Brevet FR2425764A1 — publié le 19791207

L'invention concerne un dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence variant d'un écart de fréquence à partir d'une fréquence Fo, dispositif comportant un oscillateur a commande par tensinn dcnt la commande est reliée à la sortie d'un générateur de signal en dents de scie séparées par des paliers.Elle concerne aussi un appareil radio-altimétrique à modulation de fréquence comportait un tel dispositif dont la sortie est reliée a une voie d'émission, un mélangeur pour pro duire un signal de battement, les entrées de ce mélangeur étant reliées respectivement à une voie de réception et à an organe de couplage monté à la sortie du dispositif et, pour maintenir constante la fréquence du signal de battement, un asservissement agissant sur le générateur de signal en dents de scie de façon a modifier la pente de celles-ci. Un problème avec lequel on est souvent confronte avec ce genre de dispositif est d'obtenir une bonne stabilité des paramêtres fo et #F. Bien que, cependant, dans l,es appareils radioaltimétriques, une légère instabilité de ces paramètres n'influe pas directement sur la validité des mesures, on impose pour respecter les bandes de fréquences allouées des criteres de plus en plus sévères en ce qui concerne la stabilité de ces paremè- tres : par exemple la fréquence Fo doit être stabilisée à mieux que + 0,2 o,S et# F à 3 %. L'invention propose un dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence et un appareil radio-altime-trique compcrtant un tel dispositif dans lesquels on a prévu des moyens simples et faciles à mettre en oeuvre pour obtenir une bonne stabilité des paramètres F et4F. o Polir cela, conformément a l'invention, un dispositif pour engendrer un signal modulé sn fréquence est remarquable en rc qu'il comporte un organe de comparaison de la fréquence F du signal modulé en fréquence arec la fréquence Fo, des moyens de conexion pour connecter d'une part, pendant lesdits paliers, la sortie de l'organe de comparaison a un circuit d'asservissement de la fréquence Fo dont la sortie est reliSe à la commande de l'oscillateur à commande par tension et pour connecter. d'autre part, pendant l'apparition des dents de scie, le sortie de l'organe de comSaraison à l'entrée deux, detecteur d'un point de la courbe de réponse de l'organe de comparaison correspondant au # F recherché, la sortie de ce détecteur de point étant con- nectée à la commande de fin dc dents de scie du générateur de signal en dents de scie. L'idée de l'invention repose sur le fait que l'on fait jouer deux rôles à l'organe de comparaison, outre son rôle normal qui consiste à fournir-une indication d'erreur de fréquence, on profite de plus du signal que peut donner cet organe lors quton le fait travailler hors de sa plage définie par le fonc- tionnement normal du circuit dtasservissement. Selon une caractéristique importante de l'invention, l'orga- ne de comparaison est formé à partir d'un mélangeur de type smé- trique dont une entrée est couplée G la sortie de l'oscîllateur commande par tension et dont l'autre est aussi couplée à la sortie dudit oscillateur mais par l'intermédiaire d'une ligne a retard apportant un retard #. Un tel organe de comparaison fournit une réponse de la forme: UB = UO sin. 2E.F.m.# où UB est la tension du signal de sortie, U0 est une constante F est la fréquence du signal incident m prend la valeur 1 ou 2 selon que la ligne à retard travaille en transmission ou en réflexion. Avec un tel organe de comparaison on obtient l'avantage qu'en choisissant convenablement le paramètre z, on de termine a la fois la fréquence Fo et l'écart en fréquence #F qui peut correspondre à une tension UB= 0 plus facile à détecter. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. Les dessins représentent: - à la figure 1, un dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence conforme a l'invention, - a la figure 2, l'allure de signaux présents dans le dispositif montré à la figure 1, - à la figure 3, un mode de réalisation préféré d'ur dispositif conforme a l'invention, - a la figure 4, la courbe de réponse du discriminateur utilisé dans les dispositifs montres aux figures 1 et 3, - à la figure 5, le détail de réalisation d'un détecteur d'un point de la courbe de réponse du discriminateur, correspondant au#F cherché, - à la figure 6, un radioaltimètre comportant un dispositif pour engendrer ur. signal modulé en fréquence conforme e l'invention, - a la figure 7, le détail de réalisation d'un générateur de signaux de dents de scie, - à la figure 8, une variante de réalisation d'un radio altimètre. Le dispositif montré à la figure 1 fournit sur sa borne de sortie 1 des signaux modulés linéairement en fréquence; ces signaux ont, pour fixer les idées, une fréquence qui varie d'une quantité#F égale a 123 MHz à partir d'une fréquence F o de 4244 MHz. Pour produire ces signaux on utilise un oscilla teur à commande par tension 2 qui reçoit sur son entrée de mande 3 les signaux de sortie d'un générateur de signal en dents de scie 4; ces signaux sont appliques à cette entrée 3 par l'in termôdiaire d'un additionneur de tension 5. L'allure de ces signaux est représentce a la figure 2. La tension V de ces signas varie en fonction du temps t; entre les instants to et t1 t2ett'1, t'2 et t"1 ........ constituant des temps do paliers, la tension V reste stationnaire et égale à V1; entre les instants t1 et t2, t'1 et t'2, t"1 et t"2, la tension V varie linéairement entre la tension V1 et une tension supérieure V2. La dure des paliers est de 150 es environ alors que la durée de la dent de scie peut varier entre 150## et 50 -m.Le générateur de signal en dents de scie est muni d'une entrée 6 pour recevoir un signal de commande de départ des dents de scie Ces signaux de commande de départ qui sont élabores par une horloge 7 sont représentés à la figure 2 sous la référence B.On voit sur cette figure a que le signal 3 est lune suite d'impulsions qui apparaissent aux temps t1, t'1, t"1' Conformement à l'invention, un dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence est remarquable en ce qu'il com porte un organe de comparaison de la fréquence F du signal modulé en fréquence avec la fréquence Fo (cet organe porte la référence 8) dont ltentrée est connectée à la sortie de l'oscil- lateur 2 par l'intermédiaire d'un organe de couplage 9, des moyens de connexion 10 pour connecter, d'une part, pendant lesdits paliers, la sortie de l'organe de comparaison 8 à un circuit d'asservissement de la fréquence Fo, portant la référence Il, dont la sortie est reliée, par lt.intermédiaire de l'addi tionneur 5 a l'entrée de commande 3 de l'oscillateur 2 et pour connecter, d'autre part, pendant l'apparition des dents de scie, la sortie de l'organe de comparaison à un détecteur 12 dtun point de la courbe de réponse de organe de comparaison corres pondant auF F recherché, la sortie de ce détecteur 12 étant connectée à la borne 13 de commande de fin de dent de scie du générateur de signai en dents de scie 4. Le générateur d'impulsions 7 fournit en plus des signaux qui sont appliqués à l'entrée 6 du générateur 4, d'autres signaux qui sont appliqués à la commande des moyens de conne xion 10; ces signaux sont représentés a la figure 2 sous la référence A;-ils permettent la mise en oeuvre de l'asservissement en fréquence pendant les temps t antérieurs aux instants t', t'@ t" Les tensions d'erreurs pendant ces tempsflt sont emmaga- sinées dans un circuit de mémoire 17 dont la sortie est branchée sur un circuit de correction d'asservissement 18; la tension de correction est appliquée à l'entrée 3 de l'oscilla- teur 2 par l'intermédiaire de l'additionneur 5.Le circuit ainsi décrit se comporte donc comme un asservissement normal classique; le circuit de correction 18 peut etre déterminé de la manière habituelle en fonction des performances recherchées par l'utilisateur. Pour asservir le paramètre , on detecte un point de la courbe de réponse de l'organe 8 qui corresponde à cet écart#F; ce point est toujours le même puisque cet écart ltF est évalué à partir de Fo dont la valeur est