Brevet FR2034110A1 — publié le 19701211

L'invention a pour objet un dispositif fournissant une fréquence différen- tielle, c'est-à-dire une fréquence écartée d'une valeur determinee par rapport à une fréquence fixe préexistante. Si ltécart de fréquence est constant, on obtient une transposition de fréquence : 1 = f + C f', où f est une fréquence o o fixe préexistante, f un écart de fréquence fixe, C signifie + ou - 1, f1 est la fréquence transposée. Si l'écart de fréquence instantané est fonction du niveau instantané d'un signal modulant, on a une onde modulée en fréquence.Le dispositif de l'invention est donc susceptible de fonctionner, suivant le cas, soit en transposeur de fréquence, soit en modulateur de fréquence, agissant sur une fréquence fixe préexistante. Les seuls moyens connus autrefois pour produire de telles fréquences dif férentielles à partir d'une fréquence fixe préexistante consistaient en une modulation, c'est-à-dire une opération non linéaire de multiplication d'une fonction de type sinusoïdal ou périodique par une autre éventuèLlement modulée en fréquence, engendrant des "produits de modulation" du premier ordre et d'ordres supérieurs, d'où on extrayait la fréquence différentielle voulue par filtrage. Mais il s'agit ici d'un processus très différent, de type linéaire, ajoutant directement une fréquence, soit fixe (transposition), soit variable (modulation de fréquence), à une fréquence fixe préexistante, sans génération de bandes latérales multiples. On connalt des moyens pour produire linéairement une telle fréquence diffé- rentielle à partir d'une fréquence fixe préexistante par sommation, par la demande de brevet français déposée par la Demanderesse le 4 novembre 1968 sous le N PV 176 141 ayant pour titre "Dispositif modulateur de fréquence", et par la demande de brevet français déposée par la Demanderesse le 30 décembre 1968 sous le No PV 182 110 ayant pour titre "Modulateur de fréquence perfectionné".Les dispositifs couverts par ces deux demandes de brevets contiennent un modulateur de fréquence primaire qui commande par commutateur une opération de rotation de phase indéfinie d'une onde de fréquence fixe préexistante à une vitesse qui dépend du niveau instantané d'un signal modulant : ce qui équivaut à la génération d'une fréquence différentielle égale à la somme algébrique de la fréquence de l'onde fixe préexistante et d'une fréquence auxiliaire fournie par le modulateur de fréquence primaire. Dans la première demande de brevet, No PV 176 141, la rotation indéfinie sur le cercle des phases est obtenue en régime saccadé par l'insertion de cellules de retard (ou de déphasage) en incréments égaux, de Oc à 3600 (ou de 3600 à 0 ), en permutation circulaire inde finie. Dans la deuxième demande de brevet, N PV 182 110, la rotation indéfinie sur le cercle des phases est obtenue en régime continu en associant systématiquement les courants issus de deux prises voisines d'une ligne de retard, prélevées en permutation circulaire indéfinie avec retour d'une extrémité à l'autre. Dans ces deux demandes de brevets, l'accent a été mis sur la modulation de fréquence d'une onde préexistante. Il est- clair que les dispositifs correspondants peuvent également, par dégénérescence, fonctionner en transposeurs de fréquence, ce qui revient à prendre un niveau de modulation fixe, ou encore à remplacer le modulateur de fréquence primaire par un oscillateur à fréquence fixe. Dans la présente invention, on effectue une transposition de fréquence ou une modulation de fréquence d'une fréquence fixe préexistante sans employer de modulateur de fréquence primaire. Selon l'invention un dispositif fournissant une fréquence différentielle à partir d'une source de fréquence fixe préexistante comprend à la sortie de ladite source un organe déphaseur- ou retardateur, et des moyens pour faire varier le déphasage ou retard dudit organe selon une fonction rampe ou dent de scie en récurrence indéfinie. