Brevet FR2335997A1 — publié le 19770715

La présente invention concerne un dispositif d'asservissement de l'oscillateur local dans un radar. Dans un équipement radar, en effet il est nécessaire que la fréquence intermédiaire soit connue avec précision dune part et qu'il soit possible de rattraper, d'autre part les dérives de cette fréquence intermédiaire, entrainées par celles de la fréquence d'émission et également par le comportement de certains circuits. Dans un équipement de réception radar, on dispose d'un circuit mélangeur qui, par-l'intermédiaire de coupleurs appropriés, reçoit le signal impulsionnel du magnétron d'émission par exemple et le signal de l'oscillateur local. te mélangeur délivre ce que l'on appelle le signal fréquence intermédiaire qui est traité dans une boucle d'asservissement connue sous le nom de Contrôle automatique de la fréquence ou CAF en abréviation, boucle qui en particulier comprend un circuit discriminateur de fréquence capable d'apprécier en grandeur et en-signe, l'écart de la fréquence intermédiaire délivrée par le mélangeur par rapport à la valeur nominale de cette fréquence intermédiaire et de délivrer cet écart sous la forme d'une tension d'erreur qui est exploitée de façon connue dans la boucle du CAF, pour corriger dans le sens requis la fréquence de l'oscillateur local. Cependant, dans le domaine de la fréquence intermédiaire, la plage d'action du CAF est actuellement bornée, du c8té des basses fré Fo quencesa2 où Fo est la fréquence intermédiaire nominale. Ceci est dû au fait que la chaîne d'asservissement comporte des limiteurs qui génèrent des harmoniques pris en compte par le discriminateur de fréguen ce tout comme le fondamental.Si la plage action n'était pas bornée Fo à 2 s il en résulterait plusieurs fonctionnement stables de la boucle correspondante à une fréquence intermédiaire égale 2 Fo etc 2' 3 De plus les discriminateurs utilisent actuellement des circuits accordés pour déterminer les signaux ayant une fréquence supérieure ou une fréquence inférieure à la fréquence nominale intermédiaire, et ces circuits accusent des dérives en fonction de la températt qui produisent des erreurs. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients qui ont été signalés en augmentant la plage d'action du contrôle automatique de fréquence à une bande de fréquence aussi large que possible dépassant la limite de 2 autour de la-fréquence intermédiaire nominale, Fo et en réduisant le plus possible le nombre des éléments de la chaîne dont les dérives entraident des erreurs. Suivant l'invention le signal issu du mélangeur est traité de façon que l'écart en fréquence par rapport à la fréquence centrale apparaisse sous la forme d'un déphasage, transformé en une tension appliquée à la boucle d'asservissement. L'invention sera mieux comprise dans la description qui suit d'une réalisation donnée à l'aide des figures qui représentent la figure 1, un diagramme schématique- du circuit traitant le signal de sortie du mélangeur, la figure 2, une courbe donnant la variation de la tension de sortie du détecteur de phase en fonction de la fréquence intermédiaire Fi la figure 3, un exemple de réalisation pratique de la channe d'asservissement de l'oscillateur~local d'un é-quipement radar, la figure 4, un jeu de courbes afférentes au fonctionnement de la figure 7, la figure 5, le signal de recalage de l'oscillateur local délivré par la chaîne d'asservissement comprenant le discriminateur suivant l'invention, la figure 6, la tension appliquée au moteur commandant le recalage de l'oscillateur local et, la figure 7, un exemple d'une cellule passe tout. On a signalé dans l'introduction à la présente description les inconvénients des boucles de contrôle automatique en fréquence utilisées actuellement dans les équipements radar qui ont pour effet de limiter la plage d'action de ces boucles qui contiennent, surtout au niveau du discriminateur des circuits