Brevet FR2103395A1 — publié le 19720414

La présente invention concerne un•dispositif hétérodyne pour des ondes électromagnétiques ultra - courtes comportant un étage mélangeur auquel est appliqué une oscillation hétérodyne qui est fournie par un oscillateur, l'oscillation hétérodyne étant une harmonique de l'oscillation de sortie de l'oscillateur. Des dispositifs hétérodynes de ce type sont utilisés par exemple dans les liaisons par lignes hertziennes du côté de la réception et le cas échéant du côté de l'émission. Ces dispositifs sont décrits par exemple dans la revue "NTZ" lp68, pages 40 à b^> et 1965 pages 316 à 321-. Pour des dispositifs hétérodynes de ce type il est important que le bruit soit faible pour une constancede fréquence suffisamment élevée de l'oscillation hétérodyne. En outre, il est souhaitable qu'ils soient entièrement réalisés suivant la technique des semiconducteurs. Pour satisfaire à ces exigences, deux tendances se sont manifestés jusqu'ici. Suivant l'une de ces tendances, on part d'un maître-oscillateur, stabilisé sur une fréquence fondamentale au moyen d'un quartz pour oscillateurs, dont l'oscillation de sortie est réglée, au moyen d'un multiplicateur de fréquence branché en aval, sur 1'oscillatiai hétérodyne souhaitée se trouvant dans un rapport harmonique avec la fréquence fondamentale. Cette harmonique sert d'oscillation de référence pour un oscillateur oscillant librement qui est réglé sur l'oscillation de référence au moyen d'un dispositif régulateur de fréquence et qui fournit suffisamment d'énergie oscillatoire. Suivant l'autre tendance, le maître-oscillateur, stabilisé par un quartz, travaille également avec une fréquence relativement basse et la fréquence de son oscillation de sortie est multipliée de façon à être non pas égale à la fréquence qui sera en fait utilisée ultérieurement mais à une fraction entière de celle-ci. Cette oscillation du maître-oscillateur dont la fréquence a été multipliée, sert au réglage de fréquence et de phase d'un oscillateur oscillant librement sur cette fréquence dont l'énergie de sortie est amenée sur la fréquence exigée au moyen de multiplicateurs de fréquence passifs. Dans les deux cas, il est nécessaire d'utiliser un multiplicateur de fréquence occasionnant une dépense non négligeable et les oscillateurs doivent être conçus poiir une puissance relativement élevée bien que, pour7 la plupart du temps il suffit d'une faible puissance. On doit aussi introduire 30 35 40 71 30061 2 2103395 partiellement des amplificateurs entre les différents étages pour assurer une excitation suffisamment forte du multipli-(ateur de fréquence. Le moyen apparaissant encore possible pour créer directement des oscillations possédant la 5 fréquence de sortie exigée conduit la plupart du temps à un échec du fait que l'on ne dispose pas ou très peu de transistors possédant une capacité de charge correspondante dans le domaine de fréquence des rai' ro - ondes. Aussi la stabilisation en fréquence pour ces fréquences élevées fait appa-10 raître des difficultés relativement importantes lorsque la dépense ne doit pas être trop élevée. La présente invention se propose de réaliser un dispositif hétérodyne du type mentionné ci-dessus comportant un oscillateur hétérodyne qui d'une part 15 assure une grande stabilité de fréquence et d'autre part nécessite une mise en oeuvre plus faible que les solutions mentionnées précédemment. Dans un dispositif hétérodyne pour des ondes électromagnétiques ultra-courtes -omportant un étage 20 mélangeur qui reçoit une oscillation hétérodyne qui est fournie par un oscillateur, l'oscillation hétérodyne étant une harmonique de l'oscillation de sortie de l'oscillateur, ce problème est résolu suivant l'invention par le fait que l'oscillateur oscillant librement est un oscillateur fonctionnant dans un état fortement 25 surmodulé de manière que pour les harmoniques exigées on dispose d'une énergie d'oscillation notablement plus élevée qu'il n'est ' nécessaire dans l'étage mélangeur, qu'un filtre sélectionnant l'harmonique servant d'oscillation utile et un élément d'amortissement servant à régler le niveau exigé de l'oscillation hétéro-30 