FR2527024A1 - Generateur a frequence commandable, de sensibilite elevee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES GENERATEURS A FREQUENCE COMMANDABLE ET NOTAMMENT LES OSCILLATEURS COMMANDES PAR UNE TENSION. POUR AUGMENTER LA SENSIBILITE DU GENERATEUR (VARIATION DE FREQUENCE EN FONCTION DES VARIATIONS D'UN PARAMETRE DE COMMANDE), ON PROPOSE DE REALISER LE GENERATEUR PAR UN CIRCUIT BOUCLE 10, 12 INCORPORANT DANS LA BOUCLE UN QUADRIPOLE 26 PRESENTANT UN ZERO DE TRANSMISSION DANS LA GAMME UTILE DE FREQUENCES DU GENERATEUR, DE TELLE SORTE QUE LA COURBE 24 DE VARIATION DE PHASE PH EN FONCTION DE LA FREQUENCE F PRESENTE DANS LA GAMME DE FREQUENCES UTILES UNE PLUS FAIBLE PENTE QUE LA COURBE CORRESPONDANTE 20 EN L'ABSENCE DE CE QUADRIPOLE. L'AFFAIBLISSEMENT DU A CE ZERO EST LIMITE AFIN QUE LE GENERATEUR OSCILLE QUAND MEME. APPLICATION NOTAMMENT A LA REALISATION DE DEMODULATEURS A BOUCLE A ASSERVISSEMENT DE PHASE.

Description

GENERATEUR A FREQUENCE COMMANDABLE, DE SENSIBILITE ELEVLE
La présente invention concerne les générateurs à fréquence commandable tels que par exemple les oscillateurs commandes en tension ou commandés par un autre paramètre.

Un tel générateur est normalement réalisé par un circuit en boucle fermée tel que la courbe de réponse en fréquence de ce circuit examinée en boucle ouverte et non fermée présente, dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur un gain supérieur à 1 pour un déphasage de 360 degrés. Par exemple, comme on le voit à la figure 1, le générateur peut être constitué par un amplificateur 10 bouclé par un circuit de réaction 12. Si on ouvre la boucle à l'entrée de l'amplificateur (figure 2), on doit trouver entre le signal (E) entrée de l'amplificateur et le signal (S) à la sortie du circuit de réaction une fonction de transfert présentant par exemple un pale à une fréquence Fe. Pour cette fréquence et les fréquences voisines, le générateur peut osciller si le gain en boucle ouverte est suffisant pour un déphasage de 3600.

Les figures 3a et 3b montrent en correspondance un exemple de courbe de réponse en fréquence (amplitude A sur la figure 3a, et phase Ph sur la figure 3b) qui peut typiquement en résulter (courbes en traits pleins).

Autour de 360 degrés, la variation de phase en fonction de la fréquence est rapide. Ceci signifie, pour un générateur commandabl.e en fréquence, que si on change le paramètre de cora-- mande, par exemple la tension de commande d'une diode a capacité variable, de manière à faire varier la phase pour faire en sorte que le point de phase 360 degrés se déplace à droite ou à gauche, on établira une nouvelle courbe de variation de phase qui sera globalement translatée à droite ou à gauche de la première nais qui présentera toujours la même pente. Si cette pente est importante au voisinage de 3600, il faudra faire beaucoup varier la phase pour aboutir à un déplacement de fréquence d'oscillation appréciable.La figure 3b montre en pointillé une nouvelle fréquence d'oscillation F"c due à une modification de phase.

Dans ces conditions, le générateur risque de ne pas présenter une sensibilité suffisante aux variations de son paramètre de commande.

Or, une sensibilité élevée est souvent une caractéristique essentielle pour un générateur à fréquence commandable.

Prenons exemple classique de réalisation d'un démodulateur de fréquence à boucle d'asservissement de phase (phase locked loop en anglais), représenté à la figure 4, comprenant un comparateur de phase 14 recevant d'une part une fréquence à démoduler F et d'autre part la sortie d'un oscillateur 16 commandé en tension, le comparateur fournissant à sa sortie une tension V qui d'une part constitue la sortie du démodulateur et d'autre part est appliquée en tant que tension de commande à l'osciliateur 16.Cette tension V ne doit pas être trop élevée si on veut conserver la linéarité de fonctionnement du comparateur de phase ; si la sensibilité de l'oscillateur n'est pas très élevée, les variations de cette tension seront trop faibles pour faire varier dans une mesure suffisante la fréquence de l'oscillateur pour démoduler un signal dans une bande de fréquence suffisante.

