Brevet FR2382130A1 — publié le 19780922

La présente invention concerne un démodulateur à large bande comprenant un discriminateur à ligne à retard destiné à la détection d'un signal modulé en fréquence et plus nartîcul ièrement- d'un signal modulé en fréquence par un signal de tlevision. e Dans les chaînes de réception des systèmes de diffusion directe de télévision par satellite. il est nécessaire de prévoir des démodulateurs à large bande. Parmi les démodulateurs utilisables, on connait évidemment les discriminateurs classiques à circuits accordés précédés de limiteur d'amplitude. Ces discriminateurs sont très difficiles à réaliser quand il s'agit de démoduler un signal à bande aussi large qu'un signal de télévision. Pour raliser les limiteurs, il est connu d'utiliser un modulateur en anneau dans un montage classique. Par ailleurs on connaît des discriminateurs à ligne à retard dans lesquels le signal à démoduler est appliqué, à la sortie d'un limiteur d'une part. directement à la première entrée d'un mllltiplicateur de signaux analogiques et, d'autre part, à travers une ligne à retard, à la seconde entrée du multiplicateur dont le signal de sortie, généralement filtré dans un filtre nasse-has, constitue le signal démodulé. Le retard de la ligne à retard détermine la fréquence centrale du discriminateur.Dans ces discri m-rate"rs à simule multiplicateur, la caractéristique amplitude-fréquence est l-- s --:e s :scTde ce cui entraîne que la largeur de bande se limite à une @etite dire autour de la fréquence centrale. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un démodulateur à discriminateur à ligne à retard ayant des performances améliorées par rapport aux discriminateurs mentionnés ci-dessus, lui permettant notamment de démoduler un signal modulé en fréquence par un signal de télévision. Suivant une autre caractéristique de la présente invention, il est prévu un démodulateur à discriminateur à ligne à retard dans lequel le multiplicateur est un modulateur en anneau classique. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la ligne à retard est constituée par un tronçon de ligne coaxiale. Suivant une autre caractéristique, le dbmodulateur comprend un limiteur monté devant un discriminateur ledit limiteur comportant un modulateur en anneau du même type que celui du discriminateur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 est le schéma d'un démodulateur comportant un discriminateur suivant l'invention. la Fig. 2 représente schématiquement la caractéristique amplitude-fréquence du démodulateur de la Fig. 1, et la Fig. 3 représente la courbe de seuil du démodulateur de la Fig. 1. A la Fig. 1 le signal à démoduler est appliqué à l'entrée d'un ampli fixateur 1. suivi d'un 'imiteur 2 lui-meme suivi d'un ampli@icateur 3 dont la sortie est reliée an dispriminateur ligne à retard 4. Le signal de sortie de 4 est appliqué à un atténuateur 5 dont la sortie est reliée à l'entrée d'une cellule de desa-centuation 6 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un filtre passe-bas 7. Le discriminateur 4 comprend un cirait d'adaptation d'entrée constitué par une inductance I,1 et un condensateur 1 dont le point commun est relié à la sortie de l'amplificateur 3. L'autre borne de Li est à la masse tandis que l'autre borne de C1 est reliée au point commun à deux résistances égales Ri et R2 jouant le rôle d'un diviseur de puissance par deux. L'autre borne de Ri est reliée a une extrémité d'un tronçon de ligne coaxiale oX dont l'autre extrémité est reliée à la première entrées 9 d'un modulateur en anneau classique DA1. L'autre borne de la résistance R2 est reliée à la seconde entrée 9 du modulateur DAI. Entre la borne 8 et la masse est encore monté un condensateur à capacité réglable C2. Entre la borne 9 et la masse est montée une inductance L2. La borne de sortie 10 du modulateur DAI est reliée à l'entrée de l'atténuateur 5. Les amplificateurs 1 et 3 sont des circuits classiques. Le limiteur 2 comprend un modulateur en anneau DA2 monté classiquement entre la sortie de l'amplificateur 1 et l'entrée de l'amplificateur 3, et un potentiomètre P perrettant de régler le