FR2681696A1 - Systeme radar utilisant un etage d'emetteur verrouille par injection. - Google Patents

Abstract

Une chaîne d'émetteur radar utilise un oscillateur verrouillé par injection, par exemple un magnétron, comme étage de sortie. Le maintien de la largeur de bande de verrouillage par injection centrée sur la fréquence d'émission de la source radar pose des problèmes. L'invention maintient cet alignement en permettant à la fréquence astable du magnétron (38) de dériver avec la largeur de bande de verrouillage par injection, puis en obligeant la fréquence de source radar (30) à suivre la fréquence du magnétron. Une mesure (44) de déphasage entre le signal d'injection (35) et le signal de sortie (37) du magnétron permet la commande d'une boucle de rétroaction (60) qui permet le réglage d'un oscillateur commandé en tension accordable (48) ou la sélection dans une série d'oscillateurs à fréquence fixe (78).

Description

La réalisation d'un émetteur de fréquence radar de type cohérent est un élément important dans une gamme de radars modernes. L'émission radar cohérente formée soit dtune onde entretenue, soit d'une onde pulsée est la base des radars Doppler utilisés essentiellement contre les cibles constituées par des avions. Le traitement des signaux du radar peut utiliser la nature coherente du signal émis pour la séparation de l'écho de la cible à partir des réflexions qui interfèrent, en particulier par séparation du bruit de fond dû au sol. Les radars Doppler pulsés et à ondes entretenues sont utilisés par les aéronefs et les dispositifs chercheurs des engins dans les attaques air-air.

On sait réaliser un signal cohérent par utilisation d'une source spectralement pure de faible puissance qui est amplifiée dans une chaîne amplificatrice formée d'étages amplificateurs en nombre compris entre un et un très grand nombre, afin que la puissance de sortie nécessaire soit obtenue. Ces étages peuvent être formés d'amplificateurs à large bande ou d'oscillateurs verrouilles par injection agissant comme des amplificateurs et dans lesquels les caractéristiques du signal pur d'entrée sont imposées à l'oscillateur verrouillé par injection afin qu'un signal spectralement cohérent de sortie soit formé.

Un exemple d'étage amplificateur unique à gain élevé est constitué par le tube à ondes progressives. Un tel dispositif et son alimentation sont particulièrement encombrants si bien que, pour les applications à des engins et des radars de petites dimensions, une chaîne d'amplificateurs de gain plus faible est souvent préférable. Des exemples de tels dispositifs à gain plus faible sont les amplificateurs à semi-conducteur (FET et IMPATT) et les tubes tels que les magnétrons et les amplificateurs à champ transversal.

L'élément primordial de la chaîne de l'émetteur est l'étage de sortie qui a la plus grande puissance, et il est particulièrement important que ce dispositif travaille avec un rendement maximal et en ajoutant un bruit supplémentaire minimal au signal reçu. Si l'étage de sortie est un oscillateur verrouillé par injection, il est important que le signal de verrouillage par injection ne soit pas trop proche du bord de la largeur de bande de verrouillage par injection de l'étage de sortie, car une quantité supplémentaire d'énergie pourrait être nécessaire pour le verrouillage par injection de l'oscillateur et une quantité supplémentaire de bruit serait ajoutée au signal émis. Un exemple de tel dispositif est constitué par un magnétron verrouillé par injection ayant une puissance moyenne élevée.

On constate que, dans les dispositifs réalisés en pratique, l'étage de sortie verrouillé par injection a probablement une largeur de bande verrouillée par injection qui est inférieure à la largeur de bande du système. En outre, des dérives de la fréquence de l'oscillateur au cours du temps ou en fonction de la température peuvent provoquer un déplacement de la fréquence centrale du dispositif sur des plages très larges, parfois plus larges que la bande de verrouillage par injection du dispositif.Ceci peut provoquer non seulement la dégradation des performances mais même une défaillance totale de la chaîne de l'émetteur lorsque le signal transmis à l'étage de sortie ne se trouve plus dans sa largeur de bande
Pour remédier à cet inconvénient, on peut envisager un perfectionnement très poussé des étages de sortie de plus grande puissance afin que la largeur de bande de verrouillage par injection soit accrue et que les dérives et incertitudes soient réduites. Cependant, ce travail est très coûteux et des variations de fréquence se produisent encore.

L'invention a pour objet la réalisation d'une chalne d'émetteur verrouillée par injection qui peut travailler avec les dispositifs actuels d'une maniere qui permet une dérive de l'émetteur et qui assure le maintien de la pureté spectrale de la chaîne de l'émetteur et du rendement avec une qualité élevée.

Selon l'invention, dans un système radar cohérent utilisant un oscillateur verrouillé par injection pour la création d'un signal émis, l'oscillateur ayant une largeur de bande de verrouillage par injection dans laquelle le signal de sortie de l'oscillateur est verrouillé en fréquence sur le signal d'injection, le système comprend une source radar à partir de laquelle le signal d'injection est dérivé et un dispositif de rétroaction destiné à régler la fréquence de la source radar d'après le déphasage entre le signal d'injection et le signal de sortie de l'oscillateur afin que le déphasage soit réduit et que la fréquence du signal d'injection ait tendance à être maintenu au centre de la largeur de bande de verrouillage par injection.

Le dispositif de rétroaction peut comporter une boucle comprenant un détecteur sensible au déphasage et un oscillateur commandé en tension et accordable faisant partie de la source radar, la fréquence de la source radar pouvant varier de façon continue en fonction du déphasage.