On est conduit alors a intercaler un amplificateur 18 entre la sortie du comparateur de phase 14 et l'entrée de commande de fréquence de l'oscillateur 16. Mais cet amplificateur introduit un déphasage supplémentaire tendant à restreindre l'excursion possible de fréquences à démoduler.

Cet exemple montre ne raison pour laquelle il serait très souhaitable d'augmenter la sensibilité naturelle de l'oscillateur.

Pour y parvenir, la présente invention propose de modiFIer la fonction de transfert en boucle ouverte du circuit des figures 1 et 2 de manière à introduire, en cascade dans cette boucle, un élément déphaseur introduisant un déphasage variable avec la fréquence, de pente opposée à celle de la figure 3b, de sorte que le déphasage global résultant ait une pente beaucoup plus faible (phase en fonction de la fréquence) dans la zone ne travail, c'est à dire autour d'un déphasage de 3u3.

précisément, on introduit en cascade dans la boucle un quadripôle déphaseur présentant un zéro de transmission avec un affaiblIssement fini pour une fréquence dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.

Ce zéro de transmission peut être réalisé avec un circuit résonant ou un circuit bouchon RLC, ou encore par une ligne à retard de longueur lambda/2 où lambda est la longueur d'onde électromagnétique à une fréquence comprise dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.

Il est important de bien comprendre qu'un générateur à fréquence commandable réalisé selon le schéma de la figure 1 correspond à une fonction de transfert en boucle ouverte présentant le plus souvent un pale dans la gamme de fréquences de travail, et que l'on propose ici, de manière inattendue, d'y adjoindre un zéro également dans la gamme de fréquences de tta-aii.

L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels
- les figures 1, 2, 3a et-3b, déjà décrites correspondent à l'art antérieur ;
- la figure 4 montre un démodulateur utilisant un oscillateur à fréquence connandable ;
- la figure 5 montre un exemple de modification de courbe de réponse phase-fréquence d'un générateur à sensibilité accrue selon l'invention
- la figure 6 montre un schéma-bloc de circuit selon l'invention
- la figure 7 représente lm quadripôle à circuit resonant RLC utilisable dans l'invention
- la figure 8 représente un quadripôle à circuit bouchon
RLC utilisable dans l'invention
- la figure 9 représente un exemple détaillé de générateur de fréquence commandable selon l'invention
- la figure 10 représente un autre exemple de générateur selon l'invention.

La figure 5 montra des courbes de variation de phase Ph en fonction de la fréquence f. Une première courbe 20 en traits tiretés est similaire 7 celle de la figure 3b : elle correspond a une courbe normale pour un générateur classique dont la fonction 'e transfert en boucle ouverte comporte un pôle au voisinage d'une fréquence Fc.

Une deuxième courbe 22 en traits tiretés correspond à la courbe d de r ponse d1un quadripôle déphaseur présentant un zéro de transmission du second ordre au voisinage de la même fréquence Fc.

Une troisième courbe 24, en traits pleins, est l'addition des deux preières et correspond donc a la nise en cascade du quadripôle déphaseur dans la boucle du circuit des figures 5 et 2. Conne on peut le voir, la pente de variation de la pause en en fonction de 1a fréquence, dans la gnome de fréquences de travail autour de Fc, est beaucoup plus faible que celle de la courbe initiale 20. Tl en resulte un accroissement important de la sensibilité du générateur dans cette gamme puisqu'une plus petite modification de la phase (au moyen du paramètre de commande du générateur) se traduit par une plus grande variation de fréquence d'oscillation.Ceci est rendu possible parce que le zéro de transmission du quadripôle se situe dans la gaumme de fréquences de travail autour de Fe, et seulement à condition que l'affaiblissement de gain résultant de ce zéro ne soit pas trop -porta'.t et ne conduise pas a un gain e boucle ouverte inférieur à L pour ta déphasage de 360 a Fc (ou autour de Fc lorsque le paramètre de comnande du générateur varie).

La figure 5 montre symboliquement le schéma de circuit qu an resulte : insertion, en cascade des la boucle d'un quadripôle déphaseur 26 ayant un zéro de transmission autour d Fc c'est à dire dans la gamme de fréquences utiles.

De préférence, ce téro est du second ordre et est réa1isC par un circuit à résistance, inductance et capacité.

