Brevet FR2128816A1 — publié le 19721020

L'invention concerne un circuit qui est destiné à la conversion de fréquence de signaux électriques d'informations et qui est constitué par un modulateur symétrique et par un filtre électromécanique dont les résonateurs terminaux sont 5 équipés d'un dispositif de commande électrostrictif» On sait que les transmissions téléphoniques à courant porteur reposent sur le fait que plusieurs canaux de conversation qui s'étendent en général sur un domaine de fréquence compris entre 0,3 et 3,4 kHz, sont transposés du côté de 10 l'émission dans une bande de fréquence plus élevée à l'aide de dispositifs de modulation et de moyens de sélection. De même, du côté de la réception, grâce à des dispositifs de modulation et à des moyens de sélection réalisés de façon correspondante, les différents canaux de conversation sont à nouveau retransposés 15 dans la gamme de fréquence correcte. Lorsque l'on veut diminuer l'encombrement de systèmes de transmission de ce type, on s'efforce d'équiper le convertisseur de canaux de filtres mécaniques dans la position de prémodulation. Par exemple la demande de brevet allemand mise à l'inspection publique sous le n°" 1 274 663 décrit 20 un système de transmission à bande latérale unique qui utilise une onde porteuse et dans lequel, notamment, douze bandes de fréquence acoustiques, toutes situées dans le domaine de fréquence compris entre 0 et 4 JtHz environ, sont transposées respectivement à l'aide d'une porteuse de prémodulation de -fréquence égale à 48 Hz dans le 25 domaine de fréquence de la bande de prémodulation qui s'étend de 48 à 52 k;Hz et ensuite ces bandes sont amenées, à l'aide de douze porteuses de fréquence 112, 116, 120... 156 k'.Hz appartenant aux différents canaux, dans la gamme du groupe primaire fondamental. Lors de la construction des convertisseurs de canaux nécessaires 30 pour un système de ce type il s'avère que la résistance d'entrée d'un filtre mécanique, dimensionné de façon optimale, qui est généralement équipé de transducteurs électromécaniques agissant de façon électrostrictive, est d'un ordre de grandeur tel que le modulateur branché en série amont ou également en série aval ne peut 35 plus fonctionner dans le domaine où sa caractéristique est optimale. De plus, il s'ajoute à cela que des caractéristiques qui doivent être spécifiquement attribuées au filtre mécanique, telle que par exemple l'effet microphonique qui apparaît dans chaque système électromécanique, se manifestent par des perturbations, étant 40 donné que des signaux perturbateurs peuvent apparaître précisément 72 08405 2 2128816 par suite de cet effet. L'invention a pour objet de remédier de façon relativement simple aux difficultés décrites précédemment ; en particulier on doit réaliser un circuit destiné à la conversion 5 de fréquence de signaux électriques d'informations dans lequel les caractéristiques avantageuses en elles mêmes des filtres mécaniques, telles que leur faible dimension, leur facteur de qualité électrique élevé, et d'autres caractéristiques semblables sont pleinement utilisées lorsque simultanément le modulateur équipé 10 avec les transistors doit se trouver dans son domaine favorable de fonctionnement. A partir d'un circuit qui est destiné à la conversion de fréquence de signaux électriques d'informations et qui est constitué par un modulateur symétrique et par un filtre 25 électromécanique dont les résonateurs terminaux sont équipés d'un dispositif de commande electrostrictif, ce résultat est obtenu conformément à l'invention grâce au fait que le dispositif de commande électrostrictif du filtre mécanique est complété, au moins sur sa face tournée vers le modulateur, par une bobine pour 20 former un circuit résonnant parallèle, que cette bobine constitue, avec un enroulement symétrique, un transformateur et que le modulateur est connecté à cet enroulement symétrique. A titre d'exemple on a décrit et illustré au dessin annexé plusieurs formes de réalisation du dispositif sui-25 vant l'invention. La figure 1 représente un résonateur de cowaan-de qui est monté de façon symétrique par rapport à la terre et qui appartient à un filtre mécanique. La figure 2 représente le schéma électrique 30 équivalent du résonateur conforme à la figure 1. La figure 3 représente un résonateur de commande qui est monté de façon symétrique par rapport à la terre et qui appartient à un filtre mécanique. La figure 4 représente le schéma électrique 35 équivalent du résonateur conforme à la figure 3. La figure 5 représente la constitution d'un filtre mécanique. La figure 6 est une vue partielle , vue montrant seulement deux résonateurs du filtre mécanique conforme à 40 la figure 5. 