Brevet FR2086413A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne les générateurs de signaux de fréquences cohérentes ou synchronisées, parfois dénommés sélecteurs, qui produisent un grand nombre de signaux stables dont la fréquence peut être sélectionnée, dont la stabilité dépend géné-5 ralement de la stabilité d'un oscillateur à fréquence de référence fixe et dont la production dépend de la production et de la sélection des multiples de fréquences d'un signal provenant d'une source de fréquences stables. Les générateurs ou sélecteurs de signaux de fréquences eohé-10 rentes connus utilisent généralement un signal standard de fréquence précise ou une source de signaux de référence stables et un processus de conversion de fréquences de manière à obtenir, à partir d'une source unique, plusieurs signaux pouvant être sélectionnés et présentant diverses fréquences de sortie stables. 15 Généralement, chaque signal de sortie est sélectionné individuellement grâce à un dispositif de sélection de fréquences et présente sensiblement la stabilité de fréquences de la source de fréquences standard. De plus, les fréquences de sortie sont des multiples des fractions harmoniques du signal provenant de la 20 source de fréquences standard. Certains générateurs ou sélecteurs de fréquences connus, par- " If fois dénommés sélecteurs directs, comportent un système répétitif comprenant des amplificateurs, des circuits de multiplication, des circuits de division, et des circuits mélangeurs de signaux 25 destinés à être utilisés dans le processus de conversion de fréquences. Le sélecteur de fréquences direct n'effectue que des opérations arithmétiques sur le signal standard ou signal de référence stable. C'est-à-dire qu'il effectue électroniquement des additions, des soustractions, des multiplications ou des divisions 30 sur la fréquence de référence,de manière à obtenir un signal de sortie présentant la fréquence désirée. Bien que le signal de sor-tie sélectionné soitlié d'une manière précise au signal standard ou signal de référence, un système de filtres complexes est habituellement nécessaire. Etant donné le grand nombre des éléments 35 constitutifs nécessaires, de tels sélecteurs deviennent relativement complexes et ne conviennent pas toujours pour des applications dans lesquelles il est nécessaire d'utiliser un appareil présentant un poids relativement faible. De plus, même avec une conception précise des filtres nécessaires et en choisissant 40 soigneusement les valeurs des fréquences des signaux devant être 71 14912 2 2086413 mélangés, il apparaît souvent des signaux à faible niveau non désirés et dont les fréquences sont proches de celle du signal cherché. Dans le sélecteur du type direct, la commutation effectuée à partir d'un signal de sortie désiré pour passer à un signal 5 présentant une fréquence différente peut également constituer un problème complexe. Les générateurs ou sélecteurs de fréquences ont également été utilisés selon un processus différent, parfois dénommé le procédé du sélecteur indirect, dans lequel un signal de sortie 10 présentant la fréquence requise est obtenu à partir d'un oscillateur accordé en tension et calé. Les sélecteurs indirects utilisent parfois un générateur d'harmoniques régulièrement réparties en peigne et des techniques de calage de phases ou de fréquences pour sélectionner la fréquence de sortie désirée. La vitesse de 15 commutation d'un signal de sortie à un autre est relativement peu satisfaisante pour de nombreuses applications et la complexité n'est pas éliminée d'une manière importante, du fait qu'il est nécessaire de prévoir un oscillateur commandé en tension, un circuit d'amplification et de sommation, un filtre en boucle, et un dé-20 tecteur ou comparateur de phases pour chaque chiffre ou valeur. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et d'apporter une solution â ces problèmes. Elle est matérialisée dans un générateur de signaux présentant une boucle fermée comportant des éléments connectés en série 25 qui comprennent un oscillateur accordé en tension, un circuit mélangeur de fréquences, un premier circuit diviseur de fréquences, et un circuit de détection de différence ou de comparaison de fréquences destiné à commander la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur accordé en fréquence, caractérisé en ce qu'il com-30 prend un dispositif permettant de régler ou d'ajuster un module de division N pour le premier circuit diviseur de fréquences, un second circuit diviseur de fréquences comprenant un dispositif permettant d'ajuster un module de division X pour ce second circuit diviseur de manière à appliquer un signal d'entrée au circuit 35 de détection de différence ou de comparaison de fréquences, et une source de fréquence