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'organe déphaseur ou retardateur précité comporte aumoins un composant passif ayant une valeur électrique (capacité, inductance, résistance) ou un réseau équivalent pouvant varier sous l'effet d'une grandeur électrique, laquelle subit une variation récurrente de forme adéquate pour fournir une variation de déphasage ou retard en forme de rampe ou dent de scie, cette variation récurrente de ladite grandeur électrique pouvant être elle-meme en dent de scie pour une variation rela tåvement faible. La justification théorique du moyen employe est la suivante La forme générale d'une grandeur électrique alternative sinusoîdale est la suivante e = E sin ( wt +'f), où T est supposé constant. Dans cette expression, la pulsation, ou frequence angulaire, U 1 est la dérivée de l'argument (#.t+amp;) : Si l'angle de phasc & varie avec le temps : & = & (t), la pulsation instantanée, à la sortie de l'organe de retard, prend la valeur Si la variation de t (t) se fait selon une fonction range ou dent de scie récurrente, la dérivée par rapport au temps est une constante, soit w '.On a donc (ss = w + ' o ou, en divisant par 2 w: f = f + f' o On a donc ainsi constitué une fréquence différentielle, 1 ft,-à partir d'une fréquence fixe préexistante, f, la différence étant f'. Pour une porteuse f donnée, la différence de fréquence f' dépend de la pente de la fonction rampe, et de cette pente seulement. La loi des signes est la suivante : si le déphasage, ou retard, augmente la fréquence f1 est plus faible que f ; si le déphasage diminue, la fréquence f1 est plus élevée que fO. o Bien entendu, une dent de scie parfaite, à retour instantané, est une vue de ltesprit. Le retour dure en fait une fraction non négligeable du temps d'aller. S'il est k fois plus rapide (par exemple k = 20), la différence de fréquence correspondante sera k fois plus grande ; de plus elle se produira dans le sens inverse de la différence correspondant à la fonction rampe d'aller. Par exemple, Si la pente de la fonction rampe, en grandeur - et en signe, est ajustée pour fournir une différence de fréquence de -100 kflz, le retour, de vitesse 20 fois plus grande, donnera une différence de +2 Mets. Pour éviter les perturbations que pourrait donner une émission de fréquen- ce parasite pendant le retour de la fonction rampe il est prévu, selon une autre caractéristique de l'invention, d'interrompre l'excitation de l'organe de retard variable pendant le retour de la fonction rampe. On va donc recueillir à la sortie de l'organe de retard ou déphaseur, pendant les durées successives des segments 'taller" de la fonction rampe, une succession de "bouffées" de fréquence différentielle, séparées par des coupures ayant pour durée le temps de retour. Ces coupures pourront être rendues beaucoup plus brèves que les temps d'émission, par exemple, 20 > 50 ou 100 fois plus brèves, mais on ne les supprimera pas. Pour combler ces vides et rétablir à la sortie une onde continue, il est prévu, selon une autre caractéristique de l'invention, de faire passer les trains d'impulsions d'émission ainsi créés dans un filtre passe-haut qui rétablira en sortie une onde permanente en supprimant pratiquement les interruptions à à fréquence beaucoup plus basse. La durée des moments d'émission peut etre en principe de deux types fonda mentaux 10) Durée e constante. Dans ce cas la pente de la fonction rampe correspondant à un niveau instantané du signal modulant (donc la valeur de la différence de fréquence) est déterminée par ltordonnée maximale de la fonction rampe. 20) Durée e variable. Ordonnée maximale de la fonction rampe constante. Dans ce cas la pente de la fonction rampe correspondante est déterminée par la durée de l'aller. Le premier type correspond à un prélèvement quantifié à cadence fixe sur le signal modulant, par exemple toutes les 125 microsecondes pour un système téléphonique multiplex de fréquence (cadence 8000 Hz). Dans le deuxième type, il faut faire correspondre la fréquence de récurren- ce de la dent de scie à la valeur instantanée du-signal modulant. Mais une telle correspondance entre le niveau de modulation et la fréquence de récurrent de la dent de scie exige un modulateur de fréquence primaire. Or un des avantages de la présente invention est précisément de supprimer le modulateur de fréquence primaire qui figure dans les brevets plus anciens. On décrira donc seulement ci-dessous des exemples de réalisation conformes au premier type de fonctionne- ment. Il est facile d'engendrer une fonction rs:npe ayant une ordonnée maximale proportionnelle à une valeur instantanée