Brevet FR2384382A1 — publié le 19781013

L'invention concerne un générateur d'onde sinusoïale de la gamme des très hautes fréquences comportant un circouit résonnant à inductance fixe et à capacité variable constitué par une diode polarisée en tension inverse désignée ultérieurement par varicap. Des circuits résonnants accordables comportant une varicap ont déjà été décrits, par exemple, à propos de récepteurs fonctionnant dans les bandes de fréquences réservées à la radiodiffusion et à la télévision. A titre d'exemple, dans le brevet français numéro 2.032.335 déposé le 11 Février 1970 par la Société MOTOROLA il est décrit un oscillateur de récepteur de télévision à varicap, accordable par la même tension de commande que les circuite résonnants à varicap placés dans les étages haute fréquence, de façon à permettre la transposition de l'onde rogue k la moyenne fréquence du récepteur.Une diode varicap étent un élément présentant une caractéristique courant-tension non linéaire, sa présence dans un oircuit résonnant à une fréquence fo provoque l'apparition d'harmoniques à fréquences 2fo, 3fo, etc... sauf si des précautions exoeptionnelles sont prises en vue de l'éviter. Le but de la présente invention est un dispositif de limitation du taux d'harmoniques d'un osoillateur accordable électreniquement dans la gamme des très hautes fréquences au moyen d'une varioap. Le dispositif de liMitation du taux d'harmoniques d'un oscillateur à transistor fonctionnant dans la bande des tr8s hautes fréquences constitué d'un premier circait résonnant parallèle à varicap dans son circuit émetteur, d'une inductance dans son cirouit de base. et d'une charge résistive dans son oirouit collecteur selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte ; - un atténuateur connecté en parallèle sur la charge de l'oscilla teur ; - un deuxième circuit résonnant, identique au prouler, connecté à la sortie de l'attéruateur ;; - une première diode semi-conduotrice reliée par son anode à la borne d'entrée de la tension de commande de la fréquence du premier oirouit résonnant, et par ea cathode à la varicap du deuxième circuit rémonnant ; un pont diviseur de tension dont les extrémités zont reliées res pectivement au potentiel de référence et à la borne d'alimenta tion de l'oscillateur, relié par son point intermédiaire à l'anode d'une deuxième diode semi-conductrice ayant sa cathode connectée à la varicap du deuxième cirouit résonnant. Le dispositif de limitation du taux d'harmoniques selon l'invention permet d'obtenir un écart de niveaux entre l'onde k fréquence fondamentale et l'harmonique 2 au moins égal à 15 dB et de plus, les écarts de niveaux entre l'onde à fréquence fondamentale et les harmoniques do rangs supérieure sont encore plus grands. Les caractéristiques de l'invention sont données avec plus de détails dans la desoription suivante accompagnée des figures 1 à 3 données à titre illustratif, non limitatif, dans lesquelles t - la figure 1 représente le schéma du dispositif selon l'invention accompagné du générateur auquel il se rapporte ; - la figure 2 reprémente la courbe de variation du niveau de l'onde à fréquence fondamentale dans la bende de fréquence couverte par l'osoillateur sinsi que les courbes des taux d'harmoniques @ans et avec le dispositif selon l'invention ; - la figure 3 représente la loi de variation de la tension de com mande appliquée aux deux varicaps. La figure 1 représente le schéma de l'oscillateur anquel s'applique le dispositif selon l'invention dans le cadre tracé en traits interrompu@. Cet oscillateur comporte quatre bornes A, B, C, D, affectées respectivement au potentiel de référence, à la tension d'alimentation continue +V, à la tension de commande de la fréquence Vf et à la tension de sortie Vs. L'escillateur comporte une induotance 2 et une varicap 3 dont la capacité varie dans la bende d'accord sous l'effet de la tension continue Vf appliquée à la borne O. Che capacité d de grande valeur permet d'appliquer la tension de polarisation continne Vf à la varicap 3.L'inductance 2 est relie à l'émetteur d'un trenaistor 5 ayant une fréquence de coupure au moine égal. à 5 GHr. La bas du transistor 5 est reliée par l'intermédiaire d'une inductance 6 au point intermédiaire d'un pont de résistances 7 et 8 dont les extrémités sont reliées respecte tivement k la borne À et à la borne B. Le