Brevet FR2077607A1 — publié le 19711029

La présente invention se rapporte à un récepteur micro-onde à super-réaction possédant une sensibilité élevée et étant particulièrement adapté aux raaars altimétriques. Des radars ait imé tri que s fonctionnant dans la gamine des hy-5 per fréquences ont été employés depuis des années. La partie réception de tels systèmes a été la source de difficultés à la fois à la fabrication et à l'utilisation en raison principalement des cavités résonnantes à tubes à vide qui ont été utilisées. La sensibilité n'a pas été aussi grande que désiréedu fait des hauts niveaux de 10 bruit inhérents aux tubes à vide. Cette limitation de la sensibilité a ajouté au prix en exigeant que l'émetteur utilisé produise une puissance de sortie plus élevée. En raison de la durée de vie limitée des tubes à vide, la durée d'utilisation a été telle que les intervalles entre les inspections ont été écourtés d'une manière indé-15 sirable. Il a également été difficile de trouver des tubes à vide qui oscillent uniformément aux fréquences utilisées. La structure de la cavité résonnante elle-même dans laquelle le tube est installé est un assemblage de précision qui est de fabrication onéreuse. Ge coût est réfléchi à la fois sur le coût de production et le temps 20 d'assemblage. Un autre inconvénient de la cavité résonnante à tube à vide réside en ce que l'exigence en puissance est de l'ordre de quelques watts tandis qu'elle n'est que de quelques microwatts pour certains dispositifs semiconducteurs. Par conséquent, il existe un besoin d'améliorer notablement les performances des récepteurs des-25 tinés aux radars altimétriques en améliorant la sensibilité et la fiabilité tout en réduisant les coûts de fabrication et d'assemblage. Les difficultés énumérées ci-dessus ont conduit à des études qui ont fait apparaître qu'il serait possible de produire un récepteur radar utilisant des composants à état solide et la technologie 30 classique des micro-ondes et que des résultats supérieurs à tous points de vue à ceux du passé seraient obtenus. Un composant clé du système est le dispositif semiconducteur employé dans la section os-cillatrice. Celui-ci pourrait être l'un de ces dispositifs présentant line résistance négative, mais la diode tunnel est plus sédui-35 santé puisqu'elle possède la caractéristique de bruit la. plus faible. Par rapport à une tiiode ae type planar classique possédant des facteurs de bruit de l'orcre de 15 ab, le chiffre correspondant pour la diode tunnel n'est que ae 2 à 3 db. Ceci produit un gain théorique en sensibilité substantiel, lequel s'est trouvé vérifié en pratique. '40 D'autres avantages découlent de ses possibilités en haute fréquence, . " BAD ORIAÎNAL 71 00128 2 2077607 sa stabilité de fréquence et l'extrême simplicité du circuit. En associant la diode tunnel à m moyen inductif et capacitif à lignes à ruban et en utilisant une résistance de stabilisation convenable afin de procurer un point de fonctionnement monostable, il 5 enrésulte une section amplificatrice-oscillatrice de fort gain et très faible bruit qui n'occupe qu'un petit volume. En raison de la nécessité d'incorporer une fonction d'auto-vérification dans l'ensemble récepteur,une cloison est utilisée pour diviser le boîtier en deux compartiments, le circuit amplificateur-oscillateur occupant une par-10 tie et étant essentiellement d'une longueur d'onde au carré, permettant ainsi aux circuits restants (ensemble de commutation,filtre et détecteur) d'occuper n'importe quel volume nécessaire sans affecter l'amplificateur-oscillateur. Comme alternative, lé détecteur, le filtre et l'ensemble de commutation pourraient être réalisés dans le 15 même compartiment que l'amplificateur-oscillateur pourvu que le concept du multiple pair de quarts de longueur d'onde soit maintenu. Une simple piste conductrice formant une ligne d'un quart de longueur d'onde ouverte à l'extrémité introduit une très haute impédance pour tout défaut d'adaptation depuis le connecteur d'entrée. Un plongeur 20 métallique associé au boîtier permet de faire varier la capacité de 1'amplificateur-oscillateur afin d'accorder ainsi l'oscillateur pour différentes diodes tunnel ou-pour compenser d'autres facteurs comme par exemple des variations dimensionnelles qui pourraient faire quelque peu varier la fréquence centrale. 