fixée par le premier asservissement. Ce point étant détecté on agit sur le générateur 4 pour arrêter la dent de scie. A la figure 3 qui représente le mode de réalisation préféré d'un dispositif conforme à l'invention, les éléments com muns avec ceux de la figure 1 portent les mêmes références. Sur cette figure, 11 organe de comparaison 8 est combiné avec l'organe de couplage 9, cette combinaison est figurée dans un rectangle en tirets référencé par 8,9. Elle comporte un mélangeur symétrique 20 aux entrées duquel sont appliqués les signaux issus respectivement de deux coupleurs hyperfréquences 21 et 22 réalisés en lignes microrubans d'un type décrit dans la demande de brevet français no 2 276 705 déposée par la Demanderesse.L'onde émise par l'oscillateur 2 est transmise respectivement dans les accès 21 A et 22 A; à l'accès 21 A est bran chée une - ligne à retard 23 amenant un retardr , cette ligne est terminée par un court-circuit; quant à l'accès 22 A, il est terminé directement par un court-circuit; les ondes réfléchies par les court-circuits se retrouvent sur les accès respectifs 21 B et 22 B des coupleurs 21 et 22. Soit l'onde v21 au niveau du coupleur 21 que l'on peut écrire sous la forme v21 = vo sin. 2# F.t où Vo est une constante. L'onde v22 au niveau du coupleur 22 distant de #/4 du coupleur 21 ( q est la longueur d'onde) s'écrit alors v22 = V0 sin ( 2E F.t - ##/#) 2 Aux entrées du mélangeur 20 les ondes stécrivent v21B = Vo sin [2#F (t - 2#) + v21B est l'onde présente sur l'accès 21B v22B = Vo sin [2# F.t - 3E/2 + #] v22B est l'onde présente sur 12accès 22B est le déphasage amené par chacun des coupleurs 21 et 22. Le mélangeur 20 est un mélangeur du type symétrique à deux diodes : - une des diodes fournit un signal qui est le module d'une quantité yX ; on a successivement Y1 = k (v21B - = R' cos2 (2 J@ F. @ où k et k' sont des constantes - l'autre diode fournit un signal qui est le module d'une quantité y2 2 Y2 = k (V21B + V22B) y2 = k sin (2# F.# - 3#/4) Le signal de sortie UB du mélangeur est fourni par un amplificateur différentiel aux entrées duquel on applique des signaux de modules |y1| et UB = k" [y1| - |y2|] UB = Uo sin (4.# .F.#)où k" et Uo sont des constantes. Un tel discriminateur a une réponse dont l'allure est montrée à la figure 4. Un discriminateur du même genre mais dans lequel la ligne à retard 23 travaille en transmission est décrit dans les pages 422 à 425 de l'ouvrage intitulé : Modulation, Noise and Spectral Analysis de Panter. Pour commander le circuit d'asservissement de la fréquence F il faut choisir t tel que o UB = O 4#F#o= n# où n est un entier # = n/4.F@ Dans un cas pratique on a pris n = 69, r = 4,065 ns pour Fo = 4244 MHz La plage de capture 6f d'un asservissement comprenant un tel discriminateur est donnée par la zone où la pente de la réponse est de même signe; dans notre exemple décrit on prend la pente positive, c'est-à-dire bf = # 61,5 MHz de part et d'autre de Fo. Pourasservir la valeur #F on choisit un autre point de la courbe de réponse; toujours dans ce meme exemple, on a pria le point M qui correspond au deuxième zéro de UB lorsque F croit; On a donc # #F = 123 MHz. On explicite maintenant le reste du montage montré à la figure 3. Les moyens de commutation 8 se composent d'un transistor à effet de champ 30 se comportant comme un interrupteur la commande d'ouverture et de fermeture de cet interrupteur est contituée par leélectrode de grille du transistor 30; les moyens de commutation consistent aussi en une commande d'inhibition dont est muni le détecteur de point 12.Ainsi lorsque le transistor a effet de champ est conducteur, on inhibe le fonctionnement du détecteur 12. Ce détecteur de point de la courbe de réponse est formé d'un comparateur 37 suivi d'une cellule de dérivation 38 et d'une diode 39; le comparateur est constitue par un amplificateur opérationnel 4o travaillant en boucle ouverte, une de ses entrees est reliée d'une part à la sortie de la combinaison organe de couplage 8, organe de comparaison 9 par l'intermédiaire d'une résistance 41 