Procédé de conversion de fréquence. L$ présente invention est relative à un procédé de conversion de fréquence et plus particulièrement à un procédé pour convertir une onde de signal d'une première fréquence en une onde de sortie d'une deuxième fré quence en hétérodynant l'onde de signal avec les oscillations provenant d'une source fonc tionnant à une troisième fréquence.
Lorsqu'on fait battre le signal arrivant avec celui de l'oscillateur local pour obtenir une fréquence intermédiaire ou fréquence de battements dans un récepteur du type super hétérodyne, plusieurs facteurs affectent la ré ception de manière nuisible. L'un desdits fac teurs est la tendance de la fréquence de l'oscillateur à se rapprocher de celle du signal, phénomène connu sous le nom d'accrochage. Ledit phénomène se produit généralement dans la région des fréquences d'image du spectre radioélectrique et au-dessus, où la différence en pourcentage entre les fré quences de l'oscillateur local et du signal peut être relativement faible.
Ainsi, lorsque la fréquence du signal@est de 1500 kilupériodes par seconde et celle de l'oscillateur local de 1045 kilopériodes par seconde, ce qui produit une fréquence intermédiaire -de 455 kilo- périodes par seconde, le rapport de la fré quence intermédiaire à celle de l'oscillateur est de l'ordre .de 40 %. Mais avec une fré quence de signal de 200 mégapériodes et une fréquence intermédiaire de, par exemple, 5 mégapériodes, l'oscillateur local.
oseille à<B>195</B> mégapériodes et le rapport @ indiqué ci-dessus n'est que de 21/2 /o. Dans ces conditions, l'oscillateur tend à se .décaler en s'écartant de 195 mégapériodes et en se rapprochant. de 200. Cet, effet se ,traduit par un affaiblisse ment du signal dans l'amplificateur intermé diaire, lequel est accordé à 5 mégapériodes.
Cette .difficulté pourrait être surmontée en augmentant proportionnellement, la fréquence intermédiaire: Mais cette augmentation se traduirait par une .diminution de l'amplifi cation, étant, donné que le gain des étages à. fréquence intermédiaire devient moindre aux fréquences plus élevées. En, outre, en raison de l'élargissement de la courbe de réponse des étages à fréquence intermédiaire aux fré quences élevées, il se produit une .diminution de sélectivité -correspondante.
Une autre-source de distorsion et une autre difficulté généralement rencontrée dans les convertisseurs du type heptode -est le couplage par charge d'espace. Lorsque la différence en pourcentage entre la fréquence de l'oscillateur et celle du signal est faible; il y a couplage entre la grille à laquelle - est. appliqué le signal et la cathode virtuelle située entre ladite grille et la grille-écran. Le dit couplage fait passer des courants à la fré quence de l'oscillateur à travers la grille à la quelle est appliquée le signal.
Cet effet con- duit_ à lune - diminution de l'efficacité de la conversion et une surcharge de ladite. grille. Une autre objection au système superhété- rodyne ordinaire utilisant un amplificateur à fréquence intermédiaire relativement faible est la présence d'une fréquence-image dans ledit amplificateur intermédiaire.
-En conséquence, l'un .des buts de l'inven tion est d'obtenir un. procédé de conversion hétérodyne qui évite l'accrochage de l'oscilla teur à la fréquence du signal.
Un autre but de l'invention est d'obtenir un procédé de conversion hétérodyne évitant les effets nuisibles de couplage par charge spatiale.
Un autre but encore de l'invention est d'obtenir .ime meilleure élimination de la fré- quence-image.
Le procédé suivant l'invention est carac térisé en ce que l'onde résultant du battement de l'onde de signal avec les oscillations dudit oscillateur est à nouveau mélangée avec l'onde de signal originale, la fréquence de battement résultante étant l'onde de sortie désirée.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte un mélangeur .de fréquence relié à une source d'ondes de signal et à un oscillateur suscep tible de fonctionner à une fréquence égale à la somme algébrique de la fréquence de sortie désirée et du double de la fréquence du signal et en ce qu'une impédance non linéaire est connectée dans le circuit. de sortie dudit mé langeur -de fréquence.
Tous les buts mentionnés ci-:dessus peuvent être réalisés sans recourir à une augmenta tion de la fréquence intermédiaire avec la diminution de l'amplification et de la sélec tivité qu'une telle augmentation impliquerait.
