Brevet FR2217856A1 — publié le 19740906

La présente invention a. pour objet un dispositif mélangeur, fonctionnant par détection de crête, notamment utilisable dans les changeurs de fréquence des récepteurs radioélectriques modulation d'amplitude ou de fréquence et permettant de réduire notablement les interférences de signaux parasites avec le signal utile. Ires dispositifs mélangeurs utilisés permettent, à partir de deux signaux d'entrée de fréquences déterminées, d'obtenir un signal dont la fréquence résulte d'une combinaison additive @@ soustractive des fréquences des signaux d'entrée.. #s leS applications aux changeur3 de fréquence ces dispositifs mélangeurs effectuent la conversion de fréquence d'un signal utile par le mélange de celui-ci et d'un signal auxiliaire, le signal ré- sultant étant à une fréquence appelée fréquence intermédiaire. Les circuits mélangeurs connus réalisent la modulation du premier signal d t entrée à fréquence il par le second signal d t entrée à fréquence f2 , avec création des signaux de fréquence f2 g f1 - f2 g fj + f2 ainsi que des signaux harmoniques, le signal de fréquence utile, généralement à fréquence (f1- f2), étant sélectionné par un filtre passe-bande. Â cet effet les dispositifs mélangeurs utilisent les propriétés de non linéarité de certain éléments tels que les diodes et les transistors, et plus particulièrement les non linéarités du second degré qui font apparattre les signaux intéressants t fréquence fl f2 résultant du produit des deux signaux d'entrée, ou utilisen@ la détection par diode qui produit un courant détecté ayant un spectre riche en fréquences. Ces dispositions entraînent une perte de puissance du signal utile au cours de la conversion de fréquence0 Des amplificateurs à tubes ou i transistors,. compensent cette perte de corversion, mais le facteur de bruit en est affectez La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients par un dispositif mélangeur, fonctionnant par détection de crête, présentant un facteur de bruit faible et des pertes de conversion faibles, et permettant de réduire de façon im portante les brouillages dus aux phénomènes de non linéarité et aux intermodulations. Selon l'invention, un dispositif mélangeur comportant un circuit de détection au moins, couplé de manière à recevoir les deux signaux à mélanger, et un circuit accordé de sortie, est caractérisé en ce que ledit circuit de détection est un circuit de détection do cette, comportant un élément détecteur et un circuit parallèle à résistance et condensateur couplés en série avec ledit circuit accordé et en ce qu'il est couplé de manière à recevoir au moins l'un des signaux à mélanger avec un niveau suffisant pour que la détection de crête s'effectue linéairement. L'invention seramieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront grtce à la description, et aux figures s'y rapportant, de quelques exemples de réalisation de dispositifs mélangeurs selon l'invention. La figure 1 est un schéma simplifié d'un dispositif mélangeur non symétrique comportant un transistor pour réaliser la fonction de détection de crête, La figure 2 est un schéma d'un dispositif mélangeur comportant deux circuits de détection à diodes rapides. La figure 3 est un schéma simplifié d'un dispositif mélangeur symétrique à deux transistors rapides. pn supposera dans ce qui suit que le mélangeur est utilisé dans un changeur de fréquence, cette utilisation n'étant naturellement pas limitative. Dans cette application on effectue le mélange d'un signal utile et d'un signal auxiliaire en vue de recueillir un signal à fréquence intermédiaire. Pour le mélangeur de la figure 1 l'élément détecteur représenté est un transistor NPN, Q , dont l'électrode de collecteur est reliée à la borne + d'une source de tension continue et à la masse par un condensateur. L'espace base émetteur de ce transistor Q joue le rôle de détecteur indépendamment de la fonction amplificatrice du transistor. Le fonctionnement est identique pour un transistor PNP ayant son collecteur relié à la borne - d'une source de tension. Dans le mélangeur de la figure 1 les deux signaux à mélan- ger de fréquence f1 er f2 sont appliqués respectivement à des entrées A et B le signal à fréquence intermédiaire est recueilli sur une sortie S. Ire signal à fréquence f1 est transmis, par un condensateur 0o réglable, à une prise d'un enroulement, 