Brevet FR2083370A1 — publié le 19711217

L'invention concerne un modulateur de phase pour fréquences élevées, de préférence pour l'alimentation en signaux de modulation supplémentaires d'un domaine de fréquence de modulation réservé à cet effet dans la bande radio—fréquence, d'un 5 systeme à faisceaux hertziens, lequel reçoit en provenance d'un oscillateur les oscillations haute fréquence à moduler qui, de leur côté, parviennent à l'émission, le cas échéant après multiplication de fréquence et superposition avec une oscillation déjà modulée (bande des fréquences intermédiaires). ÎO Pour des systèmes à faisceaux hertziens à modulation de fréquence avec liaison à fréquence intermédiaire, des signaux sont transmis fréquemment sur un ou plusieurs canaux de service et/ou plusieurs canaux à fréquence porteuse en plus du signal multiplex qui est transmis d'une station terminale à une autre 15 station terminale sans démodulation. Ces canaux supplémentaires doivent pouvoir être alimentés à chaque station relais et démodulés l'alimentation résultant par exemple d'une modulation de fréquent-ce ou de phase. Des études relatives à ce mode de liaison ont montré 20 qu'il ejït indiqué d'effectuer, au cours de la production de l'oscillation radio-fréquence de l'oscillateur émetteur par multiplication de la fréquence de l'oscillation d'un oscillateur à quartz, une modulation de phase après l'oscillation à quartz, étant donné qu'une modulation de fréquence de l'oscil-25 lateur à quartz n'est pas possible avec une linéarité suffisante. L'invention a donc pour objet de réaliser un modulateur de phase convenant à ce but, avec lequel on peut obtenir, pour une variation aussi linéaire que possible de l'angle de phase en fonction de la tension de modulation, une excursion de 30 phase aussi grande que possible. L'affaiblisseraent du modulateur de phase doit à cette occasion être indépendant de la tension de modulation c'est-à-dire qu'aucune modulation d'amplitude ne doit apparaître. Le problème est résolu conformément à l'invention 35 grâce au fait que le circuit fondamental du modulateur est constitué par un circuit en pont en T, accordé du côté de l'entrée et de la sortie, dont la branche longitudinale est réalisée sous forme de transformateur avec un enroulement en parallèle sur lequel se trouvent montées en série deux 71 09267 2 2083370 capacités, dont l'une au moins est réalisée par un varactor à couche d'arrêt et dont le point de jonction est alimenté par la tension de modulation et une tension de polarisation des varactors, tandis que la branche transversale contenant une résistance ohmique est située entre la prise médiane du transformateur et le point zéro du montage et que deux prises situées symétriquement par rapport à la prise médiane constituent l'entrée et la sortie du modulateur. En outre il est particulièrement avantageux que le circuit fondamental soit accordé de telle sorte que la courbe de la pente du modulateur soit réglée sur son maximum. Le rapport de la résistance effective dans la branche transversale à réactance transformée pour la fréquence moyenne est choisi d'une manière avantageuse, pour un circuit équivalent en T (.voir figuré 2) de façon à être supérieur à ifï~, en particulier entre 0,5 et 0,75» ce qui correspond, Sans le cas d'un montage croisé, à un rapport supérieur àV 3 par exemple compris entre 2 et 3 de la résistance effective de la branche diagonale à la réactance de la branche longitudinale. Dans ce domaine on obtient une excursion de phase avec un minimum de distorsions de la pente et de produits de distorsion non linéaire quadratiques. On obtient une excursion de phase encore plus élevée avec une bonne linéarité en branchant en série au moins deux circuits fondamentaux, qui sont reliés deux à deux par l'intermédiaire d'un amplificateur séparateur branché entre eux. Avec un tel montage en série il est particulièrement avantageux de décaler l'un par rapport à l'autre les maxiina des deux courbes des pentes de sorte que la courbe de la pente est plane dans une zone de la tension alternative de modulation aussi large que possible. Ceci est obtenu en accordant différemment les bobines des transformateurs et les varactors à couche d'arrêt des modulateurs partiels qui sont' choisis de telle sorte que le point de fonctionnement d'un modulateur partiel se trouve sur le flanc avant de la courbe de la pente et qu'il se trouve sur le flanc arrière pour l'autre modulateur. Dans ce cas un rapport de la résistance effective sur la réactance supérieur à ^ rr par exemple 0,75 peut être avantageux. 