FR2600848A1 - Dispositif d'asservissement d'un oscillateur a une source hyperfrequence a tres faible bruit de phase et agile en frequence - Google Patents
Dispositif d'asservissement d'un oscillateur a une source hyperfrequence a tres faible bruit de phase et agile en frequence Download PDFInfo
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'ASSERVISSEMENT D'UN OSCILLATEUR A UNE SOURCE HYPERFREQUENCE A TRES FAIBLE BRUIT DE PHASE ET AGILE EN FREQUENCE. CE DISPOSITIF EST ASSOCIE A UNE BOUCLE DE PHASE COMPRENANT UN OSCILLATEUR COMMANDE EN TENSION 10, UN MELANGEUR 1 ET UN FILTRE PASSE-BAS 12. IL COMPORTE DES MOYENS DE PRECENTRAGE GROSSIER, UTILISANT UN CONVERTISSEUR NUMERIQUE-ANALOGIQUE 8 ET UN COMPTEUR-DECOMPTEUR 7 CHARGE AVEC UN CODE CP ASSOCIE A LA NOUVELLE FREQUENCE DE LA SOURCE, ET UNE BOUCLE DE CONVERGENCE INCLUANT UN CIRCUIT 1 A 5 DE COMPARAISON DE LA FREQUENCE DE L'OSCILLATEUR A LA FREQUENCE DE LA SOURCE ET UN CIRCUIT LOGIQUE 6 COMMANDANT LE COMPTAGE OU LE DECOMPTAGE DU COMPTEUR-DECOMPTEUR 7 SELON QUE LA FREQUENCE DE L'OSCILLATEUR EST INFERIEURE OU SUPERIEURE A LA FREQUENCE DE LA SOURCE APRES LE PRECENTRAGE GROSSIER. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX SYNTHETISEURS PILOTES DE RADARS DOPPLER AGILES EN FREQUENCE.
Description
La présente invention se rapporte à un dispositif d'asservissement d'un oscillateur à une source hyperfréquence à très faible bruit de phase et agile en fréquence, notamment pour une source constituée par un synthétiseur de fréquence.
On sait que, dans les radars Doppler en général, les performances sont étroitement liées à la qualité des sources hyperfréquences utilisées comme pilotes, en particulier à leur stabilité de phase et à leur pureté spectrale. Dans le cadre des radars Doppler à agilité des fréquence, on a réalisé des synthétiseurs de fréquence à temps de commutation très faible permettant l'accès rapide à une fréquence quelconque pendant l'intervallve de temps séparant deux impulsions.
Cependant, il peut être nécessaire dans un tel cas d'améliorer la pureté spectrale du signal obtenu même s'il est déjà à grandes stabilité de phase et pureté spectrale.
Pour cela, on peut penser à utiliser une boucle de phase en sortie du synthétiseur.
Cependant, on se heurte à des problèmes difficiles à résoudre dus au fait, en particulier, que la fréquence de repos de l'oscillateur commandé en tension d'unetelle boucle de phase peut subir des dérives en frequence bien supérieures à la bande d'accrochage de la boucle de phase supposée à fréquence fixe. I1 n'est pas possible d'obtenir l'accrochage très rapide indispensable, par exemple, dans l'application mentionnée ci-dessus sans prévoir. un dispositif d'accord rapide en fréquence.
On connaît certes des dispositifs de recherche en fréquence utilisant un balayage en tension de la commande de l'oscillateur associé à un filtre de décision. Mais un tel système, avec une vitesse de balayage adaptée au temps d'acquisition recherché, présente une probabilité d'acquisition réussie nettement trop faible.
Un objet de la présente invention est donc un dispositif remédiant à ces inconvénients et permettant un précentrage très rapide de la fréquence de repos de l'oscillateur avec un écart par rapport à la fréquence de la source inférieur à la largeur de la bande d'accrochage de la boucle de phase, sur toute la bande d'utilisation envisagée.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif d'asservissement d'un oscillateur à une source hyperfréquence à très faible bruit de phase et agile en fréquence comportant une boucle de phase principale incluant un oscillateur commandé en tension, un mélangeur recevant les signaux de ladite source et de l'oscillateur commandé en tension et un filtre passe-bas connecté à la sortie du mélangeur et transmettant une tension de commande à l'oscillateur, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de précentrage numériques de la fréquence de repos de l'oscillateur commandé en tension, agissant en boucle ouverte sur la tension de commande de l'oscillateur, et une boucle de convergence de la fréquence, utilisant lesdits moyens de précentrage, pour modifier la tension de commande fournie par ces moyens en fonction de l'écart résiduel de fréquence entre la source et ltoscillateur.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où - la figure 1 représente le schéma du dispositif d'asservissement
selon l'invention; - la figure 2 montre des diagrammes de signaux explicatifs dans un
premier cas de fonctionnement du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 3 représente des diagrammes des mêmes signaux dans un
second cas de fonctionnement.