72 08405 3 2128816 La figure 7 représente le circuit destiné à la' conversion de fréquence à l'aide d'un modulateur en push-push. La figure 8 représente le circuit du modulateur dans le cas où celui-ci est constitué par un modulateur 5 syaétrique. En vue d'expliquer le concept de base les figures 1 à 4 représentent deux résonateurs de commande électromécanique excités de façon différente et les schémas électriques respectivement équivalents. On utilise des résonateurs de ce type 10 dans des filtres mécaniques qui comporte plusieurs parties, comme résonateurs terminaux pour la conversion des oscillations électriques en oscilletions mécaniques ou inversement pour la conversion d'oscillations mécaniques en oscillations électriques. Le résonateur 1 est constitué par un matériau métallique vibrant, tel que 15 par exemple de l'acier sur lequel est appliquée une plaquette 2 constituée par un matériau électrostrietif. La face de la plaquette tournée du coté opposé au résonateur est revêtue par une métalli-sation, sur laquelle un fil connexion peut par exemple être soudé de sorte qu'il en résulte la borne de connexion électrique 10. Le 20 résonateur est ancrétpar l'intermédiaire de fils métalliques de maintien 4, dans uneplique de base métallique 5 de sorte que ïa plaque de base joue s&Bultanéœent Je rôle de deuxième connexion-électrique JD'. Si l'on applique aux bornes lO et 10'une tensàn -électrdquealternâtdyë j 2s résonâ-tear^quiest daàs*l?eas«Bble--'«te la figure 1 réalisé sous la forme d'un 25 résonateur a flexion, est soumis alors en permanence à des vibrations (ou oscillations) de flexion prononcées lorsque la fréquence de la tension alternative appliquée coïncide au moins approximativement avec la fréquence propre de flexion du résonateur 1. En se référant au schéma électrique équivalent de ce résonateur on voit 30 aisément qu'il est constitué par le circuit résonnant série qui comporte le condensateur Cl et la bobine L1 et qui est branché en série aval avec la borne d'entrée 10. Un condensateur Co situé dans la branche transversale du circuit reproduit la capacité statique de la plaquette électrostrictive 2. La borne 10*, qui se 35 trouve à la terre et/ou au potentiel de référence, représente la deuxième connexion du circuit électrique équivalent. Les considérations précédentes sont valables de façon analogue pour le résonateur d'entraînement représenté sur la figure 3 ainsi que pour le schéma électrique équivalent corres-40 pondant qui est représenté en figure 4. La seule différence que 72 08405 4 2128816 l'on peut constater entre les résonateurs représentés en figure 1 et en figure 3 consiste en ce qu'une autre plaquette 2 est appliquée sur le résonateur 1, la borne de connexion 10' étant reliée à cette -plaquette de sorte que la borne 10' ne se trouve donc plus 5 au potentiel de référence. Cela se manifeste de la manière suivante dans le schéma électrique équivalent : le schéma équivalent représenté sur la figure 2 est uniquement complété, de façon symétrique par rapport à la terre, un transformateur U possédant un rapport de transformation -1 : 1 étant branché entre la borne j_0 10' et le conducteur qui est relié au potentiel de référence, et l'enroulement secondaite de ce transformateur étant à nouveau ramené à la borne 10» On tient compte de ces considérations dans le filtre mécanique représenté en figure 5. _L5 La figure 5 représente un filtre mécanique 9 qui comporte plusieurs résonateurs mécaniques de flexion 1 qui sont constitués par un matériau métallique, notamment de l'acier et qui sont couplés les uns avec les autres au moyen d'un élément de couplage 3 continu qui effectue des oscillations longitudinales. 