Brevet FR2095285A1 — publié le 19720211

La présente invention concerne des détecteurs de modulation de fréquence (FM) et, plus particulièrement, un détecteur FM ayant une caractéristique de seuil améliorée. Actuellement, dans le domaine des communications, il y 5 a une recherche continuelle de moyens et de méthodes pour permettre d'obtenir des performances élevées sur le plan de la qualité et de la fiabilité. Dans ce but on utilise des systèmes de communication à modulation angulaire et à large bande, tels que les systèmes de communication FM, puisque ces systèmes ont une 10 haute fiabilité intrinsèque du fait de leur immunité contre le bruit. Il est bien connu qu'un récepteur de modulation angulaire est caractérisé par un point de seuil au-dessus duquel le rapport signal sur bruit à la sortie du démodulateur augmente linéairement avec le niveau du signal reçu. Au-dessous de ce point 15 de seuil, on a une détérioration très rapide du rapport signal sur bruit quand le niveau du signal reçu tombe. Donc, ce niveau de seuil détermine le point où le système de communication à modulation angulaire se montre défaillant. On sait que,suivant une caractéristique d'un système à modulation angulaire,la largeur de 20 bande peut être échangée contre le rapport signal sur bruit, c'est à dire qu'une augmentation du rapport signal sur bruit nécessite d'augmenter la largeur de bande. Il en.résulte généralement une élévation du point de seuil. Pour éviter cette élévation du point de seuil, il faut augmenter la puissance de la 25 porteuse. Dans tout système de communication où le signal reçu risque de tomber au-dessous du point de seuil, tel que dans les systèmes de communication à l'horizon et les systèmes de communication par satellite, la fiabilité du système, c'est à dire la maintien du signal reçu au-dessus du point de seuil pendant 30 un pourcentage donné du temps, était à l'origine obtenue en augmentant la puissance de l'émetteur, le diamètre de l'antenne et/ou par des systèmes de réception en diversité. Récemment, on a utilisé des dispositifs plus économiques pour perfectionner le récepteur des systèmes de communication à modulation angu-35 laire. Ces dispositifs fonctionnent en abaissant le point de seuil du récepteur de modulation angulaire, c'est-à-dire en élargissant le seuil. La fiabilité est améliorée puisque le récepteur peut répondre à un signal qui a un rapport signal sur bruit plus mauvais qu'auparavant. De même, pour une fiabilité 40 donnée, ces dispositifs permettent de réduire la puissance de 71 21459 2 2095265 l'émetteur. Éd. général, l'élargissement du seuil est obtenu en réduisant la largeur de bande effective du récepteur de modulation angulaire, ou autrement dit, par la réduction de l'indice de 5 modulation du signal après l'amplificateur haute fréquence dans la partie moyenne fréquence (MF) du récepteur. Cette réduction de la largeur de bande effective réduit le bruit du récepteur et, donc, augmente le rapport signal sur bruit de la porteuse reçue dans la bande passante MF. Eh conséquence, comme le point de 10 seuil dépend du rapport signal sur bruit de la porteuse reçue dans la partie MF du récepteur, une réduction du bruit en ce point abaisse le point de seuil. Ainsi, avec un point de seuil plus bas, le récepteur répondra à des signaux ayant des rapports signal sur bruit plus faibles que précédemment. 15 Un des nombreux dispositifs permettant l'élargissement o du seuil mentionné ci-dessus comprend Uheboucle à verrouillage de phase de manière à utiliser un détecteur de produit pour la démodulation. Le signal MF et la sortie d'un oscillateur commandé en tension calé sur la fréquence du signal MF sont mul-20 tipliés par un détecteur de produit pour obtenir à la sortie le signal démodulé. Dans ce système, une partie du signal démodulé est repris à travers un filtre passe-bas comme signal de commande dans le but de commander la fréquence de l'oscillateur commandé en fréquence de manière que la fréquence de cet oscilla-25 teur suive la fréquence MF. La combinaison de la fréquence de l'oscillateur suivant la fréquence MF et du filtre passé-bas entraîne l'élargissement du seuil puisqu'on obtient une réduction de la largeur de bande effective et que le filtre passe-bas enlève le bruit présent dans le signal démodulé. 