Un oscillateur à fréquence fixe ayant un spectre relativement pur est de préférence couplé à la boucle afin qu'il impose son spectre au signal d'injection. La source radar peut ainsi comporter un oscillateur à fréquence fixe de spectre relativement pur et un oscillateur supplémentaire commandé en tension qui est commandé dans une boucle supplémentaire de rétroaction afin qu'il crée une fréquence de sortie égale à la différence entre la fréquence fixe et celle de l'oscillateur accordable commandé en tension, la fréquence de sortie étant la fréquence de la source radar et le spectre de l'oscillateur à fréquence fixe étant imposé au signal de la source radar.

Dans une variante, la source radar peut comporter plusieurs oscillateurs à fréquence fixe ayant des fréquences successives de fonctionnement séparées par une fraction de la largeur de bande de verrouillage par injection, un dispositif de sélection de l'un des oscillateurs à fréquence fixe, destiné à déterminer la fréquence d'injection, le dispositif de sélection étant commandé par le déphasage de la boucle de rétroaction afin qu'il sélectionne les oscillateurs à fréquence fixe d'une manière qui a tendance à réduire le déphasage. La fréquence de l'oscil- lateur à fréquence fixe qui est choisi peut alors constituer la fréquence du signal d'injection.

Dans une variante, dans laquelle un système radar
Doppler comporte un dispositif transmettant un signal à fréquence intermédiaire à partir d'un signal reçu et d'un signal d'oscillateur local, la fréquence de l'oscillateur à fréquence fixe qui est choisi peut constituer une fréquence d'oscillateur local pour le système, le système comprenant une boucle supplémentaire de rétroaction qui comporte un oscillateur commandé en tension qui transmet la fréquence du signal d'injection, l'oscillateur commandé en tension étant commandé en fonction de la différence entre d'une part la fréquence intermédiaire ayant subi le décalage
Doppler et d'autre part la différence entre la fréquence de l'oscillateur local et la fréquence du signal d'injection.

Dans un système radar agile en fréquence tel qu'indiqué précédemment, dans lequel l'oscillateur verrouillé par injection peut être accordé sur la plage d'agilité en fréquence, la source radar peut comporter plusieurs oscillateurs à fréquence fixe ayant des fréquences de fonctionnement dans toute la plage d'agilité en fréquence, le système comprenant un dispositif logique de sélection des oscillateurs à fréquence fixe de manière aléatoire ou prédéterminée et de sélection de la fréquence de sortie de l'oscillateur verrouillé par injection d'une manière qui correspond à l'oscillateur choisi à fréquence fixe, le système comprenant en outre une premiere boucle de rétroaction qui comporte un détecteur sensible au déphasage et destiné à régler l'oscillateur accordable commandé en tension, et une boucle supplémentaire de rétroaction comprenant un oscillateur supplémentaire commandé en tension qui transmet la fréquence de la source radar, l'oscillateur supplémentaire commandé en tension étant commandé d'après la différence existant entre la fréquence de l'oscillateur choisi à fréquence fixe et la fréquence de l'oscillateur accordable commandé en tension, la disposition étant telle que, pour chaque oscillateur choisi à fréquence fixe, l'oscillateur accordable commandé en tension est réglé de manière que la fréquence de la source radar soit maintenue dans la largeur de l'onde de verrouillage par injection de l'oscillateur verrouillé par injection.

Plusieurs modes de réalisation de systeme radar cohérent selon l'invention sont maintenant décrits à titre illustratif en référence aux dessins annexés sur lesquels
la figure 1 est un diagramme synoptique simplifié des parties importantes du canal somme d'un émetteurrécepteur connu
la figure 2a est un graphique du déphasage en fonction de la fréquence de fonctionnement dans le cas d'un oscillateur verrouillé par injection, le déphasage existant entre le signal de verrouillage par injection et le signal de sortie
la figure 2b est un graphique représentant le déphasage précédent variant au cours du temps à partir de l'excitation, c'est-à-dire dans une opération pulsée;;
la figure 3 est un diagramme synoptique des composants de l'émetteur d'un systeme radar, représentant l'oscillateur verrouillé par injection qui commande à la fréquence de l'injection par une boucle de rétroaction et un oscillateur accordable commandé en tension (OCT)
la figure 4 est un diagramme synoptique analogue mais représentant le réglage de la fréquence d'injection par une boucle de rétroaction et la sélection de l'un des oscillateurs à fréquence fixe d'une série de tels oscillateurs
la figure 5 représente un système analogue à celui de la figure 3 mais ayant une sélection de la fréquence de fonctionnement fondamental commandée depuis l'extérieur et le système de rétroaction de la figure 3 utilisé pour le réglage fin de la fréquence de fonctionnement par rapport à la largeur de bande de verrouillage par injection ; et
la figure 6 représente une autre variante dans laquelle le réglage de la fréquence d'injection est réalisé, comme sur la figure 4, par sélection d'un oscillateur à fréquence fixe dans une série d'oscillateurs mais dans lequel, contrairement aux figures 3 et 4, la fréquence de l'oscillateur local est rendu égale à la fréquence de la source radar et la fréquence émise est une fonction de la fréquence de décalage Doppler.

Les principes décrits dans le présent mémoire s'appliquent également bien au fonctionnement pulsé et au fonctionnement à onde entretenue, bien que, par raison de commodité, la description ne fasse pas toujours explicitement la distinction.

Un exemple de canal somme de système radar et notamment de la chaîne d'émetteur ayant un certain nombre d'amplificateurs intermédiaires et/ou d'oscillateurs verrouillés par injection est représenté sur la figure 1. Le principe de fonctionnement est le suivant.