et d'autre part à la commande d'inhibition 35 par l'intermédiaire d'une diode 42. L'autre entrée de l'amplificateur 40 est reliée à une source de tension de référence 43 par l'intermédiaire d'une résistance 44. Ici la tension de référence est de ttOtt Volt ce qui revient à connecter directement cette entrée de l'amplificateur à la masse.Mais on pourrait choisir un autre point M' (voir figure 4) que le point M; ce point M' cor respondrait à une tension UB = Ul. Il faudrait alors que la source de tension 43 fournisse une tension égale à Uj. Le choix de la valeur de la tension de référence permet alors d'avoir n'importe quelle valeur pour J F. La cellule de dérivation est constituée d'une manière classique par un condensateur 50 et une résistance 51. Lorsque F = Fo IF, à la sortie de la cellule de dérivation on a une impulsion positive qui est transmise par l'intermôdiaixr de la diode 39 au générateur 4; alors que lorsque F = F0+(é!F/2) l'impulsion à la sortie de la cellule est négative et n'est pas transmise puisqu'elle est bloquée par la diode 39; ainsi on détecte le deuxième passage par zéro de la tension UB après le démarrage de la dent de scie. On a représenté à la figure 5, un autre mode de réalisation d'un détecteur de point 12; il comporte, connecté à la sortie du comparateur 37, un organe 55 qui fournit une impulsion a chaque apparition du signal élaboré par le comparateur 37; ces impulsions sont comptées par un compteur 56 et le signal de fin de comptage de ce compteur est applique à 1'entrée 13 du générateur 4. Ce mode de réalisation permet de choisir un point M (correspondant à une tension Ug= O) ou un point ' (correspondant à UB = U1) qui soit distant du point Fo d'un nombre quelconque de passages par zero de la courbe de réponse de l'organe de comparai son. Un dispositif conforme à l'invention est particulièrement bien adapté pour etre utilisé dans les radioaltimètres. On a représenté à la figure 6 un radjoaltimètre comportant un tel dispositif Sur cette figure les éléments communs aux figures précédentes portent les mêmes références. La borne 1 du générateur est connectée à une antenne d'émission 60; l'onde ainsi émise se réfléchit sur le sol et est captée par une antenne de réception 61; un mélangeur 62 fournit sur sa sortie un signal de battement correspondant au mélange de l'onde reçue et de l'onde émise qui est prélevée au moyen d'un coupleur 63 intercalé entre la borne I et l t antenne 60.A la sortie du discriminateur de fréquence 64 on obtient un signal d'erreur lorsque la fréquence du signal de battement diffère d'une fré quence prédéterminée ; : cette tension est appliquée à une entre 65 du générateur de dents de scie 4-l de façon à modifier la pente "p" de la dent de scie; le dispositif est alors soumis à un troisième asservissement pour rendre la fréquence- du signal de battement constante. Afin de mesurer l'altitude H on mesure le temps Tm qui s'écoule entre le début et la fin de la dent de scie.En effet on peut montrer que #F = fb où #p est le temps que met l'onde Tm 2#p à parcourir le trajet compris entre le radioaltimètre et le sol donc C. Z.p = H C : vitesse de la lumière H = (fb.c)Tm 2F La mesure de Tm donne donc la valeur de l'altitude; un indica teur 67 visualise cette valeur. A la figure 7, on a représenté, en détail, le générateur 4' il se compose essentiellement d'un générateur de courant 70 chargeant un condensateur 71; le courant débité par ce généra teur est fixe pour le générateur i utilisé dans les dispositifs montrés aux figures 1 et 3 alors qu'il peut etre modifié pour le générateur 4'.Un tel générateur de courant 70 peut être réalisé par un transistor dont on modifie la tension de polarisation pour avoir différents courants; en parallèle, sur le condensateur 71 est branché un interrupteur 72 dont la position ouverte ou fermée est commandée par le signal de sortie d'une bascule 73 de type RS; une impulsion appliquée à l'entrée S de la bascule 73 constituant l'entrée 6 du générateur 4' commande l'ouverture de l'interrupteur 72 ce qui permet à la dent de scie