Brevet FR2203222A1 — publié le 19740510

La présente invention apour objet une channe d'oscillateurs aptes à engendrer des fréquences harmoniques les unes des autres. Une telle chatne permet, si chaque oscillateur est apte à engendrer une gamme de fréquence couvrant une octave, de couvrir une gamme ininterrompue de plusieurs octaves. Une application non limitative consiste à réaliser, à partir d'une telle chaine, un synthétiseur couvrant de façon ininterrompue une très large gamme de fréquences. On pourrait la constituer d'oscillateurs de type courant, mais la pureté spectrale des fréquences obtenues serait -insuffi- sante pour certaines applications. L'invention propose d'associer, à une channe d'oscillateurs de faible pureté spectrale, au moins un oscillateur principal de pureté spectrale très élevée, avantageusement un oscillateur Yig, l'agencement étant tel qu'unie pureté spectrale au moins aussi bonne que celle de l'oscillateur principal est obtenue dans toute la gamme. Il en résulte que l'on obtient à la fois une qualité exceptionnelle et un coût relativement bas, seul l'oscillateur principal étant onéreux. Suivant l'invention, chacun des oscillateurs supplémentaires est asservi, par une boucle de verrouillage de phase comportant un comparateur apte à comparer, à l'harmonique deux de la fréquence de l'oscillateur considéré, la fondamentale de l'oscillateur (supplémentaire ou principal), qui le précède dans la charne. D'autres caractéristiques, ainsi que les avantages de l'invention, apparaitront clairement à l'aide de la description ciaprès. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma de principe d'une channe de quatre oscillateurs conforme à l'invention, La figure 2 représente un synthétiseur de fréquence constitué à partir d'une telle chaîne. A la figure 1, on a représenté une chaîne comportant, à titre d'exemple, quatre oscillateurs 1 à 4, destinés à engendrer, sur leurs sorties respectives la à 4a, les bandes de fréquences 800 à 1 600 MHz, 400 à 800 MHz, 200 à 400 MHz, et 100 à 200 Hz respectivement. L'oscillateur 1 est du type Yig, ctest-à-dire qu'il comporte un grenat de fer et dlyttriumt et deux conducteurs orthogonaux entre eux, placés dans un champ magnétique engendré par un circuit magnétique. Un tel oscillateur est susceptible dlengendreT une fréquence très élevée avec des surtensions de l'ordre de 4 000 par exemple. En outre, une bobine entourant le circuit magnétique et parcourue par un courant continu réglable permet de faire varier cette fréquence, par exemple dans un rapport 2. Comme on ne sait pas réaliser des oscillateurs Yig fonctiondans de bonnes conditions/ nant/a des fréquences inrerieures a 2uu MHZ, on a associé, dans la chaîne décrite et représentée, un tel oscillateur à d'autres oscillateurs (2 à 4) d'un type classique (à diode à capacité variable, par exemple) présentant donc par eux-mêmes une pureté spectrale beaucoup plus faible (surtension de l'ordre de 20 par exemple) mais on les asservit de telle manière que la pureté spectrale aux sorties 2 a à 4 a soit, en réalité, supérieure même à celle qui est obtenue en 1 a. A cet effet, les fréquences de sorties de I et 2 sont appliquées, à un comparateur de phase 5, connu en soi, agencé pour comparer la phase de sortie de 1 à la phase de l'harmonique 2 de l'oscillateur 2. La sortie du comparateur 5 asservit la fréquence de l'oscillateur 2 (en agissant sur la diode à capacité variable). il en résulte finalement un verrouillage de la fréquence de sortie de l'oscillateur 2 sur la valeur moitié de la fréquence de l'oscillateur 1. De même, un troisième oscillateur classique 3, associé à un comparateur