Brevet FR2226779A1 — publié le 19741115

La présente invention a pour objet un dispositif convertisseur de fréquence intercalé entre une antenne qui capte une onde porteuse en hyperfréquence et un poste récepteur appartenant a un particulier. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des appareils récepteurs de télévision ou de radiophonie et de leurs accessoires. Nous rappellerons d'abord certaines notions bien connues. Les ondes herziennes dont la fréquence est comprise entre 30 et 850 Mega herz (MHZ) sont dites ondes à tres hautes fréquences (V.H.F. jusqu'a 250 MHZ et U.H.F. entre 250 et 870 MHZ). Ces ondes sont réservées a la télévision et la transmission du son en modulation de fréquence pour des émissions destinées au grand public. Les ondes dont la fréquence est supérieure a 870 MHZ sont appelées les hyperfréquences. Elles sont utilisées pour des liaisons spécialisées telles que radar, télécommunications, communications de l'armee, etc.... Les ondes en hyperfréquence ne sont pas utilisées à ce jour pour les émissions destinées au grand public car on ne sait pas construire des circuits simples, bon marchés et peu encombrants pour réceptionner ces émissions. Cependant, il existe actuellement sur le marché des composants, notamment des transistors, qui peuvent recevoir sans échauffement et transmettre avec des gains de tordre de 10 décibels des oscillations en hyperfréquence atteignant et dépassant 1000 MHZ. La difficulté rencontrée se situe au niveau des circuits d'accord et des filtres de bande et particulierement au niveau des condensåteurs qui doivent avoir des capacités d'autant plus faibles que les fréquences sont élevées. Actuellement les installations spécialisées utilisent pour réceptionner les hyperfréquences des circuits résonnants comportant des cavités résonnantes ou des résonateurs a quartz qui ne peuvent évidemment pas convenir pour du matériel destiné au grand public. On sait que les particuliers peuvent obtenir l'autorisation de construire des stations relais réémettrices a condition que la puissance apparente rayonnée ne dépasse pas 5watt afin que la portée de ces réémetteurs reste limitée a quelques kilomètres et ne risque pas d'interférer avec les émetteurs de radio ou de télévision. De tels relais sont utilisés a ce jour pour améliorer la réception des programmes destinés au grand public dans certains lieux, par exemple dans certaines villes où des obstacles naturels, par exemple des montagnes abruptes, gênent la réception des ondes venant de l'émetteur principal. Un des buts de l'invention est de permettre a l'installateur d'un tel relais de faire payer une participation au détenteur d'un poste de télévision qui capte la réémission venant du relais. Pour cela, l'installateur utilise un relais comportant un dispositif mélangeur qui permet de réémettre l'émission sur une onde porteuse de fréquence différente des canaux équipant les postes récepteurs et il dispose, chez le détenteur d'un appareil récepteur, un convertisseur de fréquence sans lequel ce dernier ne peut pas capter l'émission venant du relais réémetteur. L'installateur fait payer l'achat ou la location du convertisseur de fréquence ce qui lui permet de récupérer les frais d'installation du relais. Toutefois les bandes en très haute fréquence sont surchargées et il devient difficile d'obtenir l'autorisation d'installer un relais dans ces bandes, surtout au voisinage des grandes villes. Par contre, les hyperfréquences qui ne sont pas utilisées pour le grand public sont tres peu encombrées et l'on peut obtenir sans difficulté l'autorisation d'installer un émetteur local dans les hyperfréquences. Un des objectifs de l'invention est de permettre de capter sur un poste de télévision standard ou sur un poste radiophonique en modulation de fréquence des émissions provenant d'un relais réémetteur local en installant un convertisseur de fréquence tres peu encombrant et peu onéreux entre l'antenne et le poste récepteur. On sait également que, de plus en plus, les détenteurs de postes de télévision éprouvent le désir de pouvoir recevoir, même en payant, des programmes spécialisés différents des seuls programmes diffusés par les channes nationales. Dans ce but la distribution de programmes spéciaux de télévision par câbles a vu le jour dans certains pays et tend à se développer rapidement mais est freinée par le coût et les difficultés de la pose des câbles. Un autre objectif de l'invention est de remplacer la distribution de programmes spéciaux par câbles par une distribution par ondes herziennes en hyperfréquence à partir d'émetteurs locaux, plusieurs émetteurs pouvant travailler en cascade pour couvrir par exemple tout le périmètre d'une ville étendue. Cette application permet de supprimer les câbles tout en faisant payer aux détenteurs de postes une participation sous la forme du prix d'achat ou de