Brevet FR2486735A1 — publié le 19820115

La présente invention concerne des circuits élec- triques et, plus spécialement, des synthétiseurs de fréquence per- mettant de produire des signaux électriques à des fréquences sélec- tivement différentes. On connaît, dans la technique, des circuits syn- thétiseurs de fréquence, qui comprennent un certain nombre d'étages en cascade dont chacun synthétise par exemple la valeur d'un chiffre de la fréquence de sortie finale. Ces étages peuvent répondre à une fréquence de référence et peuvent comporter des moyens permettant de multiplier la fréquence de référence de façon à produire une fréquence qui est ensuite traitée pour produire le signal de sortie de l'étage considéré. Avec de tels synthétiseurs, on est confronté au problème qui consiste à éviter la multiplication du bruit à l'intérieur de chaque étage. Un but de l'invention est de proposer un étage synthétiseur de fréquence perfectionné. Selon un autre but, il est proposé un étage synthé- tiseur de fréquence présentant un rapport signal-bruit amélioré. Selon l'invention, il est proposé un étage de syn- thétiseur de fréquence qui permet de produire une fréquence ajus- table dont la valeur détermine la valeur de l'un des chiffres.de la fréquence de sortie synthétisée, l'étage comprenant un moyen qui répond à une fréquence de référence prédéterminée en en produisant des multiples se trouvant dans les limites d'une gamme de fréquence prédéterminée, un moyen de filtrage passe-bande sélectivement réglable permettant de sélectionner l'un des multiples afin de produire une fréquence de commande, et un moyen de combinaison qui produit la fréquence intermédiaire à partir d'une combinaison de la fréquence de commande et de la fréquence ajustable d'un étage précédent. La description suivante, conçue à titre d'illus- tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur le dessin annexé, constitué des figures lA et 1B formant, ensemble, un schéma de circuit du synthétiseur de fréquence. Comme le montre le schéma de circuit, le synthé- tiseur de fréquence comprend (dans cet exemple) sept étages 4, 6, 8, , 12, 14 et 16 en cascade. Chaque étage possède une entrée 20 à laquelle est reçu un signal de référence d'une grande pureté et d'une stabilité élevée d'une fréquence de 10 MHz dans cet exemple. L'étage final 16 comporte une ligne de sortie 22 à laquelle est produit le signal de sortie du synthétiseur, lequel, dans cet exemple, se situe entre 20 et 30 MHz et est variable par pas de 1 Hz à l'intérieur de ces limites. D'une manière qui sera expliquée ci-après, la fré- quence de sortie peut être numériquement choisie, et les signaux de commande numériques permettant ce choix sont reçus d'une voie de commande 24. L'étage initial 4 comprend un circuit multiplicateur 26 qui multiplie le signal de référence de 10 MHz empruntant la ligne 20 de manière à produire des harmoniques dans la gamme de à 290 MHz sur une ligne de sortie qui alimente un filtre passe- bande ajustable 28. Ce dernier peut être réglé, par l'intermédiaire d'un circuit de verrouillage 30 à entrée numérique et sortie ana- logique, de manière à choisir l'un quelconque des harmoniques et produit par conséquent sur une ligne 32 un signal de sortie dont la fréquence est variable par pas de 10 MHz entre 200 et 290 MHz. Le signal de sortie choisi est envoyé dans un divi- seur par cent 34 de manière à produire sur une ligne 36 un signal de sortie qui est donc variable entre 2 et 2,9 MHz, par pas de 100 kHz. La ligne 36 alimente l'étage suivant, c'est-à-dire l'étage 6. L'étage 6 comprend un circuit multiplicateur 40A qui est connecté de façon à recevoir de la ligne 20 le signal de référence de 10 MHz et produit des harmoniques appartenant à la gamme de 180 à 270 MHz, lesquels sont envoyés à un filtre passe- bande 42A. Comme le filtre 28, le filtre 42A est réglable par l'intermédiaire de signaux empruntant une ligne 43A venant d'un circuit de verrouillage 44A à entrée numérique et sortie analogique, de manière à sélectionner