selon l'invention; - la figure 2 montre des diagrammes de signaux explicatifs dans un
premier cas de fonctionnement du dispositif de la figure 1 ; et - la figure 3 représente des diagrammes des mêmes signaux dans un
second cas de fonctionnement.
On suppose, pour fixer les idées, qu'on se place dans le cas d'une source hyperfréquence fournissant un signal Se et constituée par un synthétiseur agile en fréquence, du type utilisable comme pilote d'un radar Doppler. On suppose qu'il existe un ensemble de commande déterminant les commutations de fréquence du synthétiseur et fournissant des signaux de commande dont certains seront précisés cidessous. Ceci ne doit cependant pas être considéré comme limitatif de l'invention et l'on pourrait envisager d'autres secteurs d'application.
Ainsi qu'on l'a déjà mentionné dans l'introduction, on dispose à la sortie du synthétiseur, pour améliorer la qualité du signal fourni, une boucle de phase. Cette boucle de phase principale comporte, de manière classique, un oscillateur commandé en tension 10, un mélangeur 1, recevant le signal Se de la source et le signal fourni par l'oscillateur 10, et un filtre passe-bas 12 transmettant une tension de commande à l'oscillateur 10. Pour la distinguer du reste du dispositif, la connexion propre à la boucle de phase seule-a été représentée en pointillé.
Le problème étant de précentrer la fréquence de repos de l'oscillateur 10 dès qu'une commutation de la fréquence de la source est effectuée, on a prévu selon l'invention de faire d'abord un précentrage grossier de la fréquence de repos grâce à un dispositif numérique agissant, en boucle ouverte, sur la tension de commande de ltoscillateur. Pour cela, on utilise un convertisseur numériqueanalogique 8 qui fournit une tension Vc déterminée par un code de précentrage Cp associé à la nouvelle fréquence de source sélectionnée et fourni par l'ensemble de commande du synthétiseur. Ce code de précentrage est ici chargé dans un compteur-décompteur 7 dont les sorties sont appliquées au convertisseur 8.La tension Vc fournie est ajoutée, par un amplificateur 9, à la tension de la boucle de phase pour former la tension de commande de l'oscillateur 10. On amène ainsi, dès le chargement du code Cp, la fréquence de I'oscillateur 10 à une valeur suffisamment proche de la nouvelle fréquence Fe de la source pour que l'on puisse ensuite effectuer un précentrage fin à l'aide d'une boucle de convergence de fréquence. Cette boucle de convergence comprend des moyens de comparaison pour determiner si la fréquence Fo de l'oscillateur 10, après le précentrage grossier, est supérieure ou inférieure (en raison des dérives de l'oscillateur) à la fréquence Fe de la source.Ces moyens sont constitués par un second mélangeur 2, recevant le signal Se et le signal de l'oscillateur déphasé de 2 par un déphaseur 11, par des circuits de mise en forme logique 3 et 4 connectés aux sorties des mélangeurs 1 et 2 et par une bascule 5 de type D dont l1entrée D est reliée au circuit de mise en forme 3 et dont l'entrée d'horloge C est reliee au circuit de mise en forme 4. L'état des sorties de la bascule 5 est, comme on le verra ci-dessous, carac téristique du fait que la fréquence Fo est soit plus grande soit plus petite que la fréquence Fe.Les sorties de la bascule 5 sont envoyées à un circuit logique 6 qui reçoit également un signal de chargement Ch fourni par l'ensemble de commande du synthétiseur et'qui consiste en une impulsion de très courte durée émise lors de la commande de changement de frequence du synthétiseur. Le circuit logique 6 fournit des signaux de commande adéquats aux entrées de commande S1 et S2 du compteur-décompteur 7. Suivant les valeurs des signaux aux entrées S1 et S2, on peut commander, soit le chargement du code Cp appliqué sur les entrées parallèles de chargement, soit le comptage soit le décomptage des impulsions appliquées sur l'entrée de comptage C du compteur-décompteur 7. Cette entrée C est reliée à l'entrée D de la bascule 5 par l'intermédiaire du circuit logique 6.
Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant. Lorsque l'ensemble de commande du synthétiseur commande une commutation de fréquence, il envoie en même temps une impulsion de chargement Ch et le code de précentrage Cp associé à la nouvelle fréquence. Le circuit logique 6, sous l'influence de l'impulsion Ch, commande le chargement du code Cp dans le compteur-décompteur 7 en fournissant les signaux voulus sur les entrées S1 et S2 et en assurant l'envoi d'un front montant sur l'entrée C du compteur-décompteur 7 pendant ou à la fin de cette impulsion Ch (le reste du temps, le circuit logique 6 applique sans modification le signal venant de l'entrée D de la bascule 5 à l'entrée C du compteur-décompteur 7). L'oscillateur 10 est alors précentré par la tension Vc correspondante.La fréquence Fo précentrée grossièrement est comparée à la fréquence Fe du signal Se. En effet, les signaux de sortie en quadrature des mélangeurs 1 et 2 mis en forme sont appliqués aux entrées de la bascule 5. Le signal sur la sortie Q de cette bascule reproduit le niveau logique du signal sur l'entrée D au moment des fronts montants du signal appliqué sur ltentrEe C.
Avec les connexions réalisées selon la figure 1, la sortie Q passe et demeure au niveau logique'lorsque la fréquence Fo est supérieure à la fréquence Fe. La sortie Q passe et reste au niveau logique 0 lorsque la fréquence Fo est inférieure à la fréquence Fe.
A la fin du signal Ch, le circuit logique 6 prend en compte les valeurs sur les sorties de la bascule 5 et commande le décomptage du compteur-décompteur 7 si la sortie Q est au niveau I (Fo > Fe), ce qui tend à faire décroître par paliers la tension Vc et donc la fréquence Fo. Le circuit logique 6 commande le comptage si la sortie Q est au niveau 0 (Fo < Fe), ce qui tend à faire croître par paliers la tension Vc et donc la fréquence Fo. Les paliers de variation de fréquence sont choisis tels qu a une variation d'un bit de plus faible poids du contenu du compteur-décompteur 7 corresponde une variation de fréquence inférieure à la largeur de la bande d'accrochage de la boucle de phase principale.Ainsi, on est sûr d'arriver par des paliers constants toujours dans le même sens à une valeur de fréquence de l'oscillateur permettant l'acquisition par la boucle de phase principale. A partir de cet instant, l'état des circuits du dispositif d'asservissement en fréquence n'est plus modifié car les mélangeurs 1 et 2 fournissent des tensions continues.
Ce fonctionnement peut être compris plus aisément à l'aide des diagrammes des figures 2 et 3 qui correspondent respectivement au cas où la fréquence Fo de l'oscillateur, après précentrage grossier, est supérieure à la fréquence Fe de la source et au cas où la fréquence Fo est inférieure à la fréquence Fe. On a représenté sur ces figures les signaux présents sur les entrées C et D de la bascule 5 et la tension Vc fournie par le convertisseur 8. Sur chaque front montant du signal C,la sortie Q de la bascule 5 prend l'état de l'entrée D. Sur la figure 2, on voit que la sortie Q reste au niveau logique l$ ce qui commande le décomptage du compteur-décompteur 7.A chaque front montant du signal sur l'entrée D, qui est envoyé à l'entrée de comptage du compteurdécompteur, par l'intermédiaire du circuit logique 6, le compteur-décompteur est décrémenté d'une unité, ce qui se traduit par une diminution correspondante par paliers de la tension Vc jusqu a ce que la fréquence Fo de l'oscillateur 10 entre dans la bande d'accrochage de la boucle de phase. L'acquisition en fréquence se réalise alors très rapidement.
