Brevet FR2499336A1 — publié le 19820806

La présente invention se rapporte à un radio-récepteur et plus particulièrement à un nouveau radio-récepteur perfectionné, supérieur par sa performance anti-interfé- rence et sa sensibilité. Comme on le sait bien, les performances requises des radio-récepteurs sont généralement les quatre suivantes: (1) sensibilité, (2) performance anti-interférence, (3) fidélité, (4) stabilité. Des radio-récepteurs répondant aux quatre conditions ci-dessus peuvent bien entendu être acceptés comme des appareils de qualité. Cependant, en même temps que le nombre toujours croissant de stations de diffusion, la performance (2) requise ci-dessus, c'est-à-dire la perfor- mance anti-interférence est récemment devenue de plus en plus importante dans ce domaine. Un moyen général pour améliorer la performance anti- interférence consiste à utiliser des filtres de bande étroite; la figure 1 montre la construction d'un récep- teur superhétérodyne conventionnel équipé de tels filtres. Sur cette figure, le repère 1 désigne une antenne, 2, 4 et 7 indiquent des filtres, 3 indique un amplificateur haute fréquence, 5 un convertisseur de fréquence, 6 un oscillateur local, 8 un amplificateur à fréquence inter- médiaire, 9 un démodulateur, 10 un amplificateur basse fréquence, et 11 indique un haut-parleur. La performance anti-interférence du radio-récepteur d'une telle construc- tion sera décrite ci-après. L'antenne 1 ne répond pas à ce à quoi on peut s'atten- dre en ce qui concerne la sélectivité des fréquences. On suppose qu'un signal à haute fréquence reçu par cette antenne 1 est amplifié tel qu'il est par l'amplificateur à haute fréquence 3, un phénomène nocif tel qu'une inter- modulation ou une modulation croisée sera provoqué par l'effet non linéaire de l'amplificateur 3. Pour éviter cela, le filtre 2 est connecté en aval de l'antenne 1. Le convertisseur de fréquence 5 est sensiblement un circuit non linéaire qui subira une interférence de la fréquence d'image en plus de l'intermodulation ou de la modulation croisée; pour éviter cela, la sélectivité insuffisante des fréquences du filtre 2 est couverte par un autre filtre 4. Le repère 6 désigne un oscillateur local. Le filtre 7 est prévu pour choisir un signal qui a été converti aux fréquences intermédiaires. Comme on l'a décrit ci-dessus, les radio-récepteurs conventionnels sont habituellement pourvus de trois filtres0 Parmi eux, les filtres 2 et 4 sont omme suit des le cas ou la fréquence reçue est variable: (1))eur fréquence centrale est variable; (2) ils sont changés pour ceux conçus pour des fréquences différentes; et (3) des filtres de bande large qui laissent passer tous les signauxà Ès fréquences dans la bande variable. Cependant, les filtres en (3) ci-dessus ne sont pas sensiblement des filtres de bande étroite, et en consé- quence ont une mauvaise performance d'anti-interférence0 Bien que les filtres en (2) ci-dessus puissent ttre utiles à un certain point pour une bande étroite, nombre de ces filtres sont nécessaires et donc les prix et l'espace de montage sont importants. Par ailleurs, avec les filtres en (1) ci-dessus, il est difficile d'obtenir une sélectivité suffisante des fréquences pour supprimer autre chose qu'un signal souhaité. Pour obtenir une sélectivité suffisante des fréquences en utilisant les filtres en (1), il est nécessaire de prévoir un nombre accru d'étages de filtrage,ce qui cependant conduit à une augmentation des pertes. Plus particulièrement, si un tel filtre est utilisé pour le filtre 2 ci-dessus, le facteur de bruit du radio-récepteur est affecté de façon néfaste, et une erreur du filtre a lieu; ainsi, il n'est pas possible d'augmenter le nombre d'étages de filtrage au hasard. Pour supprimer l'interférence de canaux adjacents, on prévoit un filtre 7 sélecteur du signal à fréquence intermédiaire en aval du convertisseur de fréquence 5. Ce filtre 7 peut être tel que sa fréquence centrale soit fixe et que sa fréquence d'assujettissement soit faible. En conséquence, on peut éventuellement utiliser un filtre peu coûteux de bonne sélectivité. Il est apparent que les sélectivités des fréquences