Brevet FR2177438A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne des montages élévateurs de fréquence à large bande notamment utilisables dans les bandes de télévision IV et V. On rappelle que de tels montages servent à transposer un signal de modulation en un signal à fréquence plus élevée. Ces montages élévateurs de fréquence sont, par exemple, utilisés dans les réémetteurs de télévision où le signal reçu dans un certain canal doit ttre réémis sur le mtme ou sur un autre canal? ils sont également utilisés dans des émetteurs comme étage d'excitation du klystron ou de la tétrode de sortie. Quand la transposition doit se faire avec une grande linéarité sur un signal à large bande dont la puissance est de plusieurs watts, comme par exemple les signaux de télévision noir et blanc ou couleur, le problème de la réalisation de ces montages devient difficile à résoudre. Les montages élévateurs de fréquence existants utilisent an général des dispositifs à guides tondes, Té magique, etc. i mais leurs performances sont souvent insuffisantes, en particulier du point de vue de leur largeur de bande. L'objet de la présente invention est un nouveau type de montage élévateur de fréquence dont les performances sont améliorées par rapport à celles des montages élévateurs de fréquence classiques tout en permettant une réalisation relativement simple et compacte. Suivant l'invention, un montage élévateur de fréquence à large bande comportant un convertisseur paramétrique dont le circuit d'entrée est muni d'une réactance non linéaire et qui est alimenté par un générateur de pompe et un filtre de sortie accordé sur la fréquence de sortie Fs et couplé à la sortie dudit convertisseur, est caractérisé en ce que ledit convertisseur comporte un circuit résonnant de sortie couplé audit circuit entrée et accordé sur une bande de fréquences couvrant les fréquences F - F e ~ F et F + F e S où F est la fréquence du p p p p signal de pompe et F e celle du signal d'en du montage, et en ce que le dispositif de couplage entre ledit filtre et la sortie dudit convertisseur introduit un déphasage tel que les courants à la fréquence F appliqués à ladite réactance du fait de l'énergie d la fréquence Fp réfléchie par ledit filtre vers ledit convertisseur paramétrique d'une part, et de 11 énergie directement fournie par ledit générateur de pompe audit convertisseur d'autre part, soient en phase. D'autres caractéristiques apparattront et l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins siy rapportant sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe de montage élévateur de fréquence selon l'art connu; - la figure 2 illustre schématiquement un mode de réalisation d'un montage élévateur de fréquence selon l'invention; Sur les figures les éléments correspondants sont repérés par les mimes symboles. La figure 1 représente un circuit de filtrage 2 auquel est appliqué le signal à fréquence d'entrée F e modulé par le ou les signaux utiles. Le circuit de filtrage 2 qui comporte en sortie un élément de découplaga est relié par sa sortie à l'entrée 12 d'un convertisseur paramétrique 1 Le convertisseur paramétrique qui reçoit donc sur son entrée 12 le signal à fréquence d'entrée F , reçoit sur une autre e entrée 13 le signal à la fréquence de pompe Fp élaboré par un générateur de pompe 3 La sortie du convertisseur paramétrique 1 est reliée à l'entrée d'un filtre de sortie 4 dont la sortie fournit le signal utile à la fréquence de sortie Fs Dans un convertisseur paramétrique, le dispositif de conversion comporte une réactance non linéaire permettant le mélange entre les signaux à fréquence d'entrée F e et les signaux à fréquence de pompe F et sur la sortie du dispositif de conversion sont présents les trois signais F , F + F e et F - Fe. p p p Et l'élément de découplage du circuit de filtrage 2 est tel qu'il constitue un découplage suffisant du circuit pour les fréquences F, , Fp + F et F ~ Fe p P e Ce montage élévateur de fréquence fonctionne en convertisseur supérieur, "parametric up converter" dans la littérature anglosaxonne, c'est-à-dire que l'on a : Fs F + F s p e les fréquences telles que Fp et Fp - Fe étant éliminées du signal de sortie du filtre 4 .Dans le montage selon l'invention les signaux aux fréquences F et F + F e appliqués à l'entrée du p p filtre 4 et presque entièrement réfléchis par ce dernier sont réappliqués à la réactance non linéaire du convertisseur paramétrique afin de réaliser une nouvelle conversion et d'améliorer ainsi le rendement. Cette technique pourrait s'appeler double pompage. La figure 2 représente schématiquement un montage élévateur de fréquence selon l'invention. Sur cette figure sont représentés l'élément de filtrage 2 et le générateur de pompe 3 dont les technologies sont classiques. Le convertisseur paramétrique comporte un circulateur 10 à trois bornes. Le signal de pompe est appliqué sur la borne 13 qui est également une des bornes du circulateur. La deuxième borne du circulateur est reliée à une inductance L1 et la troisième à une résistance Rp destinée à dissiper lténergie à la fréquence Fp - F e et à la fréquence de pompe F en retour. Le convertisseur 1 comporte également un ensemble de trois cavités K1 , E2 ~ IL, en cascade. Le signal de pompe transmis par l'intermédiaire du circulateur est appliqué à la première cavité E1 par l'intermédiaire d'un condensateur réglable de couplage C1 . Cette cavité E est un résonateur accordé sur la fréquence de pompe F par ltenfon p cernent d'un piston coaxial En un point de ce piston est connectée la réactance non non linéaire déjà mentionnée et qui est ici constituée par un varacteur D ; le point de connexion est choisi pour ajuster la phase du courant de pompe appliqué par le piston P1 à la réactance D Au point de connexion du tronçon de ligne L1 et de la capacité de couplage C1 , est connecté en parallèle un tronçon de longueur variable L2 constitué ici par un court-circuit de longueur variable dont l'ajustement règle l'adaptation à la fréquence de pompe F . La cavité E2 est une cavité intermé p diaire qui est couplée à la cavité 5 et doit avoir une largeur de bande telle qu'elle laisse passer Fp - Fe , Fp et Fp + Fe. Dans cette cavité K2 sont disposés en série un tronçon de ligne B3 et un condensateur ajustable C2 dont l'extrémité opposée à L3 est reliée à la masse. Le circuit résonnant ainsi réalisé est disposé parallèlement au piston P1 de la cavité Ki et au piston P3 de la cavité K3 auquel il est fortement couplé à travers la fendre de couplage 11 .A ce circuit résonnant L3 - C2 est appliqué, sur la borne de L3 opposée à C2, le signal à fréquence d'entrée Fe issu de l'élément de filtrage 2 , ce point de connexion est également relié à la réactance D Le circuit résonnant associé à la cavité K3 est accordé à la large bande par l'enfoncement d'un piston coaxial P3 sur les fréquences Fp - Fe , Fp et Fp + Fe. p e p p e L'énergie est prélevée dans la cavité K3 par une boucle de couplage comportant un condensateur C dont une borne est reliée à la paroi du tube et dont l'autre borne est reliée à une des extrémités d'un tronçon de ligne B4 . L'autre extrémité du tronçon de ligne B4 est relié par un tronçon de ligne L5 au filtre de sortie 4 , ce dernier est constitué, de façon classique, par une suite de cavités couplées par des fenêtres de couplage, chaque cavité étant accordable grâce à un piston à enfoncement réglable; le filtre 4 ainsi constitué est accordé sur une fréquence centrale égale à F + F e . L'énergie est reçue par le filtre 4 p grecs à une boucle de couplage constituée par un tronçon de ligne L6 R ce tronçon contenu dans le filtre 4 est relié par une extrémité à un point de la paroi interne de ce filtre tandis que son autre extrémité est réunie, à travers une ouverture percée dans cette paroi, à celle des extrémités du tronçon L5 non reliée au tronçon 14 Le circuit ainsi décrit n'utilise qu'un seul élément non linéaire D , son principe de fonctionnement est exposé ci-après. L'énergie de pompe est amenée à la cavité K1 qui est accordée sur la fréquence de pompe F p . Un courant à fréquence Fp circule donc dans le piston P1 et est ap#liqué à la réactance non linéaire D de même que le signal à fréquence intermédiaire Fe. La réactance non linéaire crée des courants à fréquence Fp - Fe