L'émetteur et le récepteur fonctionnent dans un canal commun 2, les signaux somme de sortie et d'entrée étant séparés par l'élément de duplexage 4. Sur la figure 1, celui-ci est représenté sous forme d'un circulateur, bien qu'un commutateur puisse aussi être utilisé. Les indications de fréquence sans parenthèses s'appliquent directement à la figure 1. Les indications entre parenthèses s'appliquent à un mode de réalisation représenté sur la figure 6 et décrit dans la suite. Le signal émis à une fréquence fu provient d'un étage de sortie d'émetteur 6 et est précédé par une chaîne d'amplificateur intermédiaire 8.

Le nombre d'étages intermédiaires varie entre zéro, pour un étage de sortie à gain très élevé 6 (par exemple un étage TWT), et un grand nombre N. Les valeurs de N égales à 3 et 4 sont tout à fait utilisables en pratique et des nombres plus grands peuvent être utilisés. La nature cohérente des opérations d'amplification est indiquée par l'utilisation de la fréquence fp pour désigner la même fréquence radar à chaque étage de la chaîne de l'émetteur.

Une source 10 de fréquence radar spectralement pure (RF) est l'origine du signal nécessaire et l'un des signaux de sortie est utilisé comme signal d'entrée de chaîne d'émetteur 8. Un second signal de sortie est décalé par rapport au premier par utilisation d'un oscillateur accordable 12. Ce signal de sortie est utilisé comme référence dans un mélangeur à haute fréquence 14 qui assure le mélange du signal reçu à une fréquence intermédiaire (IF) avant traitement supplémentaire dans le récepteur 16 à fréquence intermédiaire.

I1 est important, pour la conservation du fonctionnement cohérent, que la fréquence transmise par la chaîne d'émetteur et sa pureté spectrale soient conservées et que les deux signaux de sortie de la source à haute fréquence 10 soient cohérents. En particulier, si étage de sortie d'émetteur présente une dérive si bien qu'il ne peut plus amplifier le signal d'entrée (fu), l'ensemble du fonctionnement du radar cesse.

Dans l'exemple représenté, le radar fonctionne en mode pulsé. Un générateur de synchronisation 18 est utilisé pour la transmission de signaux 22 qui commute les divers étages de l'émetteur par tout ou rien à une fréquence prédéterminée de répétition d'impulsions et pour une durée d'impulsion. En outre, lorsque l'émetteur est en fonctionnement, l'interrupteur de suppression 20 du récepteur à haute fréquence est fermé afin qu'il protège le récepteur.

Une telle chaîne d'émetteur cohérent peut fonctionner avec suppression des signaux de synchronisation et peut donc mettre en oeuvre un fonctionnement à ondes entretenues (CW) pourvu que les éléments de la chaîne soient convenablement choisis. Dans ce cas, l'oscillateur accordable 12 peut être réglé afin qu'une séparation convenable soit obtenue entre les signaux émis et reçu ou le canal d'émetteur et le canal récepteur de somme peuvent être séparés.

Dans tous les cas précédents, les principes du récepteur et de la chaîne d'émetteur mis en oeuvre par les éléments 6 à 12 et les signaux de sortie restent les mêmes aussi bien lorsque l'émetteur est pulsé ou à ondes entretenues et lorsque l'émetteur et le récepteur sont duplexés ou existent dans les canaux séparés.

Le principe d'une chaîne d'amplificateurs verrouillée par injection est qu'un ou plusieurs des composants de la chaîne d'émetteur travaillent comme des oscillateurs verrouillés par injection plutôt que comme des amplificateurs. Des dispositifs qui travaillent de cette manière sont les magnétrons et les dispositifs IMPATT. Pour qu'un oscillateur soit verrouillé par injection, il faut qu'un signal d'entrée proche de la "fréquence de fonctionnement astable" de l'oscillateur se trouve dans la "bande de verrouillage par injection". Lorsque ceci se produit, la pureté spectrale du signal d'entrée qui est destinée à être très bonne est appliquée au signal de sortie de l'oscillateur, et ce signal de sortie est à la fréquence d'entrée plutôt qu'à la fréquence astable de l'oscillateur.Pour obtenir une chaîne d'émetteur cohérent telle que représentée sur la figure 1 et comme décrit précédemment, il faut conserver les signaux dans la bande de verrouillage par injection des oscillateurs convenables qui sont ainsi verrouillés par injection et travaillent comme des amplificateurs verrouillés par injection.

Les divers dispositifs sont préférables lorsqu'ils sont verrouillés au milieu des bandes de verrouillage par injection et, comme le signal d'entrée se déplace vers le bord de la bande, un déphasage apparaît entre les signaux d'entrée et de sortie. Lorsque le déphasage atteint w/2 radians, l'oscillateur n'est plus convenablement verrouillé et, en fait, la dégradation du gain de verrouillage et le bruit apparaissent bien avant ce moment.Pour un oscillateur verrouillé par injection ayant un gain de verrouillage par injection raisonnablement élevé, on a la relation
sin = (W1 - W')/K
sin étant le déphasage entre le signal d'entrée et le signal de sortie à l'état de régime permanent (c'est-àdire après que les variations transitoires du début de l'impulsion ont disparu), W1 la fréquence angulaire du signal de verrouillage, W' la fréquence astable et K une fonction de la largeur de bande de verrouillage du dispositif, de la charge externe et de la nature du dispositif.

La figure 2a représente un graphique résumant la situation précédente.

