Brevet FR2105266A1 — publié le 19720428

i 21.05266 La présente invention se rapporte à des analyseurs de spectre et plus particulièrement elle concerne des analyseurs du type "à balayage de fréquence". Comme cela est bien connu, de tels analyseurs de spectre 5 réalisent la fonction de transformer une gamme donnée de fréquences (fQ à fQ + ^ f) en une séquence de temps (t à t + /\ t). La présente invention est décrite en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est un diagramme schématique de blocs d'un 10 analyseur de spectre à balayage de fréquence connu. La figure 2 est un diagramme schématique de blocs d'une forme modifiée connue de l'analyseur de spectre à balayage de fréquence de la figure 1. La figure 3 est un analyseur de spectre à balayage de 15 fréquence conformément à la présente invention. Comme le montre la figure 1, dans l'analyseur de spectre typique à balayage de fréquence connu, des signaux d'entrée de fréquence comprise dans la gamme f à fQ + ^ f sont appliqués à une borne d'entrée 1 et de là à un mélangeur 2 qui dérive un second 20 signal d'entrée à partir d'un oscillateur de relaxation 3. L'oscillateur de relaxation 3 fournit un signal de sortie oscillant en fréquence depuis une fréquence de f + f^ jusqu'à une fréquence de fQ + ^ f + f^ dans une période de temps allant de t à t + a t. Les signaux de sortie provenant du mélangeur 2 sont amenés à passer 25 par l'intermédiaire d'un filtre 4 passe-bande étroite, laquelle bande passante est centrée sur f^, à une borne de sortie 5. A la borne de sortie 5 la fréquence de sortie allant de f à fp + A f est en rapport avec le temps allant de t à tQ + a t. Dans l'agencement décrit précédemment, la vitesse de ba-30 layage f/ /\ t de l'oscillateur 3 est limitée à une valeur indési-rablement faible par la largeur de bande étroite S f du filtre 4 à bande étroite. Plus la largeur de bande S f du filtre 4 est étroite plus la vitesse de balayage doit être lente. Ceci conduit à une inefficacité dans l'utilisation de l'énergie de signal disponible 35 puisqu'un signal d'entrée juste supérieur à f par exemple pourrait apparaître et disparaître tandis que l'analyseur est en train d'explorer cette partie du spectre juste au-dessous de la fréquence fo + A ainsi tout peut être raté. On a déjà proposé que, pour réduire ce défaut, le filtre 40 4 à bande étroite de la figure 1 pourrait être remplacé par un 11 31 2 2105266 filtre à bande large 6 suivi par une"ligne à retard 7 dispersive comme représenté dans la figure 2. Le filtre 6 à bande large a une bande passante allant de la fréquence fg à la fréquence f^ tandis que la ligne 7 à retard dispersive a une caractéristique présentant 5 un retard maximum à la fréquence f? et un retard minimum à la fréquence f-j. Les caractéristiques, à la fois du filtre à bande large et de la ligne 7 à retard dispersive sont représentées sur le côté droit (comme indiqué) de ces deux unités de la figure 2. De plus, l'oscillateur 3 de relaxation est amené à effectuer un balayage 10 depuis la fréquence (fQ + f2) à (fQ + ^ f + f^). Du fait que la largeur de bande (f^ - f^) du filtre 6 est plus grande que celle du filtre 4 dans la figure 1, le temps de balayage t1 de l'oscillateur 3 peut être rendu plus petit, approchant en vérité le minimum théorique. La ligne dispersive 7 sert de moyen de compensa-15 tion de phase pour le signal de sortie provenant du filtre 6 à bande large de sorte que le signal de sortie final à la borne de sortie 5 est une impulsion étroite, de même résolution f que celle obtenue en utilisant l'agencement de la figure 1. Cependant, comme on l'a mentionné précédemment, l'oscil-20 lateur de relaxation 3 doit maintenant couvrir une gamme de fréquences de ( f + f^ - f^) qui est supérieure de (f^ - f2) à celle qu'il a à couvrir dans l'agencement de la figure 1. Le temps /\ t1 pour le balayage peut être considéré comme la somme de deux parties, à savoir : 25 pour balayer une gamme f /\ t2 pour balayer une gamme f-^ - f2 c'est-à-dire /\ t1 = A t-L + ^ ^ De là on obtient le taux de balayage: 50 f + - f2 _ A f _ y f2 A fcl A h A t2 L'agencement de la figure 2, alors qu'il permet un temps de balayage court, présente lui-même un grand nombre de défauts. 