FR2548849A1 - Source d'hyperfrequences a frequences multiples - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE SOURCE D'HYPERFREQUENCES A FREQUENCE VARIABLE. ELLE COMPORTE ESSENTIELLEMENT UN OSCILLATEUR COMMANDE PAR TENSION 11, UN OSCILLATEUR COMMANDE PAR CRISTAL 27 FONCTIONNANT A UNE FREQUENCE INFERIEURE A LA BANDE DE L'OSCILLATEUR 11 ET PRODUISANT DES HARMONIQUES, ET UNE BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE QUI VERROUILLAGE LA FREQUENCE DE L'OSCILLATEUR COMMANDE PAR TENSION SUR UN HARMONIQUE SELECTIONNE DE L'OSCILLATEUR COMMANDE PAR CRISTAL. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES EMETTEURS ET DES RECEPTEURS RADAR.
Description
1 2548849
La présente invention se rapporte d'une façon générale aux sources de signaux en hyperfréquences et concerne plus particulièrement une source de signaux en hyperfréquences à fréquence variable qui est verrouilléeen phase sur l'un sélectionné des harmoniques d'une source de signal de référence Comme cela est connu dans la technique, des sources de signaux en hyperfréquences sont des él 1 ments nécessaires dans les sections d'émetteur et de récepteur 10 d'un système radar Dans de nombreuses applications, il est hautement souhaitable, sinon essentiel, que ces sources soient à fréquence variable, ce qui veut dire que leurs fréquences peuvent être changées pendant le fonctionnement Une manière connue d'obtenir 15 cette variation de fréquence consiste à verrouiller en phase un oscillateur commandé par tension fonctionnant dans la bande voulue d'hyperfréquences, sur lu'n sélectionné d'un certain nombre d'harmoniques d'une source de signal de référence fonctionnant à fréquence 20 relativement basse Il est bien évident que pour obtenir une fréquence variable, il doit y avoir au moins deux harmoniques (en pratique il y en a beaucoup plus) du générateur de signal de référence dans la bande voulue d'hyperfréquences et que des dispositions 25 doivent être prises pour sélectionner l'harmonique
correct à un instant donné.
Une solution courante consiste à utiliser un oscillateur commandé par cristal qui fonctionne par exemple dans la plage de 40 M Hz avec des multiplicateurs 30 de fréquence appropriés pour produire des harmoniques dans la plage voulue d'hyperfréquences, par exemple gigahertz L'oscillateur est verrouillé en phase sur l'un sélectionné des harmoniques, ce dernier étant changé selon les besoins pour obtenir une fréquence variable Mais les circuits qui commandent la sélection d'un harmonique particulier sont relativement complexes avec des limites sévères sur la précision de sorte qu'il
est difficile de les réaliser de façon pratique.
Compte tenu de ceci, un objet essentiel de l'invention est de proposer une source d'hyperfréquences à fréquence variable dans laquelle un oscillateur commandé par tension fonctionnant dans une bande d'hyperfréquences est verrouillé en phase sur l'un quelconque de plusieurs harmoniques d'une source de signal de référence sans qu'il soit nécessaire de sélectionner préalablement un harmonique particulier de ce signal de référence Un autre objet de l'invention est de proposer une source d'hyperfréquences à fréquence variable dans laquelle la précision de l'oscillateur commandé par tension doit-être contrôlée seulement dans des
limites relativement larges.
Ces résultats ainsi que d'autres sont obtenus selon l'invention au moyen d'une source d'hyperfréquences à fréquence variable dans laquelle un oscillateur commandé par tension fonctionnant dans une bande d'hyperfréquences est verrouillé en phase par un détecteur de phase d'échantilionnage sur un oscillateur de référence fonctionnant à une fréquence fondamentale au-dessous des hyperfréquences, et un second détecteur
de phase d'échantillonnage étant prévu pour fournir un signal d'indication de verrouillage au circuit de 25 commande de boucle à verrouillage de phase.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront au cours de la description qui
va suivre.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à 30 titre d'exemple nullement limitatif; La figure 1 est un schéma simplifié d'une source d'hyperfréquences à fréquence variable selon l'invention, La figure 2 est un schéma simplifié du 35 circuit de commande logique de la figure 1, et La figure 3 est un schéma simplifié des
détecteurs de phase d'échantillonnage de la figure 1.