Dans un émetteur à ondes entretenues, la phase est déterminée peu après la commutation de l'émetteur en fonctionnement et ne varie que très lentement avec la variation des paramètres W1 et W' au cours du temps. Dans un système pulsé, il existe une variation transitoire au début de chaque impulsion qui doit être prise en compte soit par ignorance de la période initiale, soit par formation de la moyenne sur une période suffisamment grande.

Un exemple de variation transitoire de phase au début des impulsions verrouillées par injection est représenté sur la figure 2b qui est tirée de l'article "Spectra of short locked magnetron pulses" de B. Vyse et
J.M. Gissing, Trans. IEEE, Vol. ED-18 n" 3, mars 1971 qui décrit la théorie des magnétrons verrouillés par injection.

Sur la figure, une réalisation particulière d'un magnétron est étudiée et la variation transitoire de phase initiale est indiquée pour différentes valeurs de fL fg fL est la fréquence d'entrée et f0 la fréquence astable du magnétron.

Les variations transitoires de phase commencent toujours positivement et ont tendance à se déplacer Vers la valeur limite donnée par l'équation précédente, c'est-à-dire dans le cas particulier
sin = L - f0 )/6,2 MHz
La durée de la variation transitoire de phase peut atteindre 100 ms si bien que, pour toute impulsion dépassant cette valeur, l'état de régime permanent est obtenu, et, dans cet état, l'erreur de phase peut être utilisée pour la détermination de l'état de verrouillage par injection du magnétron. Une relation analogue existe pour d'autres oscillateurs verrouillés par injection, la durée de la variation transitoire dépendant de la largeur de bande de verrouillage par injection des oscillateurs.Dans la description qui suit, les impulsions sont toujours suffisamment longues pour que la phase soit pratiquement stabilisée. En pratique, lors de l'utilisation d'impulsions trop courtes, la mesure de la phase peut être compensée par décalage donnant une évaluation réaliste de la phase finale, si bien que ces réalisations s'appliquent aussi à ce type de durée d'impulsions ainsi qu'aux systèmes fonctionnant par ondes entretenues comme décrit précédemment.

Lors de la réalisation des chaînes d'émetteurs verrouillés par injection comme représenté sur la figure 1 et décrit précédemment, le principe utilisé est la détermination de la fréquence à laquelle la source spectralement pure à haute fréquence travaille puis l'alignement des amplificateurs et des oscillateurs afin que ces composants puissent amplifier fidèlement ce signal. Dans le cas des amplificateurs, cela signifie que le signal doit toujours se trouver dans la bande de verrouillage par injection de l'oscillateur et les dérives doivent être réduites au minimum et les largeurs de bande accrues au maximum pour que ceci soit possible.

Le but des modes de réalisation décrits dans la suite est d'utiliser les observations précédentes pour réduire l'acuité de ce critère dans des dispositifs de coût élevé et de grande puissance. En pratique, la technique est utilisée dans le dispositif ayant la vitesse de dérive la plus grande et la largeur de bande la plus étroite qui est supposée dans la description comme étant l'étage de sortie, bien que la technique puisse également être utilisée pour les étages intermédiaires. Le dispositif dont le verrouillage par injection est le plus difficile est celui ayant le plus grand rapport R de la dérive totale en fréquence D (dans les conditions régnantes de fonctionnement et environnantes) et de la largeur de bande B de verrouillage par injection, ctest-a-dire
R = D/B.

Le procédé utilisé dans ces modes de réalisation est destiné à permettre la réalisation du dispositif ayant la plus grande valeur R (supposée être l'étage de sortie) afin que la fréquence de fonctionnement du système soit déterminée et que le reste du système soit aligné sur ce composant. A cet effet, on obtient les avantages suivants
(a) la chaîne d'émetteur travaille de manière satisfaisante pour des dérives du dispositif de sortie nettement supérieures à celles de la largeur de bande de verrouillage par injection de l'étage ayant la bande la plus étroite.

(b) la fréquence de verrouillage par injection peut être choisie afin que la puissance émise soit optimisée et que le bruit ajouté soit réduit au minimum.

(c) les composants nécessitant une augmentation considérable de la puissance et ainsi du coût sont évités.

(d) le verrouillage de la chaîne d'émetteur résiste bien aux perturbations puisqu'elle fait partie d'un système à boucle fermée.

Une caractéristique fondamentale des modes de réalisation décrits dans la suite est l'utilisation du déphasage des signaux d'entrée et de sortie de l'oscillateur verrouillé par injection pour la détermination du décalage relatif en fréquence des fréquences astable et verrouillée par injection. Ce déphasage est utilisé comme partie d'une boucle de commande qui maintient la fréquence de verrouillage par injection dans la largeur de bande de l'oscillateur et réduit au minimum le bruit ajoute - comme indiqué précédemment.

Dans la réalisation représentée sur la figure 3, un oscillateur de référence est accordé de façon continue afin qu'il atteigne cet objectif. Une autre réalisation décrite dans la suite utilise un certain nombre d'oscillateurs commutés.

On se réfère maintenant à la figure 3. Un oscillateur de puissance élevée 38 est utilisé en mode verrouillé par injection par utilisation du signal d'entrée du circulateur 36 comme signal d'injection. Le signal de sortie d'oscillateur est transmis par le même circulateur 36 à la sortie 42 d'émetteur qui parvient à l'antenne qui assure une émission dans l'espace libre par un circulateur non représenté. Le signal d'entrée de l'oscillateur 38 provient d'un oscillateur OCT à fréquence fondamentale 30 et est amplifié en 32 par un certain nombre d'amplificateurs N, ce nombre pouvant varier à partir de zéro. Ces amplificateurs peuvent aussi comprendre des oscillateurs verrouillés par injection.Les deux étages de sortie 32 et 38 peuvent fonctionner en mode à ondes entretenues, ou peuvent être pulsés, et les signaux de commande de pulsation sont représentés en 34 et 40 pour les étages amplificateurs intermédiaire et de sortie respectivement. L'oscillateur de sortie peut être par exemple un magnétron travaillant en mode verrouillé par injection.

