Procédé de modulation des émetteurs à tubes magnétrons et des émetteurs à tubes ayant les mêmes caractéristiques que les tubes magnétrons, et dispositif pour la mise en #uvre de ce procédé. La présente invention a pour objet un procédé de modulation des émetteurs de ra- diocommunication connus dans la technique sous le nom d'émetteurs à.
magnétrons et celle d'émetteurs à tubes ayant les mêmes earacL- ristiques que les tubes magnétrons, procédé dans lequel on soumet une plaque à une ten sion correspondant à, l'impédance infinie du tube qui la contient, et un -dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé est caractérisé en ce qu'on mo dule la tension de plaque.
Le dispositif comprend un tube ayant les caractéristiques d'un tube magnétron et dont une plaque au moins est soumise à une ten sion correspondant à son impédance infinie et a son circuit oscillant couplé à, une antenne émettrice.
Il est caractérisé en ce que le cir cuit de plaque du tube susdit est couplé à un organe modulateur. Il est .connu, dans la technique des oscil lations, qu'un magnétron, formé de une ou plu sieurs anodes placées dans un récipient vidé en présence d'une cathode émettrice d'élec trons, peut donner naissance à des oscillations dans un circuit lorsqu'il -est convenablement placé dans un champ magnétique.
Ces oscillations peuvent couvrir un do maine de fréquences extrêmement étendu. L'invention est plus particulièrement appli quée au cas des ondas dites courtes, mais elle peut également s'appliquer à tout le domaine des fréquences que permettent ces oscilla- tlons.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution du .dispositif objet de l'invention appliqué à un tube magnétron.
La fi-. 1 représente schématiquement un magnétron monté pour engendrer des oscilla tions de très haute fréquence dans le circuit 3; il a été représenté avec deux plaques, mais cette condition n'est pas restrictive.
Le ma- gnétron, formé des anodes 1 et du filament 2, est placé dans un champ magnétique H; il est monté pour exciter .des oscillations .dans le circuit 3; il est excité par la source 4 de tension positive Vp, le courant que débite cette source étant désigné par Ip. Le courant oscillant, par exemple, en un ventre de cou rant d'une antenne couplée au circuit 3 est désigné par 14.
Les fig. 2 et 3 représentent les variations de Ip et de I' avec Vp. Le champ magnéti que H étant maintenu constant, supposons que la tension Vp soit progressivement aug mentée à partir -de zéro.
Pour une certaine va leur de Vp, Ip augmente légèrement, puis; brusquement, dans un domaine -de tension très réduit, croît jusqu'à la valeur maximum de l'émission électronique du filament, connue sous le nom -de courant -de saturation Is; le courant anodique reste ensuite invariable lors que Vp augmente.
Le courant oscillant IA prend naissance lorsque Ip commence à croître, augmente brusquement avec lui, passe par un maximum étendu -et décroît enfin lorsque Vp augmente, la chute du courant étant plus lente et plus progressive que son apparition lorsque Vp croît.
La fig. 3 représente les mêmes caractéris tiques, prises pour des valeurs croissantes du champ magnétique <I>H,</I> IIi, 112,<I>Ils,</I> H4, carac téristiques tracées en négligeant l'hystérésie possible du dispositif qui produit le champ magnétique H.
Tous les oscillateurs à magnétron pos sèdent des .caractéristiques analogues, les ,dif férences étant uniquement des différences -de degré, en particulier dans la pente .des ré gions m, n :et -dans le degré d'aplatissement du maximum de IA. On a trouvé qu'il est, en tous cas, possible de construire -des oscilla teurs, c'est-à-dire des tubes et leurs circuits, de telle sorte que la région<I>M N</I> -de la carac téristique IA corresponde à un courant de plaque constant.
Par exemple, sur un oscillateur équipé pour produire -des ondes de 87 centimètres, avec un champ magnétique -de 600 gauss, Ip passe brusquement -de 4 à 35 inillianihères (valeur du .courant -de saturation) de<B>360</B><I>à</I> 365 volts -et reste constant lorsque Vp croît jusqu'à la limite permise par la lampe; le courant IA croît brusquement à partir -de 360 volts, pour atteindre son maximum à 380 volts (les '/1o du maximum étant déjà atteints pour 370 volts);
le maximum se maintient jusqu'à 415 volts, puis IA baisse graduellement jusqu'à s'annuler pour ,460 volts. La région 11I <I>N</I> est donc largement com prise dans le :domaine où Ip est constant.-.