des filtres 2 et 4 sont insuffisantes pour supprimer l'intermodulation ou modulation croisée provoquée par l'amplificateur à haute fréquence 3 et le convertisseur de fréquence 5.Le mécanisme de la présence de l'inter- modulation sera décrit ci-après: On suppose que la fréquence reçue est fd et qu'il y a des ondes d'interférence fd + d fl et fd +2Lf adjacentes à la fréquence fd. Il se produit dans l'amplificateur à haute fréquence la fréquence fd du facteur non linéaire tertiaire comme ci-après: 2(fd + A f) - (fd+2. _ fd Cela signifie la présence d'une interférence des ondes adjacentes sur la fréquence fd. Cette fréquence varie selon la sorte de communication qui est faite, et elle est de l'ordre de 10 kHz dans certains cas. En conséquence, pour empêcher toute interférence, un filtre de haute fréquence est nécessaire, pouvant suffisamment supprimer les composantes de fréquence très proches de la fréquence utilisée dans la communication. Cependant, on ne dispose jusqu'à maintenant que de filtres de haute fréquence piézo-électriques utilisant le quartz, dont la fréquence centrale est fixe. Du fait de cette fréquence centrale fixe, de tels filtres sont ceux en (2) ci-dessus. La présente invention a pour objet de surmonter les inconvénients cidessus des radio-récepteurs selon l'art antérieur en prévoyant un radiorécepteur ayant une excellente performance anti-interférence et une excellente sensibilité, o un filtre ayant de faibles pertes dues aux variations de la fréquence centrale et ayant une forte sensibilité est adopté, qui comprend un amplificateur d'onde de surface élastique qui produit une amplification paramétrique0 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 donne un schéma bloc d'un récepteur superhétérodyne conventionnel pris à titre d'exemple; - la figure 2 donne un schéma bloc d'un mode de réalisation du radio-récepteur selon la présente invention; - la figure 3 est un schéma de circuit montrant un exemple de l'amplificateur d'ondes élastiques de surface utilisé dans le mode de réalisation de la figure 2, - la figure 4 montre des courbes caractéristiques de fréquence de l'amplificateur de la figure 3; - la figure 5 donne un schéma bloc d'un autre mode de réalisation de la présente invention; - la figure 6 donne un schéma d'une variante partielle du second mode de réalisation de la figure 5; - la figure 7 est un schéma bloc montrant un troisième mode de réalisation du radio-récepteur selon la présente invention; et - les figures 8 et 9 sont des schémas blocs respec- tivement, montrant des variantes partielles du troisième mode de réalisation de la figure 7. En se référant maintenant à la figure 2 qui montre un premier mode de réalisation d'un récepteur superhété- rodyne auquel s'applique la présente invention, des repères identiques à ceux de la figure 1 indiquent des -éléments ou pièces identiques; sur cette figure,le repère 12 désigte un amplificateur d'onde élastique de surface, le repère 13 désigne un générateur de tension continue de polarisation de l'amplificateur 12, le repère 14 un circuit générateur de puissance de pompage et lesrepères et 16 désignent des circuits d'adaptation pour les transducteurs de l'amplificateur d'onde élastique de surface, que l'on décrira mieux ci-après. La figure 3 montre un exemple de cet amplificateur d'onde élastique de surface. Sur cette figure, S indique un substrat semiconducteur fait en silicium (Si), et I une pellicule piézo-électrique faite en oxyde de zinc (ZnO). I' désigne une pellicule d'oxyde de silicium (SiO2). Le substrat semiconducteur S, la pellicule d'oxyde de silicium I' et la pellicule piézo-électrique I sont empilés pour former un feuilletage. La pellicule I' d'oxyde de silicium ci-dessus sert à stabiliter la surface du substrat semiconducteur S. Par ailleurs, lesrepères 121 et 122 indiquent un moyen d'entrée et un moyen de sortie respectivement de signaux électriques, qui sont composés d'un transducteur d'onde élastique de surface fait d'une électrode en forme de peigne. Les moyens d'entrée et de sortie de signaux électriques sont connectés auxcircuits d'adaptation 15 et 16 respectivement; un signal électrique