30 Un objet de la présente invention consiste à prévoir un système à démodulateur de modulation de fréquence FM utilisant une technique à boucle verrouillée en phase ayant une performance de seuil ainéliorée par rapport à ce que l'on obtenait précédemment. Un autre objet de la présente invention consiste à prévoir 35 un système à démodulateur FM ayant une performance*'de seuil améliorée eh combinant les techniqueis de la'boucle1 verrouillée "en phase et du filtre (digital) à N branches. "Suivant une caractéristique de la présente invention, il est prévu un système de démodulation "d^e modUÏation:'de fréquence ayant 40 un seuil amélioré'comprenant tthë source de signal mo'dulé en fré 71 21459 3 2095285 quence à démoduler, des moyens démodulateurs à boucle verrouillée en phase comprenant des moyens oscillateurs commandés en tension, des moyens filtres à H branches connectés entre la source et les moyens démodulateurs et à la sortie des moyens oscillateurs, où 5 N est un nombre entier plus grand ou égal à trois, et des moyens de sortie du signal de la bande de base pour le système démodulateur couplé aux moyens démodulateurs. Les caractéristiques et les objets de l'invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la 10 description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés, dans lesquels: la Fig. 1 représente un schéma-bloc du système de démodulation de modulation de fréquence suivant les principes de la 15 présente invention, et la Fig. 2 représente les formes d'onde des signaux apparaissant en certains points indiqués de la Fig. 1 et qui sont utiles pour expliquer la commande du filtre à N branches par le circuit de commande de commutation de la Fig. 1. 20 La Fig. 1 montre un système démodulateur FM suivant les principes de la présente invention comprenant une source de signal FM dont le signal dans la bande MF est appliqué à un amplificateur MF 1 muni d'une commande de gain automatique (CGA). La sortie de l'amplificateur 1 est connectée au filtre 2 à N branches et, donc, 25 à la boucle verrouillée en phase 3, le signal modulant la bande de base du signal d'entrée FM à moyenne fréquence étant extrait de la boucle verrouillée en phase 3 pour être utilisé dans le reste de l'équipement récepteur, tel que l'équipement destiné à retrouver et utiliser l'information du signal modulant la bande de base. 30 La boucle verrouillée en phase 3 comprend un comparateur de phase 4 connecté à la sortie du filtre 2 via l'amplificateur MF 21 et à la sortie de l'oscillateur 5 commandé - en fréquence par la tension. La fréquence du signal de sortie de l'oscillateur 5 a été divisée dans le diviseur de fréquence 6 pour l'amener à 35 une fréquence compatible avec la fréquence du signal MF sortant de l'amplificateur 1. Comme il est montré, l'oscillateur 5 a- un signal de sortie dont la fréquence est égale à KFjj/2, où F^j, est la fréquence MF du signal d'entrée FM appliqué à l'amplificateur 1. Dans l'exemple décrit, F^ est égal à 10 MHz. Ainsi, le signal de 40 sortie de l'oscillateur 5> avec N égal à quatre, est à une fré 71 21459 k 2095285 quence de 20 MHz. Le diviseur 6 divise le signal de sortie de l'oscillateur par deux pour appliquer au comparateur i+ un signal de fréquence 10 MHz. La sortie du comparateur 4 est la bande de base démodulée et est appliquée, via l'amplificateur et filtre 5 passe-bas 7 qui enlève du bruit de ce signal de bande de base, de manière à avoir un signal de commande pour l'oscillateur 5 et faire que la fréquence du signal de sortie de cet oscillateur suive la fréquence du signal d'entrée MF. Comme on le voit, la sortie du signal de bande de base est connectée à la sortie du 10 filtre 7j mais on doit se souvenir que le signal de bande de base est aussi présent à la sortie de l'oscillateur 5 et, donc, qu'en utilisant une autre démodulation on peut obtenir le signal de bande de base à la sortie de l'oscillateur 5. Le filtre 2 à N branches comprend, puisqu'ici N est égal 15 à quatre, quatre filtres passe-bas sans inductance comprenant la résistance 8 et les quatre condensateurs 9 à 12 qui sont successivement connectés au circuit compris entre la résistance 8 et le comparateur 4> leur connexion se faisant sur une base de multiplex à division dans le temps. La commutation des condensateurs 20 se fait à une cadence égale ou asservie à la fréquence du signal d'entrée FM à moyenne fréquence. Les valeurs des quatre composants du filtre passe-bas sont identiques et servent à établir la largeur de bande du filtre 2 qui est réglée pour être égale à environ deux fois la fréquence la plus élevée de la bande de base 25 portée par le signal d'entrée FM, La fréquence de commutation des quatre filtres passe-bas, qui est égale ou asservie à la fréquence du signal d'entrée FM, détermine la fréquence centrale d'un filtre passe-bande où la cadence de commutation des quatre condensateurs cause une transformation passe-bas passe-bande. 