l'un quelconque des harmoniques et produit donc sur une ligne 46A un signal de sortie qui est variable entre et 270 MHz par pas de 10 MHz. Le signal de sortie choisi est envoyé dans un diviseur par dix 48A, puis via une ligne 50A à une entrée d'un mélangeur 52A. Une deuxième entrée de mélangeur 52A est connectée à un oscillateur à commande de tension 54A qui peut être commandé de façon à produire une fréquence de sortie appartenant à la gamme de 20 à 30 MHz. Le signal de sortie de différence de fréquence du mélangeur 52A est envoyé via une ligne 56A à une entrée d'un détec- teur de phase 58A dont une deuxième entrée reçoit, aîia la ligne 36, le signal de sortie de l'étage 4. Le détecteur de phase 58A produit sur une ligne 60A un signal de commande qui ajuste la fréquence de sortie de l'oscillateur à commande de tension 54 de manière à faire que les phases des signaux d'entrée présents sur les lignes 36 et 56A soient amenées à l'égalité. Le signal de sortie de l'oscillateur à commande de tension 54A est également envoyé via une ligne 62A à un diviseur par dix 64A dont la ligne de sortie 66A est la ligne de sortie de l'étage 6. Le signal de sortie analogique du.circuit de ver- rouillage 44A est envoyé via une ligne 67A à l'oscillateur à com- mande de tension 54A afin d'en commanderla fréquence d'une manière qui sera expliquée ci-après. En fonctionnement, la fréquence de l'oscillateur à commande de tension 54A sera automatiquement réglée> par la c25 boucle de verrouillage de phase constituée du mélangeur 52A, de l'oscillateur à commande de tension 54A et du détecteur 58A, de façon que la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur à cpm- mande de tension soit égale à la somme des fréquences présentes sur les lignes 36 et 50A. Par exemple, si le circuit de verrouillage 30 est commandé de manière à régler le filtre 28 pour qu'il sélectionne une fréquence de 240 MHz, la fréquence présente sur la ligne 36 sera de 2,4 MHz. Si, dans le même temps, le circuit de verrouillage 44A règle le filtre 42A de manière à sélectionner 190 MHz, alors la fréquence de la ligne 50A sera de 19 MHz. Ainsi, la boucle de verrouillage de phase opère de manière que le signal de sortie correspondant à la bande latérale inférieure,qui est présent sur la ligne 56A, soit de 2,4 MHz et soit par conséquent en phase avec le signal d'entrée présent sur la ligne 36, et cette condition sera satisfaite lorsque la fréquence de l'oscillateur à commande de tension 54A sera de 21,4 MHz. Ainsi, le signal de sortie de l'étage 6 empruntant la ligne 6A est compris entre 2 et 2,99 Mlz et est ajustable par pas de 10 kHz. Les étages 8 à 16 présentent la même forme générale que l'étage 6 et ne seront donc pas décrits séparément. Dans les étages 8 à 16, les éléments qui correspondent à des êléments de l'étage 6 portent des numéros de référence identiques, mais s'en distinguent par des suffixes respectifs B, C, D, E et F. Ainsi, les diviseurs 48B à 48F divisent par dix, de teme que les diviseurs 66B à 66E (il n'existe pas de diviseur 66F), tandis que les oscil- lateurs à commande de tension 54B à 54F ont un signal de sortie ajustable entre 20 et 30 Mhz. Bien que les étages 6 à 16 soient identiques en termes de schéma de principe, il existe des diffé- rences notables entre leurs structures détaillées, ainsi que cela sera expliqué en détail ci-après, mais ces différences n'affectent pas leur fonctionnement de base. Il en découle donc que la fréquence de sortie produite sur la ligne 66B de l'étage 8 est variable entre 2 et 2,999 Mhz par pas de i kHz. De façon correspondante, le signal de sortie de l'étage 10 présent sur la ligne 66C est variable entre 2 et 2,9999 MHz par pas de 100 Hz, le signal de sortie de l'étage 12 présent sur la ligne 66D est variable entre 2 et 2, 99999 MHz par pas de 10 Hz, et le signal de sortie de l'étage 14 présent sur la ligne 66E est variable entre 2 et 2,999999 Mhz par pas de 1 Hz. Dans l'étage final, à savoir l'étage 16, le multi- plicateur 42F est conçu pour produire des