20 Les résonateurs terminaux sont équipés de transducteurs électromécaniques 2 et 2' destinés à convertir des oscillations électriques en oscillations mécaniques et/ou pour la conversion inverse d'oscillations mécaniques en oscillations électriques. Chaque résonateur, qui initialement possède une section s 25 circulaire, comporte un méplat, les tranducteurs 2 et 2' étant respectivement fixés sur les méplats des résonateurs terminaux et des organes de maintien 4 étant prévus sur les méplats, à l'exception de ceux des résonateurs terminaux, dans la zone des noeuds d'oscillations, lesdits éléments de maintien étant de leur coté 30 ancrés dans une plaque de base 5. Comme cela est visible sur la figure 5, les méplats des résonateurs intérieurs sont parallèles à la plaque de base 5, et par conséquent ces méplats sont situées dans le même plan. Les méplats des résonateurs terminaux sont perpendiculaires à ce plan, et par suite servént simultanément pour 35 la fixation des transducteurs électromécaniques. Les résonateurs sont représentés de telle sorte que l'on peut reconnaître leurs faces frontales et on en déduit que l'élément de couplage 3 est fixé dans la zone centrale de chaque résonateur. Lesrésonateurs proprement dits sont situés dans un 40 plan et ils sont excités de telle manière qu'ils sont soumis à des 72 08405 5 2128816 vibrations de flexion dans la direction de la double flèche 6, c'est-à-dire parallèlement a la plaque de base 5. Par suite l'élément de couplage 3 est soumis également à des vibrations longitudinales dans le direction de la double flèche 6. Le filtre est 5 entouré de tous côtés par un ooîtier 7, afin d'écarter autant que possible les influences extérieures. Une couche intermédiaire 8, constituée par un matériau insonorisant, qui arrête les résonances de l'air apparaissant perpendiculairement a la direction d'oscillation 6^est disposée entre le corps du filtre et la paroi du 10 boîtier. Dans l'exemple de réalisation on utilise, en tant que matériau pour la couche intermédiaire, une matière synthétique, à savoir une nappe de polyester, qui possède une épaisseur de 0i5mm. Il s'avère que, grâce à cette nappe, on ne peut plus observer dans toute la gamme de température qui est intéressante, par conséquent 15 entre 0 et 55° C^les distorsions d'affaiblissement qui apparaîtraient par suite des résonances de l'air. La figure 6 représente en perspective deux résonateurs 1 du filtre et permet de reconnaître la disposition à axes paralLèles des différents résonateurs ainsi que le couplage, 20 dans la zone ou l'oscillation est maximale (ventre), des résonateurs 1 soumis à des flexions, au moyen de l'organe de couplage 3. L'organe de couplage est fixé sur les résonateurs de la manière suivante : il est soudé suivant toute la largeur h du méplat de chaque résenateur. 25 La figure 5 permet de reconnaître qu'une bobi ne 12 est branchée en parallèle sur les résonateurs terminaux, commandés électrostrictivement, du filtre mécanique de sorte que le circuit d'entrée du filtre, situé entre la borne 10a et la borne 10' qui se trouve au potentiel de référence, est complété pour 30 former un circuit résonnant parallèle. L'inductance de la bobine^ 12 est choisie de telle sorte qu'il résulte du choix de cette valeur ainsi que de la valeur de la capacité statique Co et de celle d'une capacité parallèle éventuelle supplémentaire, une fréquence de résonance qui est égale approximativement à la fréquence de milieu 35 de la bande passante du filtre. La bande passante s'étend, compte tenu de l'utilisation du filtre dans un système à fréquence porteuse avec prémodulation, sur un domaine de fréquence qui va d'environ 48 jusqu'à 52 k4z, comme cela sera encore expliqué de façon plus détaillée a l'aide des figures 7 et 8. Etant donné qu'en géné-40 rai des modulateurs sont branchés en série amont ou aval avec le 72 0840.5 6 2128816 filtre, on complète les circuits d'entrée et de sortie pour former des circuits résonnants patallèles, comme représenté du côté de la sortie par la bobine 12', qui est branchée entre la borne de sortie 10b et la borne 10' située au potentiel de référence. complet destiné à la conversion de fréquence à l'aide d'un modulateur en push-pull. Ce circuit est utilisé par exemple du côté de l'émission d'un système à fréquence porteuse, la tension de la porteuse étant appliquée au milieu de la résistance terminale du 10 filtre du canal. Le circuit permet de reconnaître le filtre mécanique 9, représenté seulement sous la forme de bloc, les bobines 12, 12' étant connectées aux résonateurs terminaux du filtre du côté de l'entrée et du côté de la sortie afin de les compléter et d'obtenir des circuits résonnants parallèles. Les bobines 12 et 12' 15 constituent respectivement en commun avec les enroulements symétriques 14 et 14' les transformateurs 13 et 13'. 