30 On notera que, bien que la Fig. 1 montre le circuit du filtre 2 avec N égal à quatre, le filtre 2 peut comprendre N filtres passe-bas où N est égal à trois ou plus, le dispositif montré avec N égal à quatre étant le plus pratique. La limitation sur la valeur de N est imposée car, pour des valeurs de N plus 35 faibles, on n'obtient pas la transformation passe-bas passe-bande désirée. Suivant les principes de l'invention, la cadence de commutation à laquelle les condensateurs sont couplés au circuit est dérivée du signal de sortie de l'oscillateur 5 et doit être 40 égale ou asservie à la variation de fréquence du signal d'entrée FM. 71 21459 5 2095285 La Fig. 1 montre un exemple de réalisation destiné à l'élaboration des signaux de commande de commutation des condensateurs 9 à 12. Le circuit de commande de commutation 13 comprend un circuit 14 de mise en forme qui est connecté 5 à la sortie de l'oscillateur 5> pour produire des signaux carrés ayant une fréquence double de la fréquence centrale du signal d'entrée MF et asservie aux variations de fréquence causées par le signal modulant la bande de base. Le signal de sortie du circuit 14 est illustré par la courbe A de la Fig. 2. La bascule bistable 15 10 est connectée, comme indiqué, au circuit 14; un inverseur ou circuit NON 16 est connecté à la sortie du circuit 14. Le signal délivré par la sortie "1n de la bascule 15 est illustré par la courbe B de la Fig. 2, le complément de ce signal existant à la sortie "0" de 15. Le signal de sortie de 16 est le complément 15 du signal de la courbe A. Les portes ET 17 à 20 sont reliées aux condensateurs 12, 11, 10 et 9, respectivement, de manière que les signaux de sortie de ces portes ET mettent en circuit les condensateurs correspondants dans le circuit du signal pendant la présence des signaux de temps qui sont engendrés par les signaux 20 4lentrée des portes ET 17 à 20. La sortie logique A.B de la porte ET 17 est illustrée par la courbe A.B de la Fig. 2 et est obtenue par les fonctions logique ET appliquées aux signaux A et B. La sortie logique Â.B de la porte ET 18 est illustrée par la courbe Â.B de la Fig. 2. Ce signal est produit par la fonction logique 25 ET de la sortie Â de 16 et la sortie B de 15. La sortie logique A.B, courbe A.B, Fig. 2, de la porte ET 19 est produite à partir de la sortie A de 14 et la sortie B de 15. La sortie logique Â.B, courbe Â.B, Fig. 2, de la porte ET 20 est produite à partir de la sortie Â de 16 et de la sortie B de 15. On notera d'après 30 les formes d'onde produites par les portes 17 à 20 que chacun des condensateurs 9-12 est commuté et mis en service à une cadence égale ou asservie à la variation de fréquence du signal d'entrée FM à la moyenne fréquence qui a une fréquence égale à la moitié de celle de la courbe A, Fig. 2. 35 L'amélioration du seuil du circuit de la Fig. 1 par rap port au démodulateur normal à boucle verrouillée en phase est obtenue en utilisant le filtre 2 "dans le circuit de signal devant la boucle 3, ïe filtre 2 ayant sa fréquence centrale déterminée par le signal de sortie de l'oscillateur 5 de la boucle 3» qui a son 40 tour est déterminé par la'fréquence d'entrée instantanée MF du 71 21459 e 2095285 signal FM appliqué à l'amplificateur 1, avec pour résultat un filtre MF ayant une largeur de bande minimale qui suit la fréquence d'entrée et, donc, réduit le bruit présent dans le récepteur avant que le signal ne soit traité par la boucle verrouillée en phase 3» ce qui entraîne un abaissement du seuil. Bien que les principes de l'invention aient été décrits en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne constitue pas une limitation à la portée de l'invention. 