Avant de passer à la description détaillée
de la présente source d'hyperfréquences à fréquence variable, il faut noter que pour simplifier les dessins, seuls les éléments nécessaires pour la compréhension du fonctionnement de l'invention sont représentés Ainsi, par exemple, des éléments comme des séparateurs n'ont pas été représentés bien que des éléments de cette nature doivent faire partie d'une source d'hyperfréquences opérationnelle La figure 1 représente donc une source 10 d'hyperfréquences à fréquence variable selon l'invention qui comporte un oscillateur commandé par tension 11 à hyperfréquences, par exemple dans la bande C. Le signal de sortie de l'oscillateur 11 est couplé, par des coupleurs directionnels, 13, 15, respectivement à un diviseur de puissance 17 et un filtre 19 Le filtre 19 est un circuit à bande étroite accordé sur la fréquence la plus basse voulue de l'oscillateur commandé 11 Le signal de sortie du filtre 19 est détecté par un détecteur 21 pour produire un premier signal d'entrée d'un circuit logique de commande 23, pour des raisons qui seront expliquées en détail par
la suite.
Le diviseur de puissance 17 a pour effet de 25 laisser passer le signal de bande C provenant du coupleur directionnel 13 vers un détecteur de phase d'échantillonnage 25 I et, par l'intermédiaire d'un déphaseur 90 , vers un détecteur de phase d'échantillonnage 25 Q Les détecteurs de phase d'échantillonnage 30 25 I et 25 Q seront expliqués en détail par la suite en regard de la figure 3 Il suffit pour le moment de noter que les détecteurs de phase d'échantillonnage I, 25 Q permettent que la fréquence de référence provenant d'un oscillateur de référence 27 soit un sousharmonique de la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur commandé 11 Les signaux de référence fournis aux détecteurs de phase d'échantillonnage I, 25 Q proviennent de l'oscillateur de'référence 27 (dans le cas présent, un oscillateur commandé par cristal fonctionnant à 40 M Hz) par l'intermédiaire d'un diviseur de puissance 29 Le signal de sortie du détecteur de phase d'échantillonnage 25 I est transmis par un commutateur 33 et un amplificateur conformateur comme signal de commande à l'oscillateur commandé 11 Il apparaît que la combinaison du coupleur 13, du diviseur de puissance 17, du détecteur de phase d'échantillonnage 25 I, du commutateur 33 et de l'amplificateur conformateur 35 forme une boucle à verrouillage de phase (non-référencée) qui verrouille la fréquence de l'oscillateur commandé 11 sur un harmonique de l'oscillateur de référence 27 à 40 M Hz Il faut égale15 ment noter que lorsque la boucle à verrouillage de phase (non référencée) est verrouillée, le signal de sortie du détecteur de phase d'échantillonnage 25 I se trouve à un passage par zéro ou au voisinage et qu'inversement, le signal de sortie du détecteur de phase d'échantillonnage 25 Q (qui est également fourni comme signal d'entrée au circuit logique de commande
23) se trouve à un maximum.
Le fonctionnement de la source 10 d'hyperfréquences à fréquence variable sera maintenant décrit en regard des figures 1 et 2 Ainsi, le circuit logique de commande 23 reçoit un signal SF de sélection de fréquence, appliqué par l'extérieur qui indique la fréquence de fonctionnement voulue de l'oscillateur commandé 11 et un signal d'échantillonnage ECH qui a 30 pour fonction d'accorder l'oscillateur sur la fréquence voulue Le signal de sélection de fréquence SF qui peut être simplement un mot numérique, est appliqué à un comparateur 37 tandis que le signal d'échantillonnage ECH est appliqué à la fois à un générateur de tension en dents de scie 39 et comme signal d'autorisation AUT à un compteur 41 A la réception d'un signal d'échantillonnage ECH, le générateur 39 de tension en dents de scie produit une tension d'accord grossier pour l'oscillateur commandé 11, qui amène la fréquence de cet oscillateur au- dessous de la limite inférieure de la bande d'hyperfréquences voulue Le signal de commande de fréquence provenant du générateur 39 en tension en dents de scie entraine un balayage de fréquence par l'oscillateur 11 jusqu'à ce qu'un signal de sortie du détecteur 21 soit reçu par le circuit logique de commande 23, indi10 quant que l'oscillateur 11 a été accordé sur la limite inférieure de la bande des hyperfréquences Dans le circuit logique de commande, le signal de sortie du détecteur 21 est produit comme lun signal de mise au repos MAZ du compteur 41 La seconde entrée de 15 ce dernier reçoit le signal de sortie du détecteur de phase