PERFECTIONNEMENTS AUX AMPLIFICATEURS D'ENERGIE ELECTRO-MAGNETIQUE.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux amplificateurs d'énergie électro-magnétique et, en particulier, elle vise à améliorer le rapport signal/bruit' dés systèmes récepteurs d'impulsions électriques.
Pour réduire le bruit dans de tels systèmes, il est connu d'employer un amplificateur, ou filtre sélectif du type établi en vue de transmettre ou d'amplifier pratiquement seulement les fréquences nécessaires à la définition des impulsions, ou d'étroites bandes de fréquences au voisinage immédiat de ces fréquences.
De la sorte, grâce à l'exclusion des autres fréquences, la perturbation produite par les courants de bruit..captes avec
les signaux qu'on désire recevoir est considérablement diminuée.
On constate, toutefois que l'amélioration du rapport signal/bruit de courant peut ne pas procurer une amélioration
des signaux aussi grande qu'on pourrait s'y attendre, car tout type de filtre, ou d'amplificateur sélectif du type mentionné a nécessairement des propriétés tendant à la production d'imitations de signaux par suite des impulsions de bruit.
La présente invention envisage de remédier cette- tendance du filtre sélectif à accentuer la perturbation produite par les impulsions de bruit. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, par conséquent, il est prévu un système récepteur pour impulsions électriques à récurrence régulière, comprenant un amplificateur, ou filtre sélectif, du type mentionné et des organes de limitation de l'amplitude des signaux appliqués à l'entrée dudit amplificateur sélectif.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui en représentent schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation.
La figure 1 représente schématiquement un amplificateur ou filtre sélectif connu, tel que mentionné ci-dessus et utilisé à l'explication de l'invention. La figure 2 représente de la même manière un système ré-cepteur conforme à certaines caractéristiques de l'invention. La figure 3 montre des diagrammes d'impulsions utiles à l'explication de l'invention.
Les propriétés sélectives de ce type particulier d'amplificateur sont obtenues au moyen d'un réseau à retardement qui fait partie de la voie de réaction de l'amplificateur. On suppose qu'on a à recevoir une impulsion parasite unique. A cause de la présence du réseau retardateur, un train d'impulsions d'amplitudes diminuant progressivement sera produit par cette impulsion unique, à la même fréquence de récurrence que les impulsions normales reçues, de sorte que l'effet perturbateur produit par cette impulsion <EMI ID=1.1>
En général, les signaux de brouillage sont susceptibles de contenir l'équivalent d'un certain nombre d'impulsions d'amplitudes-variées, irrégulièrement espacées, de sorte que les propriétés périodiques de l'amplificateur sélectif doivent normalement rendre nulle la diminution de perturbation due à l'élimination partielle des fréquences inutiles. La figure 1 représente schématiquement un amplificateur sélectif connu du type mentionné ci-dessus. A est la voie amont-aval dont le gain est défini, en l'absence de réaction, par le rapport de tensions G . Deux voies de réaction 3 et 4 contiennent respectivement les réseaux N et D, qui introduisent des atténuations définies par les rapports de
<EMI ID=2.1>
tré que le gain total de l'amplificateur quand les deux voies de réaction sont en circuit est donné par le rapport
<EMI ID=3.1>
et que H doit, de préférence être égal à F, de sorte que, dans ce cas, le rapport de gain peut s'écrire :
<EMI ID=4.1>
<EMI ID=5.1>
est un nombre entier n, le rapport de gain a une valeur minimum G et, si f/fo prend la forme (2n - 1) / 2, le rapport de gain a une valeur minimum G/(l + 2 GF) .
Pour prendre un exemple numérique, si GF = 5, le rapport
<EMI ID=6.1>
de l'amplificateur est supposé avoir une énergie uniforme sur toute la bande de fréquences, par exemple de 0 à 500 Kc/s, le facteur effectif d'amplification moyenne pour le bruit sera
<EMI ID=7.1> contre le bruit uniforme. Le rapport de puissance signal/bruit est ainsi amélioré 11 fois par le montage de la figure 1, pour la valeur supposée de GF . Toutefois, l'effet produit sur l'intelligibilité des signaux reçus ne peut s'exprimer de cette façon simple.
L'effet sur l'amplificateur d'une impulsion unique va maintenant être examiné.