L'utilisation de cette propriété permet une modulation particulièrement économique, puisque l'impédance de l'oscillateur varie avec Vp. Il en résulte immédiatement. que l'on pourra moduler sur l'oscillateur en agissant sur Vp sans qu'il y ait besoin de fournir -de l'énergie supplémentaire pour la modulation. <B>Il</B> est bien connu en soi .de moduler un os cillateur à lampes classiques telles que les lampes à. plusieurs électrodes, par le montage -dit "en contrôle d'anode", mais cette modula tion nécessite une puissance considérable, le plus souvent fournie par une ou plusieurs lampes dites modulatrices.
Ces lampes .doi vent, -de toute nécessité, être des lampes puis- santes et robustes, .devant pouvoir fournir la puissance nécessaire lors de la modulation et la dissiper .en pure perte lorsque le poste n'est pas modulé.
On reconnaîtra immédiatement que la ino- dulation -du magnétron par modulation .de V p suivant la région -de caractéristique à impé dance infinie, supprime ces inconvénients. puisque cette modulation n'exige qu'une puis sance très faible devant celle qui est appli quée à l'oscillateur. Les procédés les plus simples sont illustrés par ,les dispositifs des fig. 4 et 5.
A la fig. 4, la tension plaque du magné tron, réglée sans modulation à la vapeur Vo (fig. 2) est modulée par un petit transforma teur T, dont le rapport de transformation est assez élevé pour être attaqué directement par le microphone ou par le dispositif modula teur, la seule condition à réaliser étant que le transformateur ne soit pas saturé, ou près de l'être, par le courant constant de l'oscillateur. Cette fig. 4 représente un émetteur à ondes courtes (80 em par exemple).
A la fig. 5, .la tension plaque -du magné- tron et, par là, le courant oscillant, sont mo dulés par une lampe modulatrice L, associée à une impédance Z. Il suffit de prendre pour lampe modulatrice une petite lampe, telle qu'une lampe -de réception -de très faible puis sance, dont, seul, le coefficient d'amplifica tion importe. Il sera. en particulier très avan tageux d'utiliser une lampe de réception con nue dans la technique sous le nom de "lampe à grille-écran", dont le coefficient d'amplifi cation est élevé, ce qui permettra d'attaquer sa grille par des tensions de modulation ou de manipulation extrêmement faibles.
Cette manipulation ou modulation est si économique qu'on a. pu moduler un oscillateur de vingt watts et plus par une lampe à grille-écran de réception normale ou par une petite lampe de réception à grand facteur d'amplification.
L'impédance Z pourra être une impédance quelecnque. Il est toutefois à remarquer que, si cette impédance, est formée d'une résistance pure, on aboutit à un résultat nouveau. La modulation du magnétron qu'on réalise en utilisant la région d'impédance infinie est, en effet, dans ce cas, en phase avec la tension modulatrice appliquée sur la grille de la lampe L, ainsi qu'iî ressort immédiatement de l'examen de la fig. 2, alors que la, modula tion d'un oscillateur classique est en opposi tion de phase avec la tension excitatrice de l'électrode de commande de la lampe modula trice.
Comme il a été déjà dit, la modulation peut s'appliquer à tout oscillateur de mêmes caractéristiques. Mais, de plus, dans le cas des magnétrons, il apparaît également que le proc4dé de modulation décrit peut être appli qué en combinaison avec la modulation par le champ magnétique, sans aucun montage supplémentaire, dès que cette dernière est réa lisée.
La modulation par le champ ma.gnéti- que est bien mains avantageuse que la. modu lation qui a été décrite précédemment: en effet, elle fait intervenir des courants magné- tisants relativement intenses si on emploie des bobines sans fer et, dans le cas con traire, les phénomènes d'hystérésis des électro-aimants sont gênants, ce qui conduit à utiliser des noyaux spéciaux que l'on doit -d'ailleurs feuilleter pour ne pas consommer en pure perte de l'énergie @de modulation.
On peut cependant être amené à. moduler aussi par le champ magnétique et, dans ce cas, le rendement .de cette modulation est grande ment augmenté par la modulation de la tension de plaque: si, en effet, suivant le schéma :de la. fig. 6, E représente le dispositif qui produit le champ modulé, modulant l'oscillateur 0, ce dernier possède une certaine impédance et la tension modulée qui en résulte pourra être utilisée sur les plaques du magnétron, par ap plication -de la modulation à impédance infi nie décrite dans. la première partie de la pré sente description.
La présence -du magnétron ne changera rien à la modulation du champ, puisque son impédance est infinie. Le montage sera naturellement réalisé au mieux lorsque les deux effets combinés seront en phase. Le fonctionnement en sera mieux compris en se reportant â la fib. 7 qui reproduit trois carac- téristiques extrêmes, analogues à celles de la fig. 3; la modulation par champ donnant la caractéristique de modulation C 1), la modula tion combinée permettra la modulation A B, les deux effets étant en phase.
