FR2563666A1

FR2563666A1 - Synthetiseur de frequence pour ondes millimetriques

Info

Publication number: FR2563666A1
Application number: FR8506539A
Authority: FR
Inventors: Michael Zelitzki; Yekutiel Josefsberg
Original assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Current assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Priority date: 1984-05-01
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB2159012B; GB8510856D0; IL71718A0; US4614917A; IL71718A; DE3515569A1; FR2563666B1; GB2159012A

Abstract

SYNTHETISEUR INDIRECT DE FREQUENCE, DANS LA GAMME DES ONDES MILLIMETRIQUES DE 36 A 38,6 GHZ, QUI COMPREND UNE BOUCLE PERFECTIONNEE DE TRANSLATION DE FREQUENCE 20, 30, 40, 15, 4, 1, 2, 36, 39 FONCTIONNANT DANS LA GAMME DES HAUTES FREQUENCES ET CONTIENT UN DISPOSITIF DE CORRECTION AUTOMATIQUE DE GAIN DE BOUCLE 6, 5, 11, 12, 16, 21, 26, 24, 22 ET UN DISPOSITIF PERFECTIONNE DE RECHERCHE D'ACCROCHAGE 8, 18, 3, 17, 27, 28, 33, 32, 31. LA BOUCLE DE TRANSLATION DE FREQUENCE PEUT FONCTIONNER DANS DES CONDITIONS VARIEES (TEMPERATURE, ETC.) SANS LES INCONVENIENTS QUI EXISTENT DANS CETTE GAMME DE FREQUENCE, ET ELLE PERMET NOTAMMENT LE MAINTIEN DE PARAMETRES DE BOUCLE OPTIMAUX CONSTANTS, DE SORTE QU'ON PEUT UTILISER TOUTE LA PLAGE D'ACCORD DE FREQUENCE DE L'OSCILLATEUR A ONDES MILLIMETRIQUES 36. LE SYNTHETISEUR POSSEDE DE TRES BONNES CARACTERISTIQUES EN CE QUI CONCERNE LE BRUIT ET LES FREQUENCES PARASITES.

Description

La présente invention se rapporte à un synthéti-

seur de fréquence dans la gamme des ondes millimétriques de

36 à 38,6 GHz, qui utilise une boucle élaborée de transla-

tion de fréquence. Le synthétiseur est composé d'une boucle d'accrochage de phase contenant une conversion en moyenne

fréquence, un circuit de correction automatique de coeffi-

cient ou gain de boucle et un circuit élaboré de recherche d'accrochage. Le caractère spécifique de la boucle tient à son aptitude à fonctionner dans des conditions variées, en évitant les difficultés qui existent dans cette gamme de fréquence, principalement (a)par maintien de paramètres de boucle optimaux constants, ce qui permet d'utiliser la totalité de la plage d'accord de fréquence de l'oscillateur à ondes millimétriques, et (b) par obtention d'un bruit

faible et de fréquences parasites réduites.

L'invention est relative à un synthétiseur de fré-

quence dans la gamme des fréquences d'ondes millimétriques

de 36 à 38,6 GHz et, en particulier, à un circuit de cor-

rection automatique de gain de boucle et à un circuit de recherche d'accrochage, qui appartiennent tous deux à la

boucle de translation de fréquence.

Les synthétiseurs indirects dans cette gamme souf-

frent de l'instabilité des paramètres de la boucle de trans-

lation de fréquence, à cause des variations de gain (eF/AV) des oscillateurs à commande de tension pour les fréquences d'ondes millimétriques. Ce gain n'est pas constant. Il varie avec la température et le temps et il n'est pas identique

pour des oscillateurs différents, ce qui entraîne des varia-

tions de gain de dizaines de dB. D'autre part, en raison de l'étroite plage d'accord de fréquence et du prix élevé des

oscillateurs à ondes millimétriques, il est souhaitable d'u-

tiliser un seul oscillateur et d'exploiter la totalité de sa plage d'accord de fréquence, dans laquelle la variation

de gain est également de plusieurs dizaines de dB. Les va-

riations de gain de l'oscillateur provoquent des variations du gain de boucle, ce qui a pour conséquence un accrochage

avec des paramètres de boucle indésirables ou un défaut to-

tal d'accrochage. Jusqu'à présent,pour vaincre cette diffi-

culté, on a utilisé divers procédés compliqués comportant une large utilisation de synthétiseurs à basse fréquence

associés à des multiplicateurs et/ou à des mélangeurs d'har-

moniques, ou bien l'utilisation inévitable de plusieurs os-

cillateurs fonctionnant chacun dans sa plage d'accord liné-

aire de fréquence qui est seulement une partie de la plage totale, ou bien l'utilisation d'un linéariseur à boucle ouverte adapté spécialement à un oscillateur à commande de tension,avec le fonctionnement limité correspondant dû aux

importantes variations du gain de l'oscillateur.

