Brevet FR2462056A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne les modulateurs de fréquence. Les modulateurs de fréquence comprennent généralement un oscillateur qui réagit à un signal d'amplitude variable en engendrant un signal de fréquence variable correspondant. Un inconvénient de ces modulateurs consiste en ce que l'écart de fréquence qui résulte d'une variation d'amplitude donnée peut varier en fonction de la fréquence de fonctionnement et/ou de la température et du vieillissement. L'invention a pour but de réaliser un modulateur de fréquence dans lequel ces variations soient notablement réduites. Selon l'invention, un modulateur de fréquence comprend: un oscillateur-dont la fréquence de sortie dépend de l'amplitude d'un signal modulant; des moyens de commande du signal modulant qui appliquent le signal modulant à l'oscillateur pour produire une modulation de fréquence correspondante dans le signal de sortie de l'oscillateur; un discriminateur qui réagit à la modulation de fréquence en produisant un signal d'amplitude variable correspondant; et des moyens de comparaison qui réagissent au signal d'amplitude variable correspondant et au signal modulant en engendrant un signal de commande qui est renvoyé pour commander le gain ou l'atténuation que procurent les moyens de commande de signal, de façon à tendre à maintenir un rapport constant entrellamplitude du signal d'amplitude variable, et celle du signal modulant, ce qui linéarise le fonctionnement du modulateur. Les moyens de commande de signal peuvent consister en un amplificateur dont le gain est commandé par le signal de commande. On voit ainsi qu'on obtient un fonctionnement linéaire du modulateur grâce à une boucle d'asservissement qui linéarise le fonctionnement du modulateur de façon à compenser les caractéristiques non linéaires de l'oscillateur par des variations de gain de l'amplificateur par lequel le signal modulant est appliqué à l'oscillateur. Le discriminateur peut consister en un discriminateur à comptage d'impulsions. Les moyens de comparaison peuvent comprendre un compara teur de signal qui reçoit le signal de sortie du discriminateur, après filtrage, pour le comparer avec le signal modulant, et un détecteur sensible à la phase. Le comparateur de signal est branché de façon à attaquer le détecteur sensible à la phase, qui reçoit également le signal modulant, par l'intermédiaire d'un limiteur. Le signal de sortie du détecteur sensible à la phase est transmis pour commander le gain de l'amplificateur, par l'intermédiaire d'un intégrateur. Selon une variante, les moyens de comparaison peuvent comprendre un inverseur et un détecteur sensible à la phase. Le signal de sortie du discriminateur est combiné avec un échantillon du signal modulant obtenu par l'intermédiaire de l'inverseur, et le signal combiné est appliqué par l'intermédiaire d'un filtre au détecteur sensible à la phase. Ce dernier reçoit égale- ment le signal modulant, par l'intermédiaire d'un limiteur, et le signal de sortie du détecteur sensible à la phase est intégré pour donner le signal de commande. L'oscillateur peut-être un oscillateur numérique dans lequel le signal modulant est appliqué à un oscillateur à fréquence variable dont la fréquence porteuse est commandée par un signal qui est obtenu à partir d'un détecteur de phase. Ce dernier fournit à l'oscillateur à fréquence variable un signal de correction de fréquence porteuse, en présence d'une différence de phase entre un signal qui est obtenu à partir d'une source de fréquence de référence, et un signal qui est obtenu à partir de l'oscillateur à fréquence variable, par l'intermédiaire de moyens de division. Les moyens de division peuvent comprendre une combinaison en série d'un diviseur fixe et d'un diviseur variable, le discriminateur recevant par l'intermédiaire du diviseur fixe un échantillon du signal de sortie modulé en fréquence qui provient de l'oscillateur. Un modulateur de fréquence correspondant à l'invention peut faire partie du synthétiseur d'un émetteur ou d'un émetteurrécepteur radioélectrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est