Brevet FR2129949A1 — publié le 19721103

La présente invention a trait à des perfectionnements apportés aux procédés et systèmes de traitement de signaux électriques. Elle concerne de manière plus particulière des procédés et des systèmes semblables notamment à ceux décrits dans l'arti— 5 cle de P. TOUEN'OIS et J. BERTHEAS intitulé : "Use of dispersive delay lines for signal processirtg in underwater acoustics" ,paru dans le volume 46, numéro 3 de 1969 du "Journal of the Acousti-cal Society of America", aux pages 517 à 531. Ges procédés et systèmes exploitent la propriété des lignes 10 à retard dispersives de posséder une variation de leur temps de retard de groupe qui soit linéaire dans une bande de fréquences de largeur . Ils permettent ainsi d'effectuer par exemple une analyse spectrale ou un filtrage adapté de signaux électriques. 15 Quelle que soit la nature du traitement envisagé, la caractéristique importante des lignes dispersives utilisées est leur produit B.j , c'est-à-dire le produit de l'étendue de la plage de variation linéaire de leur temps de retard de groupe par la largeur B^ de la bande de fréquences dans laquelle a lieu 20 cette variation linéaire. En général, il est avantageux que ce « produit soit aussi grand que possible. La largeur de ban de B.j étant préalablement définie, un accroissement dudit produit B^ ne peut être obtenu qu'en augmentant la valeur de Tj, ce qui s'obtient en utilisant des longueurs de ligne plus 25 importantes. On ne peut toutefois pas augmenter indéfiniment la longueur d'une ligne à retard dispersive sans qu'apparaissent d'importants inconvénients. Ainsi, plus cette longueur est grande et plus le défaut de linéarité de la courbe de dispersion , temps de retard en fonction de la fréquence, d'une telle ligne 30 devient important. En fonction.de la nature du traitement à effectuer le défaut de linéarité maximum pouvant être toléré permet de définir une valeur maximum pour le produit , valeur au-delà de laquelle la qualité du traitement n:est plus acceptable. Toutefois, dans la plupart des systèmes de traite-35 ment de signaux électriques utilisant des lignes dispersives la valeur des produits de ces lignes est choisie très infé 71 10135 2 2129949 rieure aux valeurs maximum définies ci-dessus. Cela est notamment dû au fait que pour obtenir ces valeurs maximum du produit il est nécessaire d'utiliser des lignes dispersives de longueur importante. Or, il est connu que plus la longueur d'une li-5 gne dispersive est grande et plus sont importants son prix ainsi que les difficultés technologiques inhérentes à sa réalisation. C'est ce qui explique que, quelle que soit la technologie de réalisation utilisée, le produit des différentes lignes dispersives connues à ce jour ne dépasse guère une valeur de 200, 10 ce qui correspond dans la plupart des cas à un défaut de linéarité très inférieur à celui pouvant être effectivement toléré. Pour la réalisation de lignes dispersives de faible longueur permettant de sTaffranchir de certaines difficultés technologiques, on peut obtenir une valeur choisie du produit B.j en 15 associant en série plusieurs de ces lignes qui constituent alors en quelque sorte les différents tronçons d'une même ligne dispersive. Cette solution s'avère toutefois très onéreuse et encombrante. la présente invention a pour objet de remédier aux inconvé-20 nients énoncés ci-dessus en réalisant un circuit dispersif dont le produit B^ !T^ soit le plus voisin possible de la valeur maximum tolérée et dont le prix soit aussi faible que possible. Un autre objet de l'invention est de définir les réalisations des systèmes exploitant avantageusement les propriétés d'un tel 25 circuit dispersif. Selon une caractéristique de la présente invention un procédé pour système de traitement de signaux électriques utilisant des lignes à retard dispersives présentant une courbe de dispersion linéaire de pente étant la plage de varia-30 tion linéaire du temps de propagation de groupe et B^ la bande