La présente invention a pour objet un synthéti-

seur indirect qui évite les inconvénients ci-dessus, grâce à l'utilisation d'un circuit de correction automatique de

gain de boucle et d'un circuit élaboré de recherche d'ac-

crochage. Le circuit de correction automatique de gain de boucle permet de négliger les variations des paramètres de l'oscillateur à commande de tension ou les paramètres de

tout autre composant dans la boucle (dues à des différen-

ces entre oscillateur, des variations de température, un accord de fréquence ou tout autre effet). Par suite, on peut utiliser la totalité de la plage d'accord de fréquence de l'oscillateur, tandis que la commande du gain de boucle

permet d'obtenir une largeur de bande constante de la bou-

cle de translation de fréquence, et ainsi un bruit et des fréquences parasites de valeur optimale. Le circuit élaboré de recherche d'accrochage permet de couvrir toute la plage de variation de la tension de commande de l'oscillateur,

sans provoquer de contrainte de phase importante et sans dé-

pendre de l'amplification de courant continu entre la sor-

tie du détecteur de phase et l'entrée de tension de commande

de l'oscillateur. Cette amplification varie, afin de compen-

ser le changement de gain de l'oscillateur à ondes millimé-

triques, car il est nécessaire de maintenir constant le gain

de boucle. Après l'accrochage initial de la boucle, on me-

sure de façon continue les paramètres de boucle. Si des chan-

gements se produisent dans ces paramètres, le gain de bou-

cle est corrigé,ainsi que la tension d'accrochage fournie par le dispositif de recherche, sans perte d'accrochage et

sans aucune perturbation dans la boucle.

Comme l'oscillateur fonctionne à haute fréquence, il possède une sensibilité relativement très élevée à un accord de fréquence dû à des variations de la tension de la commande. La tension de commande doit donc être exempte de bruit, à un degré très poussé, y compris le bruit engendré par les composants analogiques de la boucle. Ce résultat est atteint par le choix d'une position correcte des blocs dans la boucle, et la sélection et la conception correctes

des composants de la boucle fermée.

Tous les circuits ci-dessus sont réalisés de fa-

çon simple, au moyen de composants peu coûteux à faible con-

sommation de courant, qui sont assez simples pour qu'aucun

micro-ordinateur, programme, etc..ne soit nécessaire.

Le synthétiseur de fréquence contient une boucle d'accrochage de phase qui sert de translateur de fréquence contenant un dispositif de correction automatique de gain de boucle, un dispositif élaboré de recherche d'accrochage et un synthétiseur de référence à bande L à faible bruit de phase. La sortie du synthétiseur de référence, dans la gamme de 1500 à 1608 MHz, est multipliée et subit un mélange, au moyen d'un mélangeur d-'harmoniques, avec la sortie de l'oscillateur principal de boucle qui est dans la gamme de 36 à 38,6 GHz, afin d'engendrer une fréquence moyenne à MHz. Cette fréquence est comparée, par le détecteur de phase de boucle, avec un signal de référence identique. La

tension d'erreur, après filtrage, est utilisée pour la com-

mande de l'oscillateur à ondes millimétriques.

Le dispositif de correction automatique de gain de boucle, qui fonctionne lorsque la boucle est accrochée,

contient un générateur pour un signal à 90 kHz qui est in-

jecté dans les circuits de boucle de translation de fré-

quence, pour échantillonner ce signal en deux points dans la boucle, et un dispositif de comparaison et de décision

qui modifie le gain de boucle.

Ainsi, le synthétiseur contient un dispositif éla-

boré de recherche d'accrochage qui fonctionne à la -fois dans les situations de boucle accrochée et de boucle non

accrochée. Ce dispositif contient un détecteur d'accro-

chage, un détecteur de phase et un générateur à gradins

qui fournit une tension d'accord de dégrossissage à l'os-

cillateur. La boucle principale fournit la tension de cor-

rection fine.

D'autres objets et avantages de l'invention ap-

paraîtront aux hommes de l'art à la lecture de la descrip-

tion ci-après de son mode de réalisation, non limitatif, représenté sur les dessins,annexés,dans lesquels:

la figure 1 est un schéma de principe du synthé-

tiseur de fréquence, et la figure 2 est un schéma de principe illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de correction

automatique de gain de boucle.

On décrit maintenant en détail un mode préféré

de réalisation de l'invention.

Structure Générale

Ce paragraphe décrit un synthétiseur de fréquen-

ce d'ondes millimétriques contenant un dispositif de cor-

rection automatique de gain de boucle et un dispositif élaboré de recherche d'accrochage, permettant de réaliser de façon simple et efficace les circuits du synthétiseur et d'utiliser la totalité de la plage d'accord de fréquence

de l'oscillateur à commande de tension à ondes millimétri-

ques. Cela est important car l'oscillateur à commande de tension est un composant délicat et coûteux, comprenant

normalement une diode Gunn ou une diode Impatt.

Le synthétiseur de fréquence est basé sur un synthétiseur de référence de base dans la bande L qui, après multiplication, sert d'oscillateur local d'une boucle élaborée de translation de fréquence d'ondes millimétriques. Les avantages de ce procédé sont l'efficacité, la pureté

spectrale et la stabilité.