Le montage implique .évidemment un sens commun d'ap plication des deux modulations, faute de quoi on aurait au contraire atténuation -de la mo dulation (E, F), ce qui peut d'ailleurs être aussi utilisé pour stabiliser les - fluctuations d'émission dues à une cause quelconque.
La fig. 8 se rapporte à un mode d'applica tion particulièrement simple de la modula tion combinée.
La tension modulatrice est appliquée à la grille d'une lampe L qui est montée, comme '-'indique la figure, avec une impédance Z re liée au magnétron et une bobine M qui four nira le champ modulateur h, sous l'action du courant de la lampe L, soit directement, .soit par ,l'intermédiaire d'un transformateur. On peut choisir la nature et le sens du montage de telle sorte que les effets soient en phase (modulation): cela sera, par exemple, le cas si Z est une résistance pure.
Par :contre, le principe,de la. combinaison peut être employé à stabiliser les oscillations ou à empêcher une modulation parasite en se servant @de la cause de la modulation ou de l'instabilité pour moduler en opposition de phase par la plaque et par le champ ma gnétique, puisqu'il suffit,de renverser le sens de l'effet -de -celui-ci. La fig. 9 représente, par exemple, l'atténuation de la modulation qui serait due à,des variations du champ magné tique, représentées schématiquement comme dues à une source alternative e.
Le transfor mateur T couple le circuit du .magnétron à celui du .champ magnétique; suivant le pro cédé de modulation @à impédance infinie, ce transformateur ne délivre aucune puissance durant la modulation, il sera choisi et bran ché, de sorte que son effet s'oppose à celui de la modulation -du champ H.
Un procédé -commode de réalisation d'un oscillateur à magnétrons consiste à employer pour produire le champ magnétique, un électro-aimant. On peut donc se servir du circuit magnétique même -de cet électro aimant pour réaliser les dispositifs ou impé- dances nécessaires, le circuit étant adapté dans ce but.
C'est ainsi (fig. 10) que l'impédance né cessaire à la modulation ci-,dessus décrite et représentée en Z à la fig. 5 sera constituée par la self d'un bobinage enroulé sur l'électro aimant; il en sera de même -de la bobine la qui sert à la modulation combinée (fig. 8); -on peut également réaliser le transformateur T en se servant du circuit de l'électro-aimant (fig. 4).
Dans le -cas de la fig. 5, on pourra toujours, si on le désire, choisir le bobinage pour que l'effet de la modulation :du -champ magnétique, dû au courant de la lampe L, soit négligeable. A cet effet, on s'arrangera pour que le courant de la lampe soit néOi- geabledevant le courant fourni par la source -du -champ; le bobinage devra donc être établi, pour un nombre déterminé d'ampères-tours, en diminuant le nombre de spires et en aug mentant le courant autant que possible.
Dans le cas -de la modulation combinée de la fig. 8, la bobine h pourra servir au contraire à la fois pour la modulation par le champ et pour la modulation par l'anode, l'impédance Z étant alors supprimée.
Il ne faut pas que; par suite de l'effet du transformateur constitué par l'enroulement de l'électro-aimant et l'enroulement supplémen taire, l'effet de self-induction ou -de. variation du champ magnétique soient considérable ment réduits. Le bobinage supplémentaire doit .donc être placé en un point où les fuites magnétiques soient suffisantes. Le magné tron<B>AI</B> exigeant un domaine de champ assez étendu, les pièces polaires -de l'électro-aimant ont un diamètre important, ainsi qu'il est re présenté à la fig. 10.
Le bobinage supplémen taire 13 est, dans ce cas, logé dans deux -ca vités des pièces polaires, ou porté par celles-ci.
Method for modulating magnetron tube emitters and tube emitters having the same characteristics as magnetron tubes, and device for carrying out this process. The present invention relates to a method of modulating radio transmitters known in the art under the name of transmitters.
magnetrons and that of tube emitters having the same characteristics as magnetron tubes, a process in which a plate is subjected to a voltage corresponding to the infinite impedance of the tube which contains it, and a device for setting it up. implementation of this process.
The method is characterized in that the plate tension is modulated.
The device comprises a tube having the characteristics of a magnetron tube and of which at least one plate is subjected to a voltage corresponding to its infinite impedance and to its oscillating circuit coupled to a transmitting antenna.