71 09267 3 2083370 A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré au dessin annexé une forme de réalisation du procédé suivant 1'invention. La figure 1 représente le circuit fondamental d'un 5 modulateur de phase. Les figures 2 et 3 représentent chacune un schéma équivalent du modulateur de phase. La figure k montre la courbe de la pente d'un modulateur de phase comportant un circuit fondamental. 10 La figure 5 est une représentation graphique de la cour be de la pente d'un modulateur de phase comportant deux circuits fondamentaux. La figure 6 donne le schéma équivalent d'un modulateur de phase comportant deux circuits fondamentaux avec des amplifi-15 cateurs séparateurs intercalés entre ces deux montages. La figure 1 représente le circuit fondamental du modulateur de phase. C'est un circuit en pont en T qui est alimenté à partir d'une résistance interne réelle R et qui fonctionne avec une résistance de charge réelle R. La branche 20 longitudinale du circuit en pont en T est constituée par un autotransformateur ayant une bobine principale accordable, et parallèlement à son enroulement sont branchés en série deux varactors à couche d'arrêt et V^ de polarité opposée, dont le point de jonction est relié par l'intermédiaire d'une bobine 25 d'arrêt Dr à la tension de modulation et à une tension de polarisation des varactors. Le condensateur C^ sert de condensateur de filtrage pour la tension haute fréquence. Entre la prisé médiane de l'enroulement du transformateur et le point zéro du circuit se trouve la branche transversale du pont 30 contenant une résistance ohmique R^ de valeur R . Les deux prises situées symétriquement par rapport à la prise médiane constituent l'entrée et la sortie du modulateur. La capacité du varactor est alors modifiée suivant 2 le rapport u . On obtient 35 . C1 + V ..2 1 „ 2 * U = 2 ° où C.j et C2 sont les capacités des varactors à couche d'arrêt Vj et Vg. Ceci présente l'avantage de pouvoir avoir de petites capacités pour les varactors, de sorte qu'à l'entrée de la 40 modulation seule agit une petite capacité et que l'on peut 71 09267 ii 2083370 travailler avec une petite résistance ohmique R, par exemple 75-£L. En parallèle sur la résistance R^ de la branche transversale se trouve le condensateur qui sert à compenser l'inductance de fuite du transformateur et de la résistance R. 5 La capacité du condensateur est ajustée de telle manière que la modulation d'amplitude qui apparaît est la plus petite possible. Les figures 2 et 3 montrent le schéma équivalent du modulateur de phase dans le circuit en pont en T et 10 dans le montage croisé. Dans le schéma équivalent du montage en pont en T une bobine de valeur 2L et un condensateur variable avec la tension de valeur C (U) sont montés tous 2 deux dans la branche longitudinale en parallèle sur la bobine principale. Dans la branche transversale se trouve une résis- 1 ej tance ohmique R_ de valeur R. -> f 2 Dans le schéma équivalent du montage croisé un circuit résonnant parallèle constitué par les éléments L et C (U) est disposé respectivement dans chaque branche longitudinale et une résistance ohmique R est disposée 20 respectivement dans chaque diagonale. La capacité C (U) est une fonction de la tension appliquée U, pour laquelle la relation suivante est valable C(U) = C (—2 5) • (2) ° U + UD 25 où n est une grandeur spécifique à chaque type de varactor, par exemple 2, U la tension de la diode et C la capacité transformée pour la tension U . o On obtient pour l'angle de déphasage entre la tension de sortie U et