dyne sont disposés entre l'oscillateur oscillant librement et 1' étage mélangeur, et que l'oscillateur oscillant librement est muni d'un dispositif régulateur de fréquence qui travaille sur la fréquence fondamentale de l'oscillateur oscillant librement. Suivant l'invention on part du fait que 35 des oscillateurs avec un haut degré de modulation peuvent fournir en fréquences harmoniques des puissances possédant une valeur telle qu'elles peuvent être utilisées comme puissance utile et que ces oscillateurs fonctionnent comme des oscillateurs extrêmement stables en fréquênce précisément lorsqu'un dispositif régulateur de ko fréquence &git sur leur oscillation fondamentale. Si,par exemple 71 30061 3 2103395 un oscillateur oscillant à 700 MHz fournit une puissance de fréquence fondamentale d'environ 500 tntf à un circuit d'utilisation fortement couplé et s'il est fortement surmodulé de façon correspondante, l'amortissement de distorsion harmonique, par exemple, ï pour l'harmonique d'ordre 3» eet encore très faible et est égal environ à 13dB, c'est à dire qu'à 2 100 MTlz on dispose d'une puissance haute fréquence d'environ 25 mW qui peut aussi être prélevée par un fort couplage du circuit d'utilisation et dont la stabilité de fréquence est déterminée exclusivement par la 10 stabilité de fréquence de l'oscillation fondamentale"; Pour un couplage encore plus fort du - ircuit d'utilisation un tel oscillateur fournit par exemple, pour les harmoniques d'ordre 6, qui dans le cas ont une fréquence de 4200 MHz, encore suffisamment d'énergie micro-ondes. Alors nue jusqu'ici on s'efforçait de 15 maintenir In puissance des harmoniques aussi faible que possible dans les oscillateurs fonctionnant avec une fréquence élevée stable, suivant l'invention ou s'efforce d'obtenir une puissance ej-evéë pour Les harmoniques. On obtient de cette façon des sources d'énergie à micro-ondes qui peuvent être réalisées de façon simple 20 et pour lesquelles la chaîne de multiplicateurs nécessaires jusqu'ici et la dépense importante qui en résulte et le cas échéant les amplificateurs supplémentaires nécessaires, sont supprimés. En outre, l'énergie totale transformée en 'haleur dans le dispositif oscillateur est notablement plus faible que dans les solu-25 tions proposées jusqu'ici. Ceci a une importance particulière du fait que les dimensions géométriques de ces sources de microondes sont très faibles et par conséquent les problèmes thermiques peuvent être mieux contrôlés suivant l'invention. Grâce à la suppression des chaînes de multiplicateurs, on évite aussi le bruit 30 dû à ces chaînes et s'ajoutant à ■ elui de l'oscillateur. Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, l'oscillateur est réalisé sous la forme d'un montage collecteur commun ou d'un mont;gê à anode à la masse, l'émetteur ou le circuit de cathode servant de ciruit de sortie auquel sont 35 reliés un filtre passe-haut destiné à supprimer l'oscillation fondamentale et un filtre passe-b^s,branché en aval, destiné à sélectionner les harmoniques utilisées comme oscillation utile. Cette forme de réalisation permet en particulier de brancher facilement le dispositif ■ régulateur de fréquence en branchant Qu'1 un .'i0 filtre passe-bas en parallèle sur le filtre" passe - haut 71 30061 2103395 à la sortie de l'oscillateur, la fréquence de coupure du filtre passe-bas étant choisie en£rë celle de l'onde fondamentale et celle de l'harmonique d'ordre 1, et le dispositif régulateur de fréquence de 1'oscillateur étant branché à la sortie du 5 filtre passe-bas. La réalisation de l'oscillateur suivant l'invention présente en outre l'avantage que l'on peut prévoir, sans dépense importante, une modulation angulaire supplémentaire (modulation de phase ou de fréquence) dans laquelle lloscilla-10 tion fondamentale de l'oscillateur est influencée directement au moyen d'un dispositif de commande à résistance acoustique. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin 15 annexé dans lequel : La figure 1 est un Schéma de blocs d'un dispositif hétérodyne suivant l'invention. La figure 2 est un schéma du circuit de l'oscillateur utilisé suivant l'invention. 