présentant des dérives importantes avec la température, dérives qui constituent des sources d'erreurs, difficiles à controler. Suivant l'invention, on modifie la structure des circuits constituant la boucle d'asservissement, pour éliminer d'une part les circuits du discriminateur en particulier qui peuvent dériver et pour transformer d'autre part le signal issu du mélangeur et qui est à la fréquence intermédiaire, de façon qutun écart en fréquence par rapport à la fréquence nominale intermédiaire, se traduit par un déphasage. la figure 1 représente sous une forme schématique, une boucle d'asservissement de l'oscillateur local d'un équipement radar, incorporant l'invention. Le mélangeur 1 est connecté à travers un coupleur 3 d'une part au magnétron 2 dont il reçoit une fraction d'énergie, lui même alimentant la cubaine émission de l'équipement radar symbolisée par E et d'autre part, également par un coupleur 4 à l'oscillateur local 5, connecté également à la chaîne réception de l'équipement radar sanm- bolisée par R. La sortie du mélangeur I alimente un circuit limiteur 6 connecté à un circuit double voie 7, suivi dlun circuit 8 de détermination de la phase. Ce circuit 8 est connecté au contrôle automatique de fréquence de la boucle, qui est symbolisé par le rectangle 9. Un tel circuit est supposé connu et il n'a pas semblé necessaire de le décrire. Ce circuit 9 commande de façon connue l'oscillateur local 5. le circuit aoublervoie 7 comprend sur chacune des voies 10, il un générateur à courant constant 12 et 13. la voie 10 comprend ensuite une capacité 14 connectée à la masse et la voie Il, comprend derrière le générateur 13, un circuit à résonance parallèle 15 constitué par une capacité 16, une impédance 17 et une résistance 18, montées en parallèle. Le fonctionnement d'un tel montage est le suivant.: le mélangeur I recevant une fraction d'énergie du magnétron 2 et de l'oscillateur local 5, délivre de façon connue un signal à la fréquence intermédiaire choisie. Cette fréquence intermédiaire est notée Fo avec la supposition que le système est asservi; Cette fréquence est appelée fréquence nominale ou fréquence centrale. le signal Vl à fréquence. intermédiaire pouvant à ce niveau être différente de Fo, si l'asservissement n'est pas encore réalisé, est amplifié et limité dans le circuit limiteur qui délivre un signal V2 à fréquence intermédiaire, Dans les générateurs 12 et 13, cette tension est transformée en deux sources de courant apériodiques de valeur s Y2. Ces deux sources vont charger respectivement la capacité 14 et le circuit à résonnance parallèle 15. La phase des sources de courant 12 ou 13 étant prise comme référence, on noté que la phase de la ten sion aux bornes de la capacité 14 est égale à -# quelle que soit la 2 fréquence du signal Par contre la phase de la tension aux bornes du circuit à résonance parallèle 1.5 varie avec la fréquence, étant nulle à la fréquence Fo, égale à -# aux basses fréquences et égales à +# 2 2 aux fréquences élevées On constate de la sorte pour la fréquence Fo d'accord et pour elle seule, un déphasage de +# entre les signaux 2 des deux voies du circuit double voie 7, Un écart en fréquence de la fréquence intermédiaire des signaux traités issus du mélangeur 1 par rapport à la fréquence nominale Fo se traduit donc par un déphasage. La connaissance de ce déphasage permet alors de corriger la fréquence de l'oscillateur local 2 à travers la chaîne CAF, 9. Un détecteur de phase 8 connecté au circuit double voie 7 mesure ce déphasage et délivre une tension pouvant, de façon connue, s'exprimer par-V = K cos où K représente le gain de conversion phase tension et T le déphasage constaté entre le deux voies du circuit 7. Le signal V2 délivré par le circuit 6 étant limité on notera que le détecteur 8, phase amplitude, au voisinage de l'accord n'est sensible qu'à ce déphasage. La capacité 14 ne présente aucun caractère particulier. Son coefficient de