Brevet FR2160760A1 — publié le 19730706

La rsente invention concerne un dispositif ddtecteur des écarts de fréquence d'une onde électromanétique à haute fré- quence découpée en impulsions, ou pulse, fonctionnant sur une large bande. Le problème de la détection des variations de fréquence d'une onde électromagnétique de haute fréquence est bien connu. Il se pose chaque fois que l'on désire recevoir dans le même réF teur les signaux en provenance d'un émetteur fonctionnant sur une fréquence variable ; pour aligner le récepteur sur la fréquence en question il est nécessaire de suivre et de détecter les variations de celle-ci. En réalité, dans bien des cas, on suit la fréquence d'émission de proche en proche, par référence, à un instant donné, à la fréquence d'émission de l'instant précédent, de sorte qu'il est plus exact de parler d'écarts suocessifs de fréquence, plutôt que de variation de fréquence, par rapport à une fréquence fixe de référence. Un exemple bien connu d'émetteur à frequence variable est oelui du magnétron dit "agile", à variation rapide de fréquence, cette fréquence, en bande I, (5, 2 à 41 GHz) variant couramment dans une bande de plusieurs dizaines de mégahertz. Jusqu'ici ce problème était résolu par l'emploi d'un disoriminateur, c'est-à-dire d'un dispositif utilisant la variation d'amplitude de l'onde détectée en fonction de l'écart de la fréquence de cette onde par rapport à une fréquence de référence Fo , dite fréquence d'accor) ou encore point zéro ffiu discrimina- teur. Les discriminateurs basés sur ce principe revêtent différentes formes dans le détail desquelles on n'entrera pas ici. On se bornera à signaler que, quelle que soit la forme adoptée, ces discriminateurs présentent géneralement l'inconvénient de ne fonctionner avec une bonne sensibilité que dans une bande de fréquence réduite. Ils ne permettent pas non plus, de façon commode, le déplacement du point zéro F0 et sont enfin très sensibles à l'amplitude du signal d'entrée, qui doit demeurer rigoureusement ctstante sous peine de forte distorsion. La pressente invention a pour objet un dispositif détecteur d'éc > aita de fréquence permettant d'éviter-ees inconvenients. Le dispositif de l'invention concerne plus particulieraent le cas d'ondes haute fréquence pulsees, c'est-à-dire & ondes découpées en impulsions separées les unes des autres, se sue- cédant à basse fréquence. Le dispositif détecteur de l'invention utilise la propriété de certaines lignes à retard d'imprimer aux ondes qui les traversent des retards de durees variables avec la fréquence de ces ondes. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui reprsentent Figures 1 et 3 des diagrammes explicatifs du fonctionnement du dispositif de l'invention Figure 2 , un schéma d'un exemple de réalisation d'un dispositif détecteur d'écarts de fréquence suivant l'invention Figure 4 , une variante du schéma précédent Figure 5 , un schéma de l'un des élements constitutifs du dispositif détecteur de l'invention. La figure 2 montre un exemple de réalisation du dispositif détecteur de l'invention. Sur cette figure on distingue une source d'ondes électromagnétiques haute fréquence Il , un magnétron par exemple, émettant par sa sortie 21 une onde électromagnétique pulse à frequence variable. Sur cette sortie sont branchés en sériez successivement, une ligne à retard 12, un détecteur 13 , un circuit de charge et decharge 14 sur lequel il sera revenu plus en détail plus loin et un ensemble récepteur 15 comme l'indique la figure. Le détecteur dont il est question ici est un détecteur au sens de ce mot dans la technique générale radioélectrique,c'est- à-dire un redresseur dont le rôle est de supprimer une alternance sur deux de l'onde haute fréquence} il ne doit pas être confondu avec le dispositif détecteur de l'invention composé de plusieurs éléments parmi lesquels un tel détecteur et qui sera toujours désigné, dans la suite, par les deux mots de dispositif détecteur. Le magnétron 1 de l'exemple de réalisation de la figure 2 est alimenté en impulsions vidéo par un modulateur 10 ; ce modulateur est par exemple le générateur fournissant la haute tension appliquée à l'anode du magnétron dans l'exemple décrit, sous forme d'impulsions se succédant à basse fréquence; les autres sources d'alimentation nécessaires au fonctionnement du magnétron n'ont pas été représentées sur la figure, comme n'intervenant pas dans l'invention. Les impulsions du modulateur 10 sont appliquées aussi, directement, à travers la liaison I , au circuit 14 , qui reçoit également de la source Il , à travers la ligne à retard 12 et le