de référence destinée à appliquer des signaux de fréquences stables au circuit mélangeur de fréquences et au second circuit diviseur de fréquences de module X, le dispositif permettant d'ajuster le premier circuit diviseur de 71 14912 3 2086413 fréquences de module N et le dispositif permettant d'ajuster le second circuit diviseur de fréquences de module X étant destinés à être actionnés de telle sorte que la quantité N-X soit un nombre entier pouvant être nul. 5 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un générateur de signaux de fréquences cohérentes et en se référant au dessin annexé dont la figure unique est une représentation schématique sous forme de blocs du générateur selon 1'invention. 10 Le générateur de signaux comprend un circuit mélangeur de fréquences 1 comportant une paire de bornes d'entrée et une seule borne de sortie et il peut être du type général utilisé dans de nombreuses applications de télécommunications et dans d'autres applications pour convertir une paire de signaux d'en- 15 trée présentant une fréquence relativement élevée en une fréquence intermédiaire ou moyenne fréquence sélectionnée f. f de manière x.r à alimenter un premier circuit diviseur de fréquences 2. Ce circuit 2 peut diviser le signal d'entrée f. f suivant un facteur de division réglable N, de manière à fournir un signal 20 de sortie réglable présentant une fréquence f. - /N, - ou f . Le i«r« Ô facteur N est réglable selon une bande ou intervalle convenable grâce à l'actionnement, commandé manuellement ou à l'aide d'une machine à calculer, d'un élément réglable tel que l'élément 8, d'une manière qui sera décrite ci-après. 25 Un détecteur de différence de fréquences ou comparateur de fréquences 3 accepte le signal fQ et un signal fr au niveau de ses bornes d'entrée de manière à produire un signal de commande et d'erreur fini lorsque les signaux fQ et fr ne sont pas exactement synchronisés. Le signal fr est produit par la divi-30 sion en fréquence d'un signal de sortie f obtenu à partir S d'une source de fréquences de référence 5. Le signal f est appliqué à une entrée d'un second circuit diviseur de fréquences 4 qui peut effectuer la division du signal d'entrée fg selon tin facteur réglable X, de façon à fournir un signal de sortie 35 présentant une fréquence réglable ou ajustable f„/X, ou f . Le facteur X est réglable selon une bande ou un intervalle convenable grâce à la manipulation, commandée manuellement ou par une machine à calculer, d'un élément réglable 9. Comme indiqué précédemment, le signal fr est appliqué au détecteur de différence 71 14912 4 2086413 de fréquences ou comparateur de fréquences 3 en même temps que le signal f . Il est évident qu'il est possible d'utiliser un grand nombre de types de circuits diviseurs de fréquences pour les premier et 5 second circuits diviseurs de fréquences 2 et 4 présentant les facteurs N et X, et qu'il est également possible d'utiliser des circuits générateurs d'harmoniques d'ondes sinusoïdales classiques auxquels sont associés des circuits résonnants pour ces harmoniques et pouvant être commutés. Des circuits diviseurs ré-10 glables sont également facilement disponibles sous la forme de circuits de comptage qui fournissent un signal de sortie en comptant les cycles des signaux d'ondes sinusoïdales, tels que les signaux f ou f . e r Le détecteur de différence de fréquences ou comparateur de 15 fréquences 3 peut être n'importe quel dispositif bien connu destiné à comparer directement las fréquences des signaux f et f^, ou à remplir cette fonction indirectement en fournissant au niveau de sa ligne de sortie 11 une tension de sortie analogique qui représente la différence entre les valeurs comptées 20 produites respectivement dans les premier et second circuits diviseurs à comptage 2 et 4. Il est également prévu un oscillateur accordé en tension 6 pouvant être un type classique de circuit oscillant utilisant un condensateur pouvant être commandé par une tension ou un autre 25 élément fonctionnant en réponse à une tension de manière à déterminer sa fréquence de sortie f + Afx en fonction de la tension analogique apparaissant sur le conducteur 11. Le signal f + Af^ est appliqué à l'une des bornes d'entrée du circuit mélangeur 1, tandis qu'un signal de fréquence f~ ou f -f_ est OS 30 appliqué à sa seconde borne d'entrée. Les signaux f et f„ S 2» doivent présenter une relation de cohérence et sont donc produits de préférence par la même source de fréquences de référence 5. Les valeurs des fréquences des signaux f et f2 sont telles qu'ils peuvent être facilement produits simultanément par des 35 dispositifs classiques. Le signal f + flf.