Structure de la boucle de translation de fréquence

La boucle de translation de fréquence est repré-

sentée sur la figure 1. Le synthétiseur de référence de base 30 fonctionne dans la plage de fréquence de 1500 à 1608, 333 MHz (dans laquelle il existe encore des diviseurs

de fréquence) et il est stabilisé par un oscillateur de ré-

férence à cristal à correction de températures 1,666667 MHz,20. Ce synthétiseur de référence engendre soixante-six fréquences espacées les unes des autres de 1,666667 MHz. La

puissance de sortie du synthétiseur de référence est ampli-

fiée par un amplificateur de puissance 35 et la fréquence est multipliée par quatre dans un multiplicateur passif 38. La sortie du multiplicateur est envoyée à un mélangeur d'harmoniques 40 qui, au moyen de la sixième harmonique

de l'oscillateur local et d'un échantillon venant de l'os-

cillateur 36 à ondes millimétriques,par l'intermédiaire

d'un coupleur directionnel 39, engendre une fréquence mo-

yenne à 100 MHz, suivant la formule Fo-6FLo=FIF. Le signal

de fréquence intermédiaire est amplifié, dans un amplifica-

teur 37,et envoyé à travers un amplificateur anti-fading 34, un filtre passe-haut 29, un limiteur 19 et un filtre

passe-bas 15, aux autres composants de la boucle de trans-

lation de fréquence et, avec un oscillateur à cristal de

référence 1, la boucle est accrochée et engendre une ten-

sion de correction pour l'oscillateur à ondes millimétri-

ques. L'amplificateur anti-fading 34 et le filtre passe-

haut 29 ont pour fonction d'empocher les signaux à des fréquences inférieures à 100 MHz d'atteindre le limiteur 19 à une valeur trop élevée, à laquelle des harmoniques à

MHz peuvent être engendrées et la boucle pourrait s'ac-

crocher sur celles-ci (par exemple, la deuxième harmonique d'un signal à 50 MHz ou la troisième harmonique d'un signal à 33,333 MHz). Les variations de la fréquence du synthéti-

seur de référence provoquent des changements de la fréquen-

ce de l'oscillateur 36 à ondes millimétriques dans la plage

de 36 à 38,6 GHz, pour un nombre total de soixante-six ca-

naux de fréquence espacés à intervalles de 1,666667x4x6 = 40 MHz. Le synthétiseur de référence doit être très stable

et avoir un très faible bruit de phase, puisque sa fréquen-

ce et son bruit de phase sont multipliés par 4x6=24. Pour

cette raison, la source du signal de référence est un os-

cillateur à cristal à correction de température. Au contrai-

re, la fréquence de référence (100 MHz)de la boucle de

translation de fréquence est ajoutée à la fréquence de l'os-

cillateur à ondes millimétriques et son instabilité est né-

gligeable par rapport à la fréquence des ondes millimétri-

ques. On peut donc utiliser pour cette fonction une source

à cristal ordinaire.

Le signal de fréquence intermédiaire, à un angle

de e0, et le signal de référence, à un angle de 8i, tra-

versent un séparateur 4 à 0 O et un séparateur 2 à 90 et ils sont envoyés au détecteur de phase 3, qui engendre une tension de sortie proportionnelle à sin8e ( -009 =9e), et au détecteur d'accrochage 8 qui engendre une tension de

sortie proportionnelle à cos9e. Les deux détecteurs compor-

tent des mélangeurs usuels. La tension de correction engen-

drée au détecteur de phase 3 est envoyée,à travers un am-

plificateur d'addition 5 (de gain égal à A), à un conver-

tisseur numérique-à-analogique 22, qui agit comme un atté-

nuateur variable commandé dans la gamme de 1 à 1/100, dont

la fonction est de maintenir constant le gain de boucle.

L'atténuation du convertisseur 22 varie en fonction des va-

riations de gain des autres composants de la boucle, et principalement de l'oscillateur à ondes millimétriques. A partir du convertisseur numériqueà-analogique, la tension de correction est envoyée à un amplificateur sommateur et

filtre F(s) 31 qui est le filtre principal dans la boucle.

A cet endroit, on ajoute la tension de recherche d'accro-

chage et la tension de somme à la sortie de l'amplifica-

teur est envoyée comme tension de commande à l'oscillateur

36 à ondes millimétriques, pour la détermination de la fré-

quence. Puisque dans certains cas le gain de l'oscillateur (4F/zV) est très grand, atteignant jusqu'à 150 MHz/V, les circuits analogiques actifs dans la boucle doivent être

conçus avec soin, en particulier en ce qui concerne la pro-

duction de bruit interne, afin d'éviter une tension de com-

mande bruyante, ce qui entra1nerait un bruit de phase éle-

vé à la sortie de signal du synthétiseur de fréquence. Par conséquent, il faut s'assurer que la tension de correction dans la boucle ne diminue pas à un niveau voisin du niveau de bruit interne des composants. On amplifie donc la tension

de correction par un facteur A dans un amplificateur somma-

teur 5 avant de l'envoyer au convertisseur numérique-à-analo-

gique 22 qui l'atténue à l'inverse. En outre, le filtre 31, qui est à bande très étroite dans une boucle ouverte, doit être le dernier élément actif avant l'oscillateur à ondes millimétriques, de sorte que le bruit interne des composants est sensiblement filtré. Les composants eux-mêmes doivent

avoir un bruit interne relativement faible.

