Brevet FR2459484A1 — publié le 19810109

-1 - La présente invention se rapporte aux filtres à cristal et, plus particulièrement, à un détecteur simple destiné à détecter la défaillance de ceux-ci. Les cristaux de quartz piézoélectriques utilisés comme filtres passebande constituent un moyen simple d'ob- tenir une sélectivité élevée dans les parties de fréquence intermédiaire (FI) des récepteurs radio, principalement en raison de leur facteur de surtension Q extrêmement élevé. De tels filtres possèdent généralement une structure de résona- teur disposéesur une face du cristal de quartz. Le facteur de surtension Q élevé de tels filtres permet pratiquement d' éliminer tous les problèmes d'image basse fréquence tout en permettant également une bonne discrimination des signaux adjacents ainsi qu'une réduction du bruit de large bande. En plus de leurs avantages opérationnels et de leur facilité d' emploi, ces filtres à cristal sont aussi économiques. En dépit des avantages nombreux des filtres à cristal, leur utilisation pour certaines applications radio n'a pu être réalisée en raison de défaillances éprouvées par ces filtres. Notamment, les filtres à cristal monolithe sont sujets à trois types de défaillance: A. Défaillance d'adaptation d'impédance d'entrée ou de sortie; B. Défaillance d'un résonateur; et C. Défaillance de la liaison de masse d'un réso- nateur. Bien que les défaillances des types A et B aient pour résul- tat une perte par insertion accrue et un ronfle passe-bande modéré, ces défaillances ne sont pas catastrophiques pour au- tant que l'intensité du signal soit suffisamment élevée pour procurer un couplage au travers du défaut. Notamment, si de tels filtres sont utilisés dans un récepteur de système d'at- terrissage ILS et que des défaillances de type A ou B sur- viennent, la distorsion minime résultante du signal reçu per- met encore son emploi dans le système d'atterrissage ILS en toute confiance pour les zones de fort signal. Cependant, une défaillance de tels filtres de type C a pour résultat un ron- fle passe-bande important provoquant une distorsion des si- gnaux appliqués aux filtres et altérant les bandes latérales de modulation. La défaillance de type C est particulièrement -2- sérieuse dans le cas de systèmes d'atterrissage ILS, puisque la distorsion accrue des signaux causée par la perte de la liaison de masse d'un résonateur fait tomber le signal reçu dans les zones erronées de la bande passante et ainsi modi- fie la différence de profondeur de modulation. Comme dans les systèmes d'atterrissage ILS la différence de profondeur de modulation constitue une mesure de l'écart de l'aéronef par rapport à la trajectoire de descente d'approche, il ap- parait donc que toute altération de cette différence causée par une défaillance des circuits du récepteur d'un système d'atterrissage ILS peut engendrer une information erronée de position de l'aéronef extrêmement dangereuse. Il a été suggéré d'empêcher les défaillances du type C par une technique de double mise à la masse selon la- quelle le résonateur du filtre serait mis à la masse par deux chemins séparés dans l'espoir qu'il serait hautement improbable que les deux liaisons de masse tombent en panne avant qu'une réparation puisse être effectuée. Cependant, en raison de la petite taille de tels filtres et de la façon selon laquelle ils sont encapsulés dans des boîtiers protec- teurs, il n'existe pas de moyen commode de déterminer si 1' une des deux liaisons de masse est défaillante sans désassem- bler le filtre. Par conséquent, cette suggestion de protec- tion contre les défaillances de type C est impraticable. Selon la présente invention, il est prévu un dé- tecteur de défaillance qui procure une indication immédiate et fiable de la défaillance de la liaison de masse d'un réso- nateur d'un filtre à cristal, de sorte que cette invention est particulièrement recommandée pour être utilisée dans les applications nécessitant une grande sensibilité, comme c'est le cas pour les récepteurs des systèmes d'atterrissage ILS. Dans la forme de réalisation qui sera décrite, l'agencement selon l'invention est simplement formé d'un comparateur dont une entrée reçoit une tension de référence et dont l'autre entrée est connectée dans le circuit de masse du filtre à cristal monolithe. Une interruption de ce circuit de masse altérera les signaux d'entrée du comparateur et provoquera 1' apparition d'un signal de défaillance à sa sortie. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser un moyen simple et fiable destiné à - 3- détecter l'intégrité de la liaison de masse d'un filtre à cristal. Cet objet et d'autres encore de la présente in- vention apparaîtront plus clairement de la description dé- taillée qui suit ainsi que des dessins y annexés, étant bien entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nul- lement limitatif. Sur les dessins La Fig. 1 est un schéma synoptique montrant 1' utilisation de l'invention dans un récepteur de système d' atterrissage ILS; La Fig. 2 est un schéma de la forme de réalisa- tion préférée de l'invention associée à un filtre à cristal; et La Fig. 3 représente la configuration préférée du filtre à cristal. En se reportant d'abord à la Fig. 1, on y voit un récepteur d'aéronef de système d'atterrissage ILS formé, d'une manière générale, d'une extrémité frontale possédant une antenne 10, un présélecteur 12 et un mélangeur 14 bran- ché en série, une partie de fréquence intermédiaire (FI) 18 et des circuits basse fréquence 20 comportant un détecteur a. Un filtre à cristal passe-bande 16, généralement con- sidéré comme faisant partie des circuits de fréquence in- termédiaire, est interposé à l'entrée de la partie de fré- quence intermédiaire (FI) 18. Le filtre à cristal, en rai- son de son facteur de surtension Q extrêmement élevé, pro- cure des caractéristiques passe-bande excellentes permettant d'éliminer les signaux tombant en dehors de la bande passan- te désirée. Le détecteur de défaillance selon l'invention est branché dans le circuit de masse du filtre à cristal 16. En se reportant maintenant à la Fig. 2, on y voit que le détecteur de défaillance 17, représenté de ma- nière schématique, est branché dans le circuit de masse du résonateur 24 du filtre à cristal 16, les filtres de ce type étant bien connus des gens de l'art. Brièvement, le filtre à cristal 16 est formé d'un disque mince de quartz 22 possé- dant un résonateur 24 constitué d'une structure métallique plaquée sur une face de ce disque. Comme il apparaît du dessin, le résonateur 24 est formé d'une structure en fer à cheval dont les deux branches 24a et 24b sont interconnectées par un segment 24c. Deux garnitures métalliques 26 et 28 qui sont plaquées sur la face opposée du disque 22, repré- sentées ici en tiret, sous-tendent respectivement les bran- ches 24a et 24b et les couplent au travers du disque de quartz. Ce dernier est monté sur une base 34 par l'intermé- diaire de conducteurs 30, 32 et 35 qui, outre le support du disque 22 sur la base 34, permettent d'appliquer le signal d'entrée à la garniture 26, de recueillir le signal de sor- tie sur la garniture 28 et de procurer une liaison de masse pour le résonateur 24 par la connexion au segment 24c. Le détecteur de défaillance 17 comprend un am- plificateur opérationnel 48 branché en comparateur dont I' entrée d'inversion 48a est connectée par une résistance 38 à une extrémité 38a du résonateur 24 et par une résistance 40 à une autre extrémité 40a de ce résonateur. L'entrée d'in- version 48a est aussi connectée par une résistance 36 à une borne de tension positive d'une source d'alimentation dont la borne de tension négative est connectée au conducteur 35 de la liaison de masse. L'entrée de non inversion 48b de I' amplificateur opérationnel 48 est connectée par une résis- tance 42 à la borne de tension positive et par une résistan- ce 46 à la borne de tension négative ou de masse. La tension appliquée à l'entrée de non inversion 48b constitue donc la tension de référence du comparateur. Par conséquent, dans le cas d'une défaillance de la liaison de masse du résonateur, la tension à l'entrée d' inversion 48a s'élève, de sorte que l'amplificateur opéra- tionnel 48 engendre un signal de sortie à excursion négative apparaissant à sa sortie 52, indiquant ainsi une défaillance du filtre à cristal. Un indicateur classique peut être prévu pour indiquer la défaillance au personnel de la cabine de pi- lotage. La perte de la liaison de masse du résonateur peut survenir de différentes façons, comme l'interruption du con- ducteur 35 soit dans le courant de sa longueur ou à ses points de fixation. Egalement, une cassure de