35 Les signaux de sortie apparaissent à la borne de sortie 5 seulement pendant le temps t^. Le temps ^ t^ est "per.du" ce qui réduit l'efficacité du système. De plus, si un oscillateur contrôlé par la tension est utilisé pour créer le balayage de fréquence, une forme d'onde du type "en dents de scie" est nécessaire à l'entrée de 40 l'oscillateur afin de créer le balayage périodique de (fQ + fg) 71 31980 3 2105266 k (*"0 + A f + f^)* Puisqu'il existe un soudain retour de tension à l'extrémité d'un balayage, des transitoires non souhaités se produisent et de plus, du temps doit être perdu pour permettre à ces transitoires de disparaître avant que le balayage suivant soit 5 commencé. De plus, les balayages successifs ne sont pas cohérents. C'est-à-dire que la fréquence porteuse de l'impulsion de sortie étroite à la borne 5 de la figure 2 varie en phase, de balayage à balayage, de manière indéterminée. Ce défaut mentionné en dernier est particulièrement sérieux pour ces applications dans lesquelles 10 il est nécessaire de réaliser un traitement de signal ultérieur, ce qui nécessite de mettre en rapport les unes avec les autres des impulsions de sortie successives étroites. La présente invention cherche à prévoir des analyseurs de spectre à balayage de fréquence perfectionnés dans lesquels les 15 défauts mentionnés précédemment sont évités ou réduits. Selon la présente invention, un analyseur de spectre du type comprenant des moyens pour mélanger des signaux d'entrée à analyser avec un signal de fréquence périodiquement balayée afin de fournir des signaux de sortie qui soient en rapport avec une 20 période de temps en fonction de la fréquence des signaux d'entrée qui leur correspondent, comprend, pour produire ce signal de fréquence périodiquement balayée, des moyens pour appliquer un train d'impulsions relativement étroites à des moyens à retard dispersifs par l'intermédiaire de moyens de filtre passe-bande ayant une ca-25 ractérlstique passe-bande telle qu'elle réduise le spectre d'impulsions de chacune de ces impulsions étroites au moins approximativement pour s'adapter à celui de ces moyens à retard dispersifs, et des moyens pour appliquer des signaux de sortie à partir des moyens à retard dispersifs au moyen mélangeur. 30 Pour beaucoup de raisons, il est nécessaire de transférer des signaux balayés en fréquence dérivés à la borne de sortie du moyen à retard dispersif à une gamme de fréquences plus élevée, plus proche de la gamme de fréquences des signaux d'entrée à analyser auquel cas ce moyen à retard dispersif est connecté pour ap-35 pliquer des signaux de sortie provenant du moyen à retard dispersif à un moyen mélangeur de fréquences auquel les signaux d'entrée sont également appliqués à partir d'un oscillateur local, des moyens étant prévus pour appliquer les signaux transférés balayés en fréquence dérivés du moyen mélangeur mentionné en dernier au 40 moyen mélangeur mentionné en premier. 71 31930 * 2105266 Normalement, un agencement de filtre passe-bande est relié entre ce moyen mélangeur mentionné en dernier et le moyen mélangeur mentionné en premier. L'agencement de filtre passe-bande mentionné en dernier est prévu pour faire passer la partie supérieu-5 re des deux bandes latérales produites par ce moyen mélangeur mentionné en dernier quand l'agencement est tel que les signaux balayés en fréquence dérivés du moyen à retard dispersif sont transférés dans ce moyen mélangeur mentionné en dernier à une gamme de fréquences plus proche de la gamme de fréquences des signaux à 10 analyser et inférieure à celle-ci. Quand l'agencement est tel que les signaux balayés en fréquence dérivés du moyen à retard dispersif sont transférés dans ce moyen mélangeur mentionné en dernier à une gamme de fréquences plus proche de la gamme de fréquences des signaux à analyser et inférieure à celle-ci, l'agencement de filtre 15 passe-bande mentionné en dernier est prévu pour faire passer la partie inférieure des deux bandes latérales produites par ce moyen mélangeur mentionné en dernier. De préférence, au moins ce moyen mélangeur mentionné en premier est un mélangeur multiplicateur. 