donnez, par exemple en passant par un multivibrateur dont la tension d'alimentation est coreliée avec ladite valeur instantanée~ ~ Le dispositif de l'invention est en principe à large bande. En effet, il fonctionne correctement quelle que soit la valeur du déphasage unitaire maximal au cours d'un moment d'émission : qu'il soit, par exemple, dgsl à 600 ou à 6000. Toutefois, bien entendu, la différence de fréquence sera dix fois plus grande dans le deuxième cas que dans le premier cas. Pour obtenir une excursion de fréquence maximale (soit par exemple 15 skiez, correspondant à la "modulation 100Z"), il faut ajuster la pente-de la fonction rampe (ou son ordonnée maximale si on fonctionne à durée de moment constante) suivant la valeur de la fréquence porteuse. Mais un tel ajustement ne présente rien de critique. Des systèmes d'asservissement connus qu'on adaptera au cas d'espèce faciliteront considérablement les réglages. Pour couvrir une large gamme de fréquences d'une part, et une large bande de différences de fréquence d'autre part, il est prévu d'employer non une seule valeur de e (constante pour une application donnée)~; mais des multiples ou sousmultiples de e, par exemple dans des rapports de puissances de 10, ou toute autre valeur adéquate. - Dans ces conditions une seule ligne de retard peut répondre à des besoins très variés. L'intention a une portée générale, et ne couvre pas seulement les applications aux fréquences moyennes ou hautes des radiotransmissions. Elle peut s'appliquer. aux hyperfréquences. Pour constituer une ligne de retard. fonctionnant en hyperfréquence à variation commandée par un signal électrique, En dispose de plusieurs moyens, notamment une ligne à-ferrite ou un barreau de grenat (ligne microacoustique). Elle peut s'appliquer également aux lasers : l'organe à retard variable sera dans ce. cas un milieu électro-optique notamment un cristal électro-optique. L'invention va être décrite en détail sur des exemples d'application, en se référant aux dessins, parmi lesquels La filtre 1 est un schéma d'un dispositif transposeur de fréquence réalisé conformément à l'invention ; La figure 2 comprend en fait cinq graphiques, 2a, 2b,.... 2e, montrant des formes de signaux en cinq points du schéma de la figure 1 La figure 3 est un exemple schéma de modulateur de fréquence conforme l'invention ; Les figures 4a et 4b sont des graphiques qui expliquent le fonctionnement du modulateur -de fréquence selon La figure 3 ;; Les figures 5a et 5b sont des-graphiques qui illustrent deux cas possibles de fonctionnement d'un modulateur de fréquence selon l'invention ; La figure 6 est une forme particulière de modulateur de fréquence correspondant au fonctionnement selon la figure 5b ; La figure 7 est un graphique que qui montre une succession de courbes récurrentes #= f(t) de forme non rectiligne ; La. figure 8 est un schéma d'un. montage perfectionné ; La figure 9 est un ensemble de trois graphiques S expliquant le fonctionne- ment du montage de la figure 8. FIGURE 1 - La figure 1 illustre un exemple de transposition de fréquence. Un générateur 11 de fréquence fixe f0 est connecté à l'entrée d'une ligne de retard (ou déphaseur variable) 13, qui sous l'effet du signal de sortie d'un générateur de fonction rampe (ou dent. de scie ou analogue; 17, fournit à la fréquence f un retard qui varie de T à l+AT . Chaque période d'aller de la o de t de scie a une durée i. L'Intervalle de répétition, compte tenu du retour de la dent de scie, est et @@@@ @@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@ 12 est une porte analogique pouvant arrêter le - passage du courant de sortie du générateur 11 sur commande d'inhibition reçue d'un organe 19. est un filtre dont la nature sera précisée parla suite. Il sort du filtre 14 une fréquence f1 = f0 + f' (ou f0 - f'). 15 est un modulateur recevant d'une part la fréquence f1, d'autre part la fréquence f , suivi d'un filtre passe-bas, derrière lequel on-r,ecueilIe la fréquence f'. 16 est un discriminateur de phase recevant d'une part la fréquence f' sortant du passe-bas 15', d'autre part une fréquence de référence (f') fournie par un générateur stable 17. 18 est un générateur de tension en rampe ou dent de scie, par exemple un multivibrateur, d'ordonnée maximale réglable sous la commande du signal de sortie du discriminateur de phase 16. 