de phase 6 du même type que 5, engendre une fréquence de valeur moitié de la fréquence de l'oscillateur 2, et un quatrième oscillateur classique 4, associé à un comparateur de phase 7 de même type que 5, engendre une fréquence moitié de celle de l'oscillateur 3. il va de soi que la chaine pourrait comporter l'association d'un nombre quelconque d'oscillateurs Yig et d'oscillateurs classiques, suivant le nombre d'harmoniques désiré de la fréquence du dernier oscillateur, et que les valeurs des fréquences indiquées ne sont pas limitatives. On pourrait même concevoir de remplacer l'oscillateur Yig par tout autre type d'oscillateur présentant un bruit de phase très faible, par exemple un oscillateur à cavité. On soulignera que l'association d'oscillateurs décrite n'est pas assimilable à une simple chaine de division de fréquence En effet, le bruit de phase des oscillateurs supplémentaires respectifs 2, 3 et 4 va être seulement, respectivement 1/2, 1/4et 1/8 du bruit de phase, très faible propre à l'oscillateur principal lorsque les boucles d'asservissement seront stabiLisées. Si l'on considère, par exemple, l'ensemble 1,2,5 c'est le bruit de phase que comporte l'oscillateur 2 sur son harmonique 2 (lequel est deux fois plus élevé que celui qu'il comporte sur sa fondamentale) qui va se trouver réduit au niveau du bruit de phase extrtmement faible de l'oscillateur 1. Il en résulte que le bruit dè phase à la sortie 2 e aura un niveau moitié de celui qui se présente à la sortie 1 a, et ainsi de suite pour les sorties2 a, 3 a et 4 a. En disposant un commutateur sur les sorties 1 a à 4 a, on a finalement réalisé un montage apte à fournir, à sa sortie 9, une bande de fréquence allant, dans l'exemple considéré, de 100 à 1600 MHz, avec une très grande pureté spectrale, ce qui nEst pas réalisable par les moyens de l'art antérieur. La figure 2 illustre l'application d'une telle chatne d'oscillateurs (organes 1 à 7) à la réalisation d'un synthétiseur de fréquence. Un oscillateur classique 10 est asservi par une boucle de verrouillage de phase comprenant un compteur-diviseur programmable Il et un comparateur de phase 12, qui reçoit une fréquence étalon de 1 MHz par exemple. Si le rapport du compteur Il varie par exemple de 110 à 209, la fréquence de sortie de l'oscillateur 10 variera de 110 à 209 MHz par pas de 1 MHz. On effectue le battement soustractif, dans un mélangeur 13, entre cette fréquence variable et la fréquence de sortie de l'os- cillateur 4, et l'on constitue une boucle de verrouillage de phase destinée à commander la fréquence de la chaine 1 - 4. Cette boucle comporte un comparateur de phase 15 qui reçoit le battement, filtré en 14, et dont la sortie excite en lb la bobine de commande de l'oscillateur Yig 1. lie comparateur 15 est par ailleurs attaqué, par la sortie filtrée en 16, d'un mélangeur 17, Une entrée du mélangeur 17 reçoit le battement additif, dans un mélangeur 18 entre une fréquence variable entre 20 et 21 MHz par exemple, par pas de 1Hz, et une fréquence fixe égale à 15 Hz par exemple. Ce battement, variable entre 35 et 36 MHz, est filtré en 19, puis divisé dans un rapport qui peut prendre les valeurs 1, 2, 4 ou 8 par un compteur-diviseur programmable 20. L'autre entrée du mélangeur 17 est reliée, par l'intermédiaire d'un commutateur 21, à l'une des quatre bornes 22 à 25. A la borne 22 est appliquée une fréquence fixe de 45 MHz. A la borne 23 est appliquée une fréquence obtenue par division par 2 dans un diviseur fixe 26, de la fréquence de sortie d'un oscillateur 27, laquelle peut prendre deux valeurs fixes, à savoir, 55 ou54 MHz. De même, la borne 24 est reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur par 4 référencé 28, à un oscillateur 29 engendrant quatre fréquences fixes 75 à 72 MHz, et la borne 25 est reliée, par l'intermédiaire d'un diviseur par 8 référencé 30, à un oscil- lateur 32 engendrant huit fréquences fixes 115 à 108 IlEIz. Dans une première position du commutateur 21, le comparateur 17 reçoit, d'une part, la fréquence 45 MHz appliquée à la borne 22, d'autre part (le compteur 20 étant alors programmé pour un rapport 1), une fréquence 35 +# , # étant un incrément variable par pas de 1 Hz jusqu'à 1 MHz. Sa fréquence de sortie 10 MHz - & est alors comparée, dans le comparateur 15, au battement soustractif issu du comparateur 13, à savoir (110 à 209 MHz)-?, F étant la fréquence de sortie de l'oscillateur 4. Lorsque la seconde boucle d'asservissement est stabilisée, la fréquence 8 F de l'oscillateur 1 a pris une valeur telle que 10 MHz - # = (110 à 209 MHz) - F d'où F = 100 à 199 MHz + Finalement, dans cette première position du commutateur, on recueille à la sortie 4 a une fréquence comportant unapartie principale variable de 100 à 199 MHz par pas de 1 MHz et un incrémenti . Les sorties 1 a, 2 a, 3 a ne sont alors pas utilisées. Dans une seconde position du commutateur 21, le comparateur 17 reçoit, d'une part la fréquence 55 ou 54 MHz/2 appliquée à la borne 23, d'autre part, (le compteur 20 étant alors programmé pour un rapport 2), une fréquence 35 +1/2. Sa fréquence de sortie étant [(20 ou 19) - #] 2, on a finalement :: F n 110 à 209 MHz +# /2 - (20 ou 19 MHz) / 2 A la sortie 3 a, on peut alors receuillir une fréquence 2 F = 200 à 398 MHz + # ou 201 à 399 MHz + Comme la consigne appliquée au compteur 11 ne permet d'obtenir que 100 pas, il est évident que l'on aura les pas pairs 200 200 - 202 ... 398 MHz pour la valeur 55 MHz de l'oscillateur 29 et les pas impairs 201, 203.... 399 MHz, pour la valeur 54 MHz de l'oscillateur 29. Celui-ci est alors agencé pour que le chiffre binaire supplémentaire de consigne, dont on dispose pour obtenir 200 pas, le commute sur la valeur 54 MHz pour chaque pas impair. Dans la troisième position du commutateur 1 (borne 24) reliée on montrera de même que l'on recueille, à la sortie 2 a, une fréquence 4 F = 400 à 796 MHz +# , soit 400, 404,............ +# ou 401 à 797 MHz,+#, soit 401, 405,............ +# ou 402 7 798 MHz +#, soit 402, 406,............ +# ou 403 à 799 MHz +#, soit 403, 407,............ +# L'oscillateur 29 est agencé pour que les deux chiffres binaires supplémentaires de consigne dont on dispose pour obtenir 400 pas, le commutent successivement sur les valeurs 75 - 74 73 et 72.Pour chacune de ces valeurs, onootient 4 pasde fréquence à la sortie 2 a, et ce, pour chacune des valeurs de consigne appliquées au compteur 11. Dans la quatrième position du commutateur 1 (borne 25 reliée) l'on recueille, à la sortie la, une fréquence: 8 F = 800 à 1 592 MHz +# , soit 800, 808, .... ou 801 à 1 593 MHz + #, soit 801, 809, .... et les valeurs intermédiaires jusqu : 807 à 1 599 MHz + # , soit 807, 8I4, .... L'oscillateur 31 est agencé pour que les trois chiffres binaires supplémentaires de consigne dont on dispose pour obtenir 800 pas, le commutent successivement sur les valeurs 115, 114 108. Pour chacune de ces valeurs, on obtient 8 pas de fréquence à la sortie 1 a, et ce, pour chacune des valeurs de consigne appliquées au compteur 11. En synchronisant les commutateurs 8 et 21, on obtient finalement, à la sortie 9, une fréquence variable de 100 à 1 599 MHz par pas de 1 MHz, avec, pour chaque pas, un incrément variable de 0 à 1 MHz, par pas de 1 Hz. Il est évident que cette fréquence possède la