location du convertisseur sans lequel ils ne peuvent pas capter l'émission. Sans aucune modification de l'appareil récepteur standard on peut ainsi capter avec un même appareil et plusieurs convertisseurs de fréquence plusieurs émissions spécialisées en réglant chacun des convertisseurs sur un des canaux du poste. De la même façon, on peut réaliser une distribution de programmes radiophoniques exclusifs à partir d'un émetteur local. Par exemple, les grandes surfaces de vente et les magasins qui diffusent continuellement une musique d'ambiance peuvent être équipés d'un poste récepteur en modulation de fréquence couplé à un convertisseur de fréquence selon ltinvention et recevoir ainsi des émissions musicales provenant d'un émetteur local ce qui a pour avantage de décharger ces magasins d'avoir a enregistrer des programmes de musique sur des bandes magnétiques et de changer celles-ci lorsqu'elles sont entièrement déroulées. Les objectifs de la présente invention sont obtenus au moyen d'un dispositif convertisseur de fréquence, incorporé entre une antenne et un appareil récepteur de radiophonie ou de télévision afin de convertir une onde porteuse en hyperfréquence captée par l'antenne en une onde correspondant a l'un des canaux dudit appareil récepteur, lequel dispositif convertisseur est composé d'un boîtier de faibles dimensions comportant un amplificateur et un filtre de bande en hyperfréquence; un oscillateur local; un circuit mélangeur et un deuxieme filtre dont la bande passante correspond audit canal du poste récepteur. Le filtre en hyperfréquence est composé de deux circuits d'accord couplés entre eux comportant chacun un condensateur variable de tres faible capacité monté en série avec un condensateur fixe de tres faible capacité. La capacité résiduelle des condensateurs variables est inférieure W 5 picofaradset la capacité des condensateurs fixes est inférieure a 3 picofarads. Les condensateurs variables sont du type comportant une électrode centrale déplaçable a l'intérieur d'une armature externe concentrique. Afin de réduire au maximum la capacité résiduelle de ces condensateurs, l'électrode centrale est appointée vers l'extrémité qui s'engage dans l'armature concentrique. Un dispositif selon l'invention comporte une self de choc interca lée entre la sortie du circuit mélangeur et le deuxieme filtre. Le coefficient de self-induction de cette bobine est compris entre 0,050 microhenry et 0,150 microhenry de telle sorte qu'elle arrête les oscillations a hyperfréquence tout en laissant passer les ondes en tres haute fréquence. Le résultat de l'invention est un nouveau produit constitué par un convertisseur de fréquence de faible prix de revient contenu dans un boîtier de faible encombrement que l'on intercale entre une antenne et un poste récepteur de télévision ou un poste radiophonique. L'antenne utilisée est une antenne dimensionnée pour capter les hyperfréquences c'est- -dire une antenne de dimensions plus réduites que les antennes de télévision habituelles ce qui permet la placer dans un appartement ou bien sur un balcon. Ce décodeur permet d'assurer une exclusivité de distribution de programmes uniquement aux détenteurs de l'ensemble de réception : antenne + décodeur. La position et l'écart entre les fréquences des ondes porteuses de l'image et du son sont tels que les signaux ne peuvent être décodés que par les détenteurs de l'appareil convertisseur. Au cas où ils essayeraient de capter les émissions en hyperfréquence par un artifice quelconque, ils ne pourraient capter simultanément le son et l'image s'ils ne détiennent pas les convertisseurs correspondants. Le décodeur selon l'invention est très sensible et il permet de capter des émissions provenant d'émetteurs locaux de très faible puissance apparente rayonnée. Aucune modification des appareils récepteurs n'est nécessaire et la consommation d'énergie supplémentaire est très réduite. Un avantage très important des dispositifs selon l'invention est de permettre de faire de la télédistribution payante de programmes de télévision ou de radio sans utiliser de câbles. La description ci-après se réfère au dessin annexé qui représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention. La figure unique représente schématiquement les circuits et composants électroniques constituant le dispositif. Celui-ci est logé dans un boîtier 1 de petites dimensions de l'ordre de 15 cm x 10 cm, fermé par un couvercle. Son encombrement est donc très réduit et il peut être installé sans difficulté entre un appareil de télévision et une antenne, a proximité de celle-ci. Le boîtier I est divisé en compartiments par des cloisons 2 formant écransentre circuits. Le boîtier et les cloisons sont représentés en traits interrompus. Le boîtier comporte une première borne 3 qui est raccordée sur une antenne 4. L'antenne 4 est une antenne spéciale pour capter