fréquences, est principalement caractérisé en ce que le signal à traiter dans ledit système muni d'une ligne à retard dispersive y est au moins partiellement introduit sous commande d'un signal de cadence de fonctionnement de durée déterminée 35 qui commute l'entrée de ladite ligne à sa sortie de manière à y faire circuler le signal n fois successives admissibles et 71 10135 3 2129949 qui déclenche un circuit de temporisation de durée prédéterminée dont la fin commande la liaison de sortie du signal traité vers un circuit d'utilisation, ladite pente ï-j/B-j étant ainsi accrue de la valeur n et la caractéristique de la ligne étant donc 5 rendue égale à n . Pour la mise en oeuvre du procédé, dans les différentes applications possibles, selon une autre caractéristique de l'invention le système de traitement de signaux électriques se distingue principalement en ce que ledit système comporte un circuit 10 dispersif dans lequel une ligne à retard dispersive à son entrée connectée à une sortie d'un commutateur et sa sortie connectée à un amplificateur de compensation de pertes d'insertion pour chaque circulation du signal à traiter appliqué à une première entrée dudit commutateur, la sortie dudit amplificateur étant reliée à 15 une seconde entrée dudit commutateur et à une borne d'un interrupteur de sortie du signal traité, la commande dudit commutateur étant fournie principalement par un générateur du signal de cadence de fonctionnement. D'autres caractéristiques ainsi que des avantages de la pré-20 sente, invention ressortiront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux figures annexées qui représentent : -la figure 1 : un exemple de réalisation d'un système de traitement destiné à la mesure de fréquences utilisant un circuit 25 distiersif conforme à 1' invention ; - la figure 2 : des diagrammes de signaux relatifs au système de la figure 1 5 - la figure 3 : un exemple de réalisation d'un système destiné à l'analyse du spectre utilisant un circuit dispersif conforme 30 à l'invention." - la figure 4 ï des diagrammes de signaux relatifs au système de la figure 3 ; - la figure 5 : un exemple de réalisation d'un système destiné à l'analyse de spectre en temps réel utilisant un circuit disper- 35 sif conforme à l'invention ; 71 10135 4 2129949 - la figure 6 : des diagrammes de signaux relatifs au système de la figure 5. Pour augmenter le produit d'une ligne à retard dispersi ve, le procédé conforme à l'invention est principalement basé sur 5 plusieurs circulations consécutives du signal d'entrée dans la ligne. Dans ce procédé on exploite la propriété des lignes à retard dispersives dont la courbe de dispersion du temps de propagation du groupe en fonction de la fréquence est linéaire dans une bande 10 de fréquence de largeur B.j avec une pente étant la largeur de la plage de variation linéaire de ce temps de propagation de groupe. Augmenter le produit est équivalent à augmenter la pente • Un circuit dispersif conforme à l'invention est représenté 15 dans le bloc 1 de la figure 1. Il se compose d'un commutateur 2 à deux entrées, bornes a et b, dont la sortie, borne c, est reliée à l'entrée d'une ligne dispersive 3 caractérisée par sa plage T,j de variation linéaire du temps de retard, la largeur B^ de la bande de fréquence dans laquelle a lieu cette variation linéai-20 re, et la valeur Tq de son temps de retard moyen, la sortie de la ligne 3 est reliée à un amplificateur 4. La sortie de cet amplificateur est réunie à 1'entrée b du commutateur 2 et à un interrupteur 5, borne e, relié par la borne f à la sortie E du circuit dispersif 1. Le signal d'entrée A est appliqué sur une 25 borne du système de traitement réunie à l'entrée a du commutateur 2. Par une commande initiale les bornes a et c du commuta-teur^sont réunies de manière à appliquer et à introduire dans la ligne dispersive 3 la totalité ou une partie du signal d'entrée A, suivant l'application envisagée. Ensuite la commutation réunit 30 les bornes b et c pendant une durée