^ est appliqué à un circuit générateur d'harmoniques 7 de manière à produire un signal de sortie présentant la fréquence f . Si le facteur de multiplication en fréquence du circuit 7 est X, la fréquence de sortie fx présente la valeur x(fQ + Af^). 71 14912 5 2086413 Le générateur d'harmoniques ou circuit multiplicateur de fréquences 7 présente un facteur de multiplication X qui peut en fait changer de valeur avec les modifications de la valeur du facteur X associé au circuit diviseur 4. Le circuit générateur 7 peut être choisi parmi des dispositifs connus qui produisent, lorsqu'ils sont excités convenablement, un spectre à répartition dénommée "peigne", c'est-à-dire qu'il produit plusieurs fréquences liées ou associées et séparées par des intervalles ou accroissements de fréquences égaux et correspondant à la fréquence d'entrée f + A f Le signal de sortie du générateur à spectre en peigne 7 est appliqué, de manière à être utilisé comme un signal sélectionné ou synchronisé, à un équipement tel qu'un générateur de signaux, un équipement de mesure de fréquences ou de télécommunications. L'invention a pour but d'obtenir, en utilisant un équipement relativement simple, un signal de sortie dont la valeur puisse être augmentée pas à pas ou par accroissements successifs, même lorsqu'il s'agit de multiplication de fréquences, selon des accroissements ou intervalles de fréquences égaux. L'étude suivante est utile pour avoir une meilleure compréhension du fonctionnement de l'appareil dans la mesure où il permet de commander les intervalles de fréquences égaux désirés. Plusieurs définitions peuvent être appliquées dans cette étude à des symboles déjà utilisés sur la figure, par exemple : fQ = la fréquence sensiblement la plus basse à laquelle fonctionne l'oscillateur accordé en tension 6. f^ = l'intervalle de variation dans la fréquence de sortie de l'oscillateur accordé en tension 6. fg = la fréquence à pas ou intervalle de référence. f2 = une fréquence de référence. On a également les formules : Lorsque la boucle contenant le détecteur de différence de fréquences ou comparateur de fréquences 3 st l'oscillateur accordé en tension 6 est calée ou synchronisée, le signal de sortie du détecteur de différence de fréquences 3 qui apparaît sur le conducteur 11 est rendu nul et on a alors ; (1) (2) (3) 71 14912 6 2086413 £s = fr Si l'on substitue les équations 2 et 3 dams l'équation 4, on obtient î 5 £i.f/8 ' VX (5) D'après les équations 1 et 5 on obtient ; (fg + A fx)/N = fg/X (6) Par commodité, on choisit un nombre S présentant la relation 10 arbitraire suivante vis-à-vis des facteurs de multiplication N et X : S = N~X (7) ou bien : 15 N = S+X (8) Si l'on substitue l'équation 8 dans l'équation 6, on obtient : X A f, « Sf (9) 1 s Le facteur de multiplication du générateur d'harmoniques 7 étant 20 également X, il est évident que la fréquence de sortie de ce dernier a pour valeur : fx - X(fo + A f]L) (10) Si l'on introduit l'équation 9 dans l'équation 10, on obtient une 25 expression correspondant à la fréquence de sortie f exprimée en fonction des facteurs de multiplication S et X, c'est-à-dire : fx - Xfo + Sfs {11) Selon l'invention, la valeur de S est établie dans le système en 30 commandant les valeurs de N et de X de sorte que : S = N-X (12) S étant alors un nombre entier tel que 0,1,2,3,4, etc. Il est à noter que les accroissements de fréquences s'expriment en fonc-35 tion des raultiples entiers de fg et que tous les accroissements représentent des pas ou intervalles égaux indépendamment de la valeur du facteur de multiplication X. Le tableau ci-dessous illustre ce résultat pour des valeurs faibles de S : 71 14912 7 2086413 S - 0 fx - Xfo s = 1 fx II X Hl 0 + fs s = 2 fx = Xf o + 2f s s — 3 fx II X Hl o + 3fs s =s 4 fx = Xfo + 4fs Un exemple numérique illustre également les nombreuses possibilités de l'invention. A titre d'exemple, on suppose que l'on 10 désire produire des signaux de fréquences stables à partir de 10.000 MHz jusqu'à 10.300 MHz selon des pas ou intervalles de 10 MHz. On suppose que la source de fréquences de référence 5 est facilement susceptible de produire un signal de sortie f stabilisé par cristal et égal à 10 MHz. La valeur de f peut 15 être choisie à volonté et il convient ici de choisir f égal à o 3 500 MHz. Par conséquent, le vingtième harmonique de f sera égal à 10 GHz. Le facteur X doit donc être égal à 20 et, par conséquent : 20 f2 = 500 - 10 = 490 MHz La fréquence f2 est obtenue en multipliant 10 MHz par 49. La fréquence de sortie £ est alors représentée par l'équation 11 et peut être calculée comme le montre le tableau suivant dans lequel les valeurs sont exprimées en MHz : 25 Fréquence désirée f = Xf + Sf x o s 10.000 20 X 500 0 X 10 10.010 ff 1 X 10 10.020 II 2 X 10 30 10.030 • 11 • 3 X • 10 • • 10.100 20 • • X 500 10 • • X 10 35 10.110 II 11 X 10 10.120 II 12 