Brevet FR2287115A1 — publié le 19760430

La présente invention se rapporte aux oseillateurs-mélangeurs hyperfrég@ences utilisés pour convertir une onde hyperféquence en un signal élect@ique à relativement basse fréquenee. Elle concerne également l'apploation de teis oscillate@rs-mélangeurs aux radars déstectears d'objets en mouvenent. Ii est eonna ò: @tiliser pour @ffectuer une telle conversion un oscillat@nt local et une @iode mélange@se dans laquelle on réalise le mélange en utilisant la caraccéristique non-linéaire de ceit- di@de. O@ cbtient ainsi aux bornes de la diode @@ signal électrique complexe qui eomprend la fréquere i convertir, la fréquence de l'os@illate@r local et les différents predaits d'intermodulation de ces deux fréq@cnces. On séoire le produit d'intermod@lation désiré (généraleme@t celui correspondant à la diiférenae entre la fréq@ence hyper et la fréquence lccale) par filtrage les amplitudes de ces fréquences sont différentes et or. appelle gain de convarsion le rapport en@re l'amplitude de la fréquence filtrée et l'amplitade @e @@ fréque@ce hyper.La fréquence hyper etant géné@@@e ment @e faible amplitude il est intéress@@t que la diode ait un gair de eonversion élevé et u@ facteur de bruit faible. Dars une réai@sation difrérence, @n utilise un cseillateur loca- présen@ant are no@ linéarité pour effectuer le mélange dans l'osciliate@r local lui-même qui est alors dénommé qscilla teur-mélangour. En particulier, cet escillateur-mélangeur p@@t a@a@nageuse@@@@@@ @tre e@nstitue par une diode généra@rice hyper@ré @ence telle qu'une diode Gunn ou uné diode à avalanche acoordée par une @avite résonnante. Dans certaines applicatons,l'onde hyperfréquence à conver-. tir a été générée par l'cscillateur-mélangear lui-même puis lui est re@voyée ap@os @@ilisation. Dans ce cas, on n'cbtient un produit d@@n@ermodulation non pul qué si ladite onde renvoyée présente des variations de fréquence, de phase-on d'amplitode provoquées par son utilisation. L'objet de la présente invention consiste à utiliser pour un oscillateur-mélangeur une diode particulière dite diode à injection. L'oscillateur-mélangeur ainsi obtenu fonctionne sous une faible tension d'alimentation et consomme une faible puissance ce qui permet de l'utiliser dans des appareils portatifs et améliore sa fiabilité en raison de la faible dissipation thermique. Cet oscillateur-mélangeur présente un faible niveau de bruit et un grand gain de conversion ce qui permet de l'utiliser à convertir des ondes hyperfréquences d'un faible niveau pour lequel les autres oscillateurs-mélangeurs sont inopérants. La diode à injection est connue également dans la terminologie anglo-saxonne sous le nom de diode Barritt (Barrier injection transit time ). Elle est constituée sous sa forme la plus simple par une structure semiconductrice PNP ou NPN. Lorsque lton applique une tension sur cette structure l'une des jonctions est polarisée en direct, l'autre en inverse. La jonction polarisée en inverse crée une charge d'espace dont l'étendue dépend de la valeur de tension appliquée. Lorsque la valeur de cette tension est suffisante pour que la charge d'espace rejoigne la jonction polarisée en direct, la diode devient légèrement conductrice et présente une résistance négative en hyperfréquence, ce qui lui permet d'osciller. Vautres particularités et avantages de l'invention apparaltront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif. La figure annexée représente un radar mettant en oeuvre un oscillateur mélangeur suivant l'invention. Un tel radar est destiné à déceler les objets en mouvement et est employé le plus souvent comme détecteur d'intrus dans les locaux fermés. i est la source dtalimentation de la diode à injection 2 placée dans une cavité résonnante 3 munie d'un cornet d'émission/ réception Li. 5 est la résistance de polarisation de la diode 2. 6 est l'onde hyperfréquence émise. 8 est 1' onde hyperfréquence renvoyée par ltobstacle mobile 7. 9 est un condensateur de liaison. 10 est un amplificateur. il et 12 sont deux comparateurs tarés par les références réf + et réf -. 