FR2849725A1 - Oscillateur a resonateur dielectrique commande en tension - Google Patents

Abstract

L'invention propose un nouvel oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension qui permette d'avoir une excursion de fréquence importante tout en limitant le bruit de phase. L'oscillateur comporte un circuit résonant 10 incluant un résonateur diélectrique DR, un circuit actif 20 couplé au circuit résonant 10 et qui fournit un signal de fréquence correspondant à une fréquence de résonance, et des moyens de commande permettant d'agir sur la fréquence de résonance à l'aide d'une tension de commande. Les moyens de commande sont constitués d'une première partie Lc, VC, 1 agissant sur le circuit résonant 10 et d'une deuxième partie Rp agissant sur le circuit actif 20.

Description

Oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension.

L'invention se rapporte à un oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension. Ce type d'oscillateur est généralement utilisé dans les systèmes de transmission fonctionnant à des fréquences élevées.

Les oscillateurs à résonateur diélectrique ou DRO (de l'anglais Dielectric Resonator Oscillator) sont connus pour fournir des signaux de fréquence élevée relativement stable, de l'ordre de 104, et présentant de 10 bonnes performances en terme de bruit de phase. Les DROs présentent en plus l'avantage d'être relativement peu coteux. Un DRO comporte un circuit actif, tel que par exemple un montage présentant une résistance négative, couplé par l'intermédiaire d'une ligne micro-ruban à un circuit résonant constitué d'un résonateur diélectrique placé dans une cavité blindé.

Un inconvénient des DRO est de ne pas être très précis sur la fréquence d'oscillation qui nécessite un réglage manuel ou électrique lors du montage. Il est connu d'asservir les DRO par exemple à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase pour obtenir une grande précision tout en ayant une stabilité égale ou supérieure à 104. Pour cela, il est connu d'avoir recours à 20 une commande en tension qui agit sur le DRO.

Une première technique, correspondant à la figure 1, consiste à agir sur le résonateur diélectrique DR. Pour cela, une ligne micro ruban 1 est placée à proximité du résonateur DR. La ligne micro ruban est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une varicap VC. La tension de commande est 25 fournie à la ligne micro-ruban 1 par l'intermédiaire d'une inductance de couplage Lc. La variation de la tension continue sur la ligne micro-ruban 1 agissant sur la varicap VC a pour effet de faire varier la fréquence de résonance du circuit résonant et de ce fait permet de faire varier la fréquence d'oscillation du DRO en fonction de la tension de commande. Ce 30 type d'oscillateur permet d'obtenir une excursion de fréquence de l'ordre de 1%. Un inconvénient majeur de ce circuit est l'augmentation sensible du bruit de phase de l'oscillateur du fait de la dégradation du coefficient de qualité du circuit résonant d à l'ajout de la varicap VC. D'une manière générale, plus la ligne micro-ruban 1 est couplée au résonateur DR, plus l'excursion est de 35 fréquence est importante mais plus le coefficient de qualité est dégradé ce qui engendre une dégradation du bruit de phase de l'oscillateur.

Une deuxième technique, correspondant à la figure 2, consiste à agir sur le circuit actif. Pour cela, une résistance de polarisation Rp sert à modifier le point de fonctionnement statique du transistor T. Une telle modification agit sur l'impédance négative vue par le circuit résonant 5 comportant le résonateur DR et modifie la fréquence d'oscillation de l'oscillateur. Cette technique permet d'obtenir classiquement des variations de fréquence de l'ordre de 0,1% en ajoutant un bruit de phase peu important. Un inconvénient de ce circuit est que la puissance du signal fournit à la charge Zcharge peut varier en fonction de la tension de 10 commande.

L'invention vise à proposer un nouvel oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension qui permette d'avoir une excursion en fréquence importante tout en limitant la dégradation de bruit de phase.

