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Modulateur radar

L’énergie radioélectrique transmise par un radar vient en courtes impulsions de 1 à plus de 50 microsecondes. Un modulateur spécial est nécessaire pour produire ces impulsions à haute puissance, le plus commun étant le thyratron à hydrogène.

Bloc
d’alimentation
à haute
tension
Diode de charge
Inductance de charge
Réseau conformateur d’impulsions
C1
R1
Thyratron à gaz
Transformateur d’impulsions

Figure 1 : Modulateur à thyratron

Bloc
d’alimentation
à haute
tension
Diode de charge
Inductance de charge
Réseau conformateur d’impulsions
C1
R1
Thyratron à gaz
Transformateur d’impulsions

Figure 1 : Modulateur à thyratron

Bloc
d’alimentation
à haute
tension
Diode de charge
Inductance de charge
Réseau conformateur d’impulsions
C1
R1
Transformateur d’impulsions

Figure 1 : Modulateur à thyratron (Image interactive)

Diode de charge Filament transformateur pour le thyratron Réseau conformateur d’impulsions Thyratron à gaz

Figure 2 : Modulateur à thyratron d’un P–18 russe

Le modulateur utilise un réseau conformateur d’impulsions qui se charge lentement jusqu’à une haute tension puis se décharge soudainement dans une transformateur d’impulsions, grâce à un thyratron excitateur, pour donner l’impulsion. La forme et la durée de celle-ci dépendent des caractéristiques électriques du réseau et du transformateur.

Composantes

Le réseau conformateur d’impulsion du modulateur est une courte section de ligne à retard. Il se charge grâce à la tension du bloc d’alimentation et du champ magnétique de l’inductance de charge, cette dernière limitant le courant. La diode de charge empêche le réseau de se décharger dans la direction inverse.

Le thyratron est un tube à vide où l’on retrouve une grille électrifiée entre la cathode et l’anode. Sa fonction est celle d’interrupteur électronique et la conduction se déclenche seulement quand la tension de la grille atteint 150 volts.

Le circuit résistance-condensateur (R-C) produit le courant continu (DC) qui électrifie la grille du thyratron. Il doit donner une montée et une chute abruptes de tension à la grille ce qui initie l’ionisation du gaz dans le thyratron et permet au réseau conformateur de se décharger dans le thyratron. L’ionisation permet la conduction entre le réseau conformateur et le transformateur d’impulsions. L’impulsion produite passe ensuite à un oscillateur tel un magnétron.

Figure 2 : Modulateur à thyratron d’un P–18 russe

 
Bloc
d’alimentation
à haute
tension
Réseau conformateur d’impulsions
champ magnétique

Figure 3 : Circuit de charge

 
Bloc
d’alimentation
à haute
tension
Réseau conformateur
d’impulsions
champ magnétique

Figure 3 : Circuit de charge

Circuit de charge

Le circuit de charge du modulateur se compose du bloc d’alimentation, de l’inductance de charge et du réseau conformateur d’impulsions. Le thyratron est en position « ouverte » à ce moment et apparaît comme un interrupteur ouvert dans la figure 3.

Lorsque le bloc d’alimentation en courant continu est allumé, le courant se déplace dans le circuit selon la flèche verte à travers la diode de charge et l’inductance de charge vers le réseau conformateur. L’énergie s’accumule ainsi dans les condensateurs du réseau. Les bobines du réseau n’agissent pas encore mais le courant passant dans l’inductance de charge procure une résistance par induction ce qui donne un puissant champ magnétique.

L’augmentation de la charge dans les condensateurs suit une fonction exponentielle (ligne en vert dans la figure 4). L’auto-induction des bobines s’ajoute à cela.

Tension augmentée par le champ magnétique
(Haut tension
du bloc
d’alimentation)
Chargement exponentiel
d’un condensateur
(sans inductance de charge)
Tension sans
la diode
de charge
UC

Figure 4 : Diagramme montrant la variation de tension dans le réseau conformateur.

Tension augmentée par le champ magnétique
(Haut tension
du bloc
d’alimentation)
Chargement exponentiel
d’un condensateur
(sans inductance de charge)
Tension sans
la diode
de charge
UC

Figure 4 : Diagramme montrant la variation de tension dans le réseau conformateur.

 UC = U0 · (1 - cosωr · t)
ωr2= 1 (1)

LDr · ΣC

Le courant dans le circuit diminue donc à mesure que les condensateurs se chargent. Ceci fait diminuer le champ magnétique induit et génère un courant supplémentaire en rétroaction. Ce dernier poursuit le stockage d’énergie dans les condensateurs et la tension dans le réseau peut atteindre le double de celle du bloc d’alimentation. Comme la tension est plus grande dans le réseau, ce dernier devrait se décharger vers le bloc (ligne cyan) mais la diode de charge bloque le courant dans cette direction. Les condensateurs conservent donc la charge jusqu’à ce qu’un autre chemin de décharge s’ouvre.

Le circuit de décharge
Réseau conformateur d’impulsions
C1
R1
Thyratron
(ionisé)
Transformateur d’impulsions

Figure 5 : Circuit de décharge

Réseau conformateur d’impulsions
C1
R1
Thyratron
(ionisé)
Transformateur d’impulsions

Figure 5 : Circuit de décharge

Le courant passant durant le temps PW à travers la bobine primaire du transformateur d’impulsions vers la mise à la terre induit un courant électrique dans la bobine du circuit secondaire. Ce courant passe dans un circuit relié à un oscillateur qui transformera le courant en une impulsion à une fréquence caractéristique. Si l’impédance de l’oscillateur et du transformateur d’impulsions est bien ajustée à celle du réseau conformateur, la différence de voltage de l’impulsion sera la moitié de celle du réseau, l’autre moitié se dissipant dans la résistance interne du réseau.

À cause des propriétés inductives du réseau conformateur, la décharge positive aura tendance à être négative dans le circuit secondaire du transformateur d’impulsions.

Décharge d’un
condensateur
Décharge du réseau
conformateur d’impulsions
τ

FFigure 6 : Graphique montrant la variation temporelle de courant dans le circuit de décharge.

Décharge d’un
condensateur
Décharge du réseau
conformateur d’impulsions
τ

Figure 6 : Graphique montrant la variation temporelle de courant dans le circuit de décharge.