égale à celle de n circulations du signal dans une boucle ainsi formée avec la ligne 3 et l'amplificateur 4, dont le rôle est de compenser les pertes d'insertion pour chaque circulation. La bande B^ de la ligne dispersive 3 est aussi celle du circuit dispersif 1, tandis que la 35 plage de variation linéaire du temps de retard de ce dernier 71 10135 5 2129949 devient alors égale à nî. On accroît ainsi artificiellement le produit de la ligne dispersive 3 par un facteur n . le défaut de linéarité de la courbe de dispersion du circuit 1 augmentant à chaque circulation, le nombre maximum de circulations 5 est défini par la valeur maximum tolérée pour ledit défaut. la figure 1 représente un premier mode avantageux d'utilisation d'un circuit dispersif 1 conforme à l'invention, le but d'un tel système est de mesurer la fréquence de signaux A qui sont par exemple des impulsions à fréquence pure isolées, de durée t in-10 férieure aux valeurs de temps de retard - T et nT^ . C'est par exemple le cas de certains signaux radar, la description qui suit 3e rapporte en même temps à la figure 2 qui illustre les signaux aux différents points A,B,C ... du dispositif de la figure 1. l'instant d'arrivée de l'impulsion A est détecté par un circuit 15 de déclenchement ou trigger 6 suivi d'un circuit monostable 11 dont la durée d est inférieure à e^ formen^ un générateur du signal de commande de fonctionnement, le front de montée du signal B fourni par le monostable 11 commande simultanément le positionnement du commutateur 2 en reliant a à c et 20 le début du comptage d'un compteur 7- le front de descente du signal B commande le positionnement du commutateur 2 en commutant c de a et en reliant b à c. le compteur 7,qui constitue un circuit de temporisation,définit le nombre n de circulations de l'impulsion A dans le circuit 1. Il fournit un créneau G de durée 25 n (îq - 2) dont le front de descente commande le déclenchement d'un monostable 8 de durée nT^ . le front de montée du signal D fourni par ce monostable commande la fermeture de l'interrupteur 5 en reliant ses bornes e f tandis que son front de descente en commande l'ouverture. l'apparition du signal B à la sortie du 30 circuit 1 est détectée par un trigger 9- le front de montée du signal F fourni par ce trigger commande l'arrêt du comptage d'un compteur 10 préalablement déclenché par le front de descente du signal 0 fourni par le compteur 7. le compteur 10,constituant le circuit d'utilisation, mesure ainsi un intervalle de temps T 35 proportionnel à la différence entre la fréquence du signal A traité et la fréquence la plus basse de .... ; 7 1 1013 5 6 2129949 la "bande de fréquence . La précision avec laquelle est mesuré cet intervalle de temps T est d'autant meilleure que la valeur du facteur n est grande étant donné que la modification de la valeur du facteur n c'est-à-dire du nombre de circulations en-5 traîne une modification similaire de l'échelle des temps. Bans cette application particulière, décrite au moyen des figures 1 et 2, le rôle du circuit 1 est donc de retarder le signal A d'entrée d'une valeur proportionnelle à sa fréquence. Lorsque la fréquence centrale du circuit 1 n'est pas du même ordre de 10 grandeur que celle du signal A traité il suffit d'effectuer une transposition de fréquence du signal A afin de réaliser la mesure de sa fréquence dans les conditions définies ci-dessus. Les figures 3 et 4 représentent respectivement un schéma synoptique et des diagrammes de signaux relatifs à un deuxième mode 15 d'utilisation d'un circuit dispersif 1 conforme à l'invention. Le but de ce système est de réaliser l'analyse spectrale de signaux électriques, en particulier de signaux haute fréquence. Dans un tel système, on réalise de manière connue l'hétérodynage du signal d'entrée A à analyser avec un signal linéairement modulé 20 en fréquence dans une bande de fréquences dont la largeur est égale à la moitié de celle B^ du circuit dispersif utilisé pour effectuer l'analyse spectrale proprement