Dispositif de correction automatique de gain de boucle Le dispositif de correction automatique de gain

de boucle corrige l'atténuation du convertisseur numérique-

à-analogique conformément à la mesure de gain en boucle ou-

verte. Cette mesure est effectuée de façon continue et seu-

lement lorsque la boucle est accrochée. La correction de

l'atténuation est exécutée par incréments discrets et seule-

ment lorsque la déviation de gain dépasse une valeur déter-

minée. La méthode de mesure est basée sur l'injection d'un signal dans la boucle accrochée, à un niveau assez bas pour qu'il ne soit pas sensible à la sortie de l'oscillateur à

ondes millimétriques, comme représenté sur la figure 2.

Pour effectuer le calcul théorique, on définit: H(s) = fonction de transfert de boucle = facteur d'amortissement X n = fréquence naturelle w m = fréquence du signal injecté

Les signaux sont définis sur la figure 2.

2 1s + wn 00 2 n n H(s) = 9 2 - 2 i S + 23w s + n n A partir de la définition de la boucle, on obtient: Vd(s) - H(s) Vx(s) V1(s) = Vx(s) + Vd(s) D'o on déduit que: VI(s) Vd(s) -= 1 + -1= 1 - H(s) Vx(s) Vx(s) Par division des équations appropriées et substitution, on obtient: Vd(s) H(s) V1(s) I - H(s) S2 On remplace s = Jwm' et on obtient: 2j MaD + i Vd(jmm).m+ Vt)= A eun Après calcul de la valeur absolue, on obtient A V 1f l

Afin que le signal injecté ne module pas de façon signifi-

cative l'oscillateur à ondes millimétriques, il est souhai-

table que le niveau du signal Vd soit très faible. Si le

rapport des deux niveaux de signal (équation A) est supé-

rieur à l'unité, le signal V1 est si faible qu'il pour- rait être "perdu" dans le bruit. Il est donc nécessaire que: Vd V1

Dans le cas considéré, à cause de considérations de pertur-

bations, une fréquence de modulation aussi faible que pos-

sible est requise, ce qui détermine | Vd Après substitution dans l'équation A, on obtient: [J 42 j _ = O La solution générale à cette équation est:

2= 22 +/ -T

iZ] Et pour = 0,707, on obtient: B m = 1,554 w n Dans le cas considéré, en raison de considérations de

bruit de phase et de vitesse d'accrochage, une valeur rela-

tivement élevée de wn est requise, de sorte que la fréquence est fixée à: f = 90 kHz m Par suite: kHz N 58 kHz n 1,554 Sur la figure 1, l'oscillateur 6 à 90 kHz injecte

le signal d'essai dans l'amplificateur sommateur 5. La ten-

sion Vd apparait à l'entrée de l'amplificateur sommateur et la tension V1 à la sortie d'un atténuateur 7 de rapport 1/A qui suit l'amplificateur sommateur. A ces endroits, les tensions sont très faibles, de l'ordre de 10 mV, ce qui équivaut à un indice de modulation de fréquence de 0,05 dans

l'oscillateur à ondes millimétriques. Cette valeur est as-

sez faible pour ne pas entratner de perturbations dans la

plupart des cas de fonctionnement avec modulation d'angle.

Dans les cas o une perturbation existe encore, on peut mo-

difier la fréquence (fm) du signal injecté, de façon à ce qu'elle ne soit pas dans la plage d'information transmise,

afin d'éliminer la perturbation. Chacun de ces signaux tra-

verse un filtre 9,10 à bande passante très étroite, qui filtre le signal pour éliminer la plus grande quantité du bruit. Ces filtres sont constitués par des filtres actifs à facteur de surtension très élevé. Les signaux filtrés sont envoyés à des détecteurs de pic 11, 12 perfectionnés,

qui les transforment en tensions continues proportionnel-

les aux niveaux des signaux. Les tensions continues sont envoyées à un amplificateur différentiel 16 dont la tension de sortie est proportionnelle à Vd-V1. Autrement dit, dans la condition désirée, lorsque Vd=V1, la tension de sortie devient nulle. A partir de l'équation A et des définitions des paramètres, on voit que, lorsque Vd > V1 (c'est- à-dire lorsque la tension de sortie de l'amplificateur différentiel est positive),, wn et donc le gain en boucle ouverte n

sont trop grands et on en déduit que l'atténuation du con-

vertisseur numérique-à-analogique doit être augmentée. Lors-

que Vd<V1 (c'est-à-dire lorsque la tension de sortie de l'amplificateur différentiel est négative), t ' wn et donc