détecteur 13 , les impulsions d'ondes éleotromagnétiques haute fréquence émises par celle-ci Le diagramme de la figure 3 est un diagramme explicatif du principe de fonctionnement des dispositifs de l'invention dans lequel ont été représentées, le long d'axes des temps t , en l'une des impulsions du modulateur 10 transmise directement au circuit 14 , et en 02, 03, 04, l'impulsion correspondante en provenance de la source 11, telle qu'elle se présente à l'entrée de la ligne à retard 12 , à la sortie de celle-ci et à la sortie du détecteur 13, ou entrée du circuit 14 respectivement. Les impulsions des parties 02 et 03 de la figure 3 sont des impulsions d'ondes électromagnétiques haute fréquence ; elles sont représentées pour cette raison par des rectangles de stries; ces stries sont régulières dans le cas d'une onde olectromagne- tiques de fréquence constante pendant toute la durée de l'impulsion, ce que l'on a supposé etre le cas ici > on verra que cette hypothèse n'est en rien limitative quant à la portee de l'invention. L'impulsion d'ondes électromagnétiques haute fréquence émise par la source Il , représentée en 02 sur la figure 3 , est déjà généralement en retard sur 1'. impulsion du modulateur 10 à son entrée dans la ligne 12 . Elle subit un nouveau retard à la traversée de la ligne 12 , comme le montre la comparaison des parties 02 et 03 de la figure 3 . Ce retard dépend de la fréquence de l'onde haute fréqurnce de cette impulsion, la ligne à retard 12 étant caractérisée par la propriéte d'imprimer aux ondes électromagnétiques haute fréquence qui la traversent des retards, ou taux de retard, tr , variables avec la fréquence de ces ondes. De telles lignes à retard sont connues dans la technique radioelectrique. C'est pourquoi elles ne seront pas décrites en détail ici. On rappellera simplement qu'elles comportent un élé- ment de ferrite, généralement en forme de barreau, place dans un champ magnétique uniforme, composé principalement d'oxyde de fer, Fe203 , associé à un second oxyde, et couplé à un guide d'ondes dans lequel se propage l'onde électromagnétique à retarder. On obtient ainsi avec des barreaux en un matériau composé d'oxyde de Fie203 et d'oxyde d'yttrium, Y203 s suivant la formu le 3Y203 , 5 Se203, connu sous le nom YIG (Yttrium-Iron-garnet) dans la littérature, des lignes à retard permettant d'imprimer, en bande X, aux ondes électromagnétiques haute fréquence qui les traversent, des retards relativement très importants par rapport à la triode de l'onde dans cette bande, ces retards pouvant varier de plusieurs dixièmes de microsecondes pour une variation de la fréquence d'emission de quelques dizaines de megahertz, 0,5 Xus pour 80 MHz dans le cas de la ligne à laquelle correspond le diagramme de la figure 1, portion rectiligne de droite. Sur cette figure sont portes en abscisse les fréquences de l'onde électromagnétique et en ordonnée les retards subis par l'onde à la traversée de la ligne. Le circnit de charge et décharge 14 , dont il a été question ci-dessus, peut revêtir plusieurs formes connues dans l'art. L'une de ces formes est representee schematiquement sur la figure 5 9 dans l'exemple de cette figure, le circuit 14 consiste essentiellement en deux triodes 30 et 40 réunies dans un montage bistable comme l'indique la figure : les éléments constitutifs de ces triodes etant l'anode 31 , la grille 32, la cathode 33 pour la triode de gauche, l'anode 41 , la grille 42 , la cathode 43 pour celle de droite, la cathode 33 et l'anode 41 ont un point commun 50 relie à l'une des armatures 51 d'un condensateur dont l'autre armature 52 est reliée à la masse, ctest-à-dire au potentiel zéro, la haute tension HU étant appliquée sur l'anode 32 par exemple, la cathode 43 étant alors aussi reliée à la masse. le principe de fonctionnement de ce circuit est le suivant dans les circuits cathode-grille des triodes 30 et 40 , polarisées dans le sens bloquant par deux sources 34 et 44, sont envoyés, par tout moyen connu, l'impulsion en provenance du modulateur 10 , pour la triode 3S, (rectangle 35) et l'impulsion en provenance du détecteur 13 pour la triode 40 (rectangle 45). Le front avant de l'impulsion reçue en 35 ( trait vertical de gauche de l'impulsion Ol de la figure 3) par la triode 30 débloque le circuit cathode-grille de celle-ci et provoque la charge du condensateur 51, 52 dont l'armature 51 se trouve ainsi portée approximativement à la haute tension HT .Cette tension est appliquée par tout moyen connu à l'entrée de I'ensem- ble récepteur 15 connecté au point 50 et y demeure appliquée tant que le condensateur 51, 52 reste