L'invention sera mieux comprise à la lec ture de la. description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution de dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
La fig. 1 est un schéma d'une forme d'exé cution de ce dispositif.
La fig. 2 est une variante d'une partie du dispositif de la fig. 1. La fig. 1 représente une partie d'un mon tage récepteur superhétérodyne comportant un tube mélangeur Vl, qui peut être du type heptode, un tube détecteur V2 et un oscilla teur local 25. Ladite partie du montage peut être précédée par un ou plusieurs étages d'amplificateurs à haute fréquence pouvant être accordés, sur une bande de fréquence dé sirée, de la manière classique. L'énergie de sortie de l'amplificateur à fréquence radio électrique est le signal reçu<B>f,,</B> qui est appli qué entre la cathode 3 et la grille de com mande 1 du tube mélangeur V1.
Les oscilla tions produites de façon locale, désignées par <B>f.,</B> sont appliquées entre la cathode 3 et une autre grille 2. La cathode .3 est mise à la terre. La grille, de rejet 4 est reliée à la cathode, cependant que deux grilles-écran 5 et 6 sont reliées à une source de haute tension 7, à tra vers une résistance 8 et une bobine d'impé dance à fréquence radioélectrique 9. Ladite source polarise également l'anode 10. Les grilles 5 et 6 sont shuntées à la terre par un condensateur 8'. L'anode 10 est couplée à la grille d'application du signal 11 .du tube dé tecteur V2, par l'intermédiaire d'un conden sateur 12.
La grille 11 du tube V2 est pola risée, à travers une résistance 13, par une source de tension 14 qui peut être une batterie et qui est shuntée par un condensateur 15. La cathode 16 est mise à la terre. La grille-écran 17 est polarisée par une source de tension, par exemple par la source 7, à travers une résistance 18 et shuntée à la terre par un con densateur 19. L'anode 20 du tube V2 est également- polarisée par la source de tension 7, à travers une résistance de chute de ten sion 21 et l'enroulement primaire,d'un trans formateur ,de sortie 22. La fréquence inter médiaire fif est recueillie sur l'enroulement secondaire dit transformateur 22.
Un conden sateur shunt 21' est monté entre l'extrémité de la résistance 21 reliée à l'anode et la terre. Le fonctionnement du montage est le sui vant: L'oscillateur local 25 est réglé de telle façon qu'il oseille à une fréquence égale à la somme du double de la fréquence du signal et de la fréquence intermédiaire, c'est-à-dire:
fo = 2f1 + fif Le signal d'entrée f, se mélange avec les oscillations locales f,, pour produire dans le circuit d'anode du tube mélangeur V1 des courants de la fréquence f 5 + f i f et de la fré quence 3f; + fif, ainsi que de la fréquence des signaux d'entrée f, et de la fréquence 2 f s + f if.
Les composantes du courant. aux fréquences f, et f s +<B>f if</B> se combinent dans le tube détecteur V2, en vertu (le sa non-linéarité, pour pro.- Buire la fréquence f if qui est appliquée à l'am plificateur intermédiaire, à travers le trans formateur 22. Ledit amplificateur peut être suivi par les amplificateurs intermédiaires classiques, par un second détecteur et par un amplificateur des signaux modulateurs.
Il est également possible d'obtenir le même résultat en ajustant l'oscillateur local, de telle faon qu'il produise un signal égal à la différence dit double de la fréquence du signal et de la fréquence intermédiaire, c'est-à-dire: f@ = 2f@- fif.
Dans ce cas, le signal d'entrée f s se mé lange avec les oscillations locales f,, pour produire dans le circuit d'anode du tube mé langeur Vl des courants des fréquences <I>3 f</I> P <I>- f</I> i <I>f</I> et f, <I>-</I><B>f if,</B> aussi bien qu'aux signaux d'entrée f, et 2f,- fif.
Les composantes du courant aux fréquences f, et f, <I>-</I><B>f if</B> se combinent dans le tube détec teur V2, en vertu de sa non-linéarité, pour produire la fréquence-différence, comme suit: fs- (fs-fif) - fif# En conséquence, on peut généraliser, en écrivant que la. fréquence des oscillations lo cales peut être soit. la somme, soit la diffé rence du double de la fréquence du signal, d'une part, et de la fréquence intermédiaire, d'autre part, et l'on a f. = 2f, fif.
L'expression somme algébrique est uti lisée pour désigner soit la somme arithmé tique, soit la différence arithmétique.