qualité est seulement déterminé par la résistance de charge de l'étage précédent car le détecteur de phase présente une impédance d'entrée élevée, La figure 2 présente la variation de la tension de sortie V du détecteur de phase en fonction des valeurs que peut prendre la fréquence intermédiaire Fi. L'examen de cette courbe montre que théoriquement la plage d'action du CAF n'a pas de limites échappant de la sorte à l'un des inconvénients signalés de l'art antérieur. La fréquence Fi peut varier du continu aux fréquences élevées. et même très élevées. Toutefois, dans la pratique cette plage d'action présente une limite qui n'est pas aussi restreinte que cette signalée. Pour une fréquence Bo choisie de l'ordre Qe 30 MEz, une réalisation de la demanderesse a donné une plage.d'action de l'ordre de 127 MHs. la figure 3 présente sous une forme schématique un schéma de réalisation d'une chaîne complète d'asservissement incorporant les enseignements de l'invention. On retrouve dans cette figure des élément de base déjà représentés dans la figure 1. le mélangeur 1 est connecté d'une part au magnétron 2 par un coupleur 3 et d'autre part à I'oscillateur local 5 par l'intermédiaire du coupleur 4. La sortie du mélangeur 1 alimente le discriminateur 19 comprenant essentiellement les circuits 7 et 8 de la figure 1-. le discriminateur 19 est connecté à travers un séparateur 20 à un circuit d'échanti1lonnage 21 avec une capacité 22, suivi par un autre séparateur 23 dont la sortie est connectée à un circuit mémoire 24 avec une capacité 25. les circuits d'échantillonnage 21 et mémoire 24 sont commandés respectivement par un monostable 26 dit d'échantillonnage et un monostable 27 dit de mise en mémoire, connectés tous deux à un autre circuit monostable 28 dit de retard.Celui-ci est commandé par un circuit 29 détecteur d'amplitude comportant un seuil, est connecté à la sortie du mélangeur 1. le réglage du mélangeur 1, proprement dit se fait à partir du circuit mémoire 24-25, par deux circuits comparateurs 31-32 montés en parallèle en sortie d'un séparateur 33 connecté au circuit mémoire 24-25. les sorties de ces comparateurs alimentent le moteur 30 à travers un amplificateur de courant 34. les comparateurs présentent respectivement une deuxième entrée constituant un seuil 35-36. le fonctionnement d'une chaîne telle que représentée figure 3 est le suivant. le signal issu du discriminateur 19 est échantillonné dans 21-22 et mis en mémoire dans le circuit- 24-25. Ce traitement permet de prélever la partie stable de l'impulsion d'émission, et de la transformer en tension continue. Pour ce faire le signal issu du mélangeur 1 (courbe a Fig4) est détecté et transmis à un comparateur dans le circuit repéré par 29 monté en parallèle sur le discriminateur 19. le front positif du signal sortant du détecteur 29 (courbe c Fig 4) déclenche un monostable dont la durée de commutation est ajustée de sorte que le déclenchement des monostables d'échantillonnage 26 (courbe e Fig. 4) et de mise en mémoire 27 (courbe f rig. 4) par l'impulsion de sortie (courbe d Fig. 4) du monostable 28 s'effectue en zone stable de l'impulsion en sortie discriminée (courbe b Fig. 4). Ces monostables permettent donc par l'intermédiaire deportes effet de champ 21 et 24 de ne prélever que la partie stable de l'impulsion d'émission (courbe a). La tension continue obtenue en sortie du circuit mémoire (24-25) est appliquée à un comparateur double (31-32), -à seuils, positif 35 et négatif 36 égaux et définis par des résistances. Ces seuils déterminent le changement d'état de l'un des comparateurs lorsque la tension discriminée est supérieurs à ce seuil. La sortie des comparateurs- (31-32) par l'intermédiaire d'un amplificateur (34) de courant alimente le moteur 30 qui constitue l'élément de commande de la fréquence de l'oscillateur local 5. En effet, cet organe moteur actionne un piston qui modifie le volume d'une cavité résonnante qui