13 est un relais qui alimente une lampe 14. Le fonctionnement est le suivant : la diode 2 alimentée par la source 1 et la résistance 5 oscille et excite la cavité 3 qui alimente le cornet 4. L'onde émise 6 se réfléchit sur l'obstacle mobile 7. L'onde renvoyée 8 présente du fait des mouvements de l'obstacle 7 des variations de fréquence, de phase et d'amplitude qui provoquent lors du mélange de 11 onde émise 6 avec l'onde renvoyée 8 dans la diode 2 un battement BF qui apparaît aux bornes de la résistance 5. Ce signal BF est limité en fréquence basse par le condensateur 9 et amplifié par l'amplificateur 10 dont les caractéristiques limitent ledit signal en fréquence haute. Ce filtrage sert à minimiser le bruit donc à augmenter la distance de détection, mais il limite en même temps l'intervalle des vitesses radiales détectées de l'obstacle 7. Le signal délivré par l'amplificateur 10 est comparé aux deux tensions de référence réf + et réf - par les comparateurs 11 et 12. Ces comparateurs actionnent le relais 13 dès que l'amplitude de ce signal sort de l'intervalle compris entre ces références. Le relais 13 déclenche alors une alarme en allumant une lampe 14. Le mécanisme de fonctionnement de la diode à injection tel que vu plus haut n'est pas limité aux structures PNP ou NPN. Il fonctionne également pour de nombreuses autres structures qui ont été développées pour améliorer les performances de cette diode et en particulier pour éviter les phénomènes d'avalanche. On utilise entre autre des structures MNP+ > P+NP+ > p+NIP+, N+PN+, N+PIN+, N+P# N+, P+N v P+ où M désigne un métal, N un semiconducteur de type N (1015 à 1017 cm-3 par exemple), P un semiconducteur de type P-(1015 à 1017 cm-3 par exemple), P+ et N+ des semiconducteurs de type P et N fortement dopés (plus de 1017 cm-3), I un semiconducteur faiblement dopé (moins de 5.1014 cm-3) de type indifférent, X un semiconducteur de type P faiblement dopé (moins de 5.1014 cm-3) et v un semiconducteur de type N faiblement dopé (moins de 5.101 cm-3). Une réalisation particulièrement intéressante de ce radar utilise une diode N P # N avec les valeurs numériques suivantes - tension d'alimentation de la diode : 15 V courant d'alimentation de la diode : 8 mA - puissance HF rayonnée : 0,75 mW - fréquence : 10,4 GHz - lobe d'émission à 3 dB : 400 - bande passante BF : 2 Hz à 200 Hz ce qui correspond à des vitesses radiales de 3 cm/s à 3 m/s (0,1 km/h à il km/h) pour la fréquence d'émission de 10,4 GHz - portée sur cible étalon dans un local standard : 60 m. Si l'on compare ces performances avec celles obtenues avec un radar à détection séparée directe,par diode Schottky, considéré comme un appareil standard de référence, on constate que l'on obtient avec le radar à diode à injection une portée tout à fait semblable pour une puissance émise bien plus faible (10 mW pour le radar de référence, maximum autorisé par les PTT à 10 GHz) et un appareil bien plus simple. De même si l'on compare ces performances avec celles obtenues avec un radar -semblable à celui selon l'invention mais équipé d'une diode Gunn, on constate que l'on obtient avec le radar à diode Gunn, une portée bien plus faible (11 m) pour une puissance émise bien plus grande (80 mW) de telle manière que si l'on devait respecter la réglementation PTT un tel radar à diode Gunn serait inutilisable. RRYEI{DICATIONS 1. Oscillateur-mélangeur hyperfréquence du type comportant un élément actif, des moyens d'accord de l'oscillation formant cavité résonnante, des moyens d'arrivée de la fréquence à mélanger, des moyens de sortie de la fréquence résultante, caractérisé en ce que l'élément actif est une diode à injection. 2. Oscillateur-mélangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la diode à injection est une diode de structure PIN 3. Oscillateur mélangeur suivant les revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la diode à injection est une diode de structure N+P sM+. 4. Radar détecteur d'objets en mouvement du type comportant des moyens d'émission et de réception, des moyens formant antenne hyperfréquence, des moyens extrayant le signal basse fréquence significatif, des moyens filtrant ce signal, des moyens analysant ce signal, caractérisé en ce que les moyens d'émission et de réception et les moyens extrayant le signal basse fréquence sont un oscillateur-mélangeur suivant les revendications 1 ou 2 ou 3. 5. Détecteur d'intrus, caractérisé en ce qu'il utilise un radar suivant la revendication 4.