19 est un organe différenciateur qui, sur chaque temps de retour de la dent de scie, applique un signal d'inhibition à la porte analogique 12. Le fonctionnement du dispositif va être expliqué en se reférant à la figure 2. FIGURE 2 - La figure 2 est un ensemble de graphiques qui montrent la forme des signaux en divers points du circuit de la figure 1. La figure 2a montre le signal au point A : onde continue de frequence fixe préexistante f o La figure 2b est la fonction rampe ou dent de scie, variation du retard At donnée par la ligne de retard 13 ; on admet que c'est aussi la forme du signal au point B, sortie du générateur de signal de commande 18. La fonction rampe a une durée aller i, un intervalle de répétition 6', avec une durée de retour e' - e. La figure 2c- est la forme du signal au point C, impulsion d'inhibition de la porte analogique 12, déclenchée par l'organe 19 sur le retour de la dent de scie. La figure 2d est la forme du signal au point D, à la sortie de la ligne de retard 13 : il comporte des poussées de fréquence f1 = f - f', de durée o unitaire e que lton recueille sur la sortie S. La figure 2e est la forme du signal au point E, derrière le filtre 14 si on prend pour filtre 14 un circuit résonant de surtension suffisante on obtiendra en E un signal continu. Alternativement on pourra prendre pour filtre 14 un passe-bas, qui éliminera les harmoniques de la modulation de coupure parasite. Revenant sur la figure 2b, on suppose, ce qui est conforme au cas général, que le retard donne par la ligne varie de façon négligeable dans une bande de fréquence. Le retard différentiel AT est donc une constante dans une bande de fréquence donnée. Soit AT ld la variation de retard maximale au sommet de la dent de scie. Au bout d'un intervalle t. après le début de la dent de scie, on a La variation de déphasage correspondant a pour valeur pulsation est définit la pen FIGURE 3 - La figure 3 est un exemple de montage simplifié servant à la modulation de fréquence selon l'invention. Les références communes ont la meme signification que dans la figure 1. L'organe 18 fournissant le signal de commande de la ligne de retard 13 est soumis au signal de sortie d'un gdnérateur 20 de signal de modulation. D'autre part la ligne de retard 13 peut être soumise à la commande d'un organe 22, lui-=eme r 'N31é d'après la fréquence fo, mesurée par un fréquence mètre (de tout type connu) 21. Le fonctionnement du dispositif dans ce cas est illustré par les figures 4a et 4b. FIGURES 4a et 4b - La figure 4a montre une portion d'un signal modulant avec prélèvement de trois valeurs de tension, prises à titre d'exemple, V1 > V3. La figure 4b montre les fonctions "ramps" correspondantes : la pente P1, correspondant a la valeur V1, est plus faible que la pente p2 correspondant à la tension V2', laquelle est de son côté plus petite que la pente p3 correspondant à la tension V3, la plus grande des trois. FIGURES 5a et 5b - Ces figures montrent, à titre d'exemple, des secteurs rngulsires complets de variation de la pente de la fonction rampe pour une modulation de frdquence allant jusqu'a une valeur comptée pour 100%. Dans la figure 5a, la pente de référence, correspondant a la porteuse pure, a une valeur finie, po. La pente varie entre po + Ap et po Q p. La pente est toujours de meme signe pour les deux alternances du signal de modulation. Dans la figure 5b, la pente de référence est zéro. Pour une alternance la pente + ap est positive, pour l'autre alternance la pente - ap est négative. Ce dernier cas en principe est plus satisfaisant, mais il exige un appa reillage plus complexe, car on ne peut tirer des fonctions rampe de polarité inverse d'un même multivibrateur, il faut donc deux multivibrateurs ou équiva- lents, avec un détecteur de signe du signal modulant, agissant sur un commutateur. FIGURE 6 - Ce cas est illustré dans la figure 6, qui contient, en plus des organes connus 11 à 14, un générateur de signal modulant 20, avec organe géné- rateur de fonction rampe 18 et différenciateur 19, pour une polarité du signal modulant, et des organes analogues respectivement 18' et 19' pour l'autre polarité du signal modulant. 