Brevet FR2423920A1 — publié le 19791116

La présente invention concerne un dispositif amplificateur para metr-ique utilisant une fréquence s.e pompage très élevée par rapport à celle du signal à amplifier. Un amplificateur paramétrique est de façon connue constitué d'au moins un circuit résonateur de pompage, d'un circuit résonateur à fréquence complémentaire, et d'un circuit résonateur signal associes à une diode varactor ou réactance non linéare, et éventuellement à un circulateur. En fonctionnement l'amplificateur étant alimenté par un signal à fréquence de pompage de fréquence très supérieure a celle du signal à amplifier, l'interaction de ces signaux, au niveau de la réactance non linéaire, conduit à des échanges d'énergie appréciables donnant naissance à des signaux de frequence égale à la somme des fréquences signal et fréquence de pompage, et à des signaux de fré- quence égale à la différence des fréquences signal et fréquence de pompage, fréquences sur lesquellee le.circuit entre en résonance. le signal de sortie délivré par l'amplificateur est constitué, du fait de la non linéarité de la réactance, de signaux de fréquence égale à la différence des fréquences de pompage et fréquence signal et de signaux de fréquence égale a la somme des fréquences de pompage et fréquence signal.L'amplificateur fonctionne alors simultanément selon le mode d'amplification à bande latérale inférieure en ce qui concerne les signaux de fréquence égale à la différence des fréquences de pompage et signal, et selon le mode d'amplification à bande latérale supérieure en ce qui concerne les signaux de fréquence égale à la somme des fréquences de pompage et signal Le gain de conversion de tels dispositifs est alors proportionnel au rapport de la fréquence diS- férence ou somme à la fréquence signal, suivant le mode considéré Cependant en ce qui concerne les récepteurs mettant en oeuvre de tels dispositifs amplificateurs dans le domaine des hautes fréquences pour la fréquence signal, de 30 à 20û MHz par exemple, il est très difficile lorsque la fréquence de pompage est grande par rapport à la fréquence signal d'obtenir un fonctionnement de tels amplificateurs permettant de séparer les bandes latérales correspondant aux deux modes d'amplification à bande latérale supérieure et à bande latérale inférieure. La présente invention permet de s' affranchir de 1 inconvénient cité précédemment et permet la mise en oeuvre dlun dispositif amplificateur paramétrique fonctionnant selon un seul mode d'amplification déterminé. L'objet de la présente invention est relatif à un dispositif amplificateur paramétrique constitué par l'association de deux amplificateurs paramétriques respectivement alimentés par un signal de pompage de même fréquence présentant un décalage de phase de cil/2, et par un signal de même fréquence signal présentant également un décalage de phase de /2, les signaux de sortie de chaque amplificateur étant recombinés en vue d'engendrer au niveau d'un circuit coupleur un signal résultant. l'objet de la présente invention permet une réalisation simple et très compacte d'amplificateurs dans les bandes des hautes fréquences, 30 à 200 MHz par exemple, avec l'avantage de pouvoir utiliser une fréquence de pompage élevée. les dispositifs selon l'invention peuvent alors entre utilisés en particulier comme amplificateurs à fréquence intermédiaire à la suite de mélangeurs hyperfréquence, et il est alors possible d'utiliser le signal délivré par l'oscillateur local des mélangeurs comme signal de pompage du dispositif amplificateur paramétrique objet de la présente invention. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ciaprès et des dessins qui sty rapportent où les mêmes références désignent les mêmes éléments et où : - la figure 1 représente un schéma de principe non limitatif selon le mode de fonctionnement à bande latérale supérieure du dispositif objet de l'invention - les figures 2 et 3 représentent un diagramme de phase relatif au schéma de la figure 1 et - la figure 4 représente en perspective la structure objet de la présente invention. Conformément au schéma de principe représenté figure 1 le dispositif objet de l'invention comporte deux amplificateurs paramétriques 1 et 2 symétriques comportant respectivement deux bornes d'entrée 3,5 et 4,6 et une borne de sortie 7,8. les deux amplificateurs paramé- triques 1 et 2 ont leur entrée 3,4 respectivement connectée aux sorties 11, 12 d'un premier circuit coupleur 20 dont une première entrée 13 est alimentée par un signal de pompage de fréquence fp et dont une deuxième entrée 14 est fermée sur un circuit d'impédance caractéristique. les entrées 5 et 6 des amplificateurs 1 et 2 sont respectivement connectées aux sorties 9 et 10 d'un deuxième circuit coupleur 21 dont l'entrée 15 est alimentée par le signal à amplifier de fréquence fi. les bornes de sortie 7, 8 des deux amplificateurs 1 et 2 sont connectées par l'intermédiaire d'une jonction en Té au circuit de sortie 23 du dispositif, les bornes de sortie 7 et 8 des amplificateurs étant distantes du plan de jonction du Té 22 d'une longueur I. Les deux coupleurs 20 et 21 délirent à partir de leurs signaux respectifs d'entrée en leurs bornes de sortie 11, 12 et 9, 10 des signaux déphasés de #/2 d'amplitude égale ; les signaux délivrés par exemple par les bornes de sortie 10 et 1-1 ayant par convention une phase nulle, ceux délivrés par les bornes de sortie 9 et 12 ont alors une phase de lI/2 par rapport à cette référence de phase. le fonctionnement du dispositif est le suivant dans les deux cas qui sont à considérer Du fait du battement obtenu au niveau des diodes varactors de chaque amplificateur paramétrique, les signaux fe sortie délivrés par chaque amplificateur en 7 et 8 sont composés des deux signaux à fréquence (fp + fi) et (fp - fi) correspondant aux deux modes de fonctionnement de chaque amplificateur. Compte tenu des phases respectives des différents signaux indiquées précédemment, les deux composantes du signal délivré par la borne 7 de l'amplificateur 1 ont une fréquence respective fp + fi avec une phase T/2 fp - fi avec une phase - T/2 De la même façon, au niveau de l'amplificateur 2 les deux composantes du signal délivré par la borne 8 ont une fréquence respectiw-e fp + fi avec une phase #/2 fp - fi avec une phase ir/2 il apparat donc, en ce cas, qu'au niveau de la jonction en Té 22 les signaux de fréquence fp + fi peuvent être sommés alors que les signaux de fréquence fp - fi stannulent réciproquement dans le plan de la jonction 22, du fait de leur déphasage de 1r. La figure 2 représente un diagramme de phase des différents ignaux aux points correspondants du circuit représenté figure 1, l'amplitude de ces signaux étant arbitrairement prise égale à 1. Il apparat figure 2 que les signaux de fréquence fp - fi s'annulent au niveau de la jonction 22 du circuit en Té. Dans le cas où le signal à fréquence intermédiaire est appliqué à l'entrée 16 du dispositif coupleur 21 les phases des signaux obtenus sont les suivantes du fait de la structure hybride à 3dB du circuit coupleur. les signaux de fréquence fi ont une phase respective X/2 et 0 au niveau des sorties 10 et 9 du circuit coupleur 21. l'amplificateur 1 est alimenté par un signal de fréquence fi et un signal de pompage de fréquence fp de phase nulle, et l'amplificateur 2 est alimenté par un signal de fréquence fi et un signal de pompage de fréquence fp décalés en nase de ffiT/2 respectivement par rapport aux signaux alimentant l'amplificateur 1. En ce cas et sans sortir du cadre de la présente invention un décalage de phase de # est obtenu au niveau des signaux hyperfréquence de fréquence Cfp + fi) permettant l'annulation de ceux-ci,un décalage de phase nul apparaissant au niveau des signaux de fréquence (fp - fi).Afin de revenir à la sommation des signaux de fréquence (fp + fi) au niveau de la jonction 22 du circuit en Té, et ce sans sortir du cadre de la présente invention, il suffit d'appliquer les signaux de fréquence fp au niveau de l'entrée 14 du circuit coupleur 20, l'entrée 13 de ce dernier étant fermée sur un circuit d'impédance caractéristique. Dans le cas où les connexions du circuit coupleur 20 restent