25 Une section de filtrage à lignes à ruban est insérée entre la section amplificatrice-oscillatrice et la section détectrice, laquelle est simplement un filtre de rejet du second harmonique mais qui procure aussi le blocage du courant contint afin d'éviter qu'une composante continue quelconque de l'impulsion de modulation n'atteigne le 30 détecteur# La sortie de l'amplificateur-oscillateur est connectée à la diode détectrice par un. coupleur directionnel à lignes à ruban. Des pistes inductives à lignes à ruban coopèrent avec une résistance haute fréquence pour former le circuit détecteur qui délivre alors le si-35 gnal détecté à une borne de sortie. Un ensemble de commutation à état solide est incorporé dans l'unité réceptrice pour procurer la fonction d'auto-vérification. L'ensemble de commutation consiste en deux circuits de commutation à diode branchés en parallèle. Le commutateur de réception est polari-40 sé de manière à être inopérant pendant le fonctionnement normal et bad original 71 00128 3 2077607 permet au signal d'entrée d'être adressé au récepteur proprement dit sans être atténué, tandis que le commutateur d'auto-vérification est polarisé de manière à être opérant pendant le fonctionnement normal et court-circuite vers la masse le signal d'auto-vérification haute 5 fréquence, de sorte qu'il ne sera pas ressenti sur la ligne principale de transmission pendant le fonctionnement normal. Durant le fonctionnement en auto-vérification, l'action inverse se produit à chaque commutateur. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à 10 réaliser un récepteur micro-onde à super-réaction à éléments semiconducteurs présentant une sensibilité élevée et étant particulièrement adapté aux radars altimétriques. Cet objet et ces caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaîtront plus clairement de la description dé-15 taillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif. Sur les dessins i La Fig. 1 est un schéma montrant un circuit équivalent à celui du récepteur à super-réaction ; 20 La Fig. 2a est une vue en plan de la platine à lignes à ruban destinée à la section amplificatrice-oscillatrice du récepteur ; la Fig. 2b est une vue en plan de la platine à lignes à ruban destinée à la section détectrice et d'auto-vérification du récepteur; et 25 La Fig. 3 est une vue explosée montrant l'orientation des par ties du récepteur comprenant les platines à lignes à ruban ainsi que les organes de boîtier. La Fig. 1 est un schéma d'un circuit équivalent quelque peu simplifié du récepteur selon l'invention, le signal d'entrée haute 30 fréquence est appliqué entre la masse et une borne d'entrée 10 reliée à un conducteur d'entrée 12. Entre le conducteur d'entrée 12 et la masse sont branchés un moyen de couplage capacitif 14, une self 16, une diode détectrice 18, une self 20 et une résistance 22. Une diode détectrice convenant à cette application est une diode Sylvania IN830. 35 (Le moyen de couplage 14 dans le circuit à lignes à ruban est en réalité un peu plus compliqué que le simple agencement série formé du condensateur 14 et de la self 16 et peut être semblable au coupleur directionnel décrit dans un article intitulé "A low noise class-C os-cillator using a directional coupler" par Harry J. Peppiatt, James 40 A. Hall et A.V. McDaniel, Jr., publié dans le IEEE Transactions on 71 00128 2077607 Microwave Theory and Techniques, MTT-16, U° 9, de Septembre 1968, pages 750 et 751.) le signal détecté video de sortie du récepteur apparaît sur un conducteur 24 branché entre la self 16 et la diode 18 et est appliqué à une borne de sortie 26. le conducteur d'entrée 5 12 est également connecté à un filtre, de rejet de second harmonique comprenant un circuit résonnant 30 et un moyen induetif additionnel •32 qui sont couplés par un moyen capacitif 28. Oe filtre comprend en outre un premier et un second chemin de dérivation 62 et 54, chacun possédant un moyen inductif et un moyen capacitif, la;self 32 est 10 connectée à la section amplificatrice-oscillatrice qui comprend comme élément actif l'organe à diode tunnel 34 dont une borne est reliée à un premier condensateur 36, un condensateur variable 38 et une self 40, ces trois composants étant branchés en parallèle entre cette borne de la diode et la masse, ^ne diode tunnel convenant à cet usage 15 est la diode MS-1590 ou A1005D de Micro-State Electronics. l'impulsion de modulation d'entrée destinée à l'amplificateur-oscillateur est appliquée à une borne 42 où elle apparaît aux bornes d'une résistance de stabilisation 44 dont le rôle consiste à régler convenablement une ligne de charge destinée à