est converti par le moyen d'entrée 121 en une onde élastique de surface, tandis que le signal d'onde de surface est converti en un signal électrique par le moyen de sortie 122. Le symbole M1 désigne une électrode pour application d'une tension continue de polarisation et d'une puissance de pompage et cette électrode M1 est disposée dans le trajet de propagation du signal d'onde de surface. Le symbole M2 désigne une électrode pour former un contact ohmique avec le substrat semiconducteur S. L'électrode M1 ci-dessus mentionnée est connectée à la masse par une self CH pour supprimer le courant à haute fréquence et une source de courant continu 13 dont la tension est variable et qui doit appliquer une tension continue de polarisation. Cette électrode M1 est également connectée à la masse par -un condensateur C pour supprimer le courant continu et une source de courant à haute fréquence 14 pour fournir une puissance de pompage. Un signal électrique fourni par le circuit d'adaptation 15 au moyen d'entrée 121 est converti en un signal d'onde de surface et il se propage à la surface de la pellicule piézo-électrique I vers le moyen de sortie 122. On suppose que la fréquence du signal d'onde de surface se propageant ainsi est f, et qu'une tension continue de polarisation est appliquée par la source 13 à l'électrode M1 sur la pellicule piézo- électrique I tandis qu'une puissance de pompage à une fréquence 2f est appliquée à l'électrode Mi. Le signal d'onde de surface est amplifié sous l'effet de l'interaction paramétrique due à la non linéarité de la capacité de charge de surface à la surface du substrat semi- conducteur S en dessous de l'électrode M1; ce signal amplifié est converti par le moyen de sortie 122 et est extrait. L'amplification ci- dessus mentionnée est fonction de la longueur de l'électrode M1 dans la direction de propaga- tion de l'onde de surface, de la résistance non linéaire E à la surface du substrat semiconducteur S et de la fréquence de la puissance de pompage; ainsi, l'amplification peut être modifiée en changeant les valeurs des facteurs ci-dessus. La résistance E ci-dessus mentionnée dépend de la non linéarité du condensateur de la couche de charge de surface du substrat semiconducteur S, qui est déterminée par la valeur de la tension continue de polari- sation et la grandeur de la puissance de pompage. En utili- sation pratique, les deux sortes ci-dessus de paramètres sont modifiées pour ajuster l'amplification. L'amplificateur d'onde élastique de surface 12 dépend, en amplification, de la non linéarité de la capa- cité de la couche de charge de surface à la surface du substrat semiconducteur S en silicium et autres. Comme l'effet de cette non linéarité est assez important en comparaison au corps piézo-électrique lui-même comme on l'a illustré et expliqué avec l'appareil conventionnel, la puissance de pompage peut efficacement être réduite pour une amplification prédéterminée. Comme l'amplification paramétrique par l'amplifica- teur 12 d'onde élastique de surface est une sorte d'ampli- fication à contre-réaction positive, il est nécessaire d'augmenter le facteur Q électrique afin d'augmenter l'am- plification. La figure 4 montre un exemple d'une réponse en fréquence de l'amplification de l'amplificateur 12 avec le changement de Q. Comme on peut le voir sur cette figure, tandis que Q augmente, la largeur de bande de fréquences rétrécit tandis que l'amplification A est plus importante, Comme la largeur de bande de fréquences peut être modifiée de cette façon avec le changement de l'amplification A, l'amplificateur 12 peut être équipé de plus d'une fonction d'amplification dans une largeur de bande variable. Comme on l'a décrit ci-dessus, l'amplificateur 12 peut être construit comme un amplificateur à haute fré- quence ayant un gain important, une forte sélectivité et un accord variable en fournissant une tension continue de polarisation et une puissance de pompage appropriées (pour un accord variable, il suffit d'utiliser une fréquence de la puissance de pompage deux fois supérieure à la fréquence reçue), donc cet amplificateur 12 peut remplacer les filtres