est l'élément d'accord de l'oscillateur local ; il en résulte que toute excitation du moteur entraîne une variation de la fréquence de l'oscillateur local. En fonctionnement système bouclé, le signal résultant du mélange entre l'oscillateur local et l'émetteur est appliqué au discriminateur19(courbe a Fig.4).Ce dernier fournit-une tension représentée Fig. 5 proportionnelle à l'écart de fréquence signal par rapport à Fo qui est la fréquence intermédiaire nominale. Cette tension, si elle est supérieure à l'un des seuils 35-36 des comparateurs, provoque la mise en marche du moteur 30 qui entraîne une variation de fréquence de l'oscillateur local dans un sens tel que la fréquence intermédiaire résultant tend vers Fo. A l'approche de Fo, pour une fréquence qui définit une tension discriminateur inférieure aux seuils le moteur n'est plus excité, et le système est, asservi. la tension appliquée au moteur 30 et représentée Fig. 6. Llanalyse des figures 5 et 6 montre que l'étendue d'action du CAP ainsi que la précision avec laquelle il se recalera (partie M3) sont fonction de la courbe discriminateur associée aux seuils des comparateurs. La figure 6 montre clairement la possibilité du CAF de recherche Fo bien au delà de la fréquence 2 tout en conservant une bonne précision de la fréquence asservie. On pourra noter que les résultais ainsi obtenus avec une chaîne d'asservissement, telle que décrite précédem- ment sont particulièrement intéressantes dans le cas d'un radar nultifréquencess On pourra noter également que dans le discriminateur suivant l'invention on n'est pas limité à l'utilisation d'un circuit antiréson- nant 15 dans l'une de ses voies 11. Il est possible de considérer à la place de ce circuit résonnant une cellule du type passe tout dont la figure 7 présente un exemple qui ne sera pas décrit plus en détail. Dans le cas de l'utilisation d'une cellule passe tout, la capacité 14 existant dans la voie 10 du discriminateur sera necessairement conservé alors qu'elle peut être suprimée lorsque la voie 11 comprend un circuit antirésonnant tel que 15. Un avantage lié à l'utilisation d une cellule passe tout, réside dans le fait que pour un signal dont la fréquence varie de O à l'infini on obtient une courbe réponse constante en amplitude et une réponse en phase variable entre 0 et 2 On a ainsi décrit un dispositif d1asservissement de l'oscil- lateur local dans un radar. REVEND1CT10NS 1-. Dispositif d'asservissement de l'oscillateur local d1un équipe ment radar comprenant un mélangeur délivrant un signal à fréquence intermédiaire sujette à dériver, un limiteur, un discriminateur de fréquence traduisant l'écart de fréquence entre la fréquence du signal et la fréquence intermédiaire-nominale en une tension et une channe de contrôle automatique de la fréquence commandant le calage de l1oscillateur local en fonction de l'écart détecté, caractérisé par le fait qu'il comporte, connectées en sortie du limiteur (6) des cellules déphaseuses (14-15) différentes montées dans deux voies parallèles-(10-11) ces cellules constituant la charge de générateurs à courant constant (11-12) insérés respectivement dans les deux voies, qui alimentent le circuit détecteur de phase. 2. Dispositif d'asservissement suivant la revendication t, caractérise par le fait qu'une des cellules déphaseuses est une capacité (14), et l'autre un circuit à résonance parallèle (15). 3. Dispositif d'asservissement suivant 1-a revendication 1 ou 2, ca caractérisé par le fait qu'il ne comprend qu'une seule cellule déphaseuse dans une voie, dont la fréquence de résonance est choisie égale à la fréquence intermédiaire nominale (Fo). 4. Dispositif d'asservissement suivant la revendication I ou 2, caractérisé par le fait que l'une des cellules déphaseuses (15) est une cellule passe tout et que l'autre est une capacité (14). 5. Radar incorporant un dispositif d'asservissement conformément à l'ensemble des revendications 1 à 10.