et Fp + Fe qui circulent dans la connexion de l'élément. Le circuit oscillant constitué par L3 et C2 et la cavité K3 présente une large bande; à la sortie de la cavité K3, gracie à la boucle L4 - C3, se trouve donc un signal composite qui est formé d'un signal à la fréquence F = Fp + Fe# d'un signal comparativement plus s faible à la fréquence F p - F e et d'un signal à la fréquence Fp. Ce signal est da au relativement faible rendement de la transposition, il est trop proche de la fréquence Fs pour être réfléchi efficacement par la cavité K3. Par contre le signal à fréquence Fe est trop loin de la fréquence F pour qu'il en reste un résidu. p Le filtre de sortie à fréquence Fs, 4, filtre efficacement les signaux à fréquence F et F - Fe# c'est à dire qu'il les réfléchit presque intégralement. Une partie de ces signaux, essentiellement la fréquence Fp, retraverse la cavité K3 et est de nouveau appliquée à l'élément D permettant ainsi d'améliorer le rondement de la transposition. Pour que ce double pompage soit efficace, il faut évidemment que les signaux réfléchis soient appliqués avec une phase convenable à l'élément non linéaire. Cette phase est réglée par ajustement du condensateur CD, compte tenu des tronçons de ligne L4, L5 et L6. Cette propriété de double pompage peut être mise en évidence dans la pratique où l'on constate l'influence de la capacité C3 sur le niveau du signal Fs à la sortie du filtre de sortie. Une autre expérience la confirme également qui consiste à interposer un circulateur entre la cavité K3 et le filtre de sortie, on constate alors une diminution du signal de sortie Fs Ce convertisseur paramétrique permet de faire varier la fréquence de sortie Fs dans une large bande par réglage convenable de la fréquence de pompe Fp ainsi que par ajustage des pistons P1, P3 et des condensateurs C2, C3 et par réglage de la fréquence centrale du filtre 4. Le montage de la figure 2 se déduit de celui de la figure 1 en remplaçant dans ce dernier la liaison unidirectionnelle entre le convertisseur paramétrique 1 et le filtre de sortie 4 par une liaison bidirectionnelle. REVENDICATIONS 1. Montage élévateur de fréquence à large bande comportant un convertisseur paramétrique dont le circuit d'entrée est muni d'une réactance non linéaire et qui est alimenté par un générateur de pompe et un filtre de sortie accordé sur la fréquence de sortie Fs et couplé à la sortie dudit convertisseur, caractérisé en ce que ledit convertisseur comporte un circuit résonnant de sortie couplé audit circuit d'entrée et accordé sur une bande de fréquences couvrant les fréquences F - Fe, F et F + Fe, où F est la fréquence du signal p p p p de pompe et F e celle du signal d'entrée du montage, et en ce que lG dispositif de couplage entre ledit filtre et la sortie dudit convertisseur introduit un déphasage tel que les courants à la fréquence F appliqués à ladite réactance du fait de l'énergie à la fréquence p F réfléchie par ledit filtre vers ledit convertisseur paramétrique p d'une part, et de l'énergie dirsetement fournie par ledit générateur de pompe audit convertisseur d'autre part, soient en phase. 2. Montage élévateur de fréquence à large bande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit résonnant de sortie est une cavité résonnante couplée audit circuit d'entrée par une cavité résonnante intermédiaire accordé sur une bande de fréquence couvrant les fréquences F p - Fe, F et F p + Fe 3. Montage élévateur de fréquence à large bande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit filtre de sortie est constitué par une suite de cavités couplées, accordables et en ce que le couplage entre ledit convertisseur paramétrique et ledit filtre de sortie s'effectue au moyen d'un élément de liaison connecté à l'une de ses extrémités à une boucle de couplage située dans la cavité constituant ledit circuit résonnant de sortie et à l'autre de ses extrémités à une autre boucle de couplage située dans ledit filtre de sortie. 4. Emetteur ou réémetteur de télévision, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un montage élévateur de fréquence selon l'une des revendications précédentes.