multiples dans la gamme de 180 à 280 MHz (au lieu de la gamme 180-270 Mhz comme dans le cas des multiplicateurs 42A à 42E). Ainsi, le signal de sortie maximal du diviseur 48F est 28 MHz. De plus, dans l'étage 16, le diviseur par dix final (dans l'étage 6, le diviseur 64A) est omis. Ainsi, le résultat est que l'oscillateur à commande de tension 54E est réglable de manière à produire un signal de sortie variable entre 20 et 30 MHz par pas de 1 Hz (les signaux de sortie au-delà de 30 MHz qui peuvent théoriquement être obtenus ne sont en fait pas produits par l'oscillateur à commande de tension). De ce qui précède, il s'ensuit que, dans le signal de sortie final de fréquence de la ligne 22, l'étage 4 fixe la valeur du chiffre le moins significatif et les étages 6 à 14 fixent respectivement les valeurs des chiffres suivants d'ordres de signi- fication croissants, tandis que l'étage 16 fixe la valeur des deux chiffres les plus significatifs. Les circuits de verrouillage 30 et 44A à 44F sont commandés par des signaux numériques empruntant une voie 70 de manière à produire les signaux de sortie analogiques voulus permet- tant de régler les filtres passe-bande 28 et 42A à 42F sur les paramètres de réglage appropriés nécessaires à la production de la fréquence de sortie voulue sur la ligne 22. Les signaux numé- riques empruntant la voie 70 sont, dans cet exemple, produits à partir d'une mémoire fixe 72 qui produit ces signaux de sortie numériques en fonction des signaux numériques reçus via la voie de commande 24. La mémoire fixe 72 mémorise des tables de recherche qui autorisent n'importe quelle non-linéarité entre les signaux d'entrée de commande analogiques appliqués aux filtres passe-bande, et les fréquences auxquelles ces signaux d'entrée les règle. Toutefois, il est clair que la mémoire fixe 72 est inutile s'il n'existe pas de telles non-linéarités ou si les signaux numériques de la ligne 24 ont été préalablement traités de manière que ces non-linéarités soient éliminées. Pour augmenter la vitesse de travail du synthétiseur, c'est-à-dire la vitesse à laquelle il se règle lui-même sur une nouvelle fréquence de sortie voulue, le signal de sortie analogique de chacun des circuits de verrouillage 44A à 44F est également uti- lisé, via une ligne appropriée parmi les lignes 67A à 67F, pour régler l'oscillateur à commande de tension correspondant sur la fréquence approximativement correcte de verrouillage de phase. Ceci assure que l'oscillateur à commande de tension soit réglé sur une fréquence amenant la boucle à se verrouiller sur le signal de sortie du mélangeur correspondant à une différence de fréquences, plutôt que sur le signal de sortie correspondant à une somme de fréquences. Puisque la fréquence de sortie de l'oscillateur à commande de ten- sion de l'un quelconque des étages est, au verrouillage, approxi- mativement proportionnelle à la fréquence de sortie du filtre passe- bande de cet étage, il en découle que l'oscillateur à commande de tension peut être amené de manière satisfaisante sur la fréquence approximativement correcte au moyen du signal de commande analogique de cet étage commandant le filtre passe-bande. L'utilisation du multiplicateur et du filtre passe- bande de chacun des étages du synthétiseur est très avantageuse par comparaison avec l'utilisation d'une boucle de verrouillage de phase servant à une fin de multiplication, puisque ceci donne une bien meilleure performance en ce qui concerne le bruit. Si l'on utilise une boucle de verrouillage de phase à une fin de multiplication à l'intérieur de chaque étage du synthétiseur, alors, le bruit produit par chaque diviseur de ces boucles de verrouillage de phase subit également la multiplication. Ceci ne se produit pas dans le circuit décrit. Les diviseurs par dix qui suivent chacun des filtres passe-bande des étages 6 à 16 sont avantageux parce qu'ils produisent des signaux de sortie beaucoup plus propres, comportant moins de signaux parasites, que ce ne serait le cas s'ils étaient omis et si la