dite. Le nombre de raies 1 1 spectrales fournies par un tel dispositif étant égal à —^ , on accroît donc ce nombre par un facteur n en utilisant un cir-25 cuit dispersif 1 conforme à l'invention. Dans le système de la figure 3 l'arrivée d'un signal A est détectée par un trigger 6 qui délivre un signal dont le front de montée provoque simultanément le déclenchement d'un monostable 11 et celui du comptage d'un compteur 15. Le front de montée du 30 créneau E fourni par le monostable 11 commande simultanément le déclenchement d'un générateur de rampe 12, fournissant un signal L en forme de rampe à montée linéaire, et le positionnement sur l'entrée a du commutateuç 2 du circuit dispersif 1. La durée du créneau E est égale à et son front de descente commande 35 simultanément l'arrêt du générateur de rampe 12 et le positionnement sur b du commutateur 2. La rampe linéaire L \fournie 71 10133 7 2129949 par l'élément 12 commande un oscillateur à fréquence commandée 13 dont la sortie est reliée à un modulateur 14 ces trois organes constituant un ensemble d'hétérodynage H. Une deuxième entrée de ce modulateur reçoit le signal à analyser A tandis que sa sor- 5 tie est reliée à l'entrée a du commutateur 2. On réalise ainsi l'hétérodynage du signal A à analyser par un signal modulé liné- B-j airement en fréquence dans une "bande —. Le compteur 15 fournit un signal M de durée dont le front de descente déclenche un monostable 16. Le signal n délivré par 10 ce monostable commande par son front de montée simultanément la fermeture de l'interrupteur 5 et le déclenchement d'un autre générateur de rampe 17 et par son front de descente l'ouverture de nTi l'interrupteur 5. La durée de ce créneau F est égale à —^—- • Une visualisation du spectre ainsi obtenu est réalisée en reliant 15 la sortie du circuit 1 au moyen d'un circuit de détection d'enveloppe 18, à-l'entrée Y d'un organe de visualisation 19 constitué par un tube cathodique recevant par ailleurs sur son entrée X le signal fourni par le générateur de rampe 17. Le wehnelt de l'ensemble 19 est en outre avantageusement commandé par le signal 20 N fourni par le monostable 16. nB T On a ainsi décrit un analyseur de spectre fournissant —^ ^ ■ raies pour chaque signal A analysé. Pour éviter tout fonctionnement défectueux de cet analyseur dû au recouvrement éventuel du signal au cours de deux circulations consécutives le nombre n 25 de circulations est limité à une valeur toujours inférieure ou T égale à b— 1 Le circuit dispersif conforme à l'invention convient bien pour être utilisé dans un analyseur de spectre en temps réel. Le schéma synoptique de la figure 5 et les diagrammes de signaux de la 30 figure 6 illustrent une telle application. Un tel système est capable de fournir, au bout d'un intervalle de temps t et avec i , ° une résolution égale à t— le spectre de fréquences d'une tran- x0 che de durée t d'un signal électrique. A cet effet, il comporte à son entrée un ensemble de compression de temps des tran-35 ch.cs du signal à analyser dans lequel ces tranches sont successivement échantillonnées et quantifiées, passent dans une mémoire 71 10135 8 2129949 tampon et sont reconverties à la sortie en un signal analogique de durée comprimée suivant un facteur de compression de temps choisi. Ce facteur est égal au rapport de la fréquence de lecture des échantillons dans la mémoire avec la fréquence d'échantillon-5 nage du signal d'entrée. Dans le système de la figure 5 cette compression de temps des tranches du signal A est réalisée par un ensemble 20 commandé par des signaux et Hg fournis par une horloge mère 21. Cette horloge délivre par ailleurs un signal qui commande un générateur 10 de rampe 12 dont le signal de sortie L à montée linéaire est appliqué à un oscillateur à fréquence commandée 13 relié au modulateur 14- de l'ensemble d'hétérodynage H. Ce modulateur reçoit par ailleurs de l'ensemble 20 les tranches P comprimées en temps du signal d'entrée A. La durée des tranches comprimées P est