inchangées, il suffit au niveau de l'un des amplificateurs symétriques 1 ou2 dtinverser le sens de connexion des diodes varactors. Dans tous les cas la connexion de la voie d'entrée inutilisée du coupleur 21 à un circuit d'impédance infinie ou non dissipative évite toute charge du circuit à la fréquence (fp - fi) et empêche de ce fait toute amplification parasite du signal de fré- quence différence Cfp - fi). Un diagramme de phase des signaux obtenus dans le cas où le signal de fréquence fp est appliqué à entrée 14 du coupleur 20 est représenté figure 3, le signal de fréquence fi étant appliqué à l'entrée 16 du circuit coupleur 21. les deux connexions de longueur 1 entre les points 22 et 7 ou 8 représentés figure 1 se comportent comme une ligne de transmission dont l'impédance ramenée au niveau de la sortie 7, 8 de chaque amplificateur est nulle pour des valeurs de l égales à un multiple entier de demi-longueurs d'onde du signal hyper fréquence déphasé de t soit l = k A2. 2 le dispositif amplificateur paramétrique objet de la présente invention représenté figure 4 permet de par sa réalisation le choix des paramètres 1 = O et k = 0. le dispositif objet de l'invention représenté figure 4 est constitué d'un substrat de céramique 34 à constante diélectrique élevée. le substrat 34 comporte sur l'une de ses faces des zones métallisées 18, 35, 36 et 37. Les zones métallisées 18, 35, 36, 37 forment avec le substrat support 34 une ligne coplanaire qui constitue pour le dispositif le circuit de sortie 23 des signaux à fréquence fp + fi issus des sorties 7 et 8 des amplificateurs paramétriques 1 et 2 représentés entraits mixtes.Les zones métallisées 35, 36, 37 forment avec le substrat 34 une ligne à fente canalisant les signaux à fréquence de pompage fp1 et fp2 déphasés de T/2. La ligne coplanaire et la ligne à fente sont orthogonales constituant un couplage en Té entre les deux lignes. les amplificateurs paranetrques 1 et 2 sont des amplificateurs de type symétrique constitués d'une capacité de découplage 31, 32 connectée au point de connexion série 5, 6 respectif de deux diodes varactors 39, 41 et 40, 42 dont les extrémités opposées sont respectivement connectées aux points 27, 3 et 28, 4 des zones métallisées 35, 36, 37 du substrat. Ces diodes varactors 39, 41 et 40, 42 sont directement soudées aux points 27, 3 et 4, 28 précédemment cités.Belon l'invention les sorties 7 et 8 de chaque amplificateur paramètrique 1 et 2 sont placées dans un même plan transverse à la ligne coplanaire ou plan de phase du signal transmis par celle-ci. Du fait de la faible dimension des varactors constituant les amplificateurs paramétriques de l'ordure de quelques 1/10è de millimètre, et du fait de leur regroupement dans un même plan transverse à la ligne coplanaire, ou plan de phase du signal transmis par celle-ci, la longueur 1 de connexion entre les sorties 7 et 8 des amplificateurs et le plan de jonction 22 du circuit de jonction en Té est très inférieure à la longueur blonde du signal hyperfréquence dans le substrat, h = 4 cm en bande S, et I peut alors être considérée comme nulle. les signaux hyperfréquence s'nnnu- lant du fait de leur déphasage de 7 au niveau du plan de jonction du circuit en Té 22, un noeud de tension du signal hyperfréquence correspondant apparaît en sortie 7 et 8 des amplificatevrs,l'e'liiination desdits signaux étant ainsi obtenue.La valeur des capacités 31 , 32 est choisie telle que celle-ci présentent une réactance faible aux signaux hyperfréquence, et une réactance élevée aux signaux d'entrée de fréquence fi,assurant ainsi la canalisation des signaux hyperfréquence de phase nulle par la ligne coplanaire 23. les diodes varactors à réactance non linéaire sont donc comme représenté figure 4 montées en série deux à deux ce qui permet l'application des signaux entrée à fréquence intermédiaire aux points milieux 5 et 6 reliés aux capacités de découplage 31, 32 connectées en 7 et 8 sur l'ami 18 de la ligne coplanaire. les dispositifs coupleurs permettant d'assurer une alimentation de la structure représentée figure 4 par des signaux à fréquence