un schéma synoptique général d'un modulateur de fréquence La figure 2 est un schéma synoptique général d'un autre mode de réalisation d'un modulateur de fréquence ; et Les figures 3A à 3K sont des diagrammes séquentiels qui illustrent le fonctionnement du modulateur décrit en relation avec la figure 1. On se reportera maintenant à la figure 1 sur laquelle le modulateur représenté comprend un oscillateur numérique, situé à l'intérieur du cadre en pointillés 1, qui comporte un oscillateur à fréquence variable 2 qui applique un signal de sortie sur une ligne 3. La fréquence porteuse de ce signal est commandée par un signal de commande continu, de réaction, qui est appliqué à l'oscillateur par une ligne 4. Le signal de commande de réaction est engendré par des moyens qui comprennent un détecteur de phase 5 qui reçoit d'une part un signal de référence provenant d'un oscillateur maître 6, et d'autre part un signal de réaction qui est appliqué sur une ligne 7 et qui est élaboré par la combinaison en série d'un diviseur fixe 8 et d'un diviseur variable 9. Ces diviseurs reçoivent le signal de sortie de l'oscillateur à fréquence variable 2.Pour moduler le signal de sortie qui apparaît sur une ligne 3, l'oscillateur à fréquence variable 2 reçoit un signal modulant par une ligne 10. L'une des difficultés que l'on rencontre en pratique avec les modulateurs de fréquence consiste en ce que, du fait de la non linéarité des caractéristiques des éléments de commande de fréquence, qui peuvent être des diodes à capacité variable, auxquels le signal de commande 10 est appliqué, la caractéristique de modulation obtenue peut ne pas être linéaire. A cause de cette non linéarité, un changement de tension donné sur la ligne 10 peut produire sur la borne de sortie 3 une excursion de fréquence qui est notablement différente selon qu'on se trouve à l'une ou à l'autre des extrémités de la bande de fréquence que couvre l'oscillateur à fréquence variable.L'excursion de fréquence que produit 1 'osci# latour à fréquence variable pour un changement de tension donné sur la ligne 10 peut également varier en fonction de la température et du vieillissement. Pour linéariser le fonctionnement de l'oscillateur 1, le signal modulant est appliqué sur la ligne 10 à partir d'une ligne d'entrée de modulation 11 par l'intermédiaire d'un amplificateur 12 dont le gain est commandé en fonction d'un signal de commande co#ntinu qui est appliqué à cet amplificateur par une ligne 13. Le signal de commande qui est présent sur la ligne 13 est engendré en comparant le signal modulant sur la ligne 11 et un signal d'amplitude variable qui correspond à la modulation de fréquence présente sur la ligne 14, en sortie du diviseur 8, et en soumettant le résultat de la comparaison à une détection de phase et une intégration.Le signal d'amplitude variable est obtenu en appliquant le signal présent sur la ligne 14 à un discriminateur à comptage d'impulsions, 15, et en appliquant le signal de sortie de ce discriminateur à une borne d'entrée d'un comparateur 18, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 16 et d'un amplificateur 17. L'autre borne d'entrée du comparateur 18 reçoit le signal modulant par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 19. Le comparateur 18 attaque une borne d'entrée d'un détecteur sensible à la phase, 20, dont l'autre borne d'entrée reçoit le signal modulant par l'intermédiaire du filtre 19 et d'un limiteur 21. Le signal de sortie du détecteur 20 est intégré dans un intégrateur 22 pour donner le signal de commande. On fixe le gain de l'amplificateur 17 de façon que les signaux qui sont appliqués au comparateur 18 soient normalement les mêmes. Cependant, si lorsque la fréquence de l'oscilla- teur à fréquence variable 2 varie, l'amplitude du signal que l'amplificateur 17 applique au comparateur 18 s'écarte de celle du signal modulant qui est appliqué au comparateur par le filtre 19, le comparateur applique un signal de sortie au détecteur sensible à la phase 20. Il apparaît ainsi en sortie du détecteur sensible à la phase, 20, un