11 , qui constituez avec un condensateur Ci connecté entre ses extrémités g un circuit résonnant Ooi accordé sur la fréquence f1 . L'une des extrémités de l'enroulement L1 est à un point de potentiel fixe tel que la masse, l'autre extrémité de L1 est reliée à l'électrode de base du transistor Q. D'entrée B est reliée à un enroulement L0 couplé inductivement à un enroulement L2 , l'autre extrémité de L0 étant à un point de masse. L'enroulement L2 , relié par une prise intermédiaire à l'électrode d'émetteur du transistor Q , constitue, avec un condensateur C2 réglable branché entre ses extrémités, un circuit résonnant C02 accord sur la fréquence Une Une extrémité de l'enroulement L2 est reliée à la sortie S par un circuit P comprenant une résistance R et un conden- sateur C branchés en parallèle, le circuit P constituant avec le transistor Q un détecteur de crête. Un enroulement b t réalisant avec un condensateur C3 ajustable un circuit résonnant 003 accordé sur la fréquence intermédiaire, est connecté entre la borne de sortie et un point de masse. Les condensateurs a3 et C ont des valeurs telles qu'ils constituent des impédances très faibles pour des signaux de fréquence LI et f2 . Le transistor du fait de la disposition adoptée assure la séparation théorique des circuits générateurs du premier signal des circuits générateurs du second signal. En l'absence de signaux à mélanger le transistor a un courant d'émetteur nul. En cours de fonctionnement on applique le signal utile sur l'entrée A , c'est-à-dire dans le circuit de base du transistor Q, ce qui permet d'obtenir un mélange avec amplification, et l'on applique le signal auxiliaire sur l'entrée B. De ce fait la fréquence f1 est définie pour le montage considéré, comme étant la fréquence du signal utile. Le signal auxiliaire (qui est le signal d'oscillateur local dans le cas d'un changeur de fréquence), qui doit être de niveau très élevé par rapport au seuil de détection poursque la détection réalisée soit linéaire, présente une amplitude beaucoup plus grande quecelle du signal utile (qui est le signal modulé dans le can d'un changeur de fréquence) de sorte que les instants auxquels le transistor est conducteur sont déterminés par les altier, nances du signal auxiliaire. Par ailleurs le détecteur utilisé doit présenter des temps de commutation faible vis à vis de la période des signaux à mélanger pour que la dctecti.on de crête soit correcte ; pour des périodes de conduction des détecteurs plus courtes, on obtient en effet une distorsion de détection plus faible donc un mélangeur plus linéaire. Le signal de cette détecté comprend une composante continue, que l'on recueille aux bornes du condensateur C , et une com poilante alternative à fréquence intermédiaire fi le #2 I que l'on recueille aux bornes du circuit accordé 003. Dans une variante de réalisation non représentée ce montage comprend les memes éléments, mais le transistor Q est remplacé par une diodegoonnectée entre les circuits d'émetteur et de base du schéma de la figure 1, ce qui conduit à un coft de réalisation plus faible dans la mesure où les diodes présentant des temps de commutation courts sont technologiquement plus faciles à obtenir que les transistors correspondants. Pour le montage à diode, la puissance fournie par le signal auxiliaire à fréquence f2 est dissipée dans la résistance R , la puissance fournie par le signal utile à fréquence f1 se retrouve presque intégralement dans le signal à fréquence in termédiaire. I1 est à remarquer que le montage à transistor par l'amplification qu'il apporte permet d'obtenir un meilleur facteur de bruit que le montage à diode dans les cas où l'on utilisez à la sortie du mélangeur; un filtre passe-bande dont les pertes ne sont pas négligeables.Un circuit mélangeur simple a une structure de boucle réalisée par la mise en série des éléments suivants : un élément détecteur, un circuit paral- lèle à résistance et capacité, un circuit de sortie accordé sur la fréquence intermédaire et des circuits d'entrée par lesquels on applique respectivement les deux signaux à mélanger ; soient dans le cas de la figure 1 les éléments Q , P ,Co3 , et aO2' ~ C014 Un circuit mélangeur symétrique est réalisé par l'association de deux circuits mélangeurs simples qui ont en commun un ou plusieurs éléments, mais dont les détecteurs restent distincts.Un de ces éléments