égale à nT1 15 —g-*- et correspond à celle des créneaux du signal d'horloge . Le front de montée des créneaux déclenche un compteur 15 et place le commutateur 2 en position a . C'est le front de descente de ces créneaux qui assure le passage sur la position b de ce commutateur 2. Au bout d'un temps nÏQ le compteur 15 provoque par 20 le front de descente du signal M fourni la fermeture de l'interrupteur 5 pendant la durée nï^ ainsi que le déclenchement d'un générateur de rampe 17 relié à l'entrée X d'un organe de visualisation 19 dont l'entrée Y reçoit par l'intermédiaire d'un détecteur d'enveloppe 18 le spectre fourni par le circuit 1. 25 C'est ensuite le signal d'horloge qui, en commandant à nouveau le comptage du compteur 15, provoque par le front de montée du signal M du compteur l'ouverture de l'interrupteur 5 et l'arrêt du générateur 17. Pour tenir compte des transitoires 30 on choisit avantageusement la valeur du facteur n inférieure T0 ou égalé à —j— . Quant au facteur de compression de temps de l'ensemble 20"J il est choisi au moins égal à k = nTo * nV2 « 1 + !^0 bT1/2 21 Le nombre de raies obtenues en temps réel au moyen d'un tel 35 dispositif d'analyse est ici aussi égal à n B1 T1 . 71 10135 9 2129949 On a ainsi décrit un système permettant ^accroissement du produit B^ de lignes à retard dispersives, système qui s'avère particulièrement avantageux en ce qui concerne le rapport performance/prix d'appareils tels que des mesureurs de 5 fréquence ou des analyseurs de spectre. 71 10135 10 2129949 BBVMDIQAIIOBS 1. Procédé pour système de traitement de signaux électriques utilisant des lignes à retard dispersives présentant une courbe de dispersion linéaire de pente étant la plage de variation linéaire du temps de propagation de groupe et B^ la bande 5 de fréquences, caractérisé en ce que le signal à traiter (A) dans ledit système muni d'une ligne à retard dispersive (3) y est au moins partiellement introduit sous commande drun signal (B ou K ou H^) de cadence de fonctionnement de durée déterminée (d ou n T -j/2^ commu'':e 1*entrée (c) de ladite ligne à sa 10 sortie de manière à y faire circuler le signal n fois successives admissibles et qui déclenche un circuit de temporisation (7 ou 15) de durée prédéterminée ( n (Ïq- ï 1/2) ou n ^q) dont la fin commande la liaison de sortie (e, f) du signal traité (E) vers un circuit d'utilisation (10 ou 19)> ladite pente étant 15 ainsi accrue de la valeur n et la caractéristique de la ligne étant donc rendue égale à n B^ . 2. Système de traitement de signaux électriques utilisant le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système comporte un circuit dispersif (1) dans lequel une ligne 20 à retard dispersive (3) a son entrée connectée à une sortie (c) d'un commutateur (2) et sa sortie connectée à un amplificateur (4) de compensation de pertes d'insertion pour chaque circulation du signal à traiter (A) appliqué à une première entrée (a) dudit commutateur (2), la sortie dudit amplificateur étant reliée à une 25 seconde entrée (b) dudit commutateur et à une borne (c) d'un interrupteur (5) de sortie (f) du signal traité (E), la commande dudit commutateur (2) et dudit interrupteur (5) étant fournie principalement par un générateur du signal de cadence de fonctionnement . 30 3. Système selon la revendication 2, applicable pour la mesure de fréquence caractérisé en ce que le signal à traiter (A) est appliqué à la première entrée (a) dudit commutateur (2) 71 10135 11 2129949 et âudit générateur de cadence formé d'un trigger (6) connecté à un premier circuit monostable (11) fournissant un signal rectangulaire de commande (B) de durée (d) inférieure à Ïq - T \/2 t Tq étant le temps de retard moyen de ladite ligne dispersive (3), 5 qui établit pendant cette durée dans ledit commutateur (2) la connexion (a,c) du signal à traiter (A) à ladite ligne (3) et qui, appliqué simultanément à un circuit de temporisation de durée n (Iq - j^) prédéterminée formé par un premier compteur (7) déclenche