l'une ou l'au- tre branche 24a ou 24b, bien que ne représentant pas une per- te complète de la liaison de masse du résonateur, est détec- tée par le détecteur de défaillance 17 en raison de la perte de l'un des chemins de courant en parallèle formés par les branches 24a et 24b. Cette situation, naturellement, fait -5- aussi croître la tension à l'entrée d'inversion 48a et donc apparaître à la sortie de l'amplificateur opérationnel48 un signal de défaillance. La tension continue ainsi que les résistances du détecteur de défaillance 17 sont choisies de manière qu' il ne circule qu'un très petit courant continu dans la structure formant le résonateur 24. Ce très petit courant continu n'a pas d'effet discernable sur le fonctionnement normal du filtre à cristal 16. Par exemple, dans la forme de réalisation actuellement construite, la tension continue est de 12 volts, les résistances 38 et 40 sont chacune de 1 kilo-ohms, les résistances 36 et 42 sont chacune de 10 kilo- ohms et la résistance 46 est de 750 ohms. En se reportant maintenant à la Fig. 3, on y voit la configuration préférée du filtre 16 pour laquelle les résistances 38 et 40 du schéma de la Fig. 2 sont dépo- sées sur la face du disque de quartz 22 entre les extrémités 38a et 40a de la structure du résonateur 24. Cette solution permet d'utiliser seulement un conducteur supplémentaire al- lant à l'entrée d'inversion 48a de la Fig.2 pour connecter le filtre à cristal au détecteur de défaillance. Naturellement, lors de l'encapsulage de l'agence- ment de la Fig.2, un conducteur traversant la base est né- cessaire pour chaque branche du résonateur. Pour les applica- tions pour lesquelles on peut se permettre un niveau plus bas d'intégrité, on peut utiliser un seul conducteur traversant la base. Cependant, dans ce cas, bien que l'intégrité de la liaison de masse du résonateur soit continuellement surveil- lée, seule l'intégrité de cette partie du résonateur à la- quelle est connecté le conducteur unique est surveillée. Un niveau plus bas d'intégrité est aussi réalisé si dans la configuration de la Fig. 3 les résistances déposées 38 et 40 sont remplacées par une piste conductrice. Dans ce cas, les deux branches de la structure du résonateur ou le conducteur de masse doivent présenter une défaillance pour que le signal de défaillance soit engendré. -6- REVENDICATIONS 1. Détecteur de défaillance pour filtre à cristal possédant un résonateur de structure conductrice qui est connectée à une première borne d'une source de tension, ca- ractérisé en ce qu'il est adapté à surveiller l'intégrité de la structure du résonateur et de la liaison électrique entre cette structure et la première borne de la source de tension, et en ce qu'il comprend un comparateur dont une première bor- ne d'entrée est connectée à un moyen générateur de tension de référence et dont une seconde borne d'entrée est connec- tée à un moyen destiné à déceler la tension à laquelle est soumise la structure du résonateur. 2. Détecteur de défaillance pour filtre à cris- tal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen destiné à déceler la tension à laquelle est soumise la struc- ture du résonateur comprend un réseau diviseur de tension branché entre la seconde borne de la source de tension et la structure du résonateur et possédant une prise intermédiaire qui est reliée à la seconde borne d'entrée du comparateur. 3. Détecteur de défaillance pour filtre à cris- tal selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ré- seau diviseur de tension est formé d'un réseau résistif. 4. Détecteur de défaillance pour filtre à cris- tal selon la revendication 3 avec ce filtre à cristal com- prenant un élément piézoélectrique dont une face est plaquée avec la structure du résonateur, caractérisé en ce que au moins l'une des résistances formant le réseau résistif est plaquée sur cette face. 5. Détecteur de défaillance pour filtre à cris- tal selon la revendication 4, caractérisé en ce que la struc- ture du résonateur est en fer à cheval avec deux branches en parallèle et un segment les interconnectant, cette structure étant connectée à la première borne de la source de tension par le segment d'interconnexion, et en ce que le réseau ré- sistif comprend des bras en parallèle respectivement connec- tés aux branches en parallèle de la structure du résonateur.