conventionnels 2 et 4 ainsi que l'amplificateur haute fréquence 3. Du fait de la forte sélectivité de l'amplificateur 12, il est possible de supprimer les composantes de fréquence proches de la fréquence reçue qui ne pourraient pas être supprimées par l'amplificateur du type à accord variable conventionnel, et en conséquence cela empêche les pbénomènesnocifs comme une intermodulation ou une modulation croisée que l'on a vus dans un amplificateur haute fréquence et un convertisseur de fréquence conven- tionnels. Par ailleurs, comme le mécanisme d'amplification de l'amplificateur d'onde élastique de surface est une amplification paramétrique, l'amplificateur a sensiblement un faible bruit et a une sensibilité accrue. Le filtre 7 utilisé dans l'étage à fréquence inter- médiaire peut.ne pas être un filtre de haute performance. La figure 5 montre un second mode de réalisation selon la présente invention, o la source de puissance de pompage ou circuit 13 n'est pas composé d'un oscillateur indépendant mais o la puissance de pompage est obtenue de l'oscillateur local 6 du récepteur selon ce qui suit. Sur la figure 5, le repère 17 désigne un doubleur de fréquence, le repère 18 un filtre, le repère 19 un oscillateur local, 20 un convertisseur de fréquence, 21 un filtre, et 22 un circuit amplificateur tampon. Le convertisseur de fréquence composé de l'oscillateur local 19, du convertisseur de fréquence 20 et du filtre 21 peut être disposé en amont du doubleur de fréquence 17. On suppose ici que la fréquence reçue est fs et que la fréquence intermédiaire est fi. La fréquence d'oscilla- tion de l'oscillateur local est choisie à fs + fi (ou fs - fi). Cette fréquence à la sortie de l'oscillateur local 6 est doublée dans le doubleur de fréquence 17 pour produire un signal à une fréquence de 2 (fs+fi). L'harmoni- que fondamentale (fs+fi) et les composantes de fréquence plus de trois fois supérieures à la fréquence reçue sont retirées de ce signal par le filtre 18. Comme l'oscïllateur local 9 délivre à sa sortie un signal à fréquence fixe de 3fi, la sortie du convertisseur de fréquence 20 sera composée de ce qui suit: 2(fs+fî)±2fi = 2fs...................(1) 2(fs+fi)+2fi = 2fs+3fi..............(2). En effet, les signaux aux fréquences de 2fs, 2fs+3fi (quand la fréquence d'oscillation de l'oscillateur local 6 est choisie à fs+fi) et 2fs-3fi (quand la fréquence d'oscillation est choisie à fs-fi) sont délivrés du convertisseur de fréquence 209 Comme la composante de fréquence de 2fs+ 3fi des signaux est inutile, elle est retirée par le filtre 12, et seule la composante de 2fs est amplifiée par le circuit amplificateur tampon 22 et est appliquée à l'amplificateur 12 d'onde élastique de surface. On suppose que la limite inférieure de la fréquence recevable est fsmin et que la limite supérieure est fsmax" La gamme de fréquences de la puissance de pompage est comprise entre 2fsmin et 2fsmax' Dans ce cas, les sorties correspondant à l'équation (2) ci-dessus sont les suivantes: 2fsmin + 3fi à 2fsmàx 3fi 3......(3) 2fsmin + 3fi dans l'équation (3) peuvent prendre une valeur très proche de 2fs max ou bien cela peut représenter moins de 2fsmax' ou 2fsmax - 3fi peut prendre une valeur très proche de 2fsmin ou bien être supérieur à 2fsmin; dans ce cas, de tels composantes inutiles peuvent ttre retirés par le filtre 21 seul. En conséquence, on prévoit un certain nombre de filtres 21 comme 211, 212, .*.. comme cela est illustré sur la figure 6 et on les utilise en les choisissant de façon appropriée au moyen des commutateurs SW1 et SW2 selon une fréquence reçue. Dans le cas ci-dessus, le convertisseur de fréquence peut ttre du type rejetant l'image au lieu de prévoir les divers filtres 21. Comme le convertisseur de fréquence du type rejetant l'image ne délivre pas sensiblement la composante représentée à l'équation(2)ci-dessus qui correspond à une fréquence d'image, le filtre 21 peut ftre éliminé ou peut ttre plus simple en utilisant un convertis- seur de fréquence d'un tel type rejetant l'image. La figure 7 montre un autre mode de réalisation du radio-récepteur selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l'oscillateur