d'apparaitre; une impulsion appliquée à 1 t entrée R de la bascule 73 constituant l'entrée 13 du générateur 4t ferme l'interrupteur ce qui met la tension à zéro volt aux armatures du condensateur 71. Par ce mode de réalisation du radioaltimètre qui vient d'être décrit, il peut arriver que la durée d'une dent de scie soit courte par rapport à la période d'apparition des impulsions du générateur 7, ce qui pour certaines applications fait perdre trop d'informations. On modifiera alors lc montage selon la figure 8; selon cette modification le générateur 7 n'est pas nécessaire. On a branché à la sortie du détecteur 12 une ligne à retard 80 procurant un retard égal àt t; la sortie de cette ligne est branchée à ltentrée6du générateur 4'. Ainsi lorsque F a atteint la valeur F0+F F l'impulsion fournie par 12 arrête la dent de scie et après un temps t nécessaire pour que l'asser- vissement sur la fréquence Fo puisse se faire, on applique cette même impulsion à l'entrée 6 pour que le générateur 4' puisse commencer à fournir sa dent de scie. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence variant d'un écart de fréquenceLiF à partir d'une fréquence Fondis positif comportant un oscillateur à commande par tension dont la commande est reliée à-la sortie d'un générateur de signal en dents de scie séparées par des paliers caractérisé en ce qu'il comporte un organe de comparaison de la fréquence F du dignal modulé en fréquence avec la fréquence F0, des moyens de connexion pour connecter, d'une part, pendant lesdits paliers, la sortie de l'organe de comparaison à un circuit d'asservissement de fré quence F dont la sortie est reliée à la commande de l'oscilla o teur à commande par tension et pour connecter, d'autre part, pendant l'apparition des dents de scie, la sortie de l'organe de comparaison a l'entrée d'un détecteur d'un point de la courbe de réponse de l'organe de comparaison, correspondant auJ F recherché, la sortie de ce détecteur de point étant connectée à la borne de commande de fin de dent de scie du générateur de signal en dent5 de scie. 2. Dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence se lon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de comparaison est d'un type dont la réponse est de forme : UB = Uo sin kÇL F où k est un entier et U0 une constante, et en ce que le Fo détecteur de point de la courbe de réponse est formé dtun comparateur de tension pour comparer la tension de sortie de l'organe de comparaison avec une tension de référence et d'un organe de comptage connecté en sortie du comparateur de tension pour compter les passages de la tension de l'organe de comparaison par la tension de référence. 3. Dispositif pour e pndrer un signal modulé en fréquence selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que organe de comparaison est formé à partir d'un mélange de type symétrique dont une entrée est couplée à la sortie de l'oscillateur à com mande par tension et dont 1 autre entrée est aussi couplée à la sortie dudit oscillateur mais par l'intermédiaire d'une ligne à retard 4. Dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe de comptage est formé d'une cellule de dérivation suivie d'un circuit unidirectionnel. 3 Dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence selon la reverdication 1 ou 2 ou 3 ou 4 caractérisé en ce que le circuit d'asservissement de fréquence comporte un organe de mé moire pour emmagasiner le signal de sortie de 1'organe de coe:ipa- raison 6. Radioaltimètre comportant un dispositif pour engendrer un signal modulé en fréquence selon l'une des revendications i à 5, caractérisé en ce que la sortie u dispositif est reliée à une voie émission, en ce qu'il est prévu un mélangeur pour produire un signal de battement, les entrées de ce mélangeur étant reliées respectivement à une voie de réception et à un organe de couplage monté à la sortie du dispositif, et, pour maintenir constante la fréquence du signal de battement, un asservissement agissant sur le générateur de signal en dents de scie de façon à modifier la pente de celles-ci.