signal de sortie qui est transmis par l'intégrateur 22 pour donner le signal de commande 13 destiné à commander le gain de l'amplificateur 12. Le signal de commande commande le gain de l'amplificateur 12 dans un sens tel que les signaux qui sont appliqués au comparateur 18 tendent à devenir identiques.Le signal de sortie du discrimi nateur 15 a tendance à être excessivement bruyant, mais grâce à l'utilisation du détecteur sensible à la phase, le signal de commande n'est pratiquement pas perturbé par ce bruit. On comprendra mieux le fonctionnement du circuit qu'on vient de décrire en considérant les diagrammes séquentiels des figures 3A à 3K. Sur ces figures, le signal A représente le signal modulant qui apparaît sur la ligne 11. Une modulation de fréquence correspondante apparaît sur la ligne de sortie 3, et cette modulation correspond à des fréquences extrêmes de F +f,J? et F - aF , en désignant par F la fréquence de l'oscillateur à fréquence variable. Le signal qui apparaît en sortie du diviseur fixe 8 est le signal représenté sur la figure 3C, dans lequel, du fait de l'action du diviseur 8, les fréquences extrêmes sont égales à F + #F dans un sens, et à F - #F dans l'autre M M M M sens, en désignant par M le facteur de division du diviseur 8. La figure 3D montre le signal qui apparaît en sortie du discriminateur à comptage d'impulsions 15. La fréquence des impulsions varie entre F + #F et F - #F , comme il est représenté. M M MM impulsion de la figure 3D a une largeur constante, et ces impulsions peuvent donc commodément être produites par un multivibrateur monostable. La figure 3E montre le signal qui apparaît en sortie de l'amplificateur 17, et celui-ci est en phase avec le signal en sortie du filtre 19, qui est représenté sur la figure 3F. Le signal représenté sur la figure 3G est celui qui apparaît en sortie du comparateur 18, et ce signal se déphase de 180 lorsque l'amplitude du signal représenté sur la figure 3E change de façon à devenir supérieuie ou inférieure à l'amplitude du signal qui est représenté sur la figure 3F.Lorsque les signaux qui sont appliqués au comparateur sont les mêmes, c'est-à-dire lorsque le signal de la figure 3E est identique au signal de la figure 3F, le signal de sortie du comparateur 18 est égal à zéro. La figure 3H montre, le signal qui apparaît en sortie du limiteur 21, et la figure 3J montre le signal au point J, en sortie du détecteur sensible à la phase, 20. Le signal de la figure 3J peut se pré- senter sous la forme d'un signal redressé à double alternance, comme il est représenté, ou sous la forme d'un signal redressé à une seule alternance, selon le type de détecteur sensible à la phase que l'on utilise. Lorsque les signaux d'entrée qui sont appliqués au comparateur 18, et qui se présentent sous la forme indiquée sur les figures 3E et 3F, sont égaux, l'amplitude du signal de la figure 3J est égale à zéro.Les signaux de sortie de l'intégrateur 22 se présentent sous la forme indiquée sur la figure 3K, mais tendent vers le niveau nominal, comme il est indiqué par la ligne en pointillés 23, qui représente la condition que l'on obtient lorsque le signal de la figure 3J est égal à zéro. A titre de variante à la configuration que l'on vient de décrire en relation avec la figure 1, on peut employer la configuration qui est représentée sur la figure 2, sur laquelle les éléments correspondants du modulateur sont désignés par les mimes numéros de référence. Dans la configuration de la figure 2, le signal présent sur la ligne 11 est appliqué non seulement au filtre 19, mais également au filtre 16, par l'intermédiaire d'un atténuateur 24 et d'un inverseur de phase 25. On choisit l'atténuateur 24 de façon que le signal que le filtre 16 applique au détecteur de phase 20 par l'intermédiaire d'un condensateur de blocage 25 et d'un-amplificateur 26, soit égal à zéro dans les conditions de fonctionnement nominales.Comme sur la figure 1, le détecteur de phase 20 reçoit un signal par l'intermédiaire de l'amplificateur limiteur 21, et il attaque l'intégré teur d'erreur 22, qui applique sur la ligne 13 le signal