La fig. 2 représente une variante du mon tage de la. fig. 1. La résistance 13 entre les points marqués x-x petit être remplacée par le circuit résonnant formé par un condensa teur 23 et par une bobine de self-inductance 24. Ledit circuit résonnant doit avoir un faible coefficient de surtension et doit être accordé à une fréquence égale à f5 i/2 fif. :Avec cette modification, une intensité de signal plus grande aux fréquences désirées apparaît sur la grille 11 du tube détecteur V2.
On peut remarquer que l'oscillateur local oscille à une fréquence qui n'est pas voisine de la fréquence du signal, puisqu'elle est approximativement double de ladite fré quence. Cette propriété est rendue possible sans augmentation de la fréquence intermé diaire qui petit encore être relativement basse. De cette manière, l'accrochage et le couplage par charge spatiale sont éliminés et l'on ob tient un rapport signal/image élevé, sans la diminution du gain ni de la sélectivité qui accompagne une augmentation de la fréquence intermédiaire. Les principes de l'invention peuvent être appliqués aux montages hétéro dynes en général, et ne sont pas nécessaire ment limités aux récepteurs.
Method of frequency conversion. The present invention relates to a frequency conversion method and more particularly to a method for converting a signal wave of a first frequency into an output wave of a second frequency by heterodyning the signal wave with the oscillations from a source operating at a third frequency.
When beating the incoming signal with that of the local oscillator to obtain an intermediate frequency or beat frequency in a receiver of the superheterodyne type, several factors adversely affect the reception. One of these factors is the tendency of the frequency of the oscillator to approach that of the signal, a phenomenon known as hooking. Said phenomenon generally occurs in the region of the image frequencies of the radio spectrum and above, where the percentage difference between the frequencies of the local oscillator and the signal may be relatively small.
Thus, when the frequency of the signal @ is 1500 kiloperiods per second and that of the local oscillator is 1045 kiloperiods per second, which produces an intermediate frequency of 455 kiloperiods per second, the ratio of the intermediate frequency to that of the oscillator is of the order of 40%. But with a signal frequency of 200 mega-periods and an intermediate frequency of, for example, 5 mega-periods, the local oscillator.
sorrel at <B> 195 </B> mega-periods and the @ ratio shown above is only 21/2 / o. Under these conditions, the oscillator tends to shift away from 195 mega-periods and approaching. of 200. This effect results in a weakening of the signal in the intermediate amplifier, which is tuned to 5 mega-periods.
This .difficulty could be overcome by increasing proportionally, the intermediate frequency: But this increase would result in a .decrease in the amplification, given that the gain of the stages at. intermediate frequency becomes less at higher frequencies. In addition, due to the widening of the response curve of the intermediate frequency stages at high frequencies, there is a corresponding decrease in selectivity.
Another source of distortion and another difficulty generally encountered in heptode-type converters is space charge coupling. When the percentage difference between the oscillator frequency and the signal frequency is small; there is coupling between the grid at which - is. applied the signal and the virtual cathode located between said grid and the screen grid. Said coupling causes currents at the frequency of the oscillator to pass through the grid to which the signal is applied.
This effect leads to a decrease in the efficiency of the conversion and an overload of said. wire rack. Another objection to the ordinary superheterodyne system using a relatively low intermediate frequency amplifier is the presence of an image frequency in said intermediate amplifier.
-Consequently, one of the aims of the invention is to obtain a. heterodyne conversion process which avoids the locking of the oscillator to the signal frequency.
Another object of the invention is to obtain a heterodyne conversion process avoiding the harmful effects of coupling by spatial charge.
Yet another object of the invention is to obtain better elimination of the image frequency.
The method according to the invention is characterized in that the wave resulting from the beating of the signal wave with the oscillations of said oscillator is again mixed with the original signal wave, the resulting beat frequency being the wave desired output.
The device for implementing this method is characterized in that it comprises a frequency mixer connected to a source of signal waves and to an oscillator capable of operating at a frequency equal to the algebraic sum of the desired output frequency and double the signal frequency and in that a nonlinear impedance is connected in the circuit. output of said -frequency mixer.
All of the above-mentioned objects can be achieved without resorting to an increase in the intermediate frequency with the decrease in amplification and selectivity that such an increase would imply.
The invention will be better understood on reading the. detailed description which follows and on examination of the accompanying drawings which represent, by way of example, an embodiment of the device allowing the implementation of the method according to the invention.