l'amplificateur-oscil-20 lateur afin de procurer un point de fonctionnement monostable. Le signal d'entrée apparaissant à la borne 42 est appliqué par un conducteur 46 à une ligne induetive tronquée d'accord en quart d'onde et ouverte 48 dont la fonction est d'introduire une très haute impédance pour un défaut d'adaptation quelconque provenant de la borne 25 d'entrée 42. Ce signal d'entrée est appliqué à 1a, borne non reliée à la masse de la diode tunnel 34 où il est utilisé pour moduler le circuit à super-réaction de manière que la conductance effective aux bornes du circuit accordé soit alternativement positive et négative, la conductance positive prédominant pour la stabilité à long 30 terme tandis que la conductance négative persistant suffisamment longtemps pour obliger le signal à s'établir normalement à une grande amplitude un certain temps durant chaque cycle de modulation, comme il est bien connu dans la technique des récepteurs à super-réaction. La Fig. 2a est une vue en plan d'une platine à lignes ruban 35 qui comprend la section amplificatrice-oscillatrice du récepteur.A la Fig. 2a et à la Fig. 2b ont été utilisés les mêmes numéros de référence que ceux de la Fig. 1 pour les composants semblables. La résistance de stabilisation 44, laquelle se trouve à l'extérieur de la platine de la Fig. 2a, n'est pas représentée, mais l'impulsion de 40 modulation d'entrée est appliquée à une borne d'entrée 42 qui con 71 00128 5 2077607 siste en un connecteur coaxial qui, électriquement, constitue une partie de la piste conductrice 46. La ligne tronquée en quart d'onde et ouverte 48 et l'organe inductif 40 faisant partie du circuit oscillateur sont chacun formés par une partie de la piste conductrice 5 46. L'organe à diode tunnel 34 est disposé exactement au centre de la platine à lignes à ruban de l'amplificateur-oscillateur de manière qu'il soit très voisin de la piste inductive 40 et de la piste capacitive 41. Le premier condensateur 36 est constitué en réalité par la capacité répartie entre le boîtier et la piste capacitive 41. 10 Le condensateur variable 38 est constitué par un plangeur fileté qui est mobile par rapport à un orifice circulaire ménager au centre de la pi3te capacitive 41 et qui vient en engagement par filetage avec le boîtier. L'entrée haute fréquence provenant d'une antenne (non repré-15 sentée) est appliquée à la borne 10 située du côté gauche de la Fig. 2b et est acheminée vers un agencement de pistes conductrices étroitement espacées. Une partie de la piste 12 est maintenue étroitement espacée d'une piste conductrice additionnelle 24 connectée à la diode 18 ainsi qu'à la borne de sortie 26 du signal détecté video. Le mo-20 yen capacitif 14 et la self 16 représentés schématiquement à la Fig. 1 sont (en 14 sur la Fig. 2b) constitués en réalité par les parties adjacentes des pistes 12 et 24 et l'espacement entre celles-ci. Entre la borne opposée de la diode détectrice 18 et la masse se trouve une ligne à ruban qui comprend une self 20 destinée à contrôler la 25 largeur de bande du signal de sortie video et une résistance haute fréquence 22. Un prolongement de la piste 12 situé entre le circuit détecteur et l'amplificateur-oscillateur constitue une partie de la section de filtrage de rejet du second harmonique. Un prolongement de la piste capacitive 41 est relié à travers 30 une cloison du boîtier séparant les deux platines à lignes à ruban au moyen d'un coupleur haute fréquence 50 à une piste conductrice 52 qui est conçue de manière à former des lignes conductrices 54 et 56 qui présentent à la fois de la self et de la capacité et une section encochée 58 qui agit avec une section eneochée coopérante 60 formée 35 dans la piste conductrice 12. La valeur du moyen capacitif 28 (Fig. 1) est en réalité contrôlée par la longueur effective commune des 58 et 60 ainsi que par les sections sections/étroitement contiguës des lignes 56 et 30. La piste conductrice ouverte de plus grande dimension 62 faisant partie de la piste 12 présente également de la self et de la capacité comme indiqué à 40 la Fig. 1. La section de filtrage ne fait pas partie de la présente bad original -71 00128 6 2077607 invention et n'est destinée qu'à procurer le rejet du second harmonique en présentant les caractéristiques de fréquence désirées. D'autres configurations connues des gens de l'art accomplissent cette fonction d'une manière semblable. 