collecteur du transistor 5 est relié à une cellule e filtrage constituée d'une inductance 9 et d'un condensateur 10, reliée à la borne B par une résistance 11. La borne D de sortie de l'oscillateur est reliée par le condensateur 12 au collecteur du transistor 5. Le dispositif de limitation du taux d'harmoniques selon l'invention est représenté dans le cadre tracé en traits continus. Ce dispositif présente cinq bornes A2, B2, C2, D2, et S, dont les trois premières sont affectées respectivement au potentiel de référence, k la tension d'alimentation continue +V, à la tension de commande de la fréquence Vf et dont la quatrième est reliée à la borne D.En fonctionnement normal la charge nominale 13 de l'oscillateur est reliée entre les bornes À et D et les bornes A, 3, O, D sont reliées respectivement aux bornes A2, B2, C2, D2- Le dispositif de limita tson dutaux d'harmoniques comporte deux résistances 14 et 15 r.- liées en série entre les bornes A2 et D2 constituant un atténuateur de faible valeur dont le point milieu est re@é à la borne S de sortie du dispositif. Aux extrémités de la résistance 15 cont reliés d'une part une inductance 16 et, d'autre part un condensateur 17 et une varicap 18 placés en série.Le point commun Q au condensateur 17 et à la varicap 18 est relié par le conducteur 19 d'une part à la cathode d'une diode 20 ayant son anode reliée b la borne C2 et, d'autre part à la cathode dune dinde 21 ayant son anode reliée au point P d'un pont de résistances 22 relié par ses extrémités aux bornes A2 et B2. L'inductance 16 a la même valeur que l'inductance 2 et les varicaps 3 et 18 sont identiques entre elles, de sorte qu les deux circuits résonnants ont les mêmes caractéristiques. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention va être expliqué dans ce qui suit à l'aide des figures 2 et 3. La figure 2 représente en 23 la courbe de variation On fonction de la fréquence du niveau de sortie d'un oscillateur selon le schéma représenté sur la figure 1 dans le cadre tracé en traits interrompus lorsque le dispositif selon l'invention n'est pas utilisé. Les courbes 24 et 25 de la même figure représentent les variations dans la bande des écarts de niveau des harmeniques deux et trois par rapport à la fondamentale. Le dispositif selon l'invention étant relié par les bornes A2, B2, C2, D2, aux bornes A, B, C, D de l'oscillateur et le point Q commun à 17 et 18 étant déconnecté du conducteur 19, on peut re chere@er à chaque fréquence de la bande de l'omeillateur à quel poteniel contina + X par rapport au potentiel de référenoe il faut proter le point Q pour que l'écart des niveaux entre l'onde à réquence fondamentale et ses harmoniques 2 et 3 soit maximal. Le résultat obtenn est représenté par les courbes 26 et 27 de la figure 2 tandis que la courbe 31 de la figure 3 représente la loi de variatien de la tension X en fonction de la fréquence. A titre de @xpa- raison, la courbe 32 de la figure 3 représente la variation de la tension de comande Vf de la varicap 2 du cirouit résoonent de l'escillateur.Ou a découvert expérimentalement : - que lorsque X suit la courbe 31 au li@@ de suivre la courbe 32, le niveau de sortie de l'onde à fréquence fondementale reste pratiquement inchangé et continue à être reppésenté par la courbe 23 de la figure 2 ; - que l'éoart des niveaux de la fondementale et de son harmonique 3 n'es pas affecté de façon significative ainsi qu'il ressort de la comparaison des courbes 25 et 27 ; - que l'écert des niveaux de l'harmonique 2 et de la fond@meutals ent fonotion de la loi de variation de X et peut passer de la courbe 24 à la courbe 25. La figure 3 montre qu'aux fréquences inférieures à f1 il est nécessaire que la tension X soit @upérieure à la tension Vf et que l'inveres soit vrai au-delà de f1. Uns approximation procurant un acoroissement seneible de l'écart des niveaux de l'onde fondamentale et de ses harmoniques consiste à remplacer la tenmoin Vf par une tension constante égale à Xo jusqu'à ce que V, atteigne Xo et à suivre la tension Vf ansuite. Ce ré@uitat ent obtenu en reliant par un conducteur les bornes C et C2 et en reliant le point P du pont de résistances 22 dont la tension est X0 au point Q par la diode 21.En effet la varicap 18 est portée à latension (Xo-# V) (# V étant la chute dans la diode 20) lorsque la tension de commande Vf appliquée à la borne C prend