21 est un détecteur du signal de modulation, agissant sur un commutateur inverseur 22. Les signaux d'inhibition délivrés par les organes 19 et 19' sont appliqués à la porte analogique 12 par un circuit OU 23. FIGURE 7 - La figure T montre des courbes de variation = f (t) récurren- tes, ayant toujours la même durée e que précédemment, mais non rectilignes, et variables d'un moment de modulation au moment suivant. En effet, dans le cadre de l'invention, il est prévu que la variation de fréquence instantanée épouse la valeur du signal modulant avec une définition meilleure que la fréquence de récurrence de la tension de commande de la ligne de retard : il en résulte donc une courbe de variation non rectiligne. Une telle courbe peut être obtenue par exemple en modifiant la constante de temps de charge ou de décharge-d'un condensateur par un signal appliqué à une diode à capa cité variable, au cours d'un moment de modulation, et d'un moment à l'autre. On voit dans la figure 7 que la pente du signal AT varie entre le début et la fin d'un moment de modulation, avec continuité de variation d'un moment au moment suivant. Les segments de la figure 6 mis bout à bout constituent une courbe dont la pente de la tangente en chaque point est proportionnelle a à l'intensité instan tancée du signal modulant au même instant. Autrement dit, la courbe al = f (t) est l'intégrale de la fonction signal modulant : ce qui est conforme aux principes géneraux régissant les rapports entre la modulation de phase et la modulation de fréquence. FIGURE 8 - La figure 8 est un schéma d'un montage à deux lignes de retard identiques en parallèle permettant d'éviter l'émission de frequence de sortie f1 sous forme de trains d'ondes séparées. A cet effet, deux générateurs de tension en dent de scie 33 et 35, sont déclenchés alternativement à l'intervalle d'un demimoment de modulation, & partir d'une horloge 31 associée a" une logique 32. Ils sont modulés en amplitude par un signal modulant fourni par un gdnérateur 4t. Un générateur de haute fréquence 34 peut débiter dans une ligne de retard 38 à travers une porte analogique 36, et dans une ligne de retard identique 39 à travers une porte analogique 37. Les courants issus des deux lignes de retard 38 et 39 sont réunis dans un circuit OU 40, par exemple un amplificateur à deux entrées. Les lignes de retard 38, 39 sont soumises à l'effet des tensions en dent de scie fournies par les générateurs 33, 35, respectivement. On recueille en S une onde continue modulée en fréquence, ainsi qu'on le verra en se réf'erant à la figure 9. Les portes analogiques 36, 37 peuvent être placées éventuellement à la sortie des lignes de retard. FIGURE 9 - La figure 9 comporte trois graphiques, a > , b), c). Le graphique a) de la figure 9 montre la tension en dent de scie fournie par le générateur 33, par exemple. Les moments de modulation ont une durée e. Le graphique b) montre la tension en dent de scie fournie par le générateur 35. Les moments de modulation ont la même durée e, mais ils sont décalés de 2 2 par rapport aux moments délivrés par le générateur 33. La porte analogique 36 est fermée par un signal venant de la logique 32 pendant les intervalles 6 marqués sur le graphique a). La porte analogique 37 est fermée par un signal venant de la logique 32 pendant les intervalles 6 mar qués sur le graphique b). Les intervalles d'inhibition couvrent environ le premier quart et le dernier quart de chaque dent de scie. On recueille en S la somme des tensions de sortie, V = V1 + V2, délivrées, par chacune des lignes de retard. V est une onde pratiquement continue. (graphiche c) REVENDICATIONS 1/- Dispositif fournissant une fréquence différentielle à partir d'une source de fréquence fixe préexistante caractérisé en ce que ladite source est connectée à une borne d'un organe déphaseur ou retardateur variable et qu'il comporte des moyens pour faire varier le déphasage ou retard dudit organe rappelé ci-dessous organe retardateur) selon une fonction en récurrence indéfinie 2/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens fournissent une fonction rampe en dent de scie. 3/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens fournissent une courbe non rectiligne, de courbure variable entre le début et la fin, et variable d'un coup à l'autre. 