le gain en boucle ouverte sont trop faibles et l'atténua-

tion du convertisseur numérique-à-analogique doit être ré-

duite. La tension à la sortie de l'amplificateur différen-

tiel 16 est envoyée à un comparateur de tension à fenêtre

21 qui, lorsque Vd-V1 dépasse une valeur déterminée, ac-

tive un générateur 25 d'onde carrée à 12,5 Hz. Le généra-

teur d'onde carrée actionne un compteur 24 qui a pour fonc-

tion de faire varier par incréments l'atténuation du con-

vertisseur numérique-à-analogique. La sortie de l'amplifi-

cateur différentiel 16 est également reliée par l'intermé-

diaire d'une porte ET 26 à une entrée du compteur, ce qui, en fonction d'un niveau logique (c'est-à-dire en fonction du signe de Vd-V1) commande le sens de comptage (addition ou soustraction), ce qui entraîne une diminution ou une

augmentation de l'atténuation du convertisseur. Le dispo-

sitif de correction automatique de gain de boucle peut fonctionner seulement lorsque la boucle est accrochée.Dans le cas de non accrochage, il est en effet vrai que (Vd-V1) 0, c'est-à-dire une situation qui actionne le compteur, mais le signe peut changer de façon aléatoire

et avec lui le sens de comptage. Pour cette raison, l'in-

dication d'accrochage est également envoyée à la porte ET 26 et amène le compteur à compter dans un sens déterminé, dans le cas de non accrochage. La sortie du compteur 24 est composée de cinq chiffres binaires, c'est-àdire un compte de 32 mots différents. Pour couvrir toute la plage

de variation requise, l'entrée du convertisseur numérique-

à-analogique comprend 10 chiffres binaires, c'est-à-dire 1024 mots différents, permettant une Variation linéaire de l'atténuation. La mémoire morte programmable 23 fonctionne comme interface et convertit les 32 mots du compteur en mots de convertisseur, ce qui conduit à une variation de

l'atténuation dans toute la plage mais en 32 incréments lo-

garithmiques. La fenêtre de tension du comparateur de ten-

sion à fenêtre 21 est prévue de sorte que trois incréments

sont nominalement inclus dans cette fenêtre, afin de lais-

ser de la place pour les variations de paramètres imprévus.

La valeur des tensions Vd et V1 n'a pas besoin d'être pré-

cise puisque le dispositif tend à amener à zéro la différen-

ce entre ces-tensions et, par suite, une variation dans la valeur de tension n'affecte pas la possibilité d'effectuer une correction automatique du gain mais affecte seulement le nombre d'incréments qui sont inclus dans la fenêtre du comparateur de tension à fenêtre. En résumé, le dispositif

de correction automatique du gain de boucle fonctionne lors-

que la boucle est accrochée, il mesure continuellement le gain en boucle ouverte et il corrige le gain dans le sens

voulu, lorsque c'est nécessaire. La correction est effec-

tuée après l'accrochage initial, ou pendant le fonctionne-

ment si les paramètres de boucle ont changé. Elle se pro-

duit d'une manière qui n'affecte pas le signal de sortie d'onde millimétrique du synthétiseur de fréquence. Le gain est corrigé par incréments et non en continu, ce qui évite une situation compliquée faisant intervenir une boucle

fermée supplémentaire dans la boucle d'accrochage de phase.

La plage de correction de gain est dans un rapport de 100:1

(40 dB), ce qui est une plage très large permettant d'ac-

tionner divers oscillateurs à commande par diode à capacité variable, à une tension de commande de fréquence partant effectivement de O volt et allant jusqu'à la tension de rupture. Dispositif de recherche d'accrochage

Le dispositif perfectionné de recherche d'accro-

chage effectue la recherche au moyen d'un générateur à gradins qui provoque une variation par petits incréments discrets dans la tension de commande de l'oscillateur à ondes millimétriques. Contrairement aux autres procédés dans lesquels la tension de recherche n'est plus fournie

après la détection de l'accrochage et la boucle doit com-

penser cette tension par une contrainte de phase,ou dé-

phasage,et/ou un gain élevé de courant continu entre la sortie du détecteur de phase et l'entrée de tension de commande de l'oscillateur, dans le présent dispositif, la tension de recherche conserve la dernière valeur qu'elle

avait avant l'arrêt de la recherche, même après que le dis-

positif ait détecté un accrochage et que la recherche ait été arrêtée. Puisqu'une contrainte de phase importante n'est

pas nécessaire, les circuits de détection d'accrochage pro-

voquent l'arrêt de la recherche seulement pour une petite

valeur de l'angle 8e. De plus, cet angle est également cor-

rigé dans une boucle fermée, sans perturbation détectable,

lorsque les paramètres de boucle ont changé pendant le fonc-

tionnement. Les circuits de détection d'accrochage sont basés sur le détecteur d'accrochage 8,qui engendre une tension de sortie proportionnelle à cosee, et sur le détecteur de phase 3 qui engendre une tension de sortie proportionnelle à singe e Dans le cas d'accrochage sans contrainte de phase (e= 0), la tension de sortie du détecteur d'accrochage est cos 0 =1 (dans le cas d'accrochage sur une fréquence symétrique, la

tension sera cos 180 =- 1) et la tension de sortie du dé-

tecteur de phase est sin 0 = 0. Dans le cas de non accro-

chage, la tension de sortie des deux détecteurs est nulle.