Si une impulsion unique d'amplitude E est appliquée aux bornes d'entrée 1 de l'amplificateur ( figure 1 ) la voie de réaction 4 n'aura pas d'effet immédiat et la voie 3 fera prendre à l'amplitude de l'impulsion aux bornes de sortie 2 la valeur
<EMI ID=8.1>
produira, à l'entrée de l'amplificateur et au bout de 200 microsecondes, une nouvelle impulsion dont l'amplitude sera GF . E/6 = 5F / 6 . Ladite impulsion sera amplifiée et apparaîtra à la sortie sous forme d'une seconde impulsion d'amplitude G/6 . 5F/6 = 5/6 : GE/6 , Cette seconde impulsion produira de la. même manière,
<EMI ID=9.1>
ainsi de suite. Il y aura donc à la sortie un train d'impulsions séparées par des intervalles de 200 microsecondes, chacune ayant une amplitude égale aux cinq sixièmes de celle de l'impulsion
<EMI ID=10.1>
ficateur produira un train amorti d'impulsions qui se répéteront à la fréquence des impulsions normales reçues et l'amortissement sera en raison inverse de la valeur choisie pour GF .
On comprendra donc aisément que ces trains parasites d'impulsions périodiques peuvent diminuer sérieusement l'avantage obtenu de l'amélioration du rapport signal/bruit produite par l'amplificateur sélectif et, conformément à une méthode caractéristique de l'invention, l'effet des dits trains parasites est éliminé, ou au moins considérablement réduit, par l'application d'une énergique limitation d'amplitude.
La figure 2 représente schématiquement un montage conforme à certaines caractéristiques de l'invention. Le rectangle
<EMI ID=11.1>
nées de tout type connu, tel, par exemple, qu'une diode comportant une polarisation de blocage convenable, en shunt sur la voie
<EMI ID=12.1>
type représenté à la figure 1 . A2 est un amplificateur convenant à la transmission sans distorsion des impulsions et peut
<EMI ID=13.1>
sions dont l'amplitude dépasse une valeur spécifiée, les autres impulsions n'étant pratiquement pas affectées. A la figure 3(a), on a représenté six des impulsions 1 à 6 d'un signal d'entrée comprenant un train d'impulsions espacées à des intervalles de temps égaux T, lesdites impulsions étant celles que l'on désire recevoir et, simultanément, un train d'impulsions de brouillage irrégulières p, q et r . Après avoir passé à travers le disposi-
<EMI ID=14.1>
porte quelle impulsion reçue après un certain intervalle de temps t .
Le niveau de limitation x se trouvant juste au-dessus des sommets des impulsions 1 à. 6, celle s-ci restent inchangées, de même que l'impulsion t . Mais les crètes de q et r sont coupées, comme indiqué à la figure 3 (b) Le niveau x peut, bien entendu, être au-dessous des sommets des impulsions régulières, mais il est préférable qu'il en soit le plus voisin possible, sans le couper.
La figure 3 (c) indique ce qui se produit quand le <EMI ID=15.1> la même amplitude à la sortie de l'amplificateur que p, q et r avaient à l'entrée. Les impulsions de signal périodique 1 à 6 auront en conséquence des amplitudes six fois plus grandes après amplification et, pour éviter que la figure tienne trop de place, on a coupé l'échelle verticale de la figure 3 (c) aux lignes z, comme indiqué.
L'amplitude des impulsions de brouillage suivantes
<EMI ID=16.1>
dans le rapport 5/6 . Comme déjà mentionné, les impulsions de chaque train amorti sont espacées par l'intervalle T .
La figure 3 (c) indique que, dans l'exemple choisi, q4 <EMI ID=17.1>
de cinq impulsions de brouillage devront coïncider, avant que l'amplitude totale puisse dépasser l'amplitude des signaux désirés. Dans un système de la pratique, il y aura un grand nombre d'impulsions perturbatrices, mais on peut en général s'attendre
à ce que les coïncidences du type représentées à la figure 3 (c) soient plutôt rares, de telle sorte qu'une amplitude de brouillage combinée supérieure à l'amplitude de signal sera. très improbable,
à moins que le brouillage à la fréquence de récurrence ne soit
f <EMI ID=18.1>
Pour supprimer les trains d'impulsions de brouillage représentés à la figure 3 (le) un limiteur d'amplitudes élevées,
<EMI ID=19.1>
la sortie de l'amplificateur A2 . Ce limiteur e'st du type ne produisant aucune énergie de sortie quand l'amplitude du signal est inférieure à une limite donnée, indiquée par la ligne en
trait point y de la figure 3 (c) et, par suite, supprimant les parties inférieures de toutes les impulsions. Ce limiteur peut également être d'un type approprié quelconque, mais il pourrait consister en une diode convenablement polarisée, connectée en série avec la voie du signal.