d'échantillonnage 25 Q appliqué par l'intermédiaire du filtre passe-bas 24 Le signal de sortie de ce dernier passe par des maximums successifs de tension de sortie quand la fréquence de l'oscillateur 20 commandé 11 balaye les différents harmoniques du signal de référence à 40 M Hz Chacun de ces maximums de tension fait progresser le compteur 41, et, quand le comptage est égal au mot de commande de fréquence appliqué au comparateur 37, ce dernier délivre un signal de niveau " 1 " au générateur 39 de tension en dents de scie pour interrompre le balayage La sortie de niveau " 1 " du comparateur 37 est également appliquée comme un signal de commande au commutateur 33 pour le fermer, fermant ainsi la boucle à verrouillage de 30 phase (non référencé) et entrainant son verrouillage sur l'harmonique voulue du signal de référence à 40 M Hz Le verrouillage peut être indiqué par la présence d'un signal de sortie de tension continue pure provenant du détecteur de phase d'échantillonnage 35 25 Q. Il faut noter qu'il y a un délai suffisant 6. entre la réception d'un signal de sortie provenant du détecteur 21 et le premier maximum de tension provenant du filtre passe-bas 24 pour permettre au compteur 41 de détecter ce premier maximum de tension et pour interrompre le balayage de fréquence si ce premier comptage correspond au mot de sélection de fréquence mémorisé dans le comparateur 37 Il faut noter que le temps nécessaire pour cette recherche de fréquence dépend de la vitesse de comptage du compteur 41 et de la constante de temps de la boucle à verrouillage de phase (non référencée) En général, un intervalle de comptage de moins d'une microseconde et une largeur de bande de boucle dépassant 1 M Hz sont tout à fait raisonnables, de sorte qu'une vitesse 15 de recherche de l'ordre d'une microseconde par M Hz
est raisonnable.
La précision de lasource 10 à fréquence variable est déterminée principalement par les caractéristiques du filtre 19 Autrement dit, pour un fonctionnement correct de la source 10 fréquence variable, la fréquence de coupure inférieure du filtre 19 doit être brusque et stable sur une fraction de la fréquence de référence de 40 M Hz Ensuite, la seule autre condition pour assurer la précision de la 25 source à fréquence variable est que la pente de la tension de commande grossière de fréquence appliquée à l'oscillateur commandé 11 l soit suffisamment faible pour permettre aux portes appropriées dans un circuit logique de commande 23 de fonctionner avant que la 30 fréquence de l'oscillateur 11 arrive dans la plage d'accrochage de l'harmonique immédiatement supérieur
du signal de référence à 40 M Hz.
La figure 3 représente un exemple de l'un des détecteurs de phase d'échantillonnage, le détecteur 35 de phase 25 I dans le cas présent qui comporte un générateur d'impulsions 51 dont le signal d'entrée est le signal de référence à 40 M Hz provenant du diviseur de puissance 29 Dans le générateur d'impulsions 51, une diode de récupération, non représentée, déclenchée par le signal de référence à 40 M Hz, est utilisée pour produire les impulsions d'échantillonnage. 5 Les impulsions d'échantillonnage provenant du générateur d'impulsions 51 sont atténuées par un atténuateur 53 avant detre transmises à un circuit de couplage
symétrique/dissynétrique 55.
Il y a lieu de rappeler que selon la théorie 10 de l'échantillonnage, la fréquence d'échantillonnage doit être égale ou supérieure au double de la fréquence
la plus haute dans le spectre du signal à échantillonner.
Dans ce cas, la fréquence la plus haute est la limite supérieure de la largeur de bande de bruit dégénérée par la boucle En outre, pour assurer un fonctionnement correct comme détecteur de phase, la durée des impulsions d'échantillonnage doit être égale ou inférieure à la moitié de la période de la fréquence la plus haute à échantillonner, afin que l'échantillonnage 20 de ce signal se fasse sur les deux côtés d'un point de passage par zéro Cette dernière condition signifie que si la fréquence la plus haute du signal de sortie de l'oscillateur commandé 11 de la figure 1 est un signal en bande C, par exemple 5 gigahertz, la durée des impulsions du signal d'échantillonnage
doit être égale ou inférieure à 100 picosecondes.
Etant donné que la durée moyenne des impulsions formées par le générateur d'impulsions 51 est de l'ordre de 200 à 250 picosecondes (en raison principale30 ment du temps de réponse des diodes de récupération),
un circuit conformateur d'impulsions est nécessaire pour développer des impulsions de 100 picosecondes.