Pour que la fréquence d'entrée reste au centre de la bande du magnétron, deux coupleurs sont utilisés dont l'un 35 se trouve du côté d'entrée du magnétron et l'autre 37 du côté de sortie. Les deux signaux à haute fréquence de ces coupleurs sont alors transmis à un détecteur sensible au déphasage PSD 44 dont le signal de sortie est proportionnel au produit des amplitudes des deux signaux d'entrée (qui sont relativement bien connus) multiplié par sin , étant l'angle de phase entre les deux signaux. Comme décrit précédemment en référence à la figure 2, le déphasage, indique la position relative de la fréquence de verrouillage d'injection dans la bande du magnétron.

Ce signal est alors transmis à l'intégrateur 47 qui peut lisser les fluctuations du signal de sortie du détecteur PSD. Si la chaîne d'émetteur est pulsée, un circuit 46 d'échantillonnage ou de maintien peut être nécessaire à l'entrée de l'intégrateur 47 afin que les signaux de sortie à phase valide du détecteur 44 ne soient pas contaminés par des signaux superflus de bruit.

Le signal de sortie de l'intégrateur est alors utilisé avec un décalage déterminé afin qu'il donne un gain convenable en boucle fermé (voir dans la suite) de manière que la fréquence de l'oscillateur OCT à fréquence radar 48 soit réglée. Cet oscillateur qui se trouve en-dehors de la boucle fermée 58 doit avoir de bonnes bandes latérales de bruit car la fréquence radar utilisée est inférieure à la fréquence nécessaire au verrouillage par injection de la chaîne d'émetteur. Ce signal est mélangé à un signal ayant pratiquement la même fréquence dans un détecteur sensible à la phase 50 et le signal de sortie basse fréquence-vidéo est intégré dans un intégrateur 52.Le signal de sortie de l'intégrateur est utilisé pour la commande de l'oscillateur 30 commandé en tension à la fréquence nécessaire afin que la chaîne d'émetteur soit verrouillée par injection et que la fréquence soit centrée dans la bande de verrouillage par injection. Un coupleur 31 prélève une partie de ce signal et le mélange dans le mélangeur 54 à celui d'un oscillateur spectralement pur 56 à fréquence fixe, le mélangeur donnant la fréquence nécessaire de référence au détecteur de déphasage PSD 50.

Le but de la boucle 58 est d'imposer le spectre de "fermeture" de l'oscillateur 56 qui, étant à fréquence fixe, peut être très pur au point de vue spectral, au spectre de fermeture de l'oscillateur OCT 30, avec filtrage de l'autre bande latérale. Comme l'oscillateur 30 est accordable, son spectre est moins pur que celui de l'oscil- lateur 56 à fréquence fixe. Le spectre compris dans la largeur de bande de la boucle 58 est ainsi déterminé par l'oscillateur à fréquence fixe 56 qui est meilleur. Un autre coupleur 53 est destiné à donner la fréquence de référence pour le premier oscillateur local destiné au récepteur (non représenté).

Le but de la boucle 60 est de régler la fréquence du signal de verrouillage par injection dans la borne de verrouillage par injection du magnétron de forte puissance 38 par variation de l'oscillateur 48. Dans un cas idéal, le signal est régulé afin qu'il soit proche du centre de la bande et ceci donne potentiellement de meilleures propriétés de bruit ajouté, d'augmentation de gain et d'augmentation de rendement. La largeur de bande de cette boucle est relativement faible puisqu'elle est destinée à suivre les dérives du magnétron. Des exemples de dérive maximale de 5 à 10 MHz/s par exemple qui peuvent apparaître pendant la phase initiale de mise en température peuvent être suivis avec une précision de 0,5 à 1 MHz avec un gain de boucle d'environ 10 rad/s, c'est-à-dire 1,5 Hz.Même pour les variations de la vitesse de dérive et de la précision nécessaire, on peut noter que la largeur de bande est relativement faible, de l'ordre de quelques Hertz.

Un exemple de largeur de bande de verrouillage par injection peut être compris entre 5 MHz et 50 MHz, si bien que le maintien du signal dans la partie centrale de 10 % de cette largeur de bande nécessite des gains de l'ordre de ceux qui sont indiqués précédemment.

Dans cette réalisation, les avantages de la conservation d'un verrouillage par injection de qualité élevée du dispositif de sortie peuvent être obtenus sans programme important de développement, sur une large gamme de conditions variables de vieillissement, de mise en température, et extérieures.

Une autre réalisation du même principe de fonctionnement est possible. Dans cette réalisation, l'oscillateur de référence n' est pas accordé de façon continue comme dans la réalisation précédente, mais varie par étapes. L'opération est réalisée parce qu'un certain nombre de fréquences déterminées sont disponibles auprès d'une source fondamentale à haute fréquence ou d'un certain nombre d'oscillateurs à haute fréquence qui sont différents et qui peuvent être choisis par le circuit convenable. Dans ce cas encore, les dispositifs de sélection de l'oscillateur à haute fréquence dont la fréquence est la plus proche du centre de l'étage de sortie verrouillé par injection utilisent le déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie de cet oscillateur verrouillé par injection.

On décrit maintenant ce mode de réalisation en référence au diagramme synoptique de la figure 4.