local 6 et la source de puissance de pompage ou circuit 13 ont la forme d'un circuit à boucle verrouillée en phase composé respectivement d'un circuit tampon 27 (30), d'un oscillateur réglé en tension 28 (29), d'un diviseur programmable 24 (31) et d'un compara- teur de phase 23 (32), et de plus il y a un diviseur 26, commun à un oscillateur de référence 25, qui divise l'oscillation à la sortie de ce dernier. Dans le mode de réalisation ci-dessus, le circuit de la puissance de pompage et l'oscillateur local de l'ampli- ficateur d'onde élastique de surface ont une structure d'un circuit à boucle verrouillée en phase; ainsi le récepteur superhétérodyne est extrêmement stable en fonc-- tionnement. Le circuit de puissance de pompage est formé d'un oscillateur indépendant. Cet oscillateur doit ttre suffisamment stable pour produire la plus grande partie de la caractéristique de bande étroite de l'amplificateur d'onde élastique de surface. Du fait de la fréquence variable et de la stabilité, le circuit à boucle verrouillée en phase est le meilleur pour fournir la puissance de pompage; dans la présente invention, le circuit à boucle verrouillée en phase pour l'oscillateur local et celui pour fournir la puissance de pompage partagent l'oscillateur de référence et le diviseur. Par conséquent, la configuration du circuit est simplifiée et les prix de fabrication peuvent être réduits. Le diviseur programmable 24 (31) peut avoir, en amont, un pré-étalonneur 33 ou mélangeur 34 et un oscillateur local 35 comme le montre la figure 8 ou la figure 9. R E V E N DI C A T I 0 N S ___________________________ 1. Récepteur, caractérisé en ce qu'il omprend un amplificateur à haute fréquence composé d'un amplificateur d'onde élastique de surface (12) du type à amplification pa- ramétrique, o un signal reçu à haute fréquence est amplifié par ledit amplificateur d'onde élastique de surface et le signal ainsi amplifié est délivré au circuit situé en aval. 2. Récepteur superhétérodyne caractérisé en ce qu'il comprend: un amplificateur d'onde élastique de surface du type à amplification paramétrique; un premier circuit d'adaptation (15); un second circuit d'adaptation (16); ledit premier circuit d'adaptation étant connecté entre une antenne (1) du récepteur et l'entrée dudit ampli- ficateur d'onde élastique de surface (12), tandis que ledit second circuit d'adaptation est connecté entre la sortie dudit amplificateur d'onde élastique de surface et un con- vertisseur de fréquence (5) dudit récepteur. 3. Récepteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'amplificateur d'onde élastique de surface précité est pourvu d'un moyen pour appliquer une puissance de pompage (13) et la fréquence de ladite puissance de pompage est établie au double de la fréquence reçue dudit récepteur. 4. Récepteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un circuit pour fournir, comme puissance de pompage,à l'amplificateur d'onde élastique de surface précité, les oscillations à la sortie de l'oscillateur local (6) pour la conversion à fréquence intermédiaire dudit récepteur. 5. Récepteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit précité comprend un circuit doubleur de fréquence (17), un circuit mélangeur (20) pour la conversion de fréquence du signal dont la fréquence est doublée par ledit circuit doubleur de fréquence et un circuit de filtrage (21) pour en extraire les composantes de fréquence qui sont deux fois supérieure à la fréquence reçue de la sortie convertie en fréquence dudit circuit mélangeur. 60 Récepteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de filtrage précité se compose d'un certain nombre de filtres et est construit de façon que les- dits filtres soient sélectivement utilisés selon une fréquence reçue (2, 11 212)0 7. Récepteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de puissance de pompage précité se compose d'un premier circuit à boucle verrouillée en phase0 Récepteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'oscillateur local précité pour la conversion à fréquence intermédiaire du récepteur se compose d'un second circuit à boucle verrouillée en phase0