15 proprement dit qui est réalisé de façon tout à fait symétrique. Les résistances RI et R2 sont montées en parallèle sur l'enroule-20 ment 14', les extrémités de ces résistances,qui sont reliées à l'enroulement 14étant respectivement reliées aux bases de deux transistors 17 et 17'. Les collecteurs des transistors 17 et 17' sont respectivement reliés au commencement et à l'extrémité d'un enroulement 21 d'un autre transformateur 20, le signal modulé pou-25 vant être prélevé sur son deuxième enroulement sur les bornes 25 et 25'. Les émetteurs des transistors 17 et 17' sont reliés entre eux par l'intermédiaire des résistances R3 et R4 et forment une borne de connexion 27. Une prise médiane 28 part de l'enroulement 21 du transfcrmateur 20 et est utilisée,avec la borne de connexion 30 27^ pour l'alimentation en courant continu des transistors 17 et 17', cela étant réalisé, dans le cas du montage choisi, en reliant respectivement le pôle positif et le pôle négatif de la source de tension continue aux bornes 2.8 et 27. Une autre connexion 30 part du point de jonction des résistances RI et R2, la tension de la 35 porteuse et la tension de polarisation des bases étant appliquées sur cette connexion 30. Les résistances RI et R2 ont la même valeur, de même que les résistances R3 et R4, de sorte que la symétrie du modulateur est assurée dans tous les cas. Le circuit d'entrée du filtre mécanique est complété au moyen de la bobine 12 de façon à 40 former également un circuit résonnant parallèle, la bobine 12 5 Le circuit deJa figure 7 représente le circuit A l'enroulement 14' est connecté le modulateur 72 08405 7 2128816 constituant simultanément le premier enroulement d'un transformateur 13 dont le deuxième enrou_ement 14 est symétrique et constitue les bornes d'entrée 16 et 16'„ Dans le cas où un signal SI, qui -, été trans-5 posé, par l'intermédiaire d'un autre modulateur branché en série amont avec les bornes 16, 16', de la bande des fréquences acoustiques dans la gair.me de fréquence comprise entre 48 et 52 kHz, est appliqué dans le sens de la flèche indiquée à l'entrée 16, 16', ce signal est alors filtré au moyen du filtre mécanique branché en XO série aval avec l'entrée et est transmis depuis la sortie de ce filtre par l'intermédiaire du transformateur 13' au modulateur branché en série aval avec ledit filtre. Si l'on applique sur la connexion 30 par exemple la tension d'une porteuse dont la fréquence est égale à 112 kHz il apparaît alors, sur les bornes de sortie 15 25, 25'jUn signal S2 situé dans la gamme de fréquence comprise entre 60 et 64 kHz suivant l'ordre inversé. De façon connue l'excursion de fréquence de la porteuse est égâle à 4 kHz de sorte que, selon la valeur de la fréquence de la porteuse,on obtient, sur les cornes de sortie 25, 25', les différentes bandes de fréquence 20 acoustique , successivement décalées de 4 kHz les unes par rapport aux autres, sous la forme du groupe primaire fondamental entre 60 et LC8 kHz. Afin de supprimer les produits de modulation indésirables on branche,en série aval avec la sortie du modulateur,un autre filtre de groupe possédant la caractéristique d'un filtre passe-25 bande. En outre, on peut encore reconnaître sur l'enroulement 14 du transformateur 13 une prise symétrique représentée à l'aide d'un trait interrompu qui, de façon semblable, sert à rendre symétrique un autre modulateur branché en série aval avec le 30 transformateur de sorte que l'on peut par suite comparer cette borne de connexion avec la oorne 28. La figure 8 représente un circuit dans lequel le modulateur est réalisé sous la forme d'un modulateur symétrique (double push-puli)- Les explications fournies pour le montage de 35 la figure 7 s'appliquent directement a celui de la figure 8, raison pour laquelle on désigne p^r les mêmes chiffres de référence les organes qui agissent de la même manière, ces chiffres de référence étant suivis lorsque cela est nécessaire uniquement d'une apostrophe ou d'une indexation supplémentaire telle que a ou b. Le cir-40 cuit conforme à la figure 8 est utilisé de préférence du côté de 72 08405 8 2128816 la réception. Par suite de la construction du modulateur 24 sous la forme d'un modulateur symétrique à double push-pull, le transformateur 13' comporte deux enroulements 14a et 14b du même type, les deux extrémités de chaque enroulement étant reliées aux 5 bases de deux transistors appartenant respectivement à deux couples 17a et 17'a de transistors, chaque couple de transistor étant constitué par deux transistors montés en parallèle. En conséquence chaque enroulement