unevaleur inférieure à Xo et au contraire, la varicap 18 est portée à une tension égale à (Vf - #V) lorsque Vf est supérieur à Xo. A titre illustratif, la demanderesse a réalisé un dispositif de limitation des taux d'harmoniques deux et trois destiné à la bande de fréquence comprise entre 600 et 1000 MHz. Dans ce dispositif les résistances 14 et 15 ont respectivement les valeurs 20 et 150 ohms g l'inductance 16 a une valeur égale à 15 nanohenrys; la capacité variable 18 commercialisée par la société Thomson-CSF sous la référence EH43 a une capacité égale à 7,5 pi lorsque Vf est égal à 1 volt et une capacité égale à 1,2 pi lorsqu Vf est égal à 45 volts. La valeur Xo est égale à 2,5 volts et la fréquence fi qui lui correspond est égale à 625 MHz. Le niveau de sortie de l'oscillateur à la fréqunce fondamentale est égal à 15 dBm # 0,3 dB. L'écart des niveaux de l'harmonique deux et de l'onde à fréquence fondamentale est aooru de 4 à 12 dB dans la bande d'accord lorequ'on relie le dispositif selon l'invention en parallèle sur l'oscillateur et la courbe représentative 24 est remplacée par la courbe 28. Le dispositif décrit ci-dessus a été réalisé sous forme intégrée sur le même substrat que l'oscillateur qui lui correspond. Sa présence dans le boîtier de l'oscillateur n'introduit aucun cha gement dans les connexions avec l'extérieur. Les résistances 11 et 15 ainsi que le pont diviseur de tension à résistances 22 ont été réalisés par métallisation du substrat on alumine portant l'oscil- lateur. L'inductance 16 a été réalisée par métallisation an moyen de trois spires entourant un carré de 1,6 millimètre de côté. Le substrat comportant l'oscillateur et le dispositif selon l'invention sont contenus dans un bottier normalisé 108 à quatre broches, de 14 millimètre de diaibtre. Le dispositif qui vient d'être décrit présente l'avantago d'introduire au moins 15 di d'écart de niveau entre l'onde à fréquence fondamentale et son harmonique 2 tout en permettant une réalisation présentant une consommation de courant très faible. Dans l'hypothèse oh on admet d'accroître la consommation, la tension au point Q suit la loi de variation représentée par la courbe 31 Si à la place des diodes 21 et 22 on place un deuxième pont diviseur à résistances entre les points P et C2 et qu'on relie le point intermédiaire de ce deuxième pont diviseur au point Q par le oondua- teur 19, à condition de choisir convenablement les rapports de division respectifs du pont 22 et du deuxième pont diviseur. Et dans ce oas, l'écart des niveaux de l'onde fondamentale et de l'har- ionique 2 sera supérieur à 20 dB et l'écart des niveaux de l'onde fondamentale et de l'harmonique 3 sera supérieur k 19 dB. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de limitation du faux d'harmoniques d'un oscillateur à transistor fonctionnant dans la bande des très hautes fréquences constitué d'un premier circuit résonnent parallèle accordable par varicap dans son circuit émetteur, d'une inductance dans son circuit de base et d'un. charge résistive dans son circuit collecteur, caractérisé en ce qu'il comporte : - un atténuateur connecté en parallèle sur la charge de l'oscil- lateur ; un deuxième circuit résonnant identique au preaier connecté à la sortie de l'atténuateur g - une première diode semi-conductrice reliée par son anode à la borne d'entrée de la tension de commande de la fréquence du premier circuit résonnant et par as cathode à la vartoap du deuxième ctr- cuit résonnant ss - un pont diviseur de tension dont les extrémités sont reliées respectivement su potentiel de référence et k la borne d'alimenta- tion de l'osoillateur relié par son point intermédiaire à l'anode d'une deuxième diode somi-conductrice ayant sa cathode connectée à la varicap du deuxième circuit résonnant. 2. Dispositif de limitation du taux d'harmoniques d'un oscillateur à transistor acoordable entre 600 et 1000 MHs selon la revendication 1 caractérisé en ce que la tension du point intermé- diaire du pont de résistances auquel est relié l'anode de ladite deuxième diode est égal à 2,5 volts. 3. Dispositif de limitation du taux d'harmoniques d'un oscillateur accordable dans la bande des très hautes fréquences selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est réalisé suivant la technologie micro-onde intégrée sur le même substrat que ledit oscillateur auquel il est relié.