pureté spectrale égale ou supérieure, suivant les gammes, à celle définie par ltoscillateur Yig. Pour faciliter l'approche de fréquence, la tension continue issue du comparateur 12 est appliquée à un organe de commande de fréquences desoscillateurs I à 4 (liaison 32). Il va de soi que les valeurs de fréquence indiquées ne sont pas limitatives. Diverses modifications pourront d'ailleurs être apportées aux montages décrits et représentés, sans s'écarteur de l'esprit de l'invention. D'une façon générale, le montage de la figure 2 peut comporter une chaîne de n oscillateurs et s'analyser comme suit L'oscillateur 10, asservi par la boucle de verrouillage de phase 11, 12, fournit une fréquence NP, P étant un pas de fréquence égal à 1 MHz dans l'exemple décrit, et N un entier variable par programmation du compteur Il (de 110 à 209 dans l'exemple décrit). Le comparateur 13 effectue le battement soustractif NP - Fn/2n, Fn étant la fréquence de sortie que l'on désire extraire du montage et n le rang de l'oscillateur de la chaîne (1 - 4) à la sortie duquel on recueille cette fréquence. Ce rang est défini par la convention suivante : n = o pour la sortie 4a, n = 1 pour la sortie 3 a, n = 2 pour la sortie 1 a et n= 3 pour la sortie 1 a. Cette convention est évidemment valable quelque soit le nombre d'oscillateurs que comporte la chaine. Pour ajouter au terme NP un incrément fo +#, variable par pas de 1 Hz par exemple, l'on a fait application du système décrit dans le brevet français n 7 123 658 déposé par la Demanderesse le 29 juin I971, pour "Synthétiseur de fréquence à boucles multiples d'asservissement" Ce système est principalement caractérisé par un second oscillateur (ici, celui des oscillateurs 1 à 4 à la sortie duquel sera prélevé la fréquence désirée) et par des moyens d'utiliser la tension de commande qui asservit la fréquence du premier (10) pour imposer ou second une fréquence (Fn) décalée de la première (NP) d'une valeur grossièrement égale à l'incrément (fo +g). Cette tension de commande est appliquée à l'oscillateur principal sur le fil 32. L'incrément nécessaire pour obtenir l'asservissement précis de fo +# est fourni à la seconde entrée du comparateur 15, dont la première entrée reçoit la fréquence NF - F n 2n issue du comparateur 13. En réalité, on applique à la seconde entrée du comparateur 15, une fréquence B - (fo +/2n pour des raisons que l'on va maintenant expliquées. Borsquesla boucle de verrouillage dé phase comprenant le comparateur 15 est stabilisé, on a donc NP - Fn / 2n = B - (fo +#) / 2n d'où Fn = 2n NP + Fo +# - 2n B. Si le terme B était nul, on obtiendrait donc une fréquence de sortie comprenant l'incrément fo +# souhaité et une fréquence ronde variable par pas de 2n MHz (pour P = 1 MHz), autrement dit, suivant la gamme de fréquence choisi, les pas seraient égaux à 1, 2, 4 ou 8 MHz. Le terme B est précisément destiné à permettre d'obtenir dans toutes les gammes, des pas de 1 MHz ou plus généralement de P MHz. En effet, l'on a F = 2n (NP - B) + fo + Si l'on remplit la condition 2n (NP - B) = KP, K étant un entier prenant les valeurs successives voulues, Fn sera de la forme KP + fo # recherchée. On en déduit que l'on doit avoir la relation: B - P (E - K/2n) d'où il résulte que B n'est pas le produit du pas P par une valeur entière, sauf dans le cas où n = o. C'est pourquoi, pour simplifier l'obtention de B, on a, dans le mode d'exédution préféré.décrit, introduit le terme B, à l'entrée du comparateur 17, par l'ensemble d'oscillateurs 27 - 29 - 31, suivis chacun d'un diviseur par Dans ces conditions, B = A/2n, À étant l'une des fréquences formées par les oscillateurs 