son fonctionnement ; un deuxième monostable (8) 10 est connecté entre ledit compteur (7) et l'interrupteur (5) dudit circuit dispersif (1) et, actionné par la fin du signal (c) du compteur, maintient ledit interrupteur fermé pendant la durée nT^ de son signal (D) de manière à fournir un signal traité (E) semblable au signal à traiter (A) retardé d'une durée (T) 15 proportionnelle à 1'écart de fréquence de ces signaux par rapport à la fréquence correspondant au retard minimum ,n(ÏQ-T^ j^) du circuit dispersif (1), ledit signal traité (E) étant appliqué au circuit d'utilisation (10) déclenché par la fin du signal (c) dudit compteur (7). 20 4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour la mesure de fréquence ledit circuit d'utilisation est constitué par un deuxième compteur (10) associé à un trigger (9) connecté à la sortie (f) du circuit dispersif (1), le déclenchement dudit compteur étant obtenu par le front de descente du 25 signal (C) du premier compteur (7) et l'arrêt du comptage par le front de montée du signal (F) fourni par ledit trigger. 5. Système selon la revendication 2, aj>plicable à l'analyse spectrale et dans lequel le signal appliqué à l'entrée dudit circuit dispersif résulte de l'hétérodynage du signal d'entrée 30 par un signal de référence linéairement modulé en fréquence dans une bande de fréquences dont la largeur est égale à la moitié de celle du circuit dispersif,caractérisé en ce que le générateur du signal de cadence de fonctionnement auquel est connecté le signal d'entrée (a) comporte un trigger (6) connecté, d'une part, 35 à un premier monostable (11) fournissant un signal (E) 71 10135 12 2129949 d'une durée n d'autre part, à un compteur (15) fournis sant un signal (M) de durée n Tq suivi d'un autre monostable (16) fournissant un signal (N) de durée n 5 Ie premier monosta ble (11), est connecté à un ensemble d'hétérodynage (H) compor-5 tant un générateur (12) d'un signal linéaire (L) en forme de rampe, un oscillateur à fréquence commandée (13) et un modulateur (14) recevant sur sa première entrée le signal à traiter (A), et délivrant un signal résultant sur sa sortie connectée à la première entrée (a) dudit commutateur (2) dont la position 10 est commandée par ledit signal(K) du premier monostable (11) ; le circuit d'utilisation est formé par un organe de visualisation (19) constitué par un tube cathodique dont l'entrée (Y) est connectée par l'intermédiaire d'un détecteur d'enveloppe (18) à l'interrupteur (5) de sortie dudit circuit dispersif (1) et dont 15 l'entrée de balayage (2) est reliée à un deuxième générateur de rampe (17) ; ledit signal (W) de l'autre monostable (16) commandant ledit interrupteur (5), ledit deuxième générateur (17) et le Wehnelt (w) dudit organe (19) de manière à rendre visibles sur B1 T1 son écran n ^ raies spectrales pour chaque tranche du 20 signal analysé. 6. Système selon la revendication 2 applicable à l'analyse spectrale en temps réel et dans lequel le signal appliqué à l'entrée dudit circuit dispersif résulte de l'hétérodynage d'une tranche comprimée en temps (P) du signal d'entrée (A) par un 25 signal de référence linéairement modulé en fréquence dans une bande de fréquences de largeur égale à la moitié de celle du circuit dispersif et dont l'ensemble d'hétérodynage et le circuit d'utilisation sont semblables à ceux déjà définis caractérisé en ce que,le signal d'entrée (A) ayant ses tranches échantillon-50 nées comprimées en temps dans un ensemble de compression (20) commandé par les signaux (H^ , H2) d'une horloge mère (21), ladite horloge constitue ledit générateur de cadence qui fournit un signal (H^) de durée n ï.j/2 commandant le fonctionnement de 71 10135 13 2129949 l'ensemble d'hétérodynage (H) et le positionnement dudit commutateur (2) et déclenchant un compteur (15) dont le signal (M) de durée nTg commande le fonctionnement dudit interrupteur (5) et celui du circuit d'utilisation (19) auquel sont appliqués B T 1 f n r— raies spectrales successives ,