20 La figure 1 représente un mélangeur récepteur dans un appareil de lÊisons par lignes hertziennes. Les oscillations reçues, possédant la fréquence fe, sont transmises, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande BPE, à un circulateur RG et de la à un circuit d'hétérodynage ou mélangeur M qui est 25 réalisé de façon 71 30061 5 2103395 fortement surmodulé. L'oscillateur est constitué par exemple par un oscillateur à transistors ne dépendant pas du réseau et fournit pour une puissance absorbée en courant continu de 3^ par exemple, une puissance de l'ordre de 500mW à la fréquence de l'onde fonda-5 mentale,c'est à dire autour de 700MHz. Grâce à un couplage élevéde façon correspondante de la sortie de 1'oscillateur,1'affaiblissement de distorsion harmonique pour l'harmonique d'ordre 3 utilisée dans ce cas est relativement faible ,il est dans ce cas d'environ 13dB„ Un circuit d'aiguillage ¥ est branché à la sortie du maître—oscil-10 lateur G,ce circuit V étant constitué par un filtre passe-haut et un filtre passe-bas qui sont branchés en parallèle du côté de l'entrée. La fréquence de coupure du filtre passe-haut et du filtre passe-bas est choisie de façon à être comprise entre celle de l'oscillation fondamentale et celle de l'harmonique supérieure la plus proche. De 15 là les bar nr> niques, notamment l'harmonique possédant la fréquence triple ( *3f°)> sont transmises àin filtre pesse-bande BP qui selecticnne l'harmonique soubàtéç dans ce cas celle d'ordre 3 possédant une fréquence d'environ 2100 MHz. Avec l'affaiblissement de distorsion harmonique supposé et en tenant compte des pertes habituelles, on obtient à la sortie 2o du filtre passe-baçde BP, dans le cas de l'harmonique d'ordre 3, une puissance de fréquence harmonique d'environ 25 mW. Pour le mélangeur M, lorsque l'on utilise des diodes à semiconducteurs classiques, il suffit d'une faible puissance d'oscillation hétérodyne, c'est à dire environ 2,5 raff, appliquée à la borne 3 du 25 cir ulateur. En utilisant un circuit de réglage d'amortissement DR1, pos-édant une gamme de réglage de 10 à 20 dB, il est possible d'affaiblir de façon correspondante l'énergie de fréquence harmonique existant à la sortie du filtre passe-bande BP. En même temps on obtient l'avantage d'un découplage supplémentaire du générateur 30 de fréquence fondamentale par rapport au circuit d'utilisation proprement dit. En outre, 1a. puissance de fréquence fondamentale d'environ 500 mW provenant de la sortie du filtre passe-bas du circuit d'aiguillage est disponible pour la régulation de fréquence. Erâce à un ciruit de réglage d'amortissement DR2, on 35 peut-d'une part assurèr un découplage suffisant du dispositif régulateur de fréquence vis à vis des réactions perturbatrices sur la sortie du maître-oscillateur G et d'autre part assurer un niveau satisfaisant pour la commande du dispositif régulateur de fréquence. Le dispositif de régulateur de fréquence est dé-^0 signé par la référence AFC et est .onstitué par exemple par un 71 30061 6 2103395 résonateur de qualité élevée à micro-ondes, pouvant être accordé le cas échéant et ayant une stabilité elevée dans le temps et en fonction de la température, qui est prévu dans un circuit discrimanateur qui fournit à sa sortie un signnl de régulation en courant continu qui sert à régler le maître -oscillateur G sur la fréquence de référence. Le cas échéant, il est recommandé comme indiqué, de relier mécaniquement aussi bien nu'électriquement lescommandes de l'accord du dispositif régulateur de fréquence AFC et du maître-oscillateur G. La figure 2 représente le maitre-oscillateur G lui-même relié au circuit d'aiguillage ¥. Dans la figure 2 on a représenté en trait plein un boîtier qui est divisé en trois compartiments par deux cloisons de séparation. Le compartiment X contient le circuit résonnant, de qualité élevée, déterminant la fréquence du maitre-oscillateur avec les éléments correspondants de l'alimentation en courant, et le compartiment III con-* tient le filtre passe-haut et le filtre passe-bas du circuit d'aiguillage ¥, le filtre passe-bande BP et le circuit de réglage de fréquence. Le circuit résonnant est constitué par un résonateur à ligne