Ainsi, pour une détection initiale d'accrochage, il est nécessaire de détecter une tension à la sortie du détecteur

d'accrochage (cosSe), dont la valeur de la tension corres-

pond à la contrainte de phase définie comme seuil. Cette con-

trainte de phase doit habituellement être relativement gran-

de, à cause de l'incapacité d'un détecteur de phase à engen-

drer avec précision une tension supérieure à une valeur de seuil déterminée. Après l'accrochage initial, le détecteur de phase (sin8e) commence à fonctionner normalement et la

recherche se poursuit, avec l'objectif d'atteindre une va-

leur nulle à la sortie de ce détecteur de phase. La tension

de sortie du détecteur de phase est positive pour une con-

trainte de phase positive et négative pour une contrainte

* de phase négative. Par suite, par identification de la po-

larité de la tension, on peut décider de la direction de recherche, c'està-dire si on doit augmenter ou diminuer la tension.

Sur la figure 1, la tension de sortie du détec-

teur d'accrochage 8 (cos0e) est envoyée, à travers un fil-

tre passe-bas 14 de 1 kHz (dont la fonction est d'atténuer les bruits accompagnant la tension, en particulier le si- gnal à 90 kHz), à un comparateur de seuil 18 qui décide

de l'existence de l'accrochage pour une contrainte de pha-

se ne dépassant pas - 400. Un signal logique à la sortie du comparateur de seuil est envoyé à des portes ET 26, 27,

28. La tension de sortie du détecteur de phase(sinO e), a-

près amplification par un amplificateur sommateur 5, tra-

verse également un filtre passe-bas 13 (qui remplit la même fonction que le filtre 14) et elle est envoyée à un comparateur de tension à fenêtre 17 qui provoque l'arrêt de la recherche pour une contrainte de phase ne dépassant pas - 20 . Un signal logique à la sortie du comparateur

de tension à fenêtre est envoyé à une porte ET 28 qui ac-

tive un générateur 33 d'onde carrée à 500 Hz, lorsque c'est nécessaire. Cette source de signal actionne un générateur à gradins 32 qui engendre le signal de recherche qui est envoyé, à travers un amplificateur sommateur et filtre 31,

à la boucle fermée et est ajouté à la tension dans la bou-

cle fermée. La porte ET 28 arrête la recherche d'accrochage seulement si elle reçoit une telle instruction à la fois du détecteur d'accrochage (cosQe) et du détecteur de phase e (sin0e), c'est-à-dire lorsqu'un accrochage a été détecté par le détecteur d'accrochage et que la contrainte de phase ne dépasse pas la valeur admissible. La sortie du filtre passe-bas 13 est également reliée, par l'intermédiaire d'une autre porte ET 27, à une entrée du générateur à gradins qui, en fonction d'un niveau logique (c'est-à-dire en fonction

de la polarité de la contrainte de phase), commande la di-

rection de recherche, ce qui consiste à augmenter ou à di-

minuer la tension. Le détecteur de phase (sin8e) peut fonc-

tionner seulement lorsque la boucle est accrochée. Dans le cas de non accrochage, la tension obtenue à sa sortie est nulle et le sens de recherche est indéterminé. Pour cette raison, l'indication d'accrochage est également envoyée à la porte ET 27 et commande une direction déterminée de recherche dans le cas de non accrochage. Le générateur à

gradins est constitué par un compteur et un réseau de ré-

sistances raccordé à huit des sorties du compteur, ce qui procure 256 gradins de tension couvrant toute la plage de tension requise pour la recherche, dans ce cas 0 à 30V.

La contrainte de phase, qui est identique pour chaque gra-

din, dépend de l'amplification de courant continu entre la sortie du détecteur de phase et l'entrée de tension de commande de l'oscillateur. Cette amplification varie à cause des changements dans les états du convertisseur

numérique-à-analogique et, du fait de la variation d'am-

plification, la contrainte de phase est différente pour

chaque gradin. La plus grande contrainte a lieu pour l'am-

plification la plus faible, c'est-à-dire dans l'état d'at-

ténuation maximale du convertisseur. Dans cette situation, l'amplification a été prévue de sorte que nominalement

quatre gradins sont inclus dans la plage d'arrêt de recher-

che du détecteur de phase (- 20 ), afin de laisser de la

place pour des changements de paramètres imprévus. La pré-

cision des décisions faites par le comparateur de tension

à fenêtre du détecteur de phase est sans importance, puis-

que le dispositif désire que la contrainte de phase,ou

déphasage,tende vers zéro. Par suite, une imprécision n'af-

fecte pas la capacité d'accrochage mais seulement le nom-

bre de gradins qui sont inclus dans la plage de - 20 .