intermédiaire déphasés de T/2 aux points 5 et 6 d'une part, et, par des signaux à fréquence de pompage également déphasés de T/2 par l'intermédiaire des lignes à fente formées par les zones métallisées 36, 35 et 36, 37 et le substrat de céramique-34,.ne sont pas représentés figure 2. Ces circuits coupleurs peuvent de façon connue de l'homme de l'art être constitués de circuits hybrides à 3dB comportant deux entrées et deux sorties reliées par des éléments d'impédance appropriés. Enfin une ligne 33 en #/4 permet un découplage des lignes à fente évitant l'interaction des signaux fp1 et fp2. le dispositif mis en oeuvre selon l'invention est particulièrement intéressant dans le cas où la fréquence de pompage fp est grande par rapport à celle du signal,fp/fs > 50 par exemple, et permet la réalisation d'amplificateurs à fréquence intermédiaire à faible bruit uti- lisables en cascade avec des mélangeurs hyperfréquence. Les amplifi- cateurs objet de la présente invention sont remarquables en ce qu'ils peuvent être utilisés avec un signal de pompage de fréquence élevée, par exemple le signal délivré par ltoscillateur local d 'un mélangeur hyperfréquence, tout en conservant les qualités de facteur, de bruit dans le mode de fonctionnement déterminé et sont susceptibles d'être utilisés dans tout récepteur hyperfréquence. R E V E N D i C A T i 0 N S 1. Dispositif amplificateur paramétrique comprenant deux amplificateurs paramétriques symétriques dont les entrées à fréquence signal du signal à amplifier et à fréquence de pompage sont respectivement connectées à un premier et à un deuxième circuit coupleur délivrant respectivement aux deux amplificateurs paramétriques un signal de mame fréquence signal présentant un décalage de phase de 2 et un signal de pompage de même fréquence présentant un décalage de phase de n. caractérisé en ce que la sortie des deux amplificateurs paramétriques est reliée à un circuit de jonction en Té, la connexion entre les sorties des amplificateurs et le plan de jonction du circuit de jonction en Té ayant une longueur quasi nulle. 2. Dispositif amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de jonction en Té reliant la sortie des deux amplificateurs paramétriques est constitué par une ligne de transmission coplanaire associée à une l-gne de transmission à fente sur un m8me substrat. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les entrées à fréquence de pompage sont reliées au circu-t coupleur délivrant les signaux déphasés de çr/2 par l'intermédiaire de ladite ligne de transmission à fente. 4. Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la ligne de transmission coplanaire et la ligne de transaission à fente sont orthogonales. 5. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux amplificateurs sont situés dans un même plan transverse à la ligne coplanaire ou plan de phase du signal transmis par celle-ci. 6. Dispositif selon les revendications I et 5, caractérisé en ce que les amplificateurs paramétriques (1 et 2) sont constitués respectivement de deux diodes varactors (39, 41) et (40; 42) connectées en série dont les deux extrémités opposées sont reliées aux points (27, 3 et (28, 4) des zones métallisées (35, 36, 37) du substrat, et dont les points communs (5 et 6) sont découplés par une capacité (31, 32) direc tement connectée à la bande centrale (18) de la ligne coplanaire. 7. Dispositif selon les revendications 1, 5 et 6, caractérisé en ce que les sorties (7 et 8) des amplificateurs Ci et 2) sont regroupées en un même plan transversal à la ligne coplanaire ou plan de phase du signal transmis par celle-ci. 8. Dispositif selon les revendications 5, 6 et 7, caractérisé en ce que les sorties (7 et 8) des amplificateurs paramétriques (1, 2) sont connectées au plan de jonction du circuit en Té (22) par un circuit d'impédance ramenée nulle. 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits points communs (5, 6) forment les bornes d'entrée du signal à amplifier. 10. Récepteur hyperfréquence comportant un dispositif amplificateur paramétrique selon l'une des revendications 1 à 9 précédentes.