5 Deux moyens de commutation à diode connectés à la piste conduc trice 12 sont destin®à procurer la fonction d'auto-vérification du récepteur. Une diode 64 et les pistes conductrices associées 66, 67, 68, 69, 70 et 71 constituent un circuit de commutation pourvu du moyen capacitif et inductif de filtrage de telle sorte que lorsqu'un 10 signal de polarisation directe est appliqué à une borne d'entrée 72, la diode 64 est rendue conductrice et le signal d'entrée haute fréquence appliqué à la borne 10 "voit" un courte-circuit traversant la diode 64 et se trouve dérivé par rapport à l'entrée du circuit détecteur. A la fréquence du signal reçu et avec la diode 64 conductrice, 15 cette .diode et la piste 66 constituent une ligne tronquée, demi-onde, offrant ainsi une faible impédance au signal appliqué à la borne 10. la piste 67 devient une ligne tronquée ouverte en quart d'onde, la piste-69 se comporte comme un circuit série self-capacité et la piste 71 est une section de ligne de transmission de 125 Ohms qui présente 20 comparativement -une haute impédance au signal haute fréquence dans le but d'empêcher les fuites. Lorsqu'un signal de polarisation inveise est appliqué à la_ borne 72, la diode 64 se trouve bloquée. Le signal haute fréquence appliqué à la borne d'entrée 1.0 "voit" alors la piste 66 comme une ligne tronquée en. quart d'onde à haute impédance et, 25 pour cette raison, s'achemine le long de la piste 12. A une distance d'un quart de longueur d'onde de la piste 66 •- des circuits parallèles sont connectés à la piste 12, l'un par une diode de commutation 74 et l'autre formé d'une-piste 78 provenant d'une borne d'entrée de signal de vérification 76. La diode 74 est 30 associée à des pistes conductrices-formées d'organes 80, 81, 82, 83, 84 et 85 dont la fonction et le mode de fonctionnement sont essentiellement identiques à ceux des organes 66, 67, 68, 69., 70 et 71 décrite ci-dessus. En fonctionnement normal, la diode 74 est polarisée pour la conduction, de sorte que "tout signal haute fréquence apparaissant 35 à la borne 76 "voit" un court-circuit à travers la diode 74 et se trouve ainsi dérivé par rapport à-la ligne d'entrée conduisant au circuit amplificateur-oscillateur. Lorsque l'on désire vérifier le récepteur, des signaux de polarisation convenables sont appliqués aux bornes d'entrée 72 et 86 de manière que la diode- 64 vienne dériver 40 par rapport à l'amplificateur-oscillateur le signal haute fréquence / * bad original 71 00128 7 2077607 * appliqué à la borne 10 et que la diode 74 soit bloquée, permettant ainsi à un signal provenant de la borne d'auto-vérification 76 d'apparaître sur la piste 12 et d'être appliqué au circuit amplificatem?-oscillateur. les diodes 64 et 74 peuvent être des diodes Hewlitt-5 Packard 3039, et si d'autres diodes ou combinaisons de celles-ci sont utilisées, la structure des lignes à ruban concernées peut être quelque peu modifiée du fait que les caractéristiques des diodes interviennent dans la longueur effective des lignes à ruban. la Fig. 3 est une vue explosée du récepteur montrant les re-10 lations qui existent entre les parties comprenant les platines de circuits représentées aux Figures 2a et 2b et le boîtier, la borne d'entrée 10 du signal haute fréquence est formée par un connecteur coaxial fixé à travers la paroi d'un organe inférieur de boîtier 90 à la piste conductrice 12 de la platine de détection et d'auto-15 vérification. Des connecteurs coaxiaux semblables 72, 86, 76, 26 et 42 procurent les connexions à travers la paroi de l'organe de boîtier 90 aux pistes respectives 70, 85, 78, 24 et 46. Une cloison 92 divise l'organe de boîtier 90 en deux compartiments 94 et 96 contenant les platines séparées, tandis qu'un connecteur 50 procure une 20 connexion entre la section de filtrage connectée à la piste 52 et la platine de l'amplificateur-oscillateur disposée dans le compartiment 94. Une platine 98 en matière diélectrique est agencée pour couvrir la platine de l'amplificateur-oscillateur disposée dans le com-25 partiment 94, cette platine 98 comprenant un orifice 100 disposé en alignement avec l'orifice ménagé dans la piste 41 et destiné au condensât eur variable 38. Une seconde platine 102 en matière diélectrique est destinée à couvrir la platine de détection et d'auto-vérification disposée dans le compartiment 96 excepté en ce qui con-30 cerne les orifices 104, 106, 108 et 110 qui se trouvent respectivement en alignement avec les diodes 64, 74 et 18 et la résistance haute fréquence 22 afin de procurer un espace pour ces composants. Un