20 De préférence également la relation entre la caractéris tique de l'agencement de filtre passe-bande mentionné en premier et la caractéristique du moyen à retard dispersif est telle que la partie linéaire du moyen à retard dispersif s'étend dans les bordures de la caractéristique de bande passante. 25 De préférence également des moyens sont prévus pour ap pliquer les signaux de sortie produits par le moyen mélangeur mentionné en premier à un autre moyen à retard dispersif par l'inter- " médiaire d'un agencement de filtre passe-bande large dont la caractéristique de bande passante est au moins approximativement adaptée 30 à la caractéristique de retard dispersif de cet autre moyen à retard dispersif, des moyens étant prévus pour dériver ces signaux de sortie pour une utilisation à partir de cet autre moyen à retard dispersif. Quand il est nécessaire que des signaux de sortie dérivés 35 durant les différents balayages soient cohérents en phase, des moyens sont prévus pour bloquer en phase la fréquence périodique des impulsions étroites à la fréquence de l'oscillateur local. Une des caractéristiques de la présente invention est que, quand il existe une cohérence de phase comme décrit précédemment, 40 la présente invention peut former la partie d'analyseur de spectre 71- 31980 5 2105266 d'un système de radar à effet doppler à impulsions dans lequel l'analyse du spectre d'un signal reçu est nécessaire après une sélection de gamme. Comme le montre la figure 3, dans l'analyseur conformé-5 ment à la présente invention, une impulsion étroite produite est appliquée à un filtre 8 passe-bande ayant une bande passante d'étendant depuis une fréquence fL jusqu'à une fréquence f^ + /\ f + f-, - fg comme indiqué par la caractéristique tracée sous le bloc 8. La borne de sortie du filtre 8 est reliée à une ligne à retard dis-10 persive présentant un retard maximum à la fréquence fL et un retard minimum à la fréquence fL + f + f^ - fg, comme indiqué par la caractéristique représentée au-dessous du bloc g. ^ t1 est la différence entre les retards aux fréquences (fL) et (fL + f + f^ - fg). La fréquence fL est choisie conformément à la conception de 15 la ligne à retard dispersive. L'action du filtre 8 passe-bande est de rétrécir le spectre d'impulsions pour l'adapter à celui de la ligne 9 dispersive. En pratique l'impulsion étroite produite doit être suffisamment étroite pour fournir un spectre suffisamment plat sur la 20 gamme (fL) à (f^ + ^ f + f^ - fg) et la région de retard linéaire de la ligne dispersive 9 doit s*étendre dans les bordures de la caractéristique du filtre 8 passe-bande. De plus, tout changement de phase provoqué par le filtre 8 passe-bande doit être compensé lors de la conception de la ligne dispersive 9. 