Les amplificateurs intermédiaires, 1 'oscillateur verrouillé par injection, les coupleurs 32-38 et le détecteur de déphasage 44 travaillent de la même manière que décrit précédemment en référence à la figure 3. Le signal de sortie du détecteur 44 est utilisé d'une manière légèrement différente.

Dans ce cas, le signal de sortie est filtré dans un filtre passe-bas 64 afin qu'une erreur moyenne de phase soit obtenue entre les signaux d'entrée et de sortie du magnétron verrouillé par injection. Le signal d'entrée peut être échantillonné et maintenu (62) le cas échéant, comme cela peut être nécessaire dans un système pulsé, bien que les principes de fonctionnement s'appliquent aussi bien lorsque le signal d'entrée du filtre est échantillonné que lorsqu'il ne l'est pas et lorsque le signal de sortie de l'émetteur est pulsé ou est sous forme d'une onde entretenue.

Le signal de sortie du filtre passe-bas est comparé à des tensions positive et négative de référence 66 Bref+, Vref dans un comparateur 68. Ces niveaux de référence de tension sont déterminés afin que la commutation entre les oscillateurs de référence soit réalisée avec un décalage donné de fréquence entre la fréquence astable de l'oscillateur à magnétron verrouillé par injection et sa fréquence d'entrée.

Lorsque le niveau positif ou négatif d'entrée est recoupé, un nouvel oscillateur à haute fréquence est sélectionné par des lignes de commande de sélection 72. Un nombre N d'oscillateurs à haute fréquence peut être choisi en 78 à l'aide des commutateurs à N voies 74 et 76. La sélection de sortie de l'oscillateur est assurée par le commutateur 76.

Etant donné la puissance résiduelle qui apparaît sous forme d'un signal parasite dû à l'oscillateur alimenté à la fréquence erronée, la puissance d'entrée est aussi commutée de manière que seul l'oscillateur choisi soit alimenté. Cette sélection est réalisée avec le commutateur à N voies 74. Lorsque le comparateur est déclenché, le signal de sortie du filtre 64 est mis à la masse de manière que I'oscillateur à haute fréquence ne soit pas à nouveau commuté intempestivement.

Le signal de sortie de l'oscillateur choisi constitue le signal d'entrée de la chaîne d'émetteur comme indiqué sur la figure 3 qui est transmis par l'intermédiaire de la chaîne d'amplificateurs intermédiaires 32 et de l'oscillateur verrouillé par injection 38. En outre, une partie du signal de référence d'émetteur est couplée par le coupleur 80 afin qu'elle donne une référence pour l'oscillateur local du récepteur radar si bien que le fonctionnement cohérent peut être conservé.

Grâce à la réalisation de la figure 4, lorsque la fréquence centrale de l'oscillateur du magnétron de l'étage de sortie présente une dérive, l'oscillateur à haute fréquence fixe convenable qui est le plus proche du centre de la bande de verrouillage par injection du magnétron est sélectionné automatiquement. La séparation des sources à haute fréquence doit manifestement être inférieure à la largeur de la bande de verrouillage par injection, et la plage totale des fréquences des sources doit être supérieure à la dérive prévue de l'émetteur. Le nombre de sources dépend alors de la proximité voulue entre la fréquence centrale du magnétron et la fréquence d'entrée, et du compromis entre la complexité du système et les performances globales de la chaîne d'émetteur.

Des perfectionnements et des variantes des modes de réalisation précédents sont possibles. Le perfectionnement principal est celui qui comprend la possibilité de fonctionnement par sélection d'oscillateurs à fréquence fixe comme indiqué sur la figure 4, avec un émetteur accordable en fréquence comme indiqué sur la figure 3.

Ce mode de réalisation est illustré par une chaîne d'émetteur qui est agile en fréquence. Le fonctionnement agile en fréquence d'un système cohérent pulsé ou à ondes entretenues comprend le maintien de la fréquence pendant une période dans laquelle l'intégration cohérente est réalisée et la fréquence radar est ensuite modifiée par pas. Cette opération peut être répétée pour un certain nombre de fréquences déterminées.

Lorsqu'une chaîne d'émetteur agile en fréquence ayant un oscillateur verrouillé par injection est utilisée, la fréquence centrale du magnétron peut être modifiée périodiquement en même temps que la source de fréquence radar est modifiée afin que les deux fréquences soient semblables. De cette manière, une largeur de bande agile en fréquence peut être utilisée afin qu'elle soit supérieure à la largeur de bande de verrouillage par injection de l'oscillateur verrouillé par injection.

I1 est aussi possible que la fréquence d'oscillateur de sortie commence à dériver au cours du temps si bien que deux dispositifs de sélection de fréquence doivent être utilisés ensemble, c'est-à-dire : une poursuite des dérives en fréquence, et une utilisation de pas séparés destinés à donner l'agilité en fréquence.

Cette réalisation est maintenant décrite en référence à la figure 5 sur laquelle la réalisation à accord continu de la figure 3 est perfectionnée afin qu'elle comprenne l'agilité en fréquence.

La plus grande partie de la figure 5 est identique à la figure 3. Les différences se trouvent dans la présence du circuit logique de sélection de fréquence, dans la sélection des oscillateurs RF et dans l'accord de l'oscillateur à magnétron verrouillé par injection de sortie.