Fig. 1 is a diagram of one embodiment of this device.
Fig. 2 is a variant of part of the device of FIG. 1. FIG. 1 represents a part of a superheterodyne receiver assembly comprising a mixer tube Vl, which may be of the heptode type, a detector tube V2 and a local oscillator 25. Said part of the assembly may be preceded by one or more amplifier stages high frequency tunable, over a desired frequency band, in the conventional manner. The output energy of the radio frequency electric amplifier is the received signal <B> f ,, </B> which is applied between the cathode 3 and the control grid 1 of the mixer tube V1.
Locally produced oscillations, denoted by <B> f., </B> are applied between cathode 3 and another grid 2. Cathode .3 is grounded. The rejection grid 4 is connected to the cathode, while two screen grids 5 and 6 are connected to a high voltage source 7, through a resistor 8 and a radio frequency impedance coil 9. Said source also polarizes the anode 10. The gates 5 and 6 are shunted to earth by a capacitor 8 '. The anode 10 is coupled to the signal application grid 11 of the detector tube V2, via a capacitor 12.
The grid 11 of tube V2 is polarized, through a resistor 13, by a voltage source 14 which may be a battery and which is shunted by a capacitor 15. The cathode 16 is earthed. The screen grid 17 is polarized by a voltage source, for example by the source 7, through a resistor 18 and shunted to earth by a capacitor 19. The anode 20 of the tube V2 is also polarized by the source. voltage 7, through a voltage drop resistor 21 and the primary winding, of a transformer, output 22. The intermediate frequency fif is collected on the secondary winding called transformer 22.
A shunt capacitor 21 'is mounted between the end of the resistor 21 connected to the anode and the earth. The operation of the assembly is as follows: The local oscillator 25 is adjusted in such a way that it sorrel at a frequency equal to the sum of twice the frequency of the signal and the intermediate frequency, that is to say :
fo = 2f1 + fif The input signal f, mixes with the local oscillations f ,, to produce in the anode circuit of the mixing tube V1 currents of the frequency f 5 + f i f and of the frequency 3f; + fif, as well as the frequency of the input signals f, and the frequency 2 f s + f if.
The components of the current. at frequencies f, and fs + <B> f if </B> combine in the detector tube V2, by virtue of (its non-linearity, for pro.- Reduce the frequency f if which is applied to the amplifier intermediate, through the transformer 22. Said amplifier can be followed by the conventional intermediate amplifiers, by a second detector and by an amplifier of the modulating signals.
It is also possible to obtain the same result by adjusting the local oscillator, in such a way that it produces a signal equal to the so-called double difference of the signal frequency and the intermediate frequency, i.e. : f @ = 2f @ - fif.
In this case, the input signal fs mixes with the local oscillations f ,, to produce in the anode circuit of the mixing tube Vl currents of the frequencies <I> 3 f </I> P <I> - f </I> i <I> f </I> and f, <I>-</I> <B> f if, </B> as well as input signals f, and 2f, - fif.
The components of the current at the frequencies f, and f, <I>-</I> <B> f if </B> combine in the detector tube V2, by virtue of its non-linearity, to produce the frequency- difference, as follows: fs- (fs-fif) - fif # Accordingly, we can generalize, by writing that the. frequency of local oscillations can be either. the sum, that is to say the difference of the double of the frequency of the signal, on the one hand, and of the intermediate frequency, on the other hand, and we have f. = 2f, fif.
The expression algebraic sum is used to denote either the arithmetic sum or the arithmetic difference.
Fig. 2 shows a variant of the assembly of the. fig. 1. The resistor 13 between the points marked xx small be replaced by the resonant circuit formed by a capacitor 23 and a self-inductance coil 24. Said resonant circuit must have a low overvoltage coefficient and must be tuned to a frequency. equal to f5 i / 2 fif. : With this modification, a greater signal strength at the desired frequencies appears on the grid 11 of the detector tube V2.
It can be noted that the local oscillator oscillates at a frequency which is not close to the frequency of the signal, since it is approximately double the said frequency. This property is made possible without increasing the intermediate frequency which may still be relatively low. In this way, hooking and spatial charge coupling are eliminated and a high signal-to-image ratio is obtained without the decrease in gain or selectivity which accompanies an increase in the intermediate frequency. The principles of the invention can be applied to heterodyne assemblies in general, and are not necessarily limited to receptors.