En résumé, le dispositif perfectionné de recher-

che d'accrochage fonctionne d'abord lorsque la boucle est

non accrochée sur la commande du détecteur d'accrochage.

Après accrochage, le dispositif de recherche continue à corriger la contrainte de phase dans la bonne direction,

en fonction de la commande de détecteur de phase, pour des-

cendre à une contrainte de phase minimale. Cette correction-

est effectuée après accrochage initial,ou pendant le fonc-

tionnement si les paramètres de boucle ont varié. La correc-

tion n'affecte pas le signal de sortie d'onde millimétrique du synthétiseur de fréquence. Le dispositif perfectionné de recherche d'accrochage permet l'accrochage dans toute la

plage de tension de commande de l'oscillateur, avec une con-

trainte de phase maximale faible correspondant à un gradin ou échelon de tension de recherche, qui est de l'ordre de

100 mV, indépendamment de l'amplification de courant conti-

nu (qui est également faible) entre la sortie du détecteur

de phase et l'entrée de tension de commande de l'oscilla-

teur. Cette caractéristique permet davantage de souplesse dans la réalisation de cette partie de la boucle. Cette souplesse est requise dans le cas présent pour ajouter un

autre composant, c'est-à-dire le convertisseur numérique-

à-analogique.

La vitesse de recherche d'accrochage et d'annu-

lation de phase est limitée, dans l'état non accroché, par la largeur de bande de l'amplificateur sommateur et filtre 31 et, dans l'état accroché, par la largeur de bande de la

boucle accrochée. La relation entre cette vitesse et la vi-

tesse de correction du gain de boucle est déterminée par un calcul qui montre que l'accrochage est possible dans une plage de 10 échelons successifs de correction de gain. Cet accrochage initial ne se produit pas avec les paramètres

optimaux mais, à ce stade, les circuits de détection d'ac-

crochage et de correction de gain peuvent fonctionner et ame-

ner la boucle à l'état optimal. Si un cycle de recherche

d'accrochage est effectué tous les dix échelons de correc-

tion de gain, il se produit alors,dans un seul cycle de

correction de gain,32/10=3,2 cycles de recherche d'accrocha-

ge et le nombre de cinq cycles a été choisi avec un coeffi-

cient de sécurité. Si la vitesse de recherche d'accrochage

est de 500 Hz pour chaque échelon, la vitesse de correc-

32/5

tion de gain est de 256/500; 12,5 Hz.

Les dispositifs de correction automatiques de gain de boucle et de recherche d'accrochage, décrits ci-dessus, permettent de réaliser le synthétiseur de fréquence à ondes millimétriques par utilisation d'un seul oscillateur à ondes millimétriques dans toute sa plage d'accord de fréquence et

dans une large plage de température (qui provoque une varia-

tion importante des paramètres). Le remplacement de l'oscil-

lateur à ondes millimétriques par un autre ayant des para-

mètres différents ne provoque pas de changements dans la boucle de translation de fréquence. Ces circuits permettent d'éviter automatiquement toutes les difficultés rencontrées

dans un tel synthétiseur, et, en particulier, ils permet-

tent la compensation des variations des paramètres, pendant

un fonctionnement continu, sans perturbation. Il est effec-

tivement possible de faire varier la fréquence du synthéti-

seur de fréquence dans toute la plage d'accord, sans perte d'accrochage. La boucle de translation de fréquence est adaptée dans ce cas à un synthétiseur particulier mais elle peut facilement être adaptée à tout autre synthétiseur

analogue. Les circuits de la boucle de translation de fré-

quence sont réalisés de façon simple et économique, sans

nécessiter de micro-ordinateurs pour commander les opéra-

tions. Tous les composants autres que les amplificateurs opérationnels sont réalisés en technologie de type CMOS,

avec une très faible consommation d'énergie mais une rapi-

dité suffisante pour les besoins des circuits.

Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dansla forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

Revendications

1. Synthétiseur indirect de fréquence comprenant une boucle de translation de fréquence, qui fonctionne dans la

gamme des hautes fréquences, caractérisé en ce qu'il com-

porte un dispositif automatique de correction de gain de boucle et un dispositif de recherche d'accrochage, la bou- cle de translation de fréquence pouvant fonctionner dans

des conditions variées, de température par exemple, et uti-

lisant la totalité de la plage d'accord de fréquence de l'oscillateur à haute fréquence (36) avec des résultats

optimaux, notamment un faible bruit et des fréquences pa-

rasites réduites.

2. Synthétiseur de fréquence suivant la revèndica-

tion 1, caractérisé en ce qu'il fonctionne dans la gamme

de fréquence des ondes millimétriques.

3. Synthétiseur de fréquence suivant la revendica-

tion 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de cor-

rection automatique du gain de boucle possède une large plage dynamique, pour utiliser la totalité de la plage d'accord de fréquence de l'oscillateur (36) à. commande de tension et/ou pour permettre l'interchangeabilité avec des

oscillateurs ayant des paramètres différents, tout en con-

servant des conditions optimales constantes d'accrochage.

4. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6) d'injec-

tion de signal dans une boucle accrochée, à un niveau fai-

ble et/ou à une fréquence non située dans la plage d'in-

formation transmise, afin de mesurer de façon continue le gain en boucle ouverte,sans perturbation notable du signal

de sortie lorsque la boucle est accrochée.

5. Synthétiseur de fréquence suivant les revendica-

tions 3 et 4, caractérisé en ce qu'on utilise la mesure

continue (11,12) du gain en boucle ouverte, lorsque la bou-

cle est accrochée, pour corriger en conséquence et automati-

quement le gain de boucle.

6. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16) de dé-

cision de la correction de gain, sur la base de la diffé-

rence de tension IVd-V11 tendant vers zéro,pour injecter un signal d'essai (6) à une valeur qui n'est pas particu-

lièrement précise.

7. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermi-

nation(21,24,25,26) de la polarité de la différence de ten-

sion Vd-V1, pour fournir une information relative au sens de correction du gain, c'est-à-dire l'augmentation ou la

diminution du gain.

8. Synthétiseur de fréquence suivant les revendica-

tions 3 et 7, caractérisé en ce qu'on utilise l'information obtenue concernant le sens de la correction du gain,et une vitesse de correction réglée de façon appropriée (23), pour la correction du gain de boucle pendant le fonctionnement du synthétiseur de fréquence, sans perturbation notable du

signal de sortie.

9. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif per-

fectionné de recherche d'accrochage, pour couvrir la tota-

lité de la plage de tension de commande de l'oscillateur

sans provoquer de contrainte de phase importante et indépen-

damment de l'amplification-de courant continu entre la sor-

tie du détecteur de phase (3) et l'entrée de tension de com-

mande de l'oscillateur (36), ce qui rend possible un gain variable.

10. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'on utilise un générateur à gradins (32), pour engendrer la tension de recherche,de manière à

maintenir la tension de recherche à sa valeur finale exis-

tant avant l'arrêt de la recherche, même après l'arrêt des

processus de détection d'accrochage et de recherche.

11. Synthétiseur de fréquence suivant les revendica-

tions 9 et 10, caractérisé en ce que la tension de recherche, qui est maintenue même après l'arrêt de la recherche, est

utilisée pour l'accrochage avec une contrainte de phase mi-

nimale et une faible amplification de courant continu entre la sortie du détecteur de phase (3) et l'entrée de tension

de commande de l'oscillateur (36).

12. Synthétiseur de fréquence suivant les revendica-

tions 9 et 11, caractérisé en ce que l'accrochage,à une fai-

ble amplification de courant continu entre la sortie du dé-

tecteur de phase et l'entrée de tension de commande de l'os-

cillateur, est utilisé pour un fonctionnement indépendam-

ment de cette amplification.

13. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

9, caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur d'accrocha-

ge (cose) (8) et un détecteur-de phase (sinee) (3), pour

détecter un accrochage initial à l'aide du détecteur d'ac-

crochage et pour continuer la recherche en fonction de la commande du détecteur de phase, jusqu'à ce que la contrainte

de phase descende à une valeur minimale.

14. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il utilise un détecteur de phase (sin8e) basé sur sa tension de sortie tendant vers zéro, pour la correction de la contrainte de phase à une valeur minimale, sans exigences de précision particulière pour les composants mis en oeuvre, contrairement au cas du détecteur d'accrochage.

15. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermi-

nation (27) de la polarité de la tension de sortie du détec-

teur de phase, pour fournir une information relative au sens de la recherche, c'est-à-dire à l'augmentation ou à la

diminution de la tension.

16. Synthétiseur de fréquence suivant les revendica-

tions 9 et 15, caractérisé en ce qu'on utilise l'informa-

tion obtenue concernant le sens de la recherche, et une vi-

tesse de recherche réglée appropriée, pour- la correction de

la contrainte de phase pendant le fonctionnement du synthé-

tiseur de fréquence, sans perturbation notable du signal de sortie.

17. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de boucle de trans-

lation de fréquence est prévu correctement pour obtenir une

tension de commande exempte de bruit, ce qui permet d'obte-

nir dans un synthétiseur à haute fréquence, par exemple à ondes millimétriques, dans lequel le gain d'oscillateur tF/LsV est très élevé, un signal de sortie à faible bruit

de phase.

18. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une boucle de trans-

lation de fréquence à basse fréquence par rapport à la fré-

quence du signal de sortie, de façon à utiliser une source

de référence qui n'est pas particulièrement stable (1).

19. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication i ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle de translation de fréquence comportant un filtre passe-haut (29) placé dans le passage de la fréquence intermédiaire à la suite du mélangeur d'harmoniques (40), pour empêcher l'accrochage sur des harmoniques, à la fréquence de 100 MHz,

de signaux à des fréquences inférieures à 100 MHz.

20. Synthétiseur de fréquence suivant la revendication

1, caractérisé en ce qu'il comprend une boucle de transla-

tion de fréquence à caractéristiques universelles, à basse fréquence, afin d'adapter facilement la boucle à tout autre

synthétiseur de fréquence.