est branché en parallèle sur le circuit série constitué par deux résistances égales, dont le point de jonction 10 est relié à l'une des deux bornes de connexion 30 qui servent pour l'application de la tension de la porteuse et de la tension de polarisation des bases. De plus^le transformateur 20a doit coupar-ter un enroulement 31 supplémentaire, par l'intermédiaire duquel les collecteurs des couples de transistors sont réunis. La tension 15 continue nécessaire pour les transistors est appliquée au moyen de bornes 27 et 28. Grâce à un autre modulateur,branché entre les bornes 16, 16' en série aval avec le filtre mécanique 9,1e groupe fondamental qui arrive est, par suite du choix d'une fréquence 20 appropriée pour la porteuse, transposé de telle sorte que le canal de conversation souhaité est amené dans la gamme de fréquence 48... 52 kHz et est filtré par le filtre mécanique du canal. La bande de fréquence ainsi filtrée arrive dans le modulateur 15' et est démodulée dans la gamme de fréquence 0,3... 3,4 kHz. 25 Sans tenir compte du fait que, grâce à l'utili sation d'une bobine dans le système de commande du filtre mécanique, des effets microphoniques peuvent être supprimés et que l'on obtient une coopération optimale du filtre et du modulateur, on obtient, grâce à l'utilisation de la bobine, d'autres avantages qui sont 30 favorables au filtre et par suite à l'ensemble du convertisseur. En particulier, la valeur nécessaire pour le facteur de couplage électromécanique, qui croît avec la largeur de bande du filtre et dont la valeur est physiquement limitée, est inférieure à celle obtenue avec un filtre qui ne comporte pas de bobines. En outre 35 l'équilibrage des circuits terminaux permet de compenser au moins en partie les influences des tolérances de fabrication inévitables dans la partie mécanique du filtre» 72 08405 9 2128816 REVENDICATIONS 1. Circuit qui est destiné à la conversion de fréquence de signaux électriques d'informations et qui est constitué par un modulateur symétrique el p-ir un r iitre 41 ec ! renéea-5 nique dont les résonateurs terminaux sont équipés d'un .iic. positif de commande electrostrictif , caractérisé par le fait que le disoo-sitif de cannande electrostrictif i;2' ) du filtre mécanique (9) "est complété, au moins sur sa face tournée vers le modulateur (15), par une bobine (12*) pour former un circuit résonnant parallèle, que 10 cette bobine (12') constitue^avec un enroulement symétrique (14', 14 a, 14b), un transformateur (13') et que le modulateur (15, 15') est connecté à cet enroulement symétrique (14', 14a, 14b). 20 Circuit suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les dispositifs d'entraînement électrostric- 15 tif (2, 2') des deux oscillateurs terminaux du filtre mécanique (9) sont complétés pour former des transformateurs (13, 13') et que des modulateurs sont connectés aux deux transformateurs (13, 13'). 3. Circuit suivant l'une des revendications 1 20 ou 2, caractérisé par le fait que les différents modulateurs sont réalisés sous la forme d'un modulateur en push-pull (15) ou sous la forme d'un modulateur symétrique (15')„ 4. Circuit suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que le rapport de transformation 25 de chaque transformateur (13 ou 13') est"choisi de telle manière que le modulateur (15 ou 15') fonctionne dans le domaine de sa caractéristique optimale.» 5. Circuit suivant l'une des revendications I, 2 3 ou 4, caractérisé par le fait que la bande passante du filtre 30 mécanique (9) est aporoximativement située dans le domaine de fréquence compris entre 48 et 52 kHz. 6. Circuit suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 et 5 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le filtre mécanique (9) est constitué par des résonateurs à 35 flexion (1) dont les axes sont parallèles et qui sont couplés les uns avec les autres, dans la zone des maxima d'oscillations (ou ventre d'oscillations) au moyen d'un élément de couplage (3) disposé perpendiculairement aux résonateurs (1), que les résonateurs à flexion (1) sont constitués par des rouleaux cylindriques 40 présentant un méplat et que l'élément de couplage (3) est assentolé 72 08405 10 2128816 fermement avec chaque résonateur dans la zone de son méplat et que les méplats des résonateurs internes sont disposés dans le même plan, tanois que le méplat de chaque résonateur terminal est perpendiculaire r-u olan formé par les méplats des autres résonateurs .