71 21459 7 2095285 REVENDICATIONS 1) Système de démodulation de modulation de fréquence ayant un seuil amélioré, caractérisé en ce qu'il comprend: - une source de signal modulé en fréquence à démoduler, 5 - un démodulateur à boucle verrouillée en phase comprenant un oscillateur commandé en tension, - un filtre à N branches connecté entre ladite source et ledit démodulateur, et à la sortie dudit oscillateur, où N est un entier plus grand ou égal à trois, et 10 - des moyens de sortie du signal de bande de base dudit système couplé audit démodulateur. 2) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dit signal modulé en fréquence a une fréquence centrale de fréquence moyenne donnée que le signal de bande de base fait 15 varier, et en ce que ledit oscillateur produit un signal de sortie dont la fréquence est égale à N/2 fois ladite fréquence centrale suivant la variation de fréquence. 3) Système suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit démodulateur comprend: 20 - un diviseur de fréquence connecté audit oscillateur pour diviser la fréquence du signal de sortie dudit oscillateur par N/2, - un comparateur de phase connecté à la sortie du filtre à N branches et à la sortie dudit diviseur, et - un filtre passe-bas connecté entre ledit comparateur et ledit 25 oscillateur. 4) Système suivant la revendication 3> caractérisé en ce lesdits moyens de sortie sont connectés à la sortie dudit filtre. 5) Système suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit filtre à N branches comprend : 30 - N filtres passe bas sans inductance, et - des moyens de commande connectés auxdits filtres et audit oscillateur répondant au signal de sortie dudit oscillateur pour coupler successivement lesdits filtres passe-bas entre ladite source et ledit démodulateur. 35 6) Système suivant la revendication 5, caractérisé en ce que - ledit signal modulé en fréquence a une fréquence centrale de fréquence moyenne donnée qui varie en fonction du signal de bande de base, - ledit signal de sortie de l'oscillateur a une fréquence égale à 40 N/2 fois ladite fréquence centrale et asservie auxdites variations 71 21459 8 2095285 - chacun des N filtres passe-bas est couplé entre ladite source et ledit démodulateur, à une cadence égale à ladite fréquence centrale, ladite cadence suivant les variations de fréquence. 7) Système suivant la revendication 6, caractérisé en ce 5 que N est égal à quatre et que lesdits moyens de commande comprennent : - un circuit de mise en forme d'impulsions connecté audit oscillateur, - une bascule bistable connectée au circuit de mise en forme, 10 - un inverseur connecté au circuit de mise en forme, et - un circuit logique connecté audit inverseur, à ladite bascule, audit circuit de mise en forme et auxdits N filtres passe-bas, produisant N signaux de temps successifs, dont chacun a la cadence prédéterminée pour commander le couplage successif de chaque 15 filtre passe-bas entre ladite source et ledit démodulateur. 8) Système suivant la revendication 7> caractérisé en ce que ladite bascule bistable a une sortie "1" et une sortie "0", et que ledit circuit logique comprend: - une première porte ET connectée audit circuit de mise en forme et 20 à la sortie "1" pour produire un premier signal de temps commandant la commutation du couplage du premier filtre passe-bas, - une seconde porte ET connectée audit inverseur et à la sortie "1" pour produire un second signal de temps commandant la commutation du second filtre passe-bas, 25 - une troisième porte ET connectée audit circuit de mise en forme et à la sortie "0" pour produire un troisième signal de temps commandant la commutation du troisième filtre passe-bas, et - une quatrième porte ET connectée audit inverseur et à la sortie "0" pour produire un quatrième signal de temps commandant la 30 commutation du quatrième filtre passe-bas. 9) Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit démodulateur est conforme à celui de la revendication 3» que ledit filtre à N branches est conforme à celui de la revendication 5 et que le système fonctionne comme l'indique la revendi- 35 cation 6. 10) Système suivant la revendication 9> caractérisé en ce N est égal à quatre et que lesdits moyens de commande sont conformes à ceux de la revendication 7.