Le niveau des limitations y doit, de préférence, être juste au-dessous des sommets des impulsions 1 à 6, comme représenté et, de la sorte, seules les impulsions désirées subsisteront. Elles peuvent, bien entendu, être ultérieurement amplifiées, si nécessaire, par tous moyens convenables non représentés.
Le réglage de l'amplitude des signaux 1 à 6 aux niveaux
x et y peut se faire, par exemple, par tous moyens convenables
non représentés. Cependant, si le niveau du signal est sujet à
des variations, le réglage nécessaire peut être maintenu au moyen d'un système convenable de commande automatique de gain ( non représenté ), actionné par le niveau du signal à la sortie de l'amplificateur A2 et commandant le niveau du signal à l'entrée
<EMI ID=20.1>
connue de commande automatique de gain peut être employé dans ce but et l'on peut prévoir, en liaison avec les dispositifs qu'on vient de décrire, toutes quantités d'amplification convenables.
Le système conforme à certaines caractéristiques de l'invention transforme les impulsions de signal qui se distinguent des signaux brouilleurs par leur propriété de récurrence à une
<EMI ID=21.1> amplitude, aussi bien que par leur récurrence.
Quand les signaux de brouillage sont d'intensité modérée, le système produit des signaux parfaits, par élimination complète du bruit. Si cependant le brouillage est extrêmement violant, on obtiendra encore une amélioration considérable par rapport au bruit, mais il ne sera pas possible d'éliminer les effets cumulatifs décrits à propos de la. figure 3 (c), lorsque les amplitudes totales des impulsions en coïncidence atteignent fréquemment la valeur d'amplitude du signal.
Il est à signaler qu'un choisissant une grande valeur
<EMI ID=22.1>
de brouillage produits dans l'amplificateur, mais l'amortissement est alors également faible, de sorte que les impulsions
<EMI ID=23.1>
dra des propriétés statistiques du bruit à éliminer.
Dans certains cas, une très faible valeur de GF, par exemple 0,5 ou moins, sera la meilleure. La. valeur la plus faible susceptible d'être utilisée avec avantage dépend de l'efficacité des deux dispositifs limiteurs.
Dans certains cas, l'invention rendra lisibles des signaux qui seraient autrement illisibles, à cause d'un brouillage excessif. Dans d'autres cas, elle rendra les signaux suffisamment exempts de perturbation pour qu'ils puissent actionner des dispositifs automatiques, ce qui serait autrement impossible à cause du brouillage, bien que les signaux puissent être lisibles. Bien entendu, les signaux ainsi améliorés conviendraient, par exemple, pour la. modulation d'intensité d'un tube à faisceau cathodique.
On remarquera que le dispositif de la figure 2 serait également applicable si l'amplificateur sélectif A-, était remplacé par quelque autre type de filtre sélectif ( autre que celui représenté à titre d'exemple ) comportant des bandes passantes en relation harmonique, susceptibles d'introduire des trains d'impulsions de brouillage récurrentes analogues.
Un comprendra que, bien qu'on ait utilisé au cours de la description précédente certaines valeurs numériques, en vue de l'explication, l'invention n'est nullement limitée à l'utilisation de ces valeurs particulières.
IMPROVEMENTS TO ELECTRO-MAGNETIC ENERGY AMPLIFIERS.
The present invention relates to improvements to electro-magnetic energy amplifiers and, in particular, it aims to improve the signal-to-noise ratio of electrical pulse receiving systems.
To reduce noise in such systems, it is known to employ an amplifier, or selective filter of the type established in order to transmit or amplify practically only the frequencies necessary for the definition of the pulses, or narrow frequency bands. in the immediate vicinity of these frequencies.
In this way, thanks to the exclusion of the other frequencies, the disturbance produced by the noise currents.
the signals that one wishes to receive is considerably reduced.