It is characterized in that the plate circuit of the aforesaid tube is coupled to a modulator member. It is known, in the technique of oscillations, that a magnetron, formed of one or more anodes placed in an emptied container in the presence of an electron-emitting cathode, can give rise to oscillations in a circuit. when properly placed in a magnetic field.
These oscillations can cover an extremely wide range of frequencies. The invention is more particularly applied to the case of so-called short waves, but it can also be applied to the entire range of frequencies that these oscillations allow.
The accompanying drawing shows, by way of example, various embodiments of the device which is the subject of the invention applied to a magnetron tube.
The fi-. 1 schematically represents a magnetron mounted to generate very high frequency oscillations in circuit 3; he was represented with two plates, but this condition is not restrictive.
The magnetron, formed of the anodes 1 and of the filament 2, is placed in a magnetic field H; it is mounted to excite .des oscillations .in circuit 3; it is excited by the source 4 of positive voltage Vp, the current delivered by this source being designated by Ip. The oscillating current, for example, in a current belly of an antenna coupled to circuit 3 is designated by 14.
Figs. 2 and 3 represent the variations of Ip and I 'with Vp. With the magnetic field H being kept constant, suppose that the voltage Vp is gradually increased from zero.
For a certain value of Vp, Ip increases slightly, then; suddenly, in a very small voltage range, increases up to the maximum value of the electronic emission of the filament, known by the name of saturation current Is; the anode current then remains invariable when Vp increases.
The oscillating current IA originates when Ip begins to increase, increases sharply with it, passes through an extended maximum - and finally decreases when Vp increases, the fall of the current being slower and more gradual than its appearance when Vp increases.
Fig. 3 represents the same characteristics, taken for increasing values of the magnetic field <I> H, </I> IIi, 112, <I> Ils, </I> H4, characteristics traced by neglecting the possible hysteresis of the device which produces the magnetic field H.
All magnetron oscillators have similar characteristics, the differences being only degree differences, particularly in the slope of the m, n: regions, and in the degree of flattening of the maximum of IA. It has been found that it is, in any case, possible to construct - oscillators, that is to say tubes and their circuits, so that the <I> MN </I> region - of the characteristic IA corresponds to a constant plate current.
For example, on an oscillator equipped to produce -waves of 87 centimeters, with a magnetic field -of 600 gauss, Ip suddenly passes -from 4 to 35 inillianihères (value of the .current -of saturation) of <B> 360 </ B> <I> at </I> 365 volts - and remains constant when Vp increases up to the limit allowed by the lamp; the current IA increases suddenly from 360 volts, reaching its maximum at 380 volts (the '/ 1o of the maximum having already been reached for 370 volts);
the maximum is maintained up to 415 volts, then IA gradually decreases until it is canceled at. 460 volts. The region 11I <I> N </I> is therefore widely included in the domain where Ip is constant.-.
The use of this property allows a particularly economical modulation, since the impedance of the oscillator varies with Vp. This immediately results. that we can modulate on the oscillator by acting on Vp without there being any need to provide additional energy for the modulation. <B> It </B> is well known per se. To modulate a cillator bone with conventional lamps such as lamps. several electrodes, by the "anode control" assembly, but this modulation requires considerable power, most often supplied by one or more lamps known as modulators.
These lamps .doi vent, -of all necessity, to be powerful and robust lamps,. Having to be able to supply the power required during modulation and to dissipate it in pure loss when the station is not modulated.
It will immediately be recognized that inodulating the magnetron by modulating V p along the infinite impedance characteristic region overcomes these drawbacks. since this modulation requires only a very weak power compared to that which is applied to the oscillator. The simplest methods are illustrated by the devices of FIGS. 4 and 5.
In fig. 4, the plate voltage of the magneton, adjusted without steam modulation Vo (fig. 2) is modulated by a small transformer T, the transformation ratio of which is high enough to be driven directly by the microphone or by the modulating device. tor, the only condition to be fulfilled being that the transformer is not saturated, or close to being saturated, by the constant current of the oscillator. This fig. 4 represents a short wave transmitter (80 em for example).
In fig. 5, the plate voltage of the magnetron and, hence, the oscillating current, are modulated by a modulating lamp L, associated with an impedance Z. It suffices to take for modulating lamp a small lamp, such as a very low power reception lamp, the amplification coefficient of which alone matters. He will be. in particular very advantageous to use a receiving lamp known in the art under the name of "screen-grid lamp", the amplification coefficient of which is high, which will make it possible to attack its gate by voltages extremely low modulation or manipulation.
This manipulation or modulation is so economical that we have. could modulate an oscillator of twenty watts or more by a normal receiving grid-screen lamp or by a small receiving lamp with a large amplification factor.