chargé. le front avant de l'impulsion d'ondes haute fréquence en provenance du détecteur 13 ( trait vertical-de gauche de l'impulsion représentée en 03 sur la figure 3), appliquée en 45 sur la triode 40 débloque le circuit cathode-grille de celle-ci et provoque la décharge du condensateur 51, 52, ramenant à zéro la tension appliquée à l'entres de l'ensemble récepteur 15 . L'impulsion de tension reste donc appliquee à l'entrée du récepteur 15 pendant tout le temps qui sépare les fronts avant (traits verticaux gauche) des impulsions représentées en 01 et C3 sur la figure 3.Les constantes de temps intervenant dans la charge et la décharge du condensateur 51, 52 sont elles-mêmes choisies petites par rapport au temps séparant ces fronts avant . Cette impulsion après détection et amplification se présente comme indiqué en 05 sur la figure 3 . Sa durée, ou largeur, est mesurée par la distance qui sépare les deux fronts avant des impulsions représentées en 01 et 03 . Or l'instant auquel le front avant de l'impulsion d'ondes haute fréquence (trait vertical de gauche de la figure 3, 04) atteint le circuit 14 dépend de la fréquence de l'onde haute fréquence émise par la source 11, par suite de la propriété de la ligne à retard 12 mentionnée plus haut. La durée ou largeur de l'impulsion appliquée à l'ensemble récepteur 15 , représentée en 05 sur la figure 3, est donc une fonction de la fréquence de l'onde haute fréquence émise par la source 11.Cette durée est représente par la distance entre les deux traits verticaux extrêmes de l'impulsion 05 de la figure 3 (traits pleins). La présence de la ligne à retard 12 dans le dispositif de- tecteur de l'invention, en retardant l'arrivée du front avant de l'impulsion dans le eircuit 14, d'une quantité fonction de la fréquence de l'onde électromagnétique haute fréquence émise par la source Il pendant cette impulsion, agit en détecteur de la fréquence de cette onde. Le dispositif détecteur de l'invention a donc pour effet de substituer à toute variation de fréquence de l'onde électromagné- tique haute fréquence pulsee issue de la source Il une variation de durée ou largeur de l'impulsion atteignant l'ensemble récepteur 15 (05 figure 3). La durée de ces impulsions directement fonction de cette fréquence, est utilisée pour aligner l'ensemble récepteur sur la fréquence de l'émission, suivant l'une des techniques connues sur laquelle on ne s'étendra pas ici. L'ensemble récepteur 15 est constitué par exemple suivant l'art connu d'un récepteur proprement dit, récepteur hétérodyne notamment, précédé d'un filtre passe-bas suivi d'un amplificateur. Le mécanisme de leur fonctionnement, tel qu'il resulte de ce qui précède, rend les dispositifs détecteurs de l'invention peu sensibles å-l'amplitude du signal émis par la source haute fréquence 11, contrairement à ce qui se passe aveo les dispositifs de la technique antérieure, dans lesquels le niveau du signal haute fréquence doit généralement rester rigoureusement constant pour un fonctionnement convenable. Ceci est un avantage important des dispositifs détecteurs de l'invention par rapport aux dispositifs connus. Pour un fonctionnement satisfaisant du dispositif détecteur de l'invention, la ligne à retard utilisée doit présenter un certain nombre de caractéristiques. Elle doit être aussi aispersivé que possible quant aux retards qu'elle imprime aux ondes électromagnétiques haute fréquence qui la traversent c'est-à-dire faire correspondre à un écart de fréquence donne un écart du taux de retard aussi grand que possible. Par contre, elle doit être peu dispersive quant à l'affaiblis- sement qu'elle exerce sur les ondes haute fréquence qui la traversent. Il est souhaitable que cet affaiblissement soit aussi constant que possible dans toute la gamme de fréquence de la source 11 . Cependant, et c'est là un autre avantage du dispositif détecteur de l'invention, cette condition n'est pas critique, l'effet détecteur du dispositif de l'invention, et les pos sibilits d'alignement du récepteur qui en découlent, étant basés, comme il a été expliqué ci-dessus, sur la duree ou largeur des impulsions atteignant le récepteur, (grand côte du rectangle 05 de la figure 3) et non, au moins dans de larges limites, sur leur intensité (petit côté du même rectangle). Le meme fait entrain que le dispositif détecteur de l'invention est utilisable dans une large bande de fréquence, l'alignement du récepteur tolérant généralement une certaine dispersion dans la largeur des impulsions qu'il reçoit. Cette bande est par exemple de l'ordre de 60 MFIz pour un dispositif détecteur selon l'invention utilisant