Les figures 7 et 8 montrent des exemples de quadripôles appropriés selon l'invention on voit qu'on peut utiliser un circuit résonant en derivation ou en circuit louchon RLC en série. A la figure 7 un circuit à résistance 28 en série avec une capacité 30 et une inductance 32 est placé en parallèle sur la sortie du quadripôle, une résistance 34 est en série entre une entrée El et une sortie S1 du quadripôle, et un court-circuit relie l'autre entrée E2 et l'autre sortie S2. A la figure 8, la première entrée
El est reliée à la première sortie S1 par un ensemble en parallèle d'une résistance 36, une capacité 38 et une inductance 40 ; une résistance 42 est en parallèle entre les deux sorties Si et S2, et la sortie 82 est reliée à l'entrée E2.

Ces circuits des figures 7 et 8 sont donnés à titre d'exemple ; dans les deux cas, la pulsation de résonance, qui est l'inverse de la racine carrée du produit de l'inductance par la capacité, doit être dans la gamme de fréquences de travail du générateur, et les résistances, notamment 28 et 36 doivent être telles qu'il n'y ait pas un affaiblissement trop important aux fréquences de travail.

La figure 9 représente un exemple détaillé de générateur, conçu selon le principe d'un amplificateur fonction nant en transmission d'onde partielle.

Le circuit comprend un certain nombre d'éléments, dont une diode à capacité variable 44 pour régler la fréquence d'oscillation, et des inductances 46, 48 et capacités 50, 52, 54 qui définissent avec la diode 44 la fréquence d'oscillation ; deux transistors 56 et 58 assurent l'amplification nécessaire et la sortie du second transistor est rebouclée à travers une capacité 60 et une résistance 62 sur l'entrée du premier conformément au schéma de la figure 1. De plus, selon l'invention, et pour respecter le schéma de la figure 6, on a inséré en cascade entre la capacité 60 et la résistance 62 un quadripôle déphaseur 26 qui comprend en fait une simple branche de dérivation entre la masse et le point de jonction de la capacité 60 et de la résistance 62.

Cette branche de dérivation comprend un circuit RLC série (résistance 64, capacité 66, inductance 68) ; cette branche crée un zéro de transmission du second ordre à une fréquence de l'ordre de la fréquence de travail du générateur ; l'inductance 68 et la capacité 66 doivent être choisies en conséquence ; la résistance 64 ne doit pas être trop rible pour que l'affaiblissement introduit ne soit pas trop important au zéro de transmission.

La figure 10 montre un autre exemple de réalisation de nérateur à sensibilité améliorée, utilisant aussi une diode à capacité variable commandée par une tension. La différence vient de ce que l'amplificateur (constitué par un transistor 70) fonctionne en onde réfléchie, c'est à dire qu'une onde incidente se propage vers l'entrée (base) de l'amplificateur et qu'une onde réfléchie se propage en sens inverse avec un certain gain. Dans ces conditions, le quadripôle déphaseur rajouté selon l'invention a une premiers entrée El reliée a la base du transistor, une deuxième entrée E2 à la nasse. une sortie S1 reliée a El et non connecte ailleurs, et une sortie S2 à la masse. Entre El et E2 un circuit RLC série est prévu.

Bien d'autres schémas d'application de l'invention pourraient bien entendu être imaginés. Ils sont utilisables tout particulièrement pour réaliser des démodulateurs à boucle a asservissement de phase.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS

   t. Générateur à fréquence commandable comportant un cir- cuit en boucle fermée (lO, 12) tel que la courbe de réponse en fréquence du circuit en boucle ouverte présente, dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur, un gain supérieur à 1 pour un déphasage de 3600, caractérisé par le fait que le circuit con- porte, en cascade dans la boucle, un quadripôle déphaseur (26) présentant un zéro de transmission avec un affaiblissement fini pour une fréquence dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.
2. 2. Générateur à fréquence commandable selon la revendication l, caractérisé par le fait que le quadripôle comprend un circuit résonant RLC série (28, 30, 32) de fréquence de résonance comprise dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.
3. 3. Générateur à fréquence commandable selon la revendication l, caractérisé par le fait que le quadripôle comprend un circuit bouchon RLC (36, 38, 40) de fréquence de résonance comprise dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.
4. 4. Générateur à fréquence commandable selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le quadripôle comprend une ligne à retard de longueur lambda/2 où lambda est la longueur d'onde électromagnétique à une fréquence comprise dans la gamme de fréquences d'oscillation du générateur.