les hyperfréquences. Les bras de cette antenne sont plus courts que les bras des antennes utilisées normalement pour capter les très hautes fréquences inférieures a 850 MHZ.L'antenne 4 étant moins encombrante peut être placée sur un balcon ou même a l'intérieur d'un appartement, à proximité d'une fenêtre. Le boîtier I comporte une borne de sortie 5 qui est connectée directement à la prise d'antenne d'un appareil de télévision. Il comporte également une borne d'alimentation 6 sur laquelle est branchée une source de tension continue stabilisée, par exemple des piles fournissant une tension de + 12 volts, pour alimenter les circuits contenus dans le boîtier qui consomme une énergie très réduite. A l'intérieur du boîtier, le conducteur 7 assure la mise en tension des composants. Il comporte une self de choc 8 destinée à arrêter les très hautes fréquences et à laisser passer le courant continu d'alimentation. Il comporte également deux condensateurs 9a et 9b, dits condensateurs by-pass, formés d'une armature placée concentriquement autour du conducteur et misa à la masse, dont le rôle est d'arrêter les hautes fréquences et de laisser passer le courant continu. En allant de la borne d'entrée à la borne de sortie, le dispositif comporte : un amplificateur 10; un premier circuit d'accord 11 et un deuxieme circuit d'accord 12 couplés entre eux de façon à former un filtre à bande passante 13 en hyperfréquence; un circuit mélangeur 15; un oscillateur 16 et un filtre 17 à bande passante en très haute fréquence. L'ensemble de ces circuits forme un dispositif convertisseur de fréquence par la méthode classique des battements entre une première onde en hyperfréquence captée par l'antenne et une deuxième onde fournie par l'oscillateur 16 de façon à obtenir sur la borne de sortie 5 une onde en très haute fréquence correspondant à un des canaux du poste de télévision. Par exemple l'antenne capte une émission de télévision dont l'onde porteuse a une bande de fréquences compris entre 1008 et 1020 MHZ. On désire capter cette émission sur un canal d'un poste de télévision de la bande 3 soit un canal correspondant aux fréquences comprises entre 208 et 220 MHZ. La fréquence de l'oscillateur local 16 sera réglée sur 800 MHZ. En allant de la borne d'entrée à la borne de sortie le détail des circuits électroniques est le suivant : l'amplificateur 10 est constitué par un transistor 18 spécial pour hyperfréquences. Ce transistor est connecté à l'antenne à travers un condensateur d'entrée 19 dont la capacité est très faible, inférieure à 5 pF. Le transistor 18 débite sur un circuit d'accord 11. Ce circuit comporte un condensateur variable 20 permettant d'accorder le circuit sur la bande de fréquence voulue. Etant donné que l'on désire capter une bande en hyperfréquences et que la fréquence de résonance est inversement proportionnelle à la racine carrée de la capacité du circuit on est donc amené à placer dans ce circuit une capacité variable qui doit prendre des valeurs très faibles, inférieures à 2 pF. Or actuellement, les condensateurs variables ont des capacités résiduelles qui descendent difficilement au-dessous de 1 pF. A ce niveau se situe une difficulté à vaincre qui n'a pas été vaincue à ce jour par des moyens simples et peu onéreux permettant de réaliser des installations destinées au grand public. On connaît bien sûr des circuits d'accord permettant de capter les hyperfréquences dans les installations de télécommunications. Ceux-ci comportent généralement des cavités ré sonantes ou des circuits d'accord complexes et encombrants. En effet, si l'on utilise un circuit d'accord comportant uniquement un condensateur variable, même un condensateur très soigné ayant une capacité résiduelle voisine de 1 pF, la plage de capacités sur laquelle on peut agir pour accorder le circuit sur une hyperfréquence reste très réduite. Il faut également tenir compte des capacités propres au transistor 18 et aux connections. Selon une caractéristique importante de l'invention, cette difficulté est résolue de façon simple et économique en choisissant un condensateur 20 ayant une capacité variable comprise entre 5 et 10 pF et en plaçant en série avec celui-ci un condensateur fixe 21 ayant une capacité inférieure à 3 pF. La capacité équivalente à deux capacités en série étant inférieure à chacune de ces capacités, on obtient ainsi une capacité résultante variable entre 2 et 3 pF tout en utilisant toute la plage de variations de la capacité variable. Le dispositif comporte un deuxième circuit d'accord 1? du type RC, forgé d'un condensateur variable 22 et d'un condensateur fixe 23 placés en série et ayant des capacités respectivement égales aux capacités 20 et 21. Les deux circuits d'accord 11 et 12 sont couplés entre eux par une boucle ouverte 24. Le couplage est choisi de telle sorte que l'ensemble des deux circuits d'accord couplés