It can be seen, however, that improving the current signal-to-noise ratio may not provide an improvement.
signals as large as might be expected, since any type of filter, or selective amplifier of the type mentioned necessarily has properties tending to produce signal imitations as a result of the noise pulses.
The present invention contemplates overcoming this tendency of the selective filter to accentuate the disturbance produced by the noise pulses. According to one embodiment of the invention, therefore, there is provided a receiving system for electric pulses with regular recurrence, comprising an amplifier, or selective filter, of the type mentioned and means for limiting the amplitude of the applied signals. at the input of said selective amplifier.
The invention will be better understood on reading the following description and on examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting example, one embodiment.
FIG. 1 schematically represents a known selective amplifier or filter, as mentioned above and used for the explanation of the invention. FIG. 2 shows in the same way a receiver system according to certain characteristics of the invention. FIG. 3 shows pulse diagrams useful in explaining the invention.
The selective properties of this particular type of amplifier are achieved by means of a delay network which is part of the amplifier feedback path. We assume that we have to receive a single parasitic pulse. Because of the presence of the delay network, a train of pulses of gradually decreasing amplitudes will be produced by this single pulse, at the same repetition frequency as the normal pulses received, so that the disturbing effect produced by this pulse < EMI ID = 1.1>
In general, interference signals are likely to contain the equivalent of a number of pulses of varying amplitudes, irregularly spaced, so the periodic properties of the selective amplifier should normally nullify the decrease in disturbance. due to the partial elimination of unnecessary frequencies. FIG. 1 schematically represents a known selective amplifier of the type mentioned above. A is the upstream-downstream path whose gain is defined, in the absence of a reaction, by the voltage ratio G. Two reaction pathways 3 and 4 respectively contain the networks N and D, which introduce attenuations defined by the ratios of
<EMI ID = 2.1>
so that the total gain of the amplifier when the two feedback channels are in circuit is given by the ratio
<EMI ID = 3.1>
and that H should preferably be equal to F, so that, in this case, the gain ratio can be written:
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
is an integer n, the gain ratio has a minimum value G and, if f / fo takes the form (2n - 1) / 2, the gain ratio has a minimum value G / (l + 2 GF).
To take a numerical example, if GF = 5, the ratio
<EMI ID = 6.1>
of the amplifier is assumed to have uniform energy over the entire frequency band, for example from 0 to 500 Kc / s, the effective average amplification factor for the noise will be
<EMI ID = 7.1> against uniform noise. The signal / noise power ratio is thus improved 11 times by the assembly of FIG. 1, for the assumed value of GF. However, the effect produced on the intelligibility of the signals received cannot be expressed in this simple way.
The effect on the amplifier of a single pulse will now be examined.
If a single pulse of amplitude E is applied to the input terminals 1 of the amplifier (figure 1) reaction channel 4 will have no immediate effect and channel 3 will take the amplitude of the pulse at output terminals 2 the value
<EMI ID = 8.1>
will produce, at the input of the amplifier and after 200 microseconds, a new pulse whose amplitude will be GF. E / 6 = 5F / 6. Said pulse will be amplified and will appear at the output as a second pulse of amplitude G / 6. 5F / 6 = 5/6: GE / 6, This second pulse will produce. same way,
<EMI ID = 9.1>
and so on. There will therefore be at the output a train of pulses separated by intervals of 200 microseconds, each having an amplitude equal to five sixths of that of the pulse.
<EMI ID = 10.1>
fisseur will produce a damped train of pulses which will repeat at the frequency of the normal pulses received and the damping will be in inverse ratio to the value chosen for GF.
It will therefore be easily understood that these parasitic trains of periodic pulses can seriously reduce the advantage obtained from the improvement in the signal / noise ratio produced by the selective amplifier and, in accordance with a characteristic method of the invention, the effect of said parasitic trains is eliminated, or at least considerably reduced, by the application of an energetic limitation of amplitude.
FIG. 2 diagrammatically represents an assembly conforming to certain characteristics of the invention. The rectangle
<EMI ID = 11.1>
born of any known type, such as, for example, a diode comprising a suitable blocking bias, shunted on the channel
<EMI ID = 12.1>
type shown in Figure 1. A2 is an amplifier suitable for the distortion-free transmission of pulses and can
<EMI ID = 13.1>
sions whose amplitude exceeds a specified value, the other pulses are hardly affected. In Figure 3 (a), there is shown six of the pulses 1 to 6 of an input signal comprising a train of pulses spaced at equal time intervals T, said pulses being those which it is desired to receive and , simultaneously, a train of irregular interference pulses p, q and r. After passing through the device
<EMI ID = 14.1>
carries which pulse received after a certain time interval t.