Les mêmes remarques s'appliquent à la figure 3. La différence réside seulement en ce que les fronts montants du signal C coïncident avec un niveau logique 0 sur l'entrée D et en ce que les fronts montants du signal sur l'entrée D déclenchent un comptage par le compteur décompter 7 et donc une augmentation par paliers de la tension Vc et -de la fréquence Fo. Au moment de l'acquisition, les signaux fournis par les mélangeurs 1 et 2 deviennent continus, le signal sur l'entrée C et le signal sur l'entrée D sont à des niveaux logiques stables.
Il est clair que les signaux sur les entrées C et D de la bascule 5 pourraient être inversés, la correspondance entre comptage et décomptage et niveau logique de la sortie Q étant alors inversée. On pourrait aussi utiliser le signal de l'entrée C de la bascule 5 pour l'appliquer, par l'inter mediaire du circuit 6, à l'entrée de comptage du compteur-décompteur 7.
Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nullement limitatif de l'invention. Le dispositif selon l'invention pourrait être appliqué dans d'autres cas que celui d'un synthétiseur pour radar et en particulier dans tous les cas où il est nécessaire d'assurer un accord rapide en frequence d'une boucle de phase.
Claims (4)
1. Dispositif d'asservissement d'un oscillateur à une source hyperfréquence à très faible bruit de phase et agile en fréquence comportant une boucle de phase principale incluant un oscillateur commandé en tension (10), un mélangeur (1) recevant les signaux de ladite source et de l'oscillateur commandé en tension et un filtre passe-bas (12) connecté à la sortie du mélangeur et transmettant une tension de commande à l'oscillateur, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens de précentrage numériques (7, 8, 9) de la fréquence de repos de l'oscillateur commandé en tension (10), agissant en boucle ouverte sur la tension de commande de l'oscillateur, et une boucle de convergence de la fréquence (2, 3 à 9, 11), utilisant lesdits moyens de précentrage, pour modifier la tension de commande (Vc) fournie par ces moyens en fonction de l'écart résiduel de fréquence entre la source et l'oscillateur.
2. Dispositif d'asservissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de précentrage comprennent un convertisseur numérique-analogique (8) dont la tension de sortie est ajoutée à la tension de commande de l'oscillateur, issue de la boucle de phase principale (10, 1, 12), par l'intermédiaire d'un amplificateur (9), et des moyens de chargement (7) pour envoyer au convertisseur, à chaque changement de fréquence du signal (Se) de la source, un code (Cp) associé à la nouvelle fréquence de façon à amener la fréquence de l'oscillateur commandé en tension (10) au voisinage de ladite nouvelle fréquence.
3. Dispositif d'asservissement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de chargement sont constitués par un compteur-décompteur (7) ayant des entrées de chargement recevant lesdits codes (Cp), une entrée de comptage (C) et des entrées de commande (S1, S2) pour commander soit le chargement dans le compteur du code présent sur les entrées de chargement, soit le comptage soit le décomptage des impulsions sur l'entrée de comptage, et en ce que ladite boucle de convergence comprend des moyens de comparaison (11, 2 à 5) fournissant un signal indiquant, à partir du signal (Se) de la source et du signal de l'oscillateur commandé en tension (10), si la fréquence dudit oscillateur est supérieure ou inférieure à la fréquence de la source, et un circuit logique (6) recevant ce signal des moyens de comparaison et un signal de commande de chargement et engendrant les signaux de commande convenables appliqués aux entrées de commande (S1, S2) du compteur-décompteur (7) pour commande d'une part, le chargement du code lors d'un changement de fréquence de la source et, d'autre part, le comptage ou le décomptage de manière à réduire par paliers l'écart de fréquence entre la source et l'oscillateur.
4. Dispositif d'asservissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison comprennent un second mélangeur (2), recevant le signal (Se) de la source et le signal de l'oscillateur commandé en tension (10) via un déphaseur de 2 (11), des circuits (3, 4) de mise en forme logique des signaux de sortie des deux mélangeurs (1, 2), et une bascule (5) de type D dont l'entrée de données (D) est connectée à un des circuits de mise en forme, dont l'entrée d'horloge (C) est reliée à l'autre circuit de mise en forme et dont les sorties sont envoyées au circuit logique (6), et en ce que la sortie de l'un des circuits de mise en forme (3, 4) est reliée à l'entrée de comptage (C) du compteur-décompteur (7).
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