Comme représenté, le circuit logique 84 de sélection de fréquence est commandé par les commandes 86 d'un organe de commande de mode d'un processeur numérique de signaux ou d'un autre dispositif de commande. Le circuit logique de sélection de fréquence transmet alors en 82 le signal convenant à la sélection de la fréquence centrale convenable du magnétron verrouillé par injection ou oscillateur 38 et de l'oscillateur à fréquence fixe 90 la plus proche du centre de la bande du magnétron verrouillé par injection. L'opération est réalisée à l'aide du commutateur HF à
N voies 88. Les entrées d'alimentation continue des oscillateurs inutilisés sont aussi inhibées avec le commutateur 92, comme dans la réalisation précédente (figure 4).

Lorsqu'un changement séparé de fréquence est réalisé, il peut apparaître un décalage entre l'oscillateur choisi 90 et la fréquence centrale du magnétron 38. Ce décalage donne un déphasage au niveau du détecteur 44 et la boucle 60 "tire" l'oscillateur 48 si bien que la fréquence résultante se trouve au centre de la bande. Dans ce cas, la constante de temps de la boucle doit être inférieure à celle de la figure 3 puisque les dérives ou erreurs apparaissant dans une petite fraction du temps d'intégration cohérent doivent être supprimées. Lorsqu'un exemple de temps d'intégration est égal à 10 ms, ce tirage doit être terminé en 1 ms par exemple, et la constante de temps est alors de 0,1 ms. Ceci rend plus difficile la réalisation détaillée de la boucle car la largeur de bande est plus grande si bien que la sensibilité au bruit est accrue.

Aucune augmentation intrinsèque de la difficulté n'apparaît dans la réalisation à ondes entretenues, et dans une réalisation pulsée Doppler, un grand nombre d'impulsions est encore intégré.

I1 existe un certain nombre de variantes de procéde pour la mise en oeuvre de la réalisation fondamentale, utilisant des changements de détail mais non de principe.

Un exemple est le dispositif de décalage de la source de la fréquence d'émetteur par rapport à l'oscillateur local dans le système radar.

Sur les schémas des figures 3 et 4, la fréquence d'émetteur est pilotée par une fréquence source (OCT 30) qui ne dépend pas de la fréquence Doppler de la cible prévue, alors que le trajet de l'oscillateur local est créé par mélange 53 ou 80 avec l'oscillateur OCT Doppler. Une autre configuration est possible dans laquelle le signal émis varie avec la fréquence Doppler et l'oscillateur du récepteur reste fixe.

Un exemple de telle réalisation est représenté sur la figure 6. Cette réalisation travaille avec le principe d'accord séparé de la figure 4 mais utilise la série d'oscillateurs fixes comme référence pour la fréquence d'oscillateur local et a une fréquence variable d'émetteur.

I1 s'agit d'une autre variante du thème principal dans lequel l'oscillateur OCT HF fondamental (30 des figures 3 et 5) est supprimé et le signal mélangé de sortie 54 est utilisé pour la conversion à la fréquence de référence. Il s'agit d'une petite variante de ces figures.

On se réfère maintenant à la figure 6 ; la réalisation est une variante de celle qui a été décrite en référence à la figure 4.

La source de haute fréquence est constituée par une série de N oscillateurs 78 et des commutateurs nécessaires pour leur sélection 74 et 76 avec le circuit logique de sélection de la figure 4, combinés en un seul bloc comprenant les éléments 62 à 70. Le "circuit logique de sélection de bande" reçoit un signal d'entrée du détecteur de déphasage 44 qui donne un signal de sortie à peu près proportionnel à la différence de phase entre les signaux d'entrée et de sortie de l'oscillateur verrouillé par injection 38.

La chaîne des amplificateurs intermédiaires 32 amplifie le signal source à une puissance suffisante pour que l'oscil- lateur final soit verrouillé par injection. Cette partie de la réalisation est commune à la figure 4.

La différence repose sur le fait que la fréquence de la source à haute fréquence est transmise par l'intermédiaire d'amplificateurs 100 et 102 qui donnent un signal qui est utilisé dans le trajet du récepteur pour le pilotage des premiers mélangeurs à haute fréquence, représentés dans le diagramme synoptique simplifié de la figure I sous forme du mélangeur 14 (sur la figure 1, les autres valeurs de fréquence entre parenthèses s'appliquent à la réalisation de la figure 6) à la place de la chaîne d'émetteur.

Un signal de sortie de la source d'oscillateur local est transmis par le coupleur 101 et se mélange en 112 au signal de référence d'émetteur qui provient d'un oscillateur commandé en tension 118. Cet oscillateur a un signal amplifié en 120 qui forme un signal convenant aux amplificateurs intermédiaires pulsés 32, par l'intermédiaire de l'isolateur 124, et le signal est aussi utilisé par l'intermédiaire d'un coupleur 122 et d'une chaîne d'isolateurs 114 afin qu'il forme le signal d'émetteur de référence destiné au mélangeur 112.

Le signal de sortie du mélangeur 112 qui est proche de la fréquence de l'oscillateur Doppler est alors mélangé à ce signal 104 dans le mélangeur en quadrature 110 et forme un signal à basse fréquence qui est transmis par l'intégrateur 116 afin qu'il réaccorde la fréquence de l'oscillateur 118. La boucle est stable lorsque le signal de sortie du mélangeur 110 est nul et ceci se produit lorsque l'oscillateur 118 est verrouillé en phase sur l'oscillateur Doppler et la source nécessaire d'oscillateur local.