la tension de la source U, la 30 relation représentée par l'équation dl = 7T - 2 arc tg w C R( JL - I), avec o o v \jv ' ' 1 ,U + U„, 00 = et v = ( D) V L C U + U 35 » o o D La derivpe partielle de l'angle de déphasage par rapport à la tension d 71 09267 5 2083370 Pour la pente normée d«Ç on obtient la relation dv do( _ 1_^ dV b^v1/2 - 2v + £l + l/b2 J v3/2) (4) 5 avec b^» = représente le rapport de la résistance effective R à la réactance l/a/CQ pour la fréquence de résonance a? . o La figure 4 représente la courbe de la pente d'un modulateur de phase comportant un circuit fondamental, où 10 la pente normée S1 = est représentée en fonction de v pour différentes valeurs de bQ pris comme paramètre. On voit que, la courbe tracée pour la valeur de bQ la plus importante présente une pente plus forte que celle tracée pour la valeur de bQ pli 15 étroite. de bQ plus faible mais couvre en réalité une bande plus La figure 5 représente la courbe théorique de la pente d'un modulateur de phase avec deux circuits fondamentaux qui est représenté sur la figure 6. Avec un tel modulateur de phase constitué par deux ou plusieurs circuits 20 fondamentaux montés en série on peut obtenir une excursion de phase bien plus élevée qu'avec un seul circuit fondamental. Les maxima des deux courbes des pentes sont décalés de telle sorté l'un par rapport à l'autre qu'il en résulte une excursion de phase aussi grande que possible avec une bonne linéarité. 2^ Ceci est obtenu en accordant différemment les inductances des enroulements de transformateurs et les capacités des varactors des deux circuits fondamentaux, l'accord des capacités des varactors pouvant être obtenu par le choix de la tension de polarisation. Le point de fonctionnement de 30 l'un des modulateurs partiels se trouve alors sur le flanc avant de la courbe de pente et celui de l'autre modulateur partiel sur le flanc arrière. Dans la représentation graphique des courbes des pentes de la figure 5 où la courbe 3 de la pente est tracée en fonction de la tension de polarisation U.j ou Ug, les courbes des pentes des modulateurs 1 et 2 sont tracées respectivement en trait interrompu et en trait mixte, tandis que la courbe de la pente de l'ensemble du modulateur pour lequel = U^-j = constant est représentée en trait plein. La courbe de la pente de l'ensemble 71 09267 6 2083370 du modulateur montre que celle-ci est constante dans un large domaine. La figure 6 représente le schéma de montage d'un modulateur de phase comportant deux circuits fondamentaux 5 G.| et Gg conformément à la figure 1, qui sont branchés en série par l'intermédiaire d'un amplificateur séparateur TrV^. Un autre amplificateur séparateur TrVg est branché à la sortie du deuxième circuit fondamental. Les deux circuits fondamentaux et G^ sont chacun entourés par 10 un rectangle en trait interrompu. Les deux circuits fondamentaux G^ et G g comportent chacun dans leur branche longitudinale un transformateur ou Ug avec une bobine principale ajustable et parallèlement à leurs enroulements respectifs sont montés en série les deux 15 varactors à couche d'arrêt et V., ou et V^, de polarité opposée. Entre la prise médiane du transformateur ou U2 et le point zéro du montage se trouve la branche transversale constituée par le montage en parallèle de et Rg ou C10' R8 et Rp. Deux prises situées symétriquement par rapport 20 à la prise médiane constituent l'entrée et la sortie des circuits fondamentaux, l'entrée du premier circuit fondamental Gj étant connectée à l'oscillateur tandis que sa sortie est reliée à l'amplificateur à transistor TrV^ par l'intermédiaire duquel les deux circuits fondamentaux G^ et Gg du modulateur 25 de phase sont reliés entre eux. La tension de modulation du modulateur de phase et les tensions de polarisation ou U2 des varactors à couche d'arrêt sont appliquées par l'intermédiaire des bobines U1 ou qui sont chacune reliées au point de jonction des varactors à couche d'arrêt et 30 ou et V^. Lors de la transmission d'une conversation de service sur la fréquence originale et de plusieurs canaux à fréquence porteuse il est avantageux de brancher en série deux modulateurs de phase, les signaux du canal de la conversation de 35 service et les signaux des canaux à fréquence porteuse étant ensuite séparément appliqués chacun à un modulateur de phase. 