fréquence de référence était réduite de façon correspondante. L'utilisation des multiplicateurs et des filtres passe-bande sélectifs est également avantageuse parce qu'elle per- met un réglage en fréquence beaucoup plus rapide que ne le per- mettraient des boucles de verrouillage dephase utilisées à des fins de multiplication, de telles boucles de verrouillage de phase imposant en outre des limitations sur la largeur de bande. Le synthétiseur décrit peut facilement être amené à effectuer des balayages en fréquence sur des bandes de fréquence spécifiées et par pas de taille spécifiée. Du fait de la disposition des étages en cascade, la performance relative au bruit (rapport signal-bruit) et la teneur en signaux parasites, qui sont les paramètres demandés aux étages pour que soit produit un signal de sortie final ayant un rapport signal-bruit donné et une teneur maximale en signaux parasites, sont de beaucoup inférieurs pour les étages se trouvant au début de la série que pour les étages finaux, en particulier les étages 14 et 16. Ainsi, bien que les étages 4 à 16 soient tous décrits comme étant identiques en termes de schéma de principe et de fonction, on notera que, en pratique, le circuit détaillé des étages 14 et 16 doit être considérablement plus sophistiquée que celui des étages 4 à 12 afin de permettre une plus grande réduction du bruit et des parasites. Si on le souhaite, on peut délivrer la fréquence de sortie finale de la ligne 22 par l'intermédiaire d'un diviseur par deux 74 produisant sur une ligne 76 une fréquence variable entre 10 et 15 MHz par pas de 0,5 Hz. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Etage de synthétiseur de fréquence, permettant de produire une fréquence ajustable dont la valeur détermine la valeur de l'un des chiffres de la fréquence de sortie synthétisée, l'étage étant caractérisé par un circuit (40) qui répond à une fré- quence de référence prédéterminée en en produisant des multiples se trouvant à l'intérieur d'une gamme de fréquence prédéterminée, un filtre passe-bande (42) sélectivement aeustable permettant de sélectionner l'un des multiples pour produire une fréquence de com- mande, et un circuit de combinaison (52 à 58) qui produit la fré- quence intermédiaire à partir d'une combinaison de la fréquence de commande et de la fréquence ajustable d'un étage précédent. 2.- Etage selon la revendication 1, caractérisé par un diviseur (64) qui possède un facteur de division fixe et est connecté de manière à diviser le multiple choisi pour produire ladite fréquence de commande. 3 - Etage selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que le circuit de combinaison (52 à 58) comprend un oscillateur réglable (54) qui est connecté en boucle de verrouil- lage de phase de façon à être amené par la boucle à produire la fréquence ajustable en fonction de la somme de la fréquence de com- mande et de la fréquence ajustable de l'étage précédent. 4 - Etage selon la revendication 1, 2 ou 3, carac- térisé par un circuit (72) destiné à produire un signal de commande 2 permettant de régler sélectivement le filtre passe-bande (42), et en ce que l'oscillateur réglable (54) répond à ce signal de commande en se laissant régler par celui-ci approximativement sur la valeur correcte pour produire le verrouillage dans la boucle de verrouil- lage de phase. 5 - Synthétiseur de fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs étages qui sont chacun du type décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 4, les étages étant conçus sous forme d'un étage initial (4) produisant une fréquence ajustable,, d'une série d'étages intermédiaires (6 à 14) produisant chacun une fréquence ajustable respective et étant tous connectés en cascade de manière que chacun reçoive la fréquence ajustable du premier étage, le premier étage (6) de la série étant connecté de façon à recevoir la fréquence ajustable de l'étage initial (4), et un étage final (16) connecté de façon à recevoir la fréquence ajustable du dernier étage (14) de ladite série.