X 10 71 14912 8 2086413 10.190 10.200 10.210 20 x 500 It II 19 x 10 20 x 10 21 x 10 10.300 20 x 500 30 x 10 10 15 20 25 30 Lorsqu'on fonctionne au vingtième harmonique, le facteur X est égal à 20 et le facteur N est modifié à partir de 20 jusqu'à 50 tandis que la fréquence de sortie est modifiée pas à pas selon des accroissements de 10 MHz depuis 10.000 MHz jusqu'à 10.300 MHz. Si l'on désire maintenant produire des fréquences de 9.500 MHz à 9,800 MHz selon des accroissements de 10 MHz, X est modifié pour passer à la valeur 19 et N est alors modifié en passant de 19 à 49. La ligne en traits interrompus 10 visible sur la figure a été utilisée pour représenter schématiquement l'un quelconque parmi plusieurs dispositifs de commande connus susceptibles d'actionner les premier et second diviseurs respectifs 2 et 4 de manière que lréquation 7 puisse être satisfaite. Il n'est pas nécessaire qu'il existe une liaison de commande matérielle 10 entre les éléments ajustables 8 et 9, du fait que des tableaux ou une logique correspondant à l'exemple précité peuvent être utilisés pour aider l'opérateur dans le réglage des valeurs appropriées de f et fs, en tenant compte des valeurs nécessaires de X et S. Pour obtenir ce résultat, des compteurs numériques bien connus des spécialistes permettent de remplir les fonctions des diviseurs de fréquences 2 et 4, ces appareils comprenant des multivibrateurs monostables utilisant des dispositifs d'acheminement ou circuits de portes simples et permettant d'obtenir une grande gamme de valeurs pour les facteurs de division ou modules. Par exemple, il existe des compteurs de ce type qui sont disponibles et qui peuvent être programmés selon les réglages de commutateurs externes, de manière à fournir un module de division entier quelconque compris entre 1 et 16 en utilisant seulement quatre éléments du type multivibrateur monostable. Le module est communément sélectionné en appliquant simplement le complément à 16 du module désiré de manière à commander l'opération 71 14912 9 2086413 d'acheminement ou de porte. Plusieurs compteurs à division par 16 de ce type peuvent être utilisés conjointement pour constituer un système dont le module est réglable, par exemple de 1 à 256. D'autres circuits diviseurs d'un type programmable similaire sont 5 disponibles et peuvent être utilisés sous la forme de la technique des demi-additions. Il est également évident que les commutateurs destinés à commander les valeurs des modules peuvent être des commutateurs à semi-conducteurs dont les réglages peuvent être facilement déter-10 minés en fonction d'un modèle ou d'un code enregistré, par exemple, sur une bande ou une carte perforée en utilisant des dispositifs bien connus des spécialistes. De telles modifications dans les réglages des commutateurs peuvent également être parfaitement déterminées par la lecture ou l'extraction commandée d'un modèle ou 15 d'un code emmagasiné dans d'autres types de dispositifs à mémoire, tels que des tambours magnétiques ou des matrices à mémoires magnétiques faisant partie de dispositifs de traitement universel ou d'autres unités de calcul numérique. La lecture ou l'extraction peut être commandée par l'opérateur ou encore par un programme 20 emmagasiné ou mis en mémoire d'une manière bien connue. Par conséquent, la ligne en traits interrompus 10 est destinée à représenter de tels mécanismes connus qui permettent de commander les réglages relatifs des éléments 8 et 9. Le détecteur de différence de fréquences ou comparateur de 25 fréquences 3 est représenté sous la forme d'un circuit unique connu et destiné à produire une tension de commande et d'erreur finie se présentant sous forme analogique, lorsque les signaux de fréquences d'entrée f et fr qui lui sont appliqués ne sont pas synchronisés du point de vue phase. Il est également prévu 30 dans le cadre de l'invention d'étendre son utilité en prévoyant d'autres circuits connus destinés à produire la tension nécessaire à la commande de l'oscillateur 6 pouvant être accordé en tension. Par exemple, des techniques à double détermination connue et mettant en oeuvre des canaux de réglage fin et grossier montés 35 en parallèle peuvent être utilisées pour permettre au système de commande de présenter un pouvoir de résolution amélioré lorsqu'il est utilisé pour des bandes ou intervalles de fréquences relativement importants. Par exemple, le canal de réglage fin peut comprendre un montage de détection ou de comparaison de phases ou de 71 14912 10 2086413 fréquences classiques, tansdis que le canal de réglage grossier est utilisé pour accorder l'oscillateur 6 dans les limites de la bande ou de l'intervalle de capteur ou de fonctionnement du détecteur à réglage fin. 5 D'après ce qui précède, il est évident que