25 Comme on l'a décrit jusqu'ici, l'impulsion étroite pro duite appliquée au filtre 8 passe-bande amènera un balayage de fréquences à se produire à la borne de sortie de la ligne dispersive 9. Si l'impulsion étroite est répétée à des intervalles de temps /\ t^, comme représenté par la forme d'onde montrée à la gauche du 30 filtre 8 passe-bande, les balayages de fréquence sont créés à cette vitesse à la borne de sortie de la ligne dispersive 9. Puisque t^t1* les balayages de fréquence successifs se chevauchent. Ces balayages de fréquence vont de fréquences élevées à des fréquences faibles et il est habituellement nécessaire de transférer les 35 balayages de fréquence à une gamme de fréquences plus élevée plus proche de la gamme de signaux d'entrée allant de (fQ) à (fQ + f), avant qu'ils soient mélangés aux signaux d'entrée appliqués à la borne 1 dans le mélangeur 2. A cette extrémité, les balayages de fréquence sont appliqués à un autre mélangeur 10 auquel est appli-40 qué comme second signal d'entrée, un signal de fréquence (fL + fQ 71 31980 6 2105266 + A f + **3) à. partir d'un oscillateur local 11. La borne de sortie du mélangeur 10 est reliée à un filtre 12 passe-bande ayant une bande passante allant de (fQ + f2) à (fQ + f + f^), prévu pour choisir une des bandes latérales produites du processus de 5 mélange dans le mélangeur 10, dans ce cas la bande latérale supérieure. La caractéristique de bande passante du .filtre 12 est représentée au-dessous du bloc 12. La borne de sortie du filtre 12 est reliée au mélangeur 2 qui, comme le mélangeur 2 de la figure 2, comporte aussi appliqués à lui des signaux d'entrée à analyser ap-10 pliqués à la borne 1. La borne de sortie du mélangeur 2 est reliée par l'intermédiaire d'un filtre à bande large 6 à la ligne 7 à retard dispersive. La borne de sortie de la ligne 7 à retard dispersive est également reliée à la borne 5 de sortie finale. Cette partie de l'agencement représentée dans la figure 3 comprenant le mé-15 langeur 2, le filtre 6 à large bande et la ligne 7 à retard dispersive fonctionne de la même manière que la partie correspondante de l'agencement représenté dans la figure 2. Il est indésirable que des résultats de mélange non souhaités soient produits dans le mélangeur 10 ou 2. Ceci est particu-20 lièrement vrai dans le cas du mélangeur 2, et ce mélangeur au moins est un né langeur multiplicateur. La sortie à la borne 5 est constituée par le spectre allant de fQ à (fQ + ^ f) apparu dans un temps /\ ^ avec des balayages successifs réellement contigus. La cohérence est obtenue, 25 dans le cas où la cohérence est requise, en bloquant en fréquence le taux d'impulsions 1/ t1 des impulsions étroites appliquées au filtre 8 passe-bande à la fréquence de sortie (f^ + fQ + ^ f + f^) de l'oscillateur local 11. Le fait que la cohérence puisse être rapidement réalisée 30 en mettant en oeuvre la présente invention la rend particulièrement convenable pour une utilisation dans un système de radar à effet doppler fonctionnant par impulsions dans lequel l'analyse du spectre d'un signal reçu est nécessaire après la sélection de gamme. Dans un tel cas une cible mobile unique a une distribution spectra-35 le d'énergie centrée sur les fréquences (fQ + fd), (fQ + fdi ^ f), (fQ + fd - 2/\ f), ... où fQ est la fréquence intermédiaire du radar. f^ est le décalage de fréquence doppler dû à la cible mobile, et 40 A f est la'fréquence de répétition de l'impulsion radar. 71 31980 7 210S266 Toutes ces fréquences peuvent être amenées en rapport de phase, puisque dans un radar à effet doppler fonctionnant par impulsions f peut être bloquée à f. Ainsi, la sortie de l'analyse spectrale présentera, au même instant, une fréquence doppler 5 f^ » 0 (cible fixe) au départ d'un balayage et une fréquence f^ + /\ f » f à la fin du balayage précédent. Les s ignaux s'additionneront de manière cohérente et ainsi se renforceront mutuellement plutôt que de se supprimer. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de 10 réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 31980 8 2105266 REVENDICATIONS 1 - Analyseur de spectre du type comprenant des moyens pour mélanger des signaux d'entrée à analyser avec un signal de fréquence balayée périodiquement pour fournir des signaux de sortie 5 qui sont en rapport avec une période de temps dépendant de la fréquence des signaux d'entrée correspondant à elle, caractérisé en ce qu'il comprend, pour produire ce signal de fréquence balayée périodiquement, des moyens pour appliquer un train d'impulsions relativement étroites à un moyen à retard dispersif par l'intermédiai-10 re d'un moyen de filtre passe-bande ayant une caractéristique de bande passante telle qu'elle réduise le spectre d'impulsion de chacune des impulsions étroites au moins approximativement pour l'adapter à celui du moyen à retard dispersif et des moyens pour appliquer des signaux de sortie à partir du moyen à retard dispersif au 15 moyen mélangeur. 