71 09267 7 2083370 REVENDICATIONS 1) Modulateur de phase de préférence pour l'alimentation en signaux de modulation supplémentaires d'un domaine de fréquence de modulation réservé à cet effet dans la bande radio-fréquence d'un système à faisceaux hertziens, lequel reçoit en provenance d'un oscillateur les oscillations haute fréquence 5 à moduler qui, de leur côté, parviennent à 1'émission,le cas échéant, après multiplication de fréquence et superposition avec une oscillation déjà modulée (bande des fréquences intermédiaire), caractérisé par le fait que le circuit fondamental du modulateur est constitué par un circuit en pont en T, 10 accordé du côté de l'entrée et de la sortie, dont la branche longitudinale est réalisée sous forme de transformateur avec un enroulement, en parallèle sur lequel se trouvent montées en série deux capacités, dont l'une au moins est réalisée par un varactor à couche d'arrêt et dont le point de jonction 15 est alimenté par la tension de modulation et une tension de polarisation des varactors, tandis que la branche transversale contenant une résistance ohmique est située entre la prise médiane du transformateur et le point zéro du montage et que deux prises situées symétriquement par rapport à la 20 prise médiane constituent l'entrée et la sortie du modulateur. 2) Modulateur de phase suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le circuit série de deux varactors à couche d'arrêt de polarité opposée se trouve en parallèle sur l'enroulement du transformateur. 25 3) Modulateur de phase suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'on peut accorder le circuit fondamental de telle manière que la courbe de la pente du modulateur soit réglée sur son maximum. 4) Modulateur de phase suivant l'une des revendications 30 1, 2 ou 3» caractérisé par le fait que l'on choisit pour le rapport de la résistance effective dans la branche transversale à la réactance transformée de la branche longitudinale une valeur égale à 1 \i „ pour la fréquence moyenne {circuit équivalent en T, figure 2). 35 5) Modulateur de phase suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on choisit pour le rapport de la résistance effective dans la branche transversale à la réactance 71 09267 8 2083370 transformée de la branche longitudinale une valeur comprise entre 0,5 et 0,75 pour la fréquence moyenne. 6) Modulateur de phase suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3» caractérisé par le fait que l'on choisit pour 5 le rapport de la résistance effective dans la branche diagonale à la réactance de la branche longitudinale une valeur supérieure à TT pour la fréquence moyenne (circuit équivalent croisé, figure 3). 7) Modulateur de phase suivant la revendication 5 10 caractérisé par le fait que l'on choisit pour le rapport de la résistance effective dans la branche diagonale à la réactance de la branche longitudinale une valeur comprise entre 2 et 3 pour la fréquence moyenne. 8) Modulateur de phase suivant l'une des revendications 15 1» 2, 3» ^» 5» 6 ou 7, caractérisé par le fait que l'on monte en série au moins deux circuits fondamentaux qui sont reliés entre eux deux à deux par un amplificateur séparateur branché entre eux et qui sont commandés par le même signal de modulation. 9) Modulateur de phase suivant la revendication 8, 20 caractérisé par le fait que l'on accorde différemment les inductances des enxoulemsits des transformateurs et les capacités des varactors à couche d'arrêt, de sorte que le point de fonctionnement d'un des modulateurs partiels se trouve sur le flanc avant de la courbe de la pente et sur le flanc arrière pour 1'autre modu-25 lateur partiel, et que la courbe donnant la pente de l'ensemble du modulateur présente une valeur constante sur un domaine d'excursion de phase aussi large que possible.