27 - 29 - 31. Par suite, A = P (2n x N - K); c'est-à-dire un multiple entier du pas, ce qui en simplifie l'obtention. Le terme (fo + # )/2n est introduit par le compteur-diviseur 20, à l'entrée duquel est appliqué l'incrément fo + # (dans l'exemple décrit, fo = 35 MHz). Le comparateur 17 fournit bien le battement soustractif B - (fo + )/2n. De la relation donnée plus haut, l'on tire (relation entre Fn et B) B n NP + (fo +) / 2n - Fn/2n d'où A = 2n x NP + fo + # - Fn Cette dernière relation permet de calculer A pour chacune des valeurs de Fn que l'on désire obtenir. A titre d'exemple, pour Fn = 203 MHz +# on prendra n . 2, n = 111, P n 1 MHz, ce qui donne A = 54 MHz. REVENDICATIONS 1 - Montage oscillateur, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un oscillateur principal d'un type ayant un bruit de phase très faible et une pluralité d'oscillateurs supplémentaires d'un autre type ayant un bruit de phase sensiblement supérieur à celui de ltoscillateur principal, mais apte à engendrer des fréquences sensoiblement plus basses, chacun des oscillateurs supplémentaires étant asservi par une boucle de verrouillage, de phase comportant un comparateur de phase agencés pour compa- rer à ltharmonique deux de la sortie dudit oscillateur supplémentaire, la fondamentale de l'oscillateur principal ou d'un autre oscillateur supplémentaire. 2 - Montage oscillateur selon 1, caractérisé en ce que l'oscillateur principal est du type Yig. 3 - Montage oscillateur selon 1 ou 2, caractérisé en ce que chacun des oscillateurs du montage est apte à engendrer une gamme de fréquence couvrant un octave, le montage fournissant ainsi une gamme ininterrompue de fréquences. ce 4 - Synthétiseur de fréquence caractérisé e u'il comporte une chaîne de n oscillateurs conforme à la revendication 3 engendrant une fréquence F n couvrant n octaves, un oscillateur auxiliaire dont la tension de commande est asservie par une boucle de verrouillage de phase d'approche comprenant un comparateur de phase et un compteur-diviseur de tans programmable NP, N étant un entier et P un pas de fréquence prédéterminé, et des moyens d'utiliser ladite tension de commande pour impo aen à la chaîne, une fréquence Fn grossièrement décalée par rapport à NF , d'une fréquence comportant un incrément variable t 5 - Synthétiseur de fréquence selon 4, caractérisé par une boucle de verrouillage de phasedasservissement fin de la fréquence de l'oscillateur principal, comprenant un comparateur de phase dont une première entrée est connectée à la sortie du comparateur de phase de la boucle d'approche et dont la seconde entrée reçoit une fréquence de la forme B - (fo +E)/2n Fo étant une porteuse fixe et B une fréquence égale à NP + (fo +#) 2n = F /2n F étant la fréquence de sortie de NF + (fo + 2n - F n n l'oscillateur de rang n de la chaîne, ce rang étant défini en prenant n = o pour 1'oscillateur donnant la fréquence la plus basse. 6 - Synthétiseur de fréquence selon 5, caractérisé en ce que ladite seconde entrée est alimentée par un mélangeur soustractif auquel sont reliés, d'une part des moyens d'engendre fo + #, suivis de moyens de division par 2n, d'autre part des moyens d'engendrer une fréquence A = 2n x NP + fo ± Fn, suivis de moyens de division par 2n. 7 - Synthétiseur de fréquence selon 6, caractérisé en ce que les moyens de division de fo + # sont constitués par un diviseur programmable, les moyens d'engendrer A sont constitués par n oscillateurs respectivement aptes à engendrer chacun 1, 2, 3 n fréquences, multiples entiers du pas P, et les moyens de division par 2n sont constitués par n - 7 diviseurs fixes de taux respectifs 2, 22,23 2n