niveau des signaux à l'entrée de 3. L'atténuateur 5 et le filtre passe-bas 7 sont des circuits classiques. Le circuit de désaccentuation 6 est un circuit connu qui correspond à la recommandation du CCIR (Avis 405-1). Le tronçon de ligne coaxiale CX sert de ligne à retard. On ra maintenant considérer 'e fonctionnement du discriminateur 4. Le signal d'entrée appliqué au noint commun au@ résistances pi et R2 est divise en deux parties dont l'une appliquée sans retard à la borne 9 du modulateur en anneau DA1 a Dour expression: V1 (t) = E sin 2@Ft tandis que l'autre nartie subit dans le chable CX un retard avant d'etre appliqué en 8 et on alors pour expression : V2 (t) = E sin 2@F (t-@) où F est la Créquence dal signal d'entrée. Contrairement à un multiplicatour simple le modulateur en anneau DA1 effectue à chaque instant le produit du signal de plus faible amplitude en valeur absolue nar le signe du signal de olus grande amplitude en valeur absolue. Donc à 7'instant t, la tension de sortie du modulateur DA1 s'écrit: # V2 (t) X signe [V1 (t)] si [V1 (t)] > [V2 (t)] V3 (t) = # V1 (t) X signe [V2 (t)] si [V2 (t)] > [V1 (t)] Le filtre passe-bas 7 élimine toutes composantes du signal de sortie de fréquences supérieures ou égales à F si bien que la composante Vs obtenue à la sortie du filtre 7 est données par ltexpression: Dans le cas considéré, cette expression s'écrit, une fois tous les calculs faits: où k est un nombre entier. La tension Vs (F) s'annule pour chaque fréquence Fo telle que: F = 2K + 1/# (2) si l'on pose F = Fo + #F, la tension Vs s'écrit : La courbe de réponse amplitude-fréquence correspondant à l'équation (1) ou (3) est représenté à la Fig. 2. Cette courbe est périodique et formée d'arches de cosinus pris entre - 4 et + 4. Il apparait alors une différence 4 importante avec les discriminateurs à ligne à retard de l'art antérieur où la courbe est pratiquement une cosinusoïde.En effet, la sensibilité s du discriminateur est donnée par l'expression: et la largeur de bande utilisable entre deux sommets par l'expression: 1 2Fo B = 2# = 2k * 1 (3) On peut vérifier qu'aux extrémités de la bande utile, l'erreur maximale de linéarité en fonction du rapport #F/B ne dépasse par 10 %. Si l'on considère maintenant la démodulation d'une porteuse Fo modulée par un signal quelconque g (t) à spectre borné, a-ec une excursion de fréquence #F et g (t) F = Fo + aF g (t) (6) Le signal appliqué à l'entrée du discriminateur a pour expression: Ve (t) = E sin [2@Fot + # (t)] avec # (t) = 2Hof #g (t) dt (7) Si l'on suppose le spectre de # (t) limité à une fréquence maximale fM, très inférieure à la fréquence porteuse Fo, on peut remplacer # (t) par ses échantillons maintenus pris à une cadence supérieure ou égale à 2/fM. Entre deux instants d'échantillonnage, tft) reste constant et l'on peut calculer la valeur moyenne du signal de sortie du modulateur en anneau DAi, pendant une période To de la porteuse, puis reconstituer le signal après démodulation d'après le théorème d'échantillonnage. Dans ces conditions, le signal à la sortie du discriminateur 4, en tenant compte de l'expression (2), a pour expression: On pourrait encore vérifier que dans le cas où le discriminateur à ligne 4 est précédé d'un limiteur idéal, la réponse amplitude-fréquence théorique à sa sortie est parfaitement linéaire. Toutefois le fait que le spectre du signal à la sortie d'un limiteur réel, tel que 2, est borné, entraînerait l'apparition d'ondulations de la courbe de réponse amplitudefréquence autour de l'origine. C'est pourquoi le démodulateur de la Fig. 1 peut comporter entre le limiteur 2 et le discriminateur proprement dit un filtre passe-bas qui élimine tous les harmoniques du signal.On retrouve alors la courbe de réponse de la Fig. 2 formée d'arches de cosinusorrdes, Par ailleurs, au-dessus du seuil sc > 12 dB, on peut montrer que le caractère de linéarité de la courbe de réponse autour de la fréquence centrale confère au discriminateur à ligne précédé d'un limiteur les mêmes propriétés que celles d'un discriminateur idéal. Au voisinage du seuil, le caractère périodique de la courbe de réponse du discriminateur de