communs est l'un des circuits d'entrée que l'on appellera premier circuit d'entrée, ce circuit appliquant l'un des signaux à mélanger avec la mêmes phase aux deux circuits mélangeurs. Le deuxième circuit d'entrée est un circuit symétrique qui applique le deuxième signal avec des phases respectives opposées aux deux circuits mélangeurs. Le mélangeur de la figure 2 est un mélangeur de ce type, OÙ l'on a de nouveau désigné par A et B les entrées et par S la sortie ; la borne d'entrée A est reliée par un condensateur réglable C0 à la prise intermédiaire d flun enroulement L1 qui constitue avec un condensateur C1 connecté entre ses extrémités un circuit résonnant C01 accordé sur la fréquence fi.L'une des extrémités de 11 enroulement L1 est reliée à un point de masse, l'autre extrémité de L1 est à un point X relié à deux condensateurs C4 et et C La borne d'entrée B est reliée à l'extrémité dtun enroulement Lo , inductivement couplé à un autre enroulement L2 , l'autre extrémité de Lo étant reliée à un point de masse. L'en roulement L2 constitue avec un condensateur ajustable C2 connecté entre ses extrémités, un circuit résonnant C02 accordé sur la fréquence f2 . Un point de l'enroulement L2 est relié à la borne de sortie S , à l'extrémité d'un enroulement L3 dont l'autre extrémité est au potentiel de la masse, et à un condensateur C3 dont l'autre borne est à la masse.Les éléments L3 et C3 réalisent un circuit résonnant accordé sur la fréquence intermédiaire, le condensateur C3 présentant une impédance faible pour les signaux à fréquence f1 et f2 . Les extrémités de l'enroulement L2 sont reliées respectivement à la cathode d'une diode D1 et à l'anode d'une dloRo D2, la cathode de la diode D2 est reliée à l'anode de la diode D1 par un circuit parallèle P1 constitué d'une résistance R connectée aux bornes extrêmes de deux condensateurs C4 , C5 , de meme valeur, montés en série et ayant la borne commune X Le circuit P1 et les diodes D1 S D2 constituent un détecteur de crête symétrique en ce sens qu'une détection de crête mettant en jeu l'une des diodes porte par exemple, selon la phase, sur les cr8tes du signal haute fréquence somme des si graux appliqués tandis qu'une détection de cette mettant en jeu l'autre diode porte au m8me moment sur les crêtes du signal haute fréquence différence des signaux appliqués. Le fonctionnement est semblable à celui du mélangeur simple de la figure 1 : on mélange un signal utile et un signal auxiliaire d'amplitude plus importante que celle du signal utile. les instants de conduction sont déterminés par les alternances du signal auxiliaire ; selon que ce signal est appliqué au circuit C02 ou au circuit C01 les diodes D1 et D2 conduisent pendant la même alternance ou pendant des alternances successives. Comme pour tous les mélangeurs selon l'invention, les diodes D1 et D2 peuvent etre remplacées chacune par la jonction base émetteur dlun transistor dont l'électrode de collecteur est reliée à une eource d'alimentation de polarité con# nable, les circuits de base et d'émetteur dotant connectés de manière à respecter les symétries du montage et de façon que 1s basins des transistors reçoivent le signal utile ; ce qui nécessite par exemple un transistor NPN pour D1 et un transistor PNP pour D2 dans le cas particulier où l'entrée A et le circuit résonnant COI sont destinés à recevoir le signal utile. la figure 3 représente le schéma d'un mélangeur symétrique comprenant deux transistors Q1 et Q2 , résultant, avec quelques modifications, de l'association de deux mélangeurs non symétriques tels que celui qui est représenté sur la figure 1 Ce mélangeur comprend, outre les deux transistors, un circuit résonnant Cgi accordé sur la fréquence ft couplé à un circuit d'entrée A non représenté par lequel on injecte le premier signal, un circuit résonnant C02 accordé sur la fréquence f2 couplé à un circuit d'entrée B non représenté par lequel on applique le second signal, un circuit résonnant C03 accordé sur la fréquence intermédiaire couplé à un circuit de sortie non figuré sur lequel on recueille le signal à fréquence intermédiaire et un circuit RC. Dans ce mélangeur le circuit accordé de sortie C03 se présente symétriquement vis à vis des deux circuits de détection qui comprennent respectivement le transistor Q1 et le transistor Q2 ; le point milieu du circuit CO3 est connecté, en ce qui concerne son fonctionnement, en série avec le circuit RC commun et chacun des détecteurs Q1 et Q2 Du fait des dispositions du montage le signal à fréquence fi est appliqué sur les bases des deux transistors avec des phases opposées de 1800 et le signal à fréquence f2 est appliqué sur les émetteurs avec une même phase, le circuit C02 étant commun aux deux émetteurs. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui ont été donnés dans les figures 1 à 3. On peut bien entendu remplacer les transistors par des diodes pour assurer les fonctions de détection. On peut également envisager des variantes du montage de la figure 3, le circuit C02 étant inséré dans le circuit de base des transistors Q1 et Q2 entre le point milieu du circuit C01 et la masse par exemple. Les différents circuits décrits présentent la propriété, du fait de la détection de crête, d'apporter une réduction importante des interférences par rapport aux montages connus, et d'avoir un rendement limite théorique, donc des pertes de conversion plus faibles. Par ailleurs les montages à diodes ont un facteur de bruit d'autant meilleur que la perte d'insertion limite théorique avec un détecteur passif est nulle. Pour conserver les avantages apportés par ce type de mélangeur, employé dans l'étage changeur de fréquence d'un récepteur d'ondes radiofréquences, il est intéressant de réaliser ce recepteur suivant une structure particulière comprenant ,d'une part une liaison directe, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande entre l'antenne et l'entrée correspondante du mélangeur,et d'autre part un filtre à fréquence intermédiaire à la sortie du mélangeur. La suppression de l'amplificateur haute fréquence, généralement employé entre l'antenne et l'entrée du mélangeur, est possible gråce aux faibles pertes de conversion du mélangeur employé ; elle élimine une source importante dtinterférences et de bruits dus aux non linéarités de l'amplificateur. Ce dispositif mélangeur convient particulièrement aux circuits à impédances élevées et de ce fait convient aux récepteurs "à bandes étroites" dans lesquels les impédances peuvent Qtre le plus souvent élevées. REVENDICATIONS 1. Dispositif mélangeur, comportant un circuit de détection au moins, couplé de manière à recevoir les deux signaux à mélanger, et un circuit accordé de sortie, caractérisé en ce que ledit circuit de détection est un circuit de détection de crête, comportant un élément détecteur et un circuit parallèle à résistance et capacité couplés en série avec ledit circuit accordé et en ce qu'il est couplé de manière à recevoir l'un des signaux à mélanger avec un niveau suffisant pour que la détection de crête s'effectue linéairement. 2. Dispositif mélangeur selon la revendication 1comportant deux circuits de détection de crête dont au moins les éléments détecteurs sont distincts, caractérisé en ce qu'il comprend un premier circuit d'entrée appliquant l'un des signaux à mélanger en phase aux deux dits circuits de détection et un second circuit d'entrée appliquant le deuxième signal à mélanger en opposition de phase aux dits circuits de détection. 3. Dispositif mélangeur selon l'une des revendications 1 ou 2 destiné au mélange d'un signal d'information et d'un signal auxiliaire dont l'amplitude est grande vis à vis du seuil de détection de l'élément détecteur ou des éléments détecteurs caractérisé en ce que l'élément détecteur ou chacun des éléments détecteurs est un transistor dont le temps de commutation est faible vis à vis de la période de chacun des signaux à mélanger, en ce que la base dudit transistor est connectée de manière à recevoir ledit signal d'information et en ce que l'émetteur dudit transistor est connecté de manière à alimenter ledit circuit accordé, le collecteur dudit transistor étant relié à une source de tension continue et ledit signal auxiliaire étant appliqué au circuit de base ou au circuit d'émetteur dudit transistor. 4. Récepteur d'ondes radiofréquences caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif mélangeur changeur de fréquence selon l'une des revendications 1 , 2 ou 3 , l'une des deux entrées dudit mélangeur étant reliée directement à une antenne de réception par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande.et d'une voie de transmission de gain sensiblement égal à l'unité, la seconde entrée étant reliée à la sortie atun circuit oscillateur.