The Z impedance can be any impedance. It should be noted, however, that if this impedance is formed from a pure resistance, a new result is obtained. The modulation of the magnetron which is achieved by using the region of infinite impedance is, in fact, in this case, in phase with the modulating voltage applied to the gate of the lamp L, as is immediately apparent from the examination. of fig. 2, while the modulation of a conventional oscillator is in phase opposition with the exciting voltage of the control electrode of the modulating lamp.
As has already been said, modulation can be applied to any oscillator with the same characteristics. But, moreover, in the case of magnetrons, it also appears that the described modulation process can be applied in combination with the modulation by the magnetic field, without any additional assembly, as soon as the latter is carried out.
The modulation by the magnetic field is much more advantageous than the. modulation which was described previously: in fact, it involves relatively intense magnetizing currents if coils without iron are used and, in the contrary case, the hysteresis phenomena of the electromagnets are troublesome, which leads to the use of special cores which must be leafed through so as not to consume the modulation energy in pure loss.
One can however be brought to. also modulate by the magnetic field and, in this case, the efficiency of this modulation is greatly increased by the modulation of the plate voltage: if, in fact, according to the diagram: of the. fig. 6, E represents the device which produces the modulated field, modulating oscillator 0, the latter has a certain impedance and the resulting modulated voltage can be used on the plates of the magnetron, by application of low impedance modulation. denies described in. the first part of the present description.
The presence of the magnetron will not change the modulation of the field, since its impedance is infinite. The editing will naturally be best done when the two combined effects are in phase. The operation will be best understood by referring to fib. 7 which reproduces three extreme characteristics, similar to those of FIG. 3; the field modulation giving the modulation characteristic C 1), the combined modulation will allow the modulation A B, the two effects being in phase.
The assembly obviously implies a common sense of application of the two modulations, otherwise we would have on the contrary an attenuation of the modulation (E, F), which can moreover also be used to stabilize the fluctuations d 'emission due to any cause.
Fig. 8 relates to a particularly simple mode of application of the combined modulation.
The modulating voltage is applied to the gate of a lamp L which is mounted, as' -'indicated in the figure, with an impedance Z re linked to the magnetron and a coil M which will supply the modulating field h, under the action of the current of the lamp L, either directly, .or by, the intermediary of a transformer. You can choose the nature and direction of the assembly so that the effects are in phase (modulation): this will be the case, for example, if Z is a pure resistance.
On the other hand, the principle of the. combination can be used to stabilize oscillations or to prevent parasitic modulation by using the cause of the modulation or instability to modulate in phase opposition by the plate and by the magnetic field, since it suffices, to reverse the sense of the effect of it. Fig. 9 represents, for example, the attenuation of the modulation which would be due to variations in the magnetic field, represented schematically as due to an e AC source.
The transformer T couples the circuit of the magnetron to that of the magnetic field; according to the modulation process @ at infinite impedance, this transformer does not deliver any power during the modulation, it will be chosen and connected, so that its effect is opposed to that of the modulation of the H field.
A convenient method of making a magnetron oscillator is to use an electromagnet to generate the magnetic field. It is therefore possible to make use of the magnetic circuit itself - of this electromagnet to produce the necessary devices or impedances, the circuit being adapted for this purpose.
It is thus (fig. 10) that the impedance necessary for the modulation above, described above and represented in Z in fig. 5 will be formed by the choke of a coil wound on the electromagnet; the same will apply to the coil 1a which is used for the combined modulation (fig. 8); - we can also make the transformer T by using the circuit of the electromagnet (fig. 4).
In the case of fig. 5, it is always possible, if desired, to choose the winding so that the effect of the modulation: of the magnetic field, due to the current of the lamp L, is negligible. For this purpose, we will arrange so that the current of the lamp is negative in front of the current supplied by the source -of -field; the winding must therefore be established, for a determined number of ampere-turns, by reducing the number of turns and by increasing the current as much as possible.
In the case of the combined modulation of FIG. 8, the coil h can, on the contrary, be used both for modulation by the field and for modulation by the anode, the impedance Z then being removed.
You do not have to; as a result of the effect of the transformer constituted by the winding of the electromagnet and the additional winding, the effect of self-induction or -de. variation of the magnetic field are considerably reduced. The additional winding must therefore be placed at a point where there is sufficient magnetic leakage. As the magneton <B> AI </B> requires a fairly large field range, the pole pieces of the electromagnet have a large diameter, as shown in fig. 10.
The additional winding 13 is, in this case, housed in two -ca vities of the pole pieces, or carried by them.