forme un filtre 13 à bande passante permettant de sélectionner une bande déterminée ayant la largeur d'un canal. L'oscillateur 16 est formé par un transistor 25 débitant sur un circuit d'accord 26 formé également d'un condensateur variable 27 placé en série avec un condensateur fixe 28, ayant tous deux une capacité très faible, par exemple une capacité variable entre 2 et 10 pF pour le condensateur variable et une capacité de 1fui5 pF pour le condensateur fixe. La capacité variable 27 permet de faire varier la fréquence de l'oscillateur. Les capacités entre connections sont suffisantes pour établir une contreréaction entre la sortie et l'entrée du transistor 25 de sorte qu'il produit des oscillations entretenues. Les circuits sont disposés de telle sorte qu'il existe un couplage entre les circuits 15 de polarisation du transistor 25 et le circuit d'accord 12. il se produit dans ces circuits un mélange entre la bande de fréquences transmise par le filtre 13 et la fréquence propre de l'os cilla- teur 25. Ce mélange conduit à un battement avec une fréquence de battement égale à la différence des deux fréquences mélangées permettant de convertir la fréquence captée en une fréquence inférieure. Une self de choc 29 est placée à la sortie de l'oscillateur 25. La capacité de cette self est choisie suffisamment faible pour qu'elle laisse passer les très hautes fréquences obtenues par battement mais avec une valeur suffisante pour arrêter les hyperfréquences captées par l'antenne ou émises par ltos d llateur. L'action de la self de choc est renforcée par la présence sur la ligne de sortie d'un condensateur by-pass 30. Finalement la fréquence de battement est envoyée sur un filtre de bande 17, formé d'une self, d'une résistance et d'une capacité dont la donc tion est de sélectionner une bande en très haute fréquence correspondant à l'un des canaux du poste de télévision. Un condensateur de couplage 31, de faible capacité, par exemple de l'ordre de 5 pF, permet de connecter le filtre sur le conducteur 7 qui est connecté à la borne de sortie 5 à travers un deuxième condensateur 32. Bien que l'exemple décrit se réfère a la réception d'une émission de télévision, il est précisé que le meme dispositif peut s'appliquer également à la réception du son en modulation de fréquence sur une onde porteuse en hyperfréquence et à la conversion de cette onde porteuse en une onde en très haute fréquence dans la bande 2 réservée à la modulation de fréquence. Les condensateurs variables 20, 22 et 27, de très faible capacité sont des condensateurs comportant deux armatures concentriques, l'électrode centrale étant déplacée par rapport à l'armature externe, au moyen d'une tige filetée 33 qui se visse dans un écrou 34. Lorsque l'électrode centrale est complètement retirée hors de l'armature externe, de tels condensateurs conservent une capacité résiduelle de l'ordre de 2 pF. Suivant l'invention, l'électrode centrale est affutée en forme de pointe 35 de telle sorte que lorsqu'elle est extraite de l'armature externe, la capacité résiduelle descend à 0,8 pF. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit schématiquement, uniquement à titre d'exemple. REVENDICATIONS 1 - Dispositif convertisseur de fréquence, intercalé entre une antenne et un appareil récepteur de radiophonie ou de télévision afin de convertir une onde porteuse en hyperfréquence,captée par l'antenne,en une onde corres pondant à l'un des canaux dudit appareil récepteur, caractérisé en ce qu'il est composé d'un boîtier de faibles dimensions comportant un ampli ficateur et un filtre de bande en hyperfréquence;d'rn oscillateur local; chncircuit mélangeur ét din deuxième filtre dont la bande passante corres pond audit canal. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre en hyperfréquence est composé de deux circuits d'accord couplés entre eux, comportant chacun un condensateur variable de très faible capacité monté en série avec un condensateur fixe de très faible capacité. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la capacité résiduelle des condensateurs variables est inférieure à 5 picofarads et la capacité des condensateurs fixes est inférieure à 3 picofarads. 4 - Dispositif selon la revendication 3 dans lequel lesdits condensateurs variables sont formés d'une électrode centrale déplaçable à l'intérieur d'une armature externe concentrique, caractérisé en ce que ladite électro de centrale est appointée vers l'extrémité qui s'engage dans l'armature concentrique. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une self de choc intercalée entre la sortie du circuit mélangeur et ledit deuxième filtre. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite self de choc a une self comprise entre 0,050 microhenry et 0,150 microhenry. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur d'entrée dont la capacité est inférieure à 5 pF.