Le circuit logique est commandé par le détecteur PSD de verrouillage 106 qui prélève le signal de sortie du mélangeur 112 et détecte le signal de l'oscillateur Doppler 104 en phase. Si la boucle 130 n'est pas verrouillée, il existe une fréquence de battement qui indique le fait que la boucle n'est pas verrouillée et déclenche un processus de recherche-verrouillage 108 par l'intermédiaire de l'intégrateur 116 et du circuit de sélection de bande tel que représenté en 62, 64, 66, 68 et 70 sur fa figure 4.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Système radar cohérent utilisant un oscillateur verrouillé par injection pour la création d'un signal émis, l'oscillateur ayant une largeur de bande de verrouillage par injection dans laquelle le signal de sortie de l'oscil- lateur est verrouillé en fréquence sur le signal d'injection, le système comprenant en outre une source radar dont le signal d'injection est dérivé et un dispositif de rétroaction destiné à régler la fréquence de la source radar avec le déphasage entre le signal d'injection et le signal de sortie de l'oscillateur, afin que le déphasage soit réduit et qu'il ait tendance à maintenir la fréquence du signal d'injection au centre de la largeur de bande de verrouillage par injection.

2. Système radar selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de rétroaction comporte une boucle comportant un détecteur sensible à la phase et un oscillateur accordable commandé en tension faisant partie de la source radar, la fréquence de la source radar pouvant varier de façon continue en fonction du déphasage.

3. Système radar selon la revendication 2, dans lequel un oscillateur à fréquence fixe ayant un spectre relativement pur est couplé à la boucle afin qu'il impose le spectre au signal d'injection.

4. Système radar selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la source radar comporte un oscillateur à fréquence fixe à spectre relativement pur et un oscillateur commandé en tension supplémentaire commandé par une boucle supplémentaire de rétroaction et destiné à créer une fréquence de sortie égale à la différence entre la fréquence fixe et la fréquence de l'oscillateur accordable commandé en tension, la fréquence de sortie étant la fréquence de la source radar, et le spectre de 1 ' oscillateur à fréquence fixe est imposé au signal de la source radar.

5. Système radar selon la revendication 1, dans lequel la source radar comporte plusieurs oscillateurs à fréquence fixe ayant des fréquences successives de fonctionnement séparées par une fraction de la largeur de bande de verrouillage par injection, un dispositif est destiné à sélectionner l'un des oscillateurs à fréquence fixe afin qu'il détermine la fréquence du signal d'injection, le dispositif de sélection étant commandé par le déphasage d'une boucle de rétroaction afin qu'il sélectionne les oscillateurs à fréquence fixe en ayant tendance à réduire le déphasage.

6. Système radar selon la revendication 5, dans lequel la fréquence de l'oscillateur choisi à fréquence fixe constitue la fréquence du signal d'injection.

7. Système radar Doppler selon la revendication 5, comprenant un dispositif donnant un signal à fréquence intermédiaire à partir d'un signal reçu et d'un signal d'oscillateur local, la fréquence de l'oscillateur choisi à fréquence fixe constituant une fréquence d'oscillateur local pour le système, le système comprenant une boucle supplémentaire de rétroaction qui comporte un oscillateur commandé en tension qui donne la fréquence du signal d'injection, l'oscillateur commandé en tension étant commandé d'après la différence entre d'une part la fréquence intermédiaire ayant subi un décalage Doppler et d'autre part la différence entre la fréquence de l'oscillateur local et la fréquence du signal d'injection.

8. Système radar selon la revendication 7, dans lequel le signal à fréquence intermédiaire'ayant subi un décalage Doppler et un signal de différence ayant une fréquence égale à la différence entre la fréquence de l'oscillateur local et la fréquence du signal d'injection sont appliquées à un détecteur sensible à la phase afin que celui-ci donne une indication relative à l'état de verrouillage-non verrouillage de la boucle de rétroaction.

9. Système selon la revendication 8, comprenant un dispositif commandé par une indication d'une condition de non verrouillage et destiné à assurer le balayage de l'oscillateur commandé en tension vers une fréquence à laquelle la boucle supplémentaire de rétroaction passe à un état de verrouillage.

10. Système radar agile en fréquence selon la revendication 1, dans lequel l'oscillateur verrouillé par injection est accordable sur la plage d'agilité en fréquence, et la source radar comporte plusieurs oscillateurs à fréquence fixe ayant des fréquences de fonctionnement réparties dans plage d'agilité en fréquence, le système comprenant un dispositif logique de sélection des oscillateurs à fréquence fixe de manière aléatoire ou prédéterminée et de sélection de la fréquence de sortie de l'oscillateur verrouillé par injection d'une manière qui correspond à la fréquence de l'oscillateur choisi à fréquence fixe, le système comportant en outre une première boucle de rétroaction qui comprend un détecteur sensible à la phase qui est commandé par le déphasage précité et qui règle un oscillateur accordable commandé en tension, et une boucle supplémentaire de rétroaction comprenant un oscillateur supplémentaire commandé en tension transmettant la fréquence de la source radar, l'oscillateur supplémentaire commandé en tension étant commandé en fonction de la différence entre la fréquence de l'oscillateur choisi à fréquence fixe et la fréquence de l'oscillateur accordable commandé en tension, la disposition étant telle que, pour chaque oscillateur choisi à fréquence fixe, l'oscillateur accordable commandé en tension est réglé afin qu'il maintienne la fréquence de la source radar dans la largeur de bande du verrouillage par injection de l'oscillateur verrouillé par injection.

11. Système radar pulsé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un étage amplificateur placé entre la source radar et l'oscillateur verrouillé par injection, et un dispositif de synchronisation destiné à commander le fonctionnement pulsé de l'étage amplificateur et de l'oscillateur verrouillé par injection en synchronisme.

12. Système radar à ondes entretenues selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.

13. Système radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'oscillateur verrouillé par injection est un magnétron.