une ligne à retard comme décrite plus haut, contre 10 MHz avec les dispositifs de l'art connu, utilisant, comme c'est le cas le plus fréquemment, une moyenne fréquence de 30 MHz.Dans les dispositifs de l'art connu une augmentation de cette bande est quelquefois obtenue par un double changement de fréquence portant la moyenne fréquence à 100 à 150 MHz; encore faut-il signaler que même dans ce cas la bande ne dépasse guère 30 MHz. Pour les mêmes raisons, enfin, la constance rigoureuse de la fréquence de l'onde électromagnétique haute fréquence pendant toute la durée d'une meme impulsion n'est pas indispensable pour un fonctionnement convenable du dispositif détecteur de l'invention, les variations susceptibles d'affecter cette fréquence à l'intérieur d'une même impulsion étant faibles, même pour les sources haute fréquence présentant les variations les plus rapides, et largement à l'intérieur des tolérances du récepteur. Pour des raisons evidentes, l'affaiblissement exercé par la ligne à retard sur les ondes qui la traversent doit d'autre part être lui-meme inférieur à une certaine limite; 30 db est une valeur acceptable en bande X. Enfin la ligne à retard utilisée doit présenter des caractéristiques aussi constantes que possible dans tout le domaine des températures qu'elle peut atteindre en fonctionnement. Ci-dessous sont données les caractéristiques d'un cas d'application du dispositif de l'invention Bande de fréquence : + 40 MHz autour de la fréquence centrale de 9240 ISHz Fréquence des impulsions : 2 kHz Décalage initial entre les fronts avant des impulsions du modulateur 10 et de l'émetteur 11 : 0,1 /u dans toute la gamme de fréquence (d, figure 3) Retard imprimé au front avant d'une impulsion par la ligne à retard 12 (D, figure 3) variant d'une extrémité à l'autre de la bande entre + 0,25 /uS autour du retard correspondant à la fréquence centrale. Durée de l'impulsion à la sortie du dispositif détecteur de l'invention (entrée du récepteur 15) comprise entre 0,1 et 0,6 P s : distance entre le trait vertical de gauche et les deux autres traits verticaux de la figure 3, 05 . Influence de la température : nulle jusqu"à 80oC. Dans ce qui précède, on a supposé l'impulsion délivrée par le modulateur 10 et celle issue de la source Il rigoureusement rectangulaires. Cette forme est évidemment une forme idéale qui n'est jamais rigoureusement atteinte. Les écarts entre cette forme idéale et celle des impulsions réelles, dont on dispose habituellement, ne pose pas de problèmes particuliers au dispositif détecteur de l'invention et les dispoFitions prises pour améliorer cette forme dans les techniques connues sont généralement largement suffisantes dans le cas du dispositif détecteur de l'invention. On signalera simplement que, pour améliorer cette forme, on peut prévoir de brancher le modulateur à la sortie de la source 11, comme dans la variante à laquelle se rapporte le schéma partiel de la figure 4 . Sur cette figure, le modulateur est désigné par le repère 100. Avec cette variante on éviterait également, ou tout au moins on réduirait, le retard signal entre le front avant de l'impulsion issue du modulateur 10 (01, figure 3) et le front avant de celle issue de la source il (02,figure 3). Ce retard peut tenir à la façon dont est engendrée tonde haute fréquence-au sein de la source 11, aux conditions dlaccro- chage dans le cas d'un magnétron générateur par exemple. La disposition de la figure 4 permettrait alors de réduire cette difficulté, qui de toutes façons ntest pas une difficulté majeure, ce retard restant pratiquement le meme pour toutes les impulsions. REVhNDICATION Dispositif détecteur à large bande, des variations de fréquence d'une onde électromagnétique haute fréquence découpée en impulsions se succédant à basse fréquence, issue d'un émetteur associe à un modulateur commandant ce découpage, caractérisé en ce qu'il comprend, disposés en série à la sortie de l'émetteur dont est issue cette onde,. successivement une ligne à retard, imprimant aux ondes haute fréquence qui la traversent des retards variables avec la fréquence de ces ondes, un détecteur et un circuit recevant le front avant de chaque impulsion d'une part directement du modulateur et d'autre part du générateur, à travers la ligne à retard et le détecteur et délivrant, à un ensemble récepteur situé au-delà, une impulsion, pendant tout le temps séparant la reception de ces deux fronts, ctest-à-dire une impulsion de durée, variable avec la frequence de l'onde haute fréquence, cette impulsion étant utilise pour aligner l'ensemble récepteur sur la fréquence d'émission.