The limitation level x being just above the peaks of pulses 1 to. 6, this s remain unchanged, as does the pulse t. But the peaks of q and r are cut, as shown in figure 3 (b) The level x can, of course, be below the peaks of the regular pulses, but it is preferable that it is as close as possible , without cutting it.
Figure 3 (c) shows what happens when the <EMI ID = 15.1> the same amplitude at the output of the amplifier that p, q, and r had at the input. Periodic signal pulses 1 to 6 will therefore have amplitudes six times greater after amplification and, to prevent the figure from taking up too much space, the vertical scale of figure 3 (c) has been cut off at the z lines, as indicated.
The amplitude of the following interference pulses
<EMI ID = 16.1>
in the ratio 5/6. As already mentioned, the pulses of each damped train are spaced by the interval T.
Figure 3 (c) indicates that, in the example chosen, q4 <EMI ID = 17.1>
five jamming pulses must coincide, before the total amplitude can exceed the amplitude of the desired signals. In a practice system, there will be a large number of disturbing impulses, but one can generally expect
that coincidences of the type shown in Fig. 3 (c) are rather rare, so that a combined interference amplitude greater than the signal amplitude will be. very unlikely,
unless the interference at the repetition rate is
f <EMI ID = 18.1>
To remove the jamming pulse trains shown in Figure 3 (le) a high amplitude limiter,
<EMI ID = 19.1>
the output of amplifier A2. This limiter is of the type which produces no output energy when the amplitude of the signal is less than a given limit, indicated by the line in
line point y in Figure 3 (c) and therefore removing the lower parts of all pulses. This limiter can also be of any suitable type, but it could consist of a suitably biased diode, connected in series with the signal path.
The level of the limitations there should preferably be just below the peaks of pulses 1 to 6, as shown, and thus only the desired pulses will remain. They can, of course, be subsequently amplified, if necessary, by any suitable means not shown.
Adjusting the amplitude of signals 1 to 6 at levels
x and y can be done, for example, by any suitable means
not shown. However, if the signal level is subject to
variations, the necessary adjustment can be maintained by means of a suitable automatic gain control system (not shown), actuated by the level of the signal at the output of amplifier A2 and controlling the level of the signal at the input
<EMI ID = 20.1>
known automatic gain control can be used for this purpose and it is possible to provide, in conjunction with the devices just described, any suitable amplification amounts.
The system according to certain characteristics of the invention transforms the signal pulses which are distinguished from the interfering signals by their property of recurrence at a
<EMI ID = 21.1> amplitude, as well as by their recurrence.
When the interference signals are of moderate intensity, the system produces perfect signals, by eliminating the noise completely. If, however, the interference is extremely severe, a considerable improvement over noise will still be obtained, but it will not be possible to eliminate the cumulative effects described in connection with. Figure 3 (c), when the total amplitudes of the coincident pulses frequently reach the signal amplitude value.
It should be noted that choosing a great value
<EMI ID = 22.1>
interference produced in the amplifier, but the damping is then also low, so that the pulses
<EMI ID = 23.1>
dra statistical properties of the noise to be eliminated.
In some cases a very low value of GF, for example 0.5 or less, will be best. The lower value which can be used to advantage depends on the efficiency of the two limiting devices.
In some cases, the invention will render readable signals which would otherwise be unreadable, due to excessive interference. In other cases, it will make the signals sufficiently free from disturbance that they can actuate automatic devices, which would otherwise be impossible due to interference, although the signals may be readable. Of course, the signals thus improved would be suitable, for example, for the. intensity modulation of a cathode ray tube.
It will be noted that the device of FIG. 2 would also be applicable if the selective amplifier A- were replaced by some other type of selective filter (other than that shown by way of example) comprising pass bands in harmonic relation, liable to d 'introduce trains of similar recurring interference pulses.
It will be understood that, although certain numerical values have been used in the course of the preceding description, for the purpose of explanation, the invention is in no way limited to the use of these particular values.