un étrier muni d'un passage fileté pour la vis à
axe creux et la tige du capot traversant la vis.
Le dispositif de réglage de la compensation comporte un
contre écrou vissé au dessus de l'étrier autour de la vis.
Selon une autre caractéristique, la paroi formant la
cavitë du résonateur et ses ailerons, est réalisée en
aluminium et la vis de réglage de la compensation est
réalisée en Invar.
z5 D'autres particularités et avantages de l'invention
apparaîtront clairement à la lecture de la description qui
est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple
illustratif et non limitatif et en regard des figures sur
lesquelles .
- la figure 1, représente le schéma d'une vue en
coupe d'un dispositif selon un mode préféré de
réalisation de la présente invention;
- la figure 2, représente un schéma d'ensemble
d'un dispositif avec deux cavités résonantes;
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- la figure 3, représente une vue de dessus de la
vis de réglage de la compensation en
température.
Le dispositif 1 illustré sur la figure 1, comprend au
5 moins un résonateur micro-onde 10, un système de
compensation en température 20 pour ce résonateur et un
dispositif de réglage de la compensation 40. Selon une
réalisation préférée, le système de compensation en
température comporte le dispositif de réglage de la
l0 compensation 40.
Ainsi le système de compensation 20 permet de compenser
les variations de volume de la cavité du résonateur induites
par une augmentation de température en modifiant le volume
de cette cavité afin que la fréquence de résonance de la
IS cavité reste comprise dans une fourchette prédéterminée.
Le système de réglage permet d'effectuer une correction
du volume de la cavité en l'augmentant ou en le diminuant
lorsque la compensation n'est pas suffisante afin d'obtenir
une cavité dont la fréquence de résonance correspond à la
?o fréquence de résonance prédéfinie, c'est-à-dire la fréquence
de résonance de la cavité lors d'un fonctionnement dans des
conditions normales de température.
Le système de compensation en température et de réglage
proposé selon l'invention permet ainsi de maintenir la
?5 fréquence de résonance d'un résonateur en dépit des
variations de températures auquel il peut être soumis et
cela, même si les cavités des résonateurs ont des longueurs
légèrement différentes (de l'ordre du mm ou de quelques mm).
Dans tous les cas, ce système confère au résonateur une
30 haute stabilité en température grâce au dispositif de
réglage.
Le résonateur 10 illustré sur la figure l, se présente
sous la forme d'une cavité cylindrique 11 munie d'un fond
111 pouvant être couplée à une autre cavité (représentée sur
35 la figure 2) et d'un capot 112. Le capot 112 possède une
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base cylindrique 113 fixée à la cavité, se prolongeant par
une tige 114 de diamètre plus petit, cette tige étant située
dans l'axe longitudinal de la cavité I1.
La cavité 11 présente sur sa paroi extérieure deux
ailerons diamétralement opposés 115 et 116, s'étendant
sensiblement sur les trois quarts de sa hauteur pris dans sa
partie haute c'est-à-dire en direction du capot.
Sur ces ailerons sont fixés respectivement par leur
extrémité basse 210 et 220, des barreaux 21 et 22 constitués
dans un matériau à très faible taux d'expansion thermique.
Les barreaux s'étendent de part et d'autre de la base du
capot 113 parallèlement à son axe longitudinal c'est-à-dire
à sa tige 114.
Les deux barreaux sont fixés par leur extrémité haute à
IS un étrier 30 présentant une partie 32, emboïtant l'extrémité
des barreaux 21 et 22 et une partie transversale 33
s'étendant entre les barreaux et présentant un passage 34
pour la tige 114 du capot, encerclant ainsi cette dernière à
travers l'élément de serrage 40 de la tige constitutif du
système de compensation en température. Cet élément 40 est
réalisé dans un matériau à très faible taux d'expansion
thermique. L'ensemble de ces éléments permet d'obtenir une
compensation en température.
Ainsi, les barreaux sont positionnés de part et d'autre
du plan de la base I13 du capot, lequel est pris comme plan
de référence par rapport aux déformations que peut subir le
capot sous l'effet du système de compensation en température
et du système de réglage de cette compensation.
Le dispositif de réglage de la compensation en
température comprend l'élément de serrage 40. Cet ëlément 40
est réalisé à cette fin sous la forme d'une vis 40
présentant un axe creux de diamètre adapté au diamètre de la
tige 114 de manière être placé autour de la tige. La vis
pénètre dans le passage 34 fileté de l' étier 30. La vis 40
est filetée sur sa paroi extérieure, sa paroi interne est
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lisse. La tige 114 est lisse, le montage entre la tige 114
et la vis 40 est glissant, la liaison entre les deux
éléments se fait par pincement (adhérence) de la vis 40 sur
la tige 114 à l'aide des vis 62 et 63 logées dans la tête 41
de la vis.
La vis 40 peut ainsi être montée ou descendue autour de
la tige 114. Un contre écrou 50 est placé au dessus du
passage ménagé dans l'étrier 30 pour fixer la position de la
vis lorsque celle derniére est réglée.
La tête 41 de la vis 40 est fendue et forme plusieurs
parties présentant une élasticité qui lorsqu'elles sont
resserrées provoquent un pincement de la tige 114. A cette
fin, la téte 41 de la vis comporte deux logements
diamétralement opposés par rapport à l'axe de la tige 114
pour le passage des deux vis 62 et 63 disposées en
opposition afin d'assurer le serrage des parties de cette
tête autour de la tige 114.
Les barreaux 21, 22 et la vis 40 sont dans un matériau
à taux d'expansion thermique très faible comme par exemple
?0 l'Invar~.
Le résonateur 10 à savoir la cavité 11, ses ailerons
115, 116 et le capot 112 sont dans un matériau présentant un
pouvoir de dissipation thermique élevé comme par exemple
l'aluminium mais à taux d'expansion thermique supérieur à
35 celui des barreaux 21 et 22 et de la vis 40.
Le système de compensation en température comprend les
deux barreaux reliés à la cavité et également au capot par
le biais de l'étrier et de la vis.
La position de la vis 40 est réglée après des mesures
30 de fréquence de résonance effectuées dans les conditions
réelles de fonctionnement du résonateur c'est-à-dire après
avoir soumis le résonateur à des températures dans les
quelles il sera amené à fonctionner.
Ainsi lorsque la cavité tend à s'allonger sous les
35 effets d'une augmentation de la température, les barreaux et
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la vis exercent des contraintes assurant des efforts dans
l'axe du capot qui provoquent une déformation de ce dernier.
La fréquence de résonance reste comprise dans une
fourchette prédéterminée de valeurs. On procède alors au
réglage de la compensation en vissant ou dévissant la vis 40
de manière à amener la fréquence de résonance à la valeur
prédéfinie.
Le dispositif de réglage. 40 offre une latitudé
d'environs +/-10~ sur la compensation nominale exercée par
les barreaux et la vis, cette latitude est obtenue en
ajustant la position de la vis.
La figure 2 illustre une vue d'ensemble d'un dispositif
selon l'invention. Dans cet exemple le résonateur comporte
deux cavités résonantes qui sont couplées et portent
IS respectivement les références 10 et 90. Chaque cavité
résonante est ëquipée d'un système de compensation en
température 20 et d'un dispôsitif de réglage de la
compensation 40 conformément à la présente invention.
L'entrée de signal est visible sur la cavité 90 et porte la
référence 91. Les vis de serrage 62, 63 de la tige 114 sont
visibles sur cette figure et sur la figure 3.
La figure 3 permet d'illustrer la conformation de la
tête 41 de la vis 40 de réglage de la compensation.