4/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe retardateur précité comporte au moins un composant passif ayant une valeur électrique (capacité, inductance, résistance) ou un réseau équivalent pouvant varier sous l'effet d'une grandeur électrique, laquelle subit une variation récurrente de forme adéquate pour fournir une variation de déphasage ou retard en forme de rampe ou dent de scie, cette variation -récurrente de ladite grandeur électrique pouvant être elle-meme en dent de scie pour une variation relativement faible. 5/- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il contient un multivibrateur capable de produire une dent de scie pour faire varier le déphasage ou retard dudit organe retardateur. 6/- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il contient des moyens pour couper la liaison entre ladite source et ledit organe retardateur pendant le retour de la dent de scie. 7/- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de coupure comprennent essentiellement une porte analogique et un circuit de dérivation connecté à la sortie dudit multivibrateur, pouvant appliquer à ladite porte analogique une impulsion d'inhibition pendant le retour de la dent de scie. 8/- Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il contient, à la sortie dudit organe retardateur, un moyen de filtrage. 9/- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen de filtrage est à bande étroite et à forte surtension. 10/- Dispositif selon la revendication 7, fonctionnant en transposeur de fréquence, caractérisé en ce qu'il contient des noyens pour ajuster ltordonnée maximale de la dent de scie d'après la valeur de la différence de fréquence entre la fréquence différentielle et la fréquence originale fournie par la source. 11/- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un ensemble de modulation et filtrage, et un moyen pour asservir ladite ordonnée maximale de la dent de scie à la fréquence sortant dudit filtre. 12/- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen d'asservissement comprend essentiellement un discriminateur de phase alimenté d'un côté par le signal de sortie dudit filtre, et d'un autre côté par une fréquence fixe. 13/- Dispositif selon la revendication 7, fonctionnant en modulateur de fréquence, caractérisé en ce qu'il contient des moyens pour ajuster ltordonnée maximale de la fonction rampe selon le niveau instantané d'un signal modulant prélevé à intervalles réguliers. 14/- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte deux générateurs de dents de scie, un ayant une pente variable positive, l'autre ayant une pente variable négative, un détecteur de polarité du signal modulant, un commutateur opérant la commutation d'un desdits générateurs à l'autre en fonction de la polarité du signal modulant. 15/- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe retardateur variable est d'un type fonctionnant en hyperfréquence, par exemple barreau de grenat. 16/- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite source est un laser et ledit organe retardateur variable est un milieu électrooptique soumis à une tension en forme de dent de scie récurrente. 17/- Générateur d'onde différentielle continue, sans coupure, formé par un doublement d'éléments d'un montage selon une des revendications précédentes, caractérise en ce qu'il comprend un générateur de haute fréquence, deux portes analogiques, deux lignes de retard variables, deux générateurs de tensions de commande récurrentes commandés tous deux par un signal modulant, associés fonctionnellement auxdites lignes de retard respectivement, un circuit de sommation des courants de sortie desdites lignes de retard, une horloge et une logique pour fournir les signaux de commande desdits générateurs de tensions récurrentes et desdites portes analogiques. 18/- Générateur d'onde différentielle continue selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour transmettre alternativement avec un recouvrement ladite onde de haute fréauence auxdites lignes de retard pendant la partie centrale des tensions récurrentes, en bloquant les parties terminales. 19/- Générateur d'onde différentielle continue selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour transmettre alternativement avec un recouvrement au circuit sommateur de sortie les courants débités par lesdites lignes de retard.