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Modulation de fréquence à puissance constante d’un
klystron reflex
André Coumes, Mireille Ligeon
To cite this version:
45
MODULATION DE
FRÉQUENCE
A PUISSANCE CONSTANTE D’UN KLYSTRON REFLEXPar ANDRÉ COUMES et MIREILLE
LIGEON,
Laboratoires
d’Électronique
et de Radioélectricité, École d’Ingénieurs Électroniciens de Grenoble.Résumé. 2014
Certaines mesures en micro-ondes nécessitent une puissance de sortie constante dans toute une
plage
de fréquences. Au lieu d’unaplatissement
de lacaractéristique
duklystron,
on a préféré ici un élargissement de la bande
passante
réalisé par une modulation simultanée dela cavité et du réflecteur. Une extension du montage avec deux klystrons en
parallèle
apermis
d’obtenir une puissance égale à 80 % du maximum dans une
plage
de 75 MHz.Abstract. 2014 For
some microwave measurements it is necessary to use a constant output power in a large
frequency
range. Instead a flattening of the klystron curve, we havepreferred
to usebroadening
of the bandwidth, by simultaneous modulation of the reflector and beam voltages. An extension of this apparatus with twoklystrons
gives a power equal to 80 % of the maximumin a range of 75 MHz.
JOURNAL DE PHYSIQUB PHYSIQUE APPLIQUÉE .
SUPPLÉMENT AU 3.
TOME 25, MARS 1964, PAGE
Certaines études de résonance
ferromagnétique,
despectroscopie
hertzienne en micro-ondes ou de mesures sur lesdiélectriques
reposent
sur ladéter-mination de la surtension d’une cavité résonnante. La meilleure sensibilité n’étant pas
obligatoirement
liée à la
plus
grande
surtension,
et d’autrepart
àcause des
pertes
supplémentaires
entraînées par lesdiélectriques solides,
on est souvent amené àopérer
avec une cavité à surtension assez faible. Il est
alors intéressant
d’avoir,
dans unelarge plage
defréquences,
une modulation defréquence
sansmo-dulation simultanée de
l’amplitude.
Plusieurs méthodes ont été
employées
pour par-venir à ce résultat. Onpeut
faire débiter leklystron
sur une
impédance qui
varie convenablement avecla
fréquence.
Onpeut
aussi asservir la tension cavité[1] :
lacaractéristique
depuissance
détectéeest
envoyée
à unamplificateur
fonctionnant enclasse C
qui
ne laisse subsister que lapartie
supé-rieure de la
courbe ;
lesignal
d’erreur est alorsappliqué
directement à la cavité. Mais ce sont des méthodesd’écrêtage qui aplatissent
la courbe sansl’élargir.
Une étudeplus
théorique
de laquestion
FIG. 1. - Courbes à
puissance constante pour les trois modes usuels.
a été faite par W.
Day [2]
montrant que par unemodulation simultanée des électrodes réflecteur et
cavité,
onpouvait
obtenir unélargissement
de labande
passante
moyennant
une faible réduction dela
puissance
maximale. Nousprésentons
ici uneréalisation mettant en oeuvre les conclusions de
cet auteur. Nous étudions ensuite une extension de cette méthode avec deux
klystrons.
élargissement
de laplage
defréquences balayée
par un
klystron.
-Expérimentalement,
il est aiséde déterminer avec
précision
les conditions deFiG. 2. - Courbes à
puissance
constante.46
fonctionnement en modulation simultanée du
ré-flecteur et du résonateur pour obtenir une
puis-sance constante. Les mesures ont été faites sur un
klystron
2 K 25qui
possède
une bande defréquence
d’accord
électronique
àdemi-puissance
de 35 MHz.En se fixant une tension cavité de 250
V,
onrègle
la tension réflecteur pour fonctionner ausommet du mode. On vérifie ensuite
qu’à
desva-riations de la tension cavité au-dessus de la valeur
précédente,
il faut fairecorrespondre
depetites
va-FIG. 3. - Schéma du modulateur.
riations de
signe
opposé
de la tension réflecteur pour maintenir unepuissance
de sortie constante.On remarque
qu’à
chaque
tension cavitécorres-pondent
deux valeurs de la tension réflecteurréta-blissant la même
puissance ;
ceci est dû à la forme du mode(voir fige 1).
Pour
chaque
modeconsidéré,
on obtient doncdeux branches de courbe à
puissance
constante.Pour
l’une,
les variations des tensions cavité etré-flecteur sont
proportionnelles.
Mais l’autre a uneallure diffé-ente suivant le mode et
comporte
des variations assez aléatoires des deux tensionspré-citées ;
elle semble peu utilisable dans leproblème
qui
nous intéresse. On areprésenté
sur lafigure
2la
partie
rectiligne
des courbesprécédentes
pourtrois modes.
Si l’on choisit alors une modulation en dents de
scie avec des
pentes
designe
opposé
sur les deuxélectrodes,
ces courbespermettent
d’obtenir lesvaleurs convenables des tensions continues et des
amplitudes
de modulation.C’est ainsi que nous avons pu
prévoir
les valeurssuivantes :
Af :
bande defréquence
danslaquelle
lapuis-sance de sortie est
théoriquement
constante,
prati-quement
supérieure
à 90%
du maximum.Autrement
dit,
àpartir
du tracé de cescourbes,
on
peut
choisir deux desquatre
variables( Vo, Vr,
V 0’
Vr)
et déterminer les deux autres pourfonctionner dans les meilleures conditions poss bles. Pôur des
klystrons
supportant
une haute tensionplus
importante,
onpourrait
évidemmentaug-menter
l’amplitude
de la modulation cavitéet,
parlà, augmenter
la bande defréquence
àpuis-sance constante.