couvercle 112 est prévu pour couvrir l'ensemble et est fixé à l'organe de bôîtier 90 par des moyens appropriés. Il est à 35 remarquer qu'un moyen de blindage haute fréquence est normalement interposé entre l'organe 90 et le couvercle 112. Une vis 114 vissée dans le couvercle 112 est disposée de manière ajustable par rapport à l'orifice du condensateur variable 38 dans le but de faire varier la capacité effective du circuit oscillateur. Ce moyen de réglage 40 n'est pas absolument essentiel au fonctionnement du récepteur, mais 71 00128 8 2077607 est exigé par la fabrication en série, puisque la diode tunnel utilisée varie normalement suffisamment pour nécessiter l'accord de chaque circuit séparé amplificateur-oscillateur. l'agencement de récepteur représenté et décrit a été conçu 5 pour fonctionner à 4,3 GHz mais peut fonctionner convenablement le long d'iule gamme de fréquence notable, comme par exemple entre environ 3 et 10 GHz. Pour des fréquences plus basses ou plus élevées, des circuits similaires peuvent donner lieu à certaines variations de configuration. 10 Bien que dans un but d'explication de l'invention une forme de réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit être entendu que divers changements ou modifications évidents à tout homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. 71 00128 9 2077607 REVENDICATIONS 1. Récepteur micro-onde à super-réaction caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de support à lignes à ruban associé à un plan de masse de référence, un dispositif semiconducteur présentant 5 une caractéristique à résistance négative associé au moyen de support, ce dernier comprenant un conducteur destiné à recevoir une impulsion d'entrée, une piste inductive à lignes à ruban connectée à ce conducteur et disposée à proximité du dispositif semiconducteur, une piste capacitive à lignes à ruban également disposée à 10 proximité du dispositif semiconducteur, un moyen de filtrage connecté à la piste capacitive, une diode détectrice possédant un moyen inductif d'accord, un premier conducteur à lignes à ruban connectant la diode détectrice à une borne de sortie et un second conducteur à lignes à ruban connectant une borne d'entrée haute fréquence au rao- 15 yen de filtrage, le premier et le second conducteur à lignes à ruban possédant un moyen de couplage destiné à appliquer les signaux d'entrée haute fréquence à la diode détectrice. 2. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu* il est prévu une borne d'entrée connectée au conducteur d'impulsion 20 d'entrée et une linge tronquée d'accord en quart d'onde qui est connectée au conducteur d'impulsion d'entrée entre la borne d'entrée et la piste inductive. 3. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif semiconducteur est une diode tunnel et qu'un moyen 25 d'accord est prévu en association avec le plan de masse et la piste capacitive à lignes à ruban pour permettre de régler la capacité d'accord. 4. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est prévu un premier moyen de commutation à diode connecté au se- 30 cond conducteur à lignes à ruban pour débrancher le signal apparaissant à la borne d'entrée haute fréquence du moyen de couplage et un second moyen de commutation à diode destiné à connecter un signal haute fréquence de vérification au moyen de couplage. 5. Récepteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 35 il est prévu un boîtier destiné à contenir le moyen de support à linges à ruban, ce boîtier faisant office de plan de masse pour ledit moyen d e support. 6. Récepteur selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que le boîtier possède une cloison qui le divise en deux compar- 40 timents et en ce que l'un des compartiments contient le dispositif bad original 71 00128 10 2077607 semiconducteur 5 7» Récepteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'autre compartiment contient la diode détectrice, le moyen de filtrage et le premier et le second conducteur à lignes à ruban. 8. Récepteur selon les revendications 4 et 7, caractérisé en ce que l'autre compartiment contient en outre le premier moyen de 10 commutation à diode et des moyens conducteurs à lignes à ruban associés ainsi que le second moyen de commutation à diode et des moyens conducteurs à lignes à. ruban associés. 9. Récepteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de filtrage est connecté à la piste'capacitive à lignes à 15 ruban par un connecteur traversant la cloison. bad original