de commande qui est destiné à l'amplificateur à gain commandé 12. Ainsi, dans la configuration de la figure 2, si le signal de sortie de l'intégrateur 22 diffère du signal de sortie du discriminateur 15, un signal apparaît à l'entrée du détecteur sensible à la phase 20, et un signal de commande approprié est renvoyé vers l'amplificateur à gain commandé 12. On peut utiliser un modulateur correspondant à l'invention dans un émetteur ou un émetteur-récepteur. On peut également l'utiliser dans les synthétiseurs à très large bande, du fait que l'emploi d'un modulateur extrêmement linéaire dans ces synthétiseurs présente des avantages importants. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Modulateur de fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: un oscillateur dont la fréquence de sortie dépend de l'amplitude d'un signal modulant; des moyens de commande du signal modulant qui appliquent le signal modulant à l'oscillateur pour produire une modulation de fréquence correspondante dans le signal de sortie de l'oscillateur; un discriminateur qui réagit à la modulation de fréquence en produisant un signal d'amplitude variable correspondant; et des moyens de comparaison qui réagissent au signal d'amplitude variable correspondant et au signal modulant en engendrant un signal de commande qui est renvoyé pour commander le gain ou l'atténuation que procurent les moyens de commande de signal, de façon à tendre à maintenir un rapport constant Çntrel'amplitude du signal d'amplitude variable, et celle du signal modulant, ce qui linéarise le fonctionnement du modulateur. 2. Modulateur de fréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande de signal comprennent un amplificateur dont le gain est commandé par le signal de commande. 3. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le discriminateur consiste en un discriminateur à comptage d'impulsions. 4. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comprennent un comparateur de signal, qui reçoit le signal de sortie du discriminateur, après filtrage, pour le comparer avec le signal modulant, et un détecteur sensible à la phase; et en ce que le comparateur de signal est conçu de façon à attaquer le détecteur sensible à la phase, ce dernier étant également attaqué par le signal modulant, par l'in termédiaire d'un limiteur, tandis que le signal de sortie de ce détecteur sensible à la phase est transmis par un intégrateur pour commander le gain de l'amplificateur. 5. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comprennent un inverseur et un détecteur sensible à la phase; et le signal de sortie du discriminateur est combiné avec un échantillon du signal modulant, obtenu par l'intermédiaire de l'inverseur, le signal combiné étant appliqué par l'intermédiaire d'un filtre au détecteur sensible à la phase, ce dernier recevant également le signal modulant par l'intermédiaire d'un limiteur; et le signal de sortie du détecteur sensible à la phase est intégré pour donner le signal de commande. 6. Modulateur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'oscillateur consiste en un oscillateur numérique dans lequel le signal modulant est appliqué à un oscillateur à fréquence variable dont la fréquence porteuse est commandée par un signal qui est obtenu à partir d'un détecteur de phase, ce dernier appliquant à l'osciî- lateur à fréquence variable un signal de correction de fréquence porteuse en présence d'une différence de phase entre un signal qui est obtenu à partir d'une source de fréquence de référence et un signal que des moyens de division engendrent à partir de l'oscillateur à fréquence variable. 7. Modulateur de# fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de division comprennent une combinaison en série d'un diviseur fixe et d'un diviseur variable ; et le discriminateur reçoit un échantillon du signal de sortie modulé en fréquence qui provient de l'oscillateur par l'intermédiaire du diviseur fixe. 8. Modulateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il fait partie du synthétiseur d'un émetteur ou d'un émetteur-récepteur radioélectrique.