l'invention produit, en ce qui concerne la différence S (t) - t (t- , sur le bruit démodulé une amélioration sensible notamment par rapport aux discriminateurs connus à circuits accordés. En effet, dans le cas d'un démodulateur de fréquence idéal, le signal de sortie est proportionnel à t (t) et le seuil se manifeste par des impulsions très brèves dont l'aire est égaleà2Ù. La densité spectrale du bruit impulsionnel correspondant est blanche si l'on considère que la durée de chaque impulsion tend vers zéro. Sur une transmission de télévision, ce phénomène se manifeste par l'apparition de points noirs et blancs qui dégradent très rapidement la qualité de l'image. Avec le discriminateur de l'invention, qui peut avoir une réponse de la forme sin Si To est la durée du saut de 2t et si To 4 ^C, le signal démodulé par le discriminateur parodique de l'invention aura la forme de deux impulsions de durée T décalées dans le temps et de signes opposés, c'est à dire dont la valeur moyenne est nulle. Donc le discriminateur à ligne à retard t associé au filtre basse-fréquence élimine tous les sauts de phase dont la durée est inférieure ou égale à t. La Fig. 3 fait apparaître en trait plein la courbe de seuil d'un discriminateur classique et en traits tirets celle qui a été mesurée en utilisant le démodulateur de l'invention. Comme on pouvait le prévoir d'après les considérations indiquées ci-dessus, le seuil, pour une image de télévision, parait reculer de 1 à 1,5 dB pour un discriminateur dans lequel t est fixé à 15 ns. Ce retard assure une linéarité tout à fait compatible avec le démodulation d'un signal de télévision. A titre indicatif, dans un exemple de réalisation préféré du démodulateur de l'invention, il est prévu un amplificateur 1 à large bande dont le gain est de 13 dB. Dans le modulateur DA2 fonctionnant en limiteur, le potentiomètre P agit sur le courant de polarisation des diodes de DA2 et permet de régler le niveau de sortie pour éliminer au maximum la modulation d'amplitude du signal d'entrée. L'amplificateur 3 à large bande est réglé pour délivrer un niveau de sortie de + 8 dBm ± 1 dB dans une bande de fréquences allant de 10 à 160 MHz. Ce niveau de sortie reste constant lorsque le niveau d'entrée varie entre - 5 et + 10 dBm. Ce niveau de + 8 dBm à l'entrée du discriminateur 4 est tel que les diodes du modulateur DA1 fonctionnent en diodes de commutation. La réponse du discriminateur est formée d'arches de sinusoïde limitées au domaine n , + 4 , ce qui entraîne, à distorsion harmonique égale du signal démodulé, 4 4 une plus grande sensibilité du discriminateur et un meilleur rapport signal à bruit au niveau du seuil du dmodulateur. Il est important de noter que dans le démodulateur de l'invention, on utilise de préférence deux modulateurs en anneau DAl et DA2 identiques fonctionnant tous les deux à haut niveau, le premier en mélangeur et le second en limiteur. te câble CX peut être par exemple un câble RG 316 U d'une impédance de 50 ohms. Le condensateur C2 permet de faire varier légèrement la longueur apparente de CX, c'est à dire du retard t. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, il faut comprendre que ladite description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1) Démodulateur de signaux modulés en fréquence comprenant un discriminateur à ligne à retard, caractérisé en ce que, dans ledit discriminateur, le circuit multiplicateur multipliant le signal direct et le signal retardé est un modulateur en anneau de structure classique. 2) Démodulateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne à retard dudit discriminateur est constituée par un tronçon de câble coaxial. 3) Démodulateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les signaux appliqués aux entrées du modulateur en anneau ont même amplitude, ladite amplitude étant telle qu'elle fait fonctionner les diodes du modulateur en anneau en diodes de commutation. 4) Démodulateur suivant l'une des revendications î à 3, comprenant un limiteur monté devant ledit discriminateur, caractérisé en ce que ledit limiteur comporte un modulateur en anneau du même type que celui du discriminateur.