L'invention est un oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension, l'oscillateur comportant un circuit résonant incluant un résonateur diélectrique couplé à une première ligne micro-ruban, un circuit actif connecté à la ligne micro-ruban qui interagit avec le circuit résonant et qui fournit un signal de fréquence correspondant à la fréquence de résonance 20 du circuit résonant couplé au circuit actif, et des moyens de commande permettant d'agir sur la fréquence du signal sortant à l'aide d'une tension de commande. Les moyens de commande sont constitués d'une première partie agissant sur le circuit résonant et d'une deuxième partie agissant sur le circuit actif.

La combinaison des deux circuits de l'état de la technique permet d'obtenir, en utilisant exactement les mêmes composant une excursion en fréquence supérieure d'environ 10 % à la somme des excursions des deux circuits. Préférentiellement, la première partie des moyens de commande 30 comporte une varicap couplée au résonateur diélectrique par une deuxième ligne micro-ruban, la ligne micro-ruban étant mise au potentiel de la tension de commande. Le circuit actif est un montage à transistor présentant une résistance d'entrée négative, et la deuxième partie des moyens de commande agit sur le point de polarisation statique du transistor. 35 L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: Les figures 1 et 2 montrent deux oscillateurs à résonateur diélectrique commandé en tension, selon l'état de la technique.

La figure 3 montre un oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension, selon l'invention.

Les circuits de l'état de la technique ayant été sommairement 10 décrits précédemment, ils ne seront pas plus détaillés par la suite. Par ailleurs, une même référence est utilisée pour les circuits de l'état de la technique et pour le circuit selon l'invention lorsque qu'il s'agit d'un même élément. La figure 3 correspond à un oscillateur à résonateur diélectrique 15 selon l'invention qui comporte un circuit résonant passif 10 et un circuit actif 20. Le circuit actif 20 alimente le circuit passif 10 qui résonne à une fréquence de résonance donnée, le signal correspondant à la fréquence de résonance étant amplifié par le circuit actif 20 et fournit à une charge Zcharge. Le circuit résonant 10 comporte un résonateur diélectrique DR placé dans une cavité blindée et couplée électromagnétiquement à une première ligne micro-ruban 11. La première ligne micro-ruban 11 est d'une part reliée à la masse par l'intermédiaire d'une première impédance d'adaptation 12, et d'autre part au circuit actif 20. L'impédance d'adaptation 25 est calculée afin que celle-ci apparaisse comme une ligne à 50Q vue du circuit actif 20. Le circuit passif 10 comporte en outre des moyens d'ajustement de la fréquence de résonance qui sont constitués d'une deuxième ligne micro-ruban 1 couplée électromagnétiquement au résonateur diélectrique DR, d'une varicap VC connectée entre la deuxième 30 ligne micro-ruban 1 et la masse, et d'une inductance de couplage Lc connectée d'une part à la ligne micro-ruban et d'autre part recevant une tension de commande continue. L'inductance de couplage Lc ne laisse passer que le courant continu et se comporte en circuit ouvert vis à vis des signaux dont la fréquence est voisine des fréquences d'oscillation de 35 l'oscillateur. La tension continue appliquée aux bornes de la varicap VC fait varier sa capacité qui interagit sur la fréquence de résonance du circuit résonant 10 par l'intermédiaire de la deuxième ligne micro-ruban 1.