l'appareil selon l'invention remplit le rôle d'une source de signaux stables à usages multiples pouvant être appliquée à des systèmes générateurs de signaux de fréquences cohérentes, 1'invention prévoyant des dispositifs simples pour permettre d'effectuer la conversion des 10 fréquences et d'obtenir plusieurs signaux à fréquences stables pouvant être sélectionnés individuellement. Le fait d'appliquer des signaux d'excitation par l'intermédiaire de réseaux diviseurs de fréquences dans lesquels sont prévues des dispositions permettant de régler pour des bandes ou intervalles importants leurs 15 modules de division selon un modèle ou code prédéterminé, élimine virtuellement la nécessité de prévoir des éléments électroniques complexes qui sont habituellement nécessaires dans les générateurs ou sélecteurs de fréquences connus. Des réseaux de filtres complexes qui sont nécessaires dans les appareils connus ne sont plus 20 requis ici. Ce qui est plus important, la production des fréquences des signaux peut être obtenue simplement en commutant des tensions unidirectionnelles par commande manuelle ou du type à calculateur numérique, et la commutation des signaux de fréquences radio-électriques élevées est supprimée. Les appareils complexes néces-25 sites par les autres modes d'approche utilisés dans la technique antérieure sont éliminés d'une manière similaire. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 71 14912 11 2086413 REVENDICATIONS 1. Générateur de signaux présentant une boucle fermée comportant des éléments connectés en série comprenant un oscillateur accordé en tension, un circuit mélangeur de fréquences, un premier 5 circuit diviseur de fréquences, et un dispositif détecteur de différence de fréquences ou comparateur de fréquences destiné à commander la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur accordé en fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (8) permettant d'ajuster un module de division N pour le premier 10 circuit diviseur de fréquences (2), un second circuit diviseur de fréquences (4) comprenant un dispositif (9) permettant d'ajuster un module de division X pour ce second circuit diviseur,de manière à appliquer un signal d'entrée au détecteur de différence de fréquences ou comparateur de fréquences (3), et une source de fré-15 quences de référence (5) destinée à appliquer des signaux de fréquences stables au circuit mélangeur de fréquences (1) et au second circuit diviseur de fréquences (4) de module X, le dispositif (8) permettant d'ajuster le premier circuit diviseur de fréquences (2) de module N et le dispositif (9) permettant d'ajus-20 ter le second circuit diviseur de fréquences (4) de module X était destinés à être actionnés de telle sorte que la quantité N-X soit un nombre entier pouvant être nul. 2. Générateur de signaux suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif générateur d'harmoniques (7) est con- 25 necté à la sortie de l'oscillateur accordé en tension (6). 3. Générateur de signaux suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier circuit diviseur de fréquences (2) comprend un dispositif compteur et diviseur comportant des éléments de circuits permettant d'obtenir la commande programmée du 30 module N de ce dispositif compteur et diviseur. 4. Générateur de signaux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le second circuit diviseur de fréquences (4) comprend un dispositif compteur et diviseur comportant des éléments de circuits" permettant d'obtenir la commande programmée du module 35 X de ce compteur-diviseur. 5. Générateur de signaux suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur de différence de fréquences ou comparateur de fréquences (3) convertit la différence existant entre les comptes des premier et second compteurs-diviseurs en une 71 14912 12 2086413 tension analogique destinée à commander l'oscillateur accordé en tension (6). 6. Générateur de signaux suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal appliqué 5 par la source de fréquences de référence (5) au circuit mélangeur de fréquences (1) présente une fréquence égale à la différence existant entre la fréquence la plus basse qu'est susceptible de fournir l'oscillateur accordé en tension (6) et la fréquence du signal fourni par la source de fréquences de référence (5) au 10 second circuit diviseur de fréquences (4). 7. Générateur de signaux suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence f du signal de sortie est exprimée par l'équation : f = Xf + Sf x o s 15 expression dans laquelle f est la fréquence la plus basse que peut fournir l'oscillateur accordé en tension (6) et f est la S fréquence du signal appliquée par la source de fréquences de référence (5) au second circuit diviseur de fréquences (4).