2 - Analyseur de spectre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen à retard dispersif est connecté pour appliquer des signaux de sortie à partir de lui-même à un moyen mélangeur de fréquences auquel des signaux d'entrée sont également 20 appliqués à partir d'un oscillateur local, des moyens étant prévus pour appliquer des signaux transférés de fréquence balayée dérivés de ce moyen mélangeur mentionné en dernier au moyen mélangeur mentionné en premier. 3 - Analyseur de spectre selon la revendication 2, carac-25 térisé en ce que l'agencement de filtre passe-bande est relié entre le moyen mélangeur mentionné en dernier et le moyen mélangeur mentionné en premier. 4 - Analyseur de spectre selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agencement est tel que les signaux de fréquence 30 balayée dérivés du moyen à retard dispersif sont transférés dans le moyen mélangeur mentionné en dernier à une gamme de fréquences plus proche de la gamme de fréquences des signaux à analyser et inférieure à celle-ci, l'agencement de filtre passe-bande mentionné en dernier étant prévu pour faire passer la partie supérieure 35 des deux bandes latérales produites par ce moyen mélangeur mentionné en dernier. 5 - Analyseur de spectre selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agencement est tel que les signaux de fréquence balayée dérivés du moyen à retard dispersif sont transférés dans le 40 moyen mélangeur mentionné en dernier à une gamme de fréquences plus 71 3198Ô 9 2105266 proche de la gamme de fréquences des signaux à analyser, et inférieure à celle-ci, l'agencement de filtre passe-bande mentionné en dernier étant prévu pour faire passer la partie inférieure des deux bandes latérales produites par le moyen mélangeur mentionné en der-5 nier. 6 - Analyseur de spectre selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'au moins ce moyen mélangeur mentionné en dernier est un mélangeur multiplicateur. 7 - Analyseur de spectre selon l'une quelconque des re-10 vendications 2 à 6, caractérisé en ce que la relation entre la caractéristique de l'agencement de filtre passe-bande mentionné en premier et la caractéristique du moyen à retard dispersif est telle que la partie linéaire du moyen à retard dispersif s'étend dans les bordures de la caractéristique de passe-bande. 15 8 - Analyseur de spectre selon l'une quelconque des re vendications 2 à 7, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour appliquer des signaux de sortie produits par le moyen mélangeur mentionné en premier à un autre moyen à retard dispersif par 1'intermédiaire d'un agencement de filtre passe-bande large dont 20 la caractéristique de bande passante est au moins approximativement en rapport avec la caractéristique de retard dispersif de cet autre moyen à retard dispersif, des moyens étant prévus pour dériver ces signaux de sortie pour une utilisation à partir de l'autre moyen à retard dispersif. 25 9 - Analyseur de spectre selon l'une quelconque des reven dications 1 à 8, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour bloquer en phase la fréquence de répétition des impulsions étroites à la fréquence de cet oscillateur local. 10 - Système de radar caractérisé en ce qu'il comprend un 30 analyseur de spectre tel que revendiqué dans la revendication 9, et agencé pour analyser un signal reçu après une sélection de gamme du signal reçu.