Le circuit actif 20 est ici un montage à transistor présentant une résistance négative au circuit résonant 10. Il comporte un transistor T, par exemple un transistor à effet de champ en arséniure de gallium, dont la grille est connectée à la première ligne micro-ruban 11. Le drain du transistor T 5 est relié d'une part à la tension d'alimentation par une inductance de couplage 21 et d'autre part à une impédance de charge Zcharge par l'intermédiaire d'une impédance d'adaptation 22. L'inductance de couplage 21 laisse passer le courant continu mais se comporte en circuit ouvert vis à vis des signaux dont la fréquence est voisine des fréquences d'oscillation de 10 l'oscillateur. L'impédance d'adaptation 22 sert à adapter l'impédance de sortie de l'oscillateur qui doit présenter une impédance définie, par exemple de 50Q. L'impédance de charge Zcharge correspond à l'impédance d'un circuit connecté à la sortie de l'oscillateur. La source du transistor T est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 23 qui relie la 15 source à la masse aux fréquences de fonctionnement de l'oscillateur afin que le transistor T présente une impédance d'entrée négative. Une inductance de liaison 24 relie la source du transistor T au noeud 25. Le Noeud 25 est également relié, d'une part à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 25, et, d'autre part à la tension de commande par 20 l'intermédiaire de la résistance de polarisation Rp. L'inductance de liaison 24 se comporte en court-circuit pour les basses fréquences et en circuit ouvert pour les hautes fréquences. L'ensemble constitué de l'inductance de liaison 24 et des résistances de polarisation 25 et Rp permet d'obtenir un point de fonctionnement statique du transistor qui est variable en fonction de la 25 tension de commande.

Le fonctionnement de l'oscillateur de la figure 3 est assez similaire au fonctionnement des oscillateurs des figures 1 et 2. La variation de la tension de commande agit par contre simultanément sur la capacité variable de la varicap VC et sur le point de fonctionnement statique du transistor T. 30 Pour mieux cerner les avantages produits par l'invention, il convient de comparer les oscillateurs des figures 1, 2 et 3 avec des valeurs numériques de composant identiques répondant à une même tension de commande.

Pour l'oscillateur de la figure 1, la variation de la tension de commande permet d'obtenir une variation de fréquence égale à Afl tout en 35 ayant un bruit de phase égal à BI. Pour l'oscillateur de la figure 2, la variation de la tension de commande permet d'obtenir une variation de fréquence égale à Af2 tout en ayant un bruit de phase égal à B2.

Le schéma de la figure 3 correspondant à la réunion des circuits des figures 1 et 2, on pourrait naturellement s'attendre à avoir une excursion en fréquence égale à Afl+Af2 accompagnée d'un bruit de phase égal à B1+B2. Considérant que le gain apporté en excursion de fréquence 5 s'accompagne d'une augmentation du bruit de phase résultant, un tel montage présente peu d'intérêt pour un homme du métier.

Cependant, l'expérimentation de l'oscillateur de la figure 3 montre que le résultat obtenu n'est pas en ligne avec le résultat attendu. L'excursion en fréquence est en réalité égale à k*(Af1 +Af2), avec k un coefficient environ 10 égal à 1,1 ce qui représente un gain de 10% sur l'excursion de fréquence totale. De plus le bruit de phase reste sensiblement égal à B1.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Oscillateur à résonateur diélectrique commandé en tension, I'oscillateur comportant: - un circuit résonant (10) incluant un résonateur diélectrique (DR) couplé à une première ligne microruban (11), - un circuit actif (20) connecté à la ligne micro-ruban (11) qui interagit avec le circuit résonant (10) et qui 10 fournit un signal de fréquence correspondant à la fréquence de résonance du circuit résonant (10) couplé au circuit actif (20), - des moyens de commande (Lc, VC, 1, Rp) permettant d'agir sur la fréquence du signal sortant à 15 l'aide d'une tension de commande (Commande), caractérisé en ce que les moyens de commande sont constitués d'une première partie (Lc, VC, 1) agissant sur le circuit résonant (10) et d'une deuxième partie (Rp) agissant sur le circuit actif (20).

2. Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie des moyens de commande comporte une varicap (VC) couplée au résonateur diélectrique (DR) par une deuxième ligne microruban (1), la ligne micro-ruban étant mise au potentiel continu de la tension de commande.

3. Oscillateur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le circuit actif est un montage à transistor présentant une résistance d'entrée négative, caractérisé en ce que la deuxième partie des moyens de commande agit sur le point de polarisation statique du transistor. 30