Une difficulté réside dans l’obtention de dents de scie linéaires sur la cavité. Le
générateur
de dentsde scie utilisé est un
montage
àthyratron
(fig. 3),
lacapacité
de référence sedéchargeant
à courant constant dans unepentode.
Troisétages
compor-tant chacun unepentode
EL 84remplissent
lesfonctions
d’adaptateur,
d’inverseur etd’étage
desortie. Il a été d’autre
part,
nécessaire d’alimenter l’anode duklystron
à travers une self en vued’augmenter
l’impédance présentée
par l’alimen-tation continue vis-à-vis du modulateur. Ceciper-met de conserver une bonne linéarité des dents de
scie
appliquées
sur l’anode et d’assurer ainsi unevariation
proportionnelle
des tensions réflecteur etcavité
( fig.
4).
L’alimentation
continue et le modu-lateur sont montés enparallèle
pour les deuxFIG. 4. - Modulation réflecteur et cavité
(les échelles verticales ne sont pas les mêmes sur les deux voies).
FIG. 5. - Schéma de
montage.
La
figure
6 illustre les résultats obtenus. Les deux marquages defréquence
délimitent uneplage
de 35 MHz et une
puissance
égale
à 90%
dumaxi-mum sur la courbe
corrigée.
FIG. 6. -
a) Caractéristique
puissance/fréquence
du klys-tron. b)Élargissement
obtenu avec modulation simul-tanée des deux électrodes.Les variations de
fréquence
obtenues sontrepré-sentées sur la
figure
7. On voit que la modulation defréquence
resteapproximativement
linéaire pour les troisprincipaux
modes du 2 K25,
elle l’estri-goureusement
pour le mode B.En
pratique,
on seplace
dupoint
de vue tensions continues sur unpoint
de fonctionnementquel-conque et on
peut,
parréglage
progressif
des deuxamplitudes
demodulation,
obtenirl’élargissement
maximum de la courbe de
puissance
si celle-ci estFm. 7. - Variation de la
fréquence
en fonction de la tension réflecteur.
envoyée
sur unoscilloscope
avec un marquage defréquence.
’
On obtient par ce
procédé,
au sommet du modecorrigé,
uneplage
defréquences
de 35 MHz doncaussi
large
que l’était celle à demipuissance
sanscorrection. La bande
passante
à 3 dB estégalement
élargie,
mais dans de moindresproportions.
MODULATION DE DEUX KLYSTRONS DÉBITANT DANS LE MÊME GUIDE. - La
simplicité
de la réali-sation décrite ci-dessus nous a conduit à associerdeux
klystrons
defréquences
voisines de manière à avoir unepuissance
constante dans une bande defréquences
approximativement
double de laprécé-dente. Pour ce
faire,
onbalaye
alternativement lesplages
defréquences
de l’un et l’autreklystron
enfaisant varier les diverses tensions comme il est
indiqué
sur lafigure
8.Ceci est obtenu
(voir
fig.
9)
parécrêtage
avecune double diode des dents de scie
précédentes.
Lesklystrons
oscillent alors alternativement cequi
nous
permet
d’avoir une variation defréquence
correcte. On modifie l’accord
mécanique
dés deuxcavités
jusqu’à
ce que lesplages
defréquences
sejuxtaposent
parfaitement.
Onrègle
ensuite lesten-sions continues et
amplitudes
de modulation pouravoir la
caractéristique
depuissance
laplus large.
L’expérience
prouve que lesamplitudes
de modu-lationadéquates
sont inférieures aux données issues48
FIG. 8. - Modulations
appliquées
sur les cavités et réflecteurs des deux klystrons.Fie. 9. - Cellule
d’écrêtage fournissant la modulation de
l’une des électrodes.
fréquences
de 75 MHz pourlaquelle
lapuissance
est constante.
Il a été
nécessaire
dejuxtaposer
lesplages
d’oscil-lation
des deuxklystrons
avecprécision
au moyenFIG. 10. -
Schéma de montage.
d’un
analyseur
despectre,
car leur interférence pro-voque d’unepart
des oscillationsparasites
(visibles
sur
la
figure
11),
d’autrepart
unerupture
dans lalinéarité de
fréquence.
FIG. 11. -
Élargissement
de la courbepuissance/fréquence
avec deux
klystrons
montrant l’amorce des oscillations en cas de chevauchement des deuxplages.
FIG. 12. - Même résultat avec une variation de fréquence
linéaire suivant l’axe horizontal. Les deux
plages
d’oscil-lation sont
parfaitement juxtaposées.
La
figure
12 montre les résultats obtenus. Entre les deux marquages defréquence,
on a uneplage
de 75 MHz pour une
puissance supérieure
à 80%
du maximum.
BIBLIOGRAPHIE
[1] GRANDSARD
(P.), Quelques
mesures de résonanceferro-magnétique.
Thèse d’Université, Grenoble.[2] DAY
(W.
R.),Analysis
of a frequency modulated reflexklystron with minimum incidental