Le circuit de couplage 55 produit des signaux d'amplitudes égales mais de polarités opposées pour les branches d'un circuit conformateur équilibré (non référencé) Ces impulsions se propagent par des condensateurs 57 A, 57 B de blocage de composante continue des segments de ligne de transmission 59 A, 59 B et des condensateurs 61 A, 61 B jusqu'à un point e auquel elles sont réfléchies; il faut noter qu'à la réflexion par le court-circuit virtuel au point B, les impulsions subissent une inversion de phase instantanée de 180 La longueur électrique des segments de ligne de transmission 59 A, 59 B introduit un retard de 50 picosecondes et par conséquent, quand les flancs avant des impulsions réfléchies apparaissent 10 à nouveau aux points A et A', la partie réfléchie de l'impulsion annule l'impulsion entrante de 200 à 250 picosecondes pour produire finalement une impulsion de 100 picosecondes aux points A et A' Ces impulsions de picosecondes débloquent des diodes Schottky
63 A, 63 B qui sont normalement bloquées par des circuits de contr 8 le de polarisation en courant (non référencés).
Ces derniers comportent des diviseurs de tension et des bobines d'arrêt à haute fréquence (qui ne sont pas référencées) Quand les diodes Shcottky 63 A, 63 B 20 sont débloquées, des échantillons d'une durée de 100 picosecondes du signal en bande C entrainent une charge d'un condensateur 65 La sortie de ce dernier est appliquée comme tension de commande à l'oscillateur
commandé 11 de la figure 1.
Il faut remarquer que le processus d'échantillonnage décrit ci-dessus entraine que le spectre d'entrée de bande C provenant du diviseur de puissance 17 de la figure 1 soit répété à des intervalles égaux à la fréquence d'échantillonnage Quand la fréquence du signal de bande C provenant de l'oscillateur commandé 11 s'approche d'un harmonique du signal de référence, une tension de sortie alternative est d'abord produite par le détecteur de phase d'échantillonnage 25 I à la fréquence de différence Quand la 35 fréquence du signal de bande C provenant de l'oscillateur commandé est égale à celle d'un harmonique du signal de référence, une tension continue est produite, proportionnelle au cosinus de la différence de phase
entre le signal de bande C et un harmonique correspondant du signal de référence.
Il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent 9 tre apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif Par exemple, les fréquences auxquelles fonctionnent les oscillateurs et les caractéristiques du générateur de tension en dents de scie peuvent &tre 10 changées pour adapter la bande des hyperfréquences, et le nombre des harmoniques dans cette bande, dans laquelle lloscillateur commandé fonctionne de la
manière décrite.
Claims (4)
1 1 entre le nombre de signaux indicatifs et le signal de commande, ce troisième signal de commande ayant pour effet d'inhiber tout autre fonctionnement du premier dispositif et de connecter le second signal de commande à l'oscillateur commandé par tension pour verrouiller la phase de l'oscillateur commandé
par tension sur l'harmonique voulu.
2 Source d'hyperfréquences selon la revendication 1, caractérisée en ce que le second dispositif ( 25 I) comporte un dispositif ( 51) réagissant au signal de sortie de l'oscillateur commandé par cristal en produisant simultanément un signal d'échantillonnage positif et un signal d'échantillonnage négatif chaque fois qu'un passage positif par zéro apparaît dans ce 15 signal, la durée de chaque signal d'échantillonnage étant égale ou inférieure à la demi-période du signal d'hyperfréquences la plus élevée de l'oscillateur commandé par tension, un dispositif à diodes ( 63 A, 63 B) réagissant à chaque impulsion d'échantillonnage positive et chaque impulsion d'échantillonnage négative en redressant le signal hyperfréquences existant pour produire un signal indicatif ayant une amplitude et une polarité correspondant à la différence de phase entre le signal d'hyperfréquences existant et 25 le plus proche des harmoniques de l'oscillateur commandé par cristal, et un dispositif ( 65) pour intégrer le signal indicatif et produire le second signal de commande, ce signal de commande ayant pour
effet de changer la fréquence de l'oscillateur commandé 30 par tension pour annuler finalement le signal indicatif.
3 Source d'hyperfréquences selon la revendication 2, caractérisée en ce que le troisième dispositif ( 25 Q) est similaire au second dispositif ( 25 I) 35 mais comprenant en outre un déphaseur ( 31) disposé pour décaler la phase du signal de sortie de l'oscillateur commandé par cristal de 90 , en produisant finalement le signal indicatif, ce signal présentant un maximum
quand le second signal de commande est nul.
4 Source d'hyperfréquences selon la revendication 3, caractérisée en ce que le quatrième dispositif ( 23) comporte un compteur ( 41) réagissant aux signaux indicatifs en produisant un signal numérique incrémenté à l'apparition de chaque signal indicatif et un comparateur numérique ( 37) réagissant au signal numérique du compteur et à un signal de sélection de fréquence produisant le troisième signal
de commande.
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