coaxiale comportant le conducteur intérieur qui est muni d'un condensateur terminal réglable pour l'accord de fréquence. Deux circuits série, constitués par un condensateur C^ ou sont reliés au conducteur intérieur en un point inférieur du point de vue impédance, le point de jonction de la diode de capacité et du condensateur de ces IV I teur , par une travérsée blindée du boîtier. Une conversation de service auxiliaire DG module 1'oscillation de l'oscillateur par l'intermédiaire de la diode de capacité D„_et du condensa-teur Cp. La tension de polarisation -Uy des diodes est annanée de même en traversant sous blindage leboîtier ou la paroi de séparation. L'élément actif du circuit oscillateur est un transistor T qui est branché suivant le montage collecteur commun. La base du transistor T est reliée au conducteur intérieur du résonateur à ligne coaxiale ,par l'intermédiaire duquel l'oscillation de l'oscillateur est couplée à l'étage suivant, est relié à l'émetteur du transistor T» L'amnenée de la tension de polarisation du transistor est réalisée par l'intermédiaire d'éléments 71 30061 7 2103395 inductifs et ohmiques dont les valeurs, pour la forme de réalisation représentée, sont indiquées dans la figure 2. Le troisième comp-rtiment contient le filtre passe-haut et le filtre passe-bas du circuit d'aiguillage W, le filtre passe-bande BP et le 5 circuit de réglage d'amortissement de la boucle de régulation de fréquence. Le filtre passe-haut est constitué par un condensateur série et une inductance en dérivation L^et est relié p-r l'intermédiaire de la prise de 1' inductance en dérivation L^ au filtre passe-bande constitué par le condensateur série 10 C^, les condensateurs en déviration et Cg et les induetances L. L_ branchées en parallèle avec les condensateurs trans- *4r et 5 versaux C^ ^ Cg. L'harmonique sélectionnée possédant la fréquence 3 fo est prélevée sur une prise de l'inductance Lg, cette harmonique étant, comme représenté dans la figure 1 et comme expliqué 15 ci-dessus, transmise au mélangeur par l'intermédiaire du circuit de réglage d'amortissement DR1 et du circulateur RG. Le filtre passe-bas servant à filtrer l'oscillation de fréquence fondamentale est constitué par l'inductance longitudinale Lg et le condensateur transversal . Au filtre passe-bas est raccordé le circuit 20 de réglrge d'amortissement DR2, constitué par un montage en "TV comprenant les résistances R^ , R^ et R^. L'oscillation fondamentale amortie fo est ensuite transmise au circuit- de réajustage de fréquence AFC et l'harmonique d'ordre 3 est envoyée à l'extérieur du compartiment XII en passant sous un blindage à travers la paroi. 71 30061 8 2103395 REVENDICATIONS 1. Dispositif hétérodyne pour des ondes élec-tromagnéti ues ultra-courtes comportant un étage mél; ngeur qui reçoit une oscillation hétérodyne qui est fournie par un oscillateur, l'oscillation hétérodyne étant une harmonique de . l'oscillation de sortie de 1 ' os ;illateur, caractérisé par le fait que l'oscillateur oscillant librement est un oscillateur fonctionnant dans un état fortement surmodulé de manière que pour les hnrmoninues exigées on dispose d'une =énergie d'oscillation notablement plus élevée qu'il n'est nécessaire dans l'étage mélangeur, qu'un, filtre•sélectionnant l'harmonique servant d'oscillation uti^e et un élément d'amortissement servant à régler le niveau 'xigé de 1'oscillation hétérodyne sont disposés entre l'oscillateur oscillant librement et l'étage mélangeur, et que l'oscillateur oscillant librement est mùridi d'un dispositif régulateur de fréquence qui travaille'sur la fréquence fondamentale de l'oscillateur oscillant librement. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'oscillateur est réalisé sous la forme d'un montage collecteur commun ou d'un montage à anode à la masse, l'émetteur ou le cir uit de cathode servant de circuit de sortie auquel sont reliés un filtre passe-haut destiné à Supprimer l'oscillation fondamentale et un filtre passe-bas, branché en aval, destiné à sélectionner les harmoniques utilisées comme oscillation utile. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé pnr le fait qu'un filtré p a 4-3 e-bas. :