Brevet FR2522827A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne d'une façon générale les émetteurs et récepteurs d'impulsions pour les signaux à haute fréquence et plus particulièrement les appareils uti- lisés à des fréquences supérieures à 90 G Hz. En l'espace de quelques années des améliorations dans les composants semi conducteurs ont rendu possibles l'exploitation de la fenêtre à 94 G Hz dans le spectre des hautes fréquences Ainsi, des efforts intensifs ont été récemment entrepris pour développer des systèmes radar fonc- tionnant à 94 G Hz pour un usage o l'encombrement est un pro- blème essentiel, comme dans des projectiles ou des munitions sous-marines guidés Dans une telle application, des éléments relativement petits et légers comme des antennes et des li- gnes peuvent être utilisés pour réaliser des possibilités de mesure angulaire qui sont voisines de la capacité des sys- tèmes optiques Malheureusement, cependant, le développement d'un radar actif pour un usage à 94 G Hz a été empêché par le manque de commutateurs émission réception adéquats Un tel manque, à son tour, a conduit jusqu'à présent à la nécessité d'avoir des antennes séparées pour l'émetteur et le récepteur. Une telle nécessité est, évidemment,extrênu Teit gman- te quand le système doit être utilisé dans un missile guidé. En outre, comme il est bien connu dans la technique, si un radar Doppler à impulsions est souhaité, le premier oscilla- teur local dans le récepteur doit être conçu pour maintenir un décalage de fréquence connu à partir de la fréquence de chaque impulsion transmise C'est à dire que la cohérence entre les signaux reçus et émis doit être maintenue pour permettre aux décalages Doppler d'être déterminés. Compte tenu de ce qui précède le but principal de l'invention est de fournir un radar actif destiné à être utilisé à 94 G Hz, avec une antenne unique pour l'émission et la réception. Un autre but de l'invention est de maintenir la cohérence entre les signaux émis et reçus dans un radar Doppler à impulsions fonctionnant à 94 G Hz. Ces buts et d'autres encore sont atteints dans un radar à impulsions actif avec une antenne unique pour l'émis- sion et la réception ce radar comprenant un oscillateur pi- lote commandant un premier oscillateur local dans le récep- teur d'un tel radar et un oscillateur pulsé verrouillé par injection dans l'émetteur La cohérence indispensable du premier oscillateur local et de l'oscillateur pulsé verroutllé par injection est maintenue en incorporant chaque oscilla- teur dans une boucle de verrouillage de phase de telle sorte que la fréquence de chacun soit commandée par l'oscillateur pilote. D'autres caractéristiques de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre, donné uni- quement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé sur lequel la Figure unique représente schématique- ment un mode de réalisation préféré des éléments essentiels d'un radar à impulsions suivant l'invention. Un oscillateur à l'état solide existant fonction- nant à 94 G Hz ne possède pas le nécessaire degré de cohéren- ce pour être utilisé dans un radar Doppler à impulsions. Ainsi, dans une telle application, une forme d'onde Doppler d'impulsions cohérente est normalement générée en verrouil- lant par injection un oscillateur IMPATT (pour Impact Avalan- che Transit Time temps de transit d'avalanche d'impact) à un signal d'onde entretenue ( CW) cohérente Malheureuse- ment, cependant, seuls des oscillateurs IMPATT à étage unique sont disponibles pour fonctionner a 94 G Hz Toutefois, afin de réaliser une puissance élevée à la sortie d'un tel dispo- sitif (oscillateur IMPATT 11 verrouillé par injection repré- senté à la FIGURE), la puissance de sortie d'un oscillateur IMPATT 13 doit être de l'ordre de 15 à 20 d B en dessous de la puissance de crête de l'oscillateur IMPATT 11 verrouil- lé par injection Malheureusement encore, il n'y a pas de dispositif connu fonctionnant à 94 G Hz qui soit aussi effi- cace pour isoler un récepteur de l'émetteur que des commu- tateurs " Emetteur Récepteur " classiques fonctionnant à une fréquence plus basse Afin d'isoler le récepteur d'im- pulsions 15 représenté à la FIGUO de puissance de sortie relativement élevée de l'oscillateur 13, celui-ci est bloqué pendant presque la durée entière de chaque période de " réception ". Comme les diodes IMPATT sont très sensibles aux changements de température, chaque boucle verrouillée en phase ( PLL commandant l'oscillateur 13 doit, pour éviter des change- ments inacceptables dans la fréquence, compenser chaque changement cyclique de température qui se produit chaque fois qu'un tel oscillateur est " bloqué ou débloqué " Quand la fréquence de répétition d'impulsions ( PRF) d'un système est élevée ( par exemple 25 k Hz), la boucle doit permettre le reverrouillage cohérent de l'oscillateur 13 à une telle fréquence de répétition. Un oscillateur pilote 17 commande les fréquences d'un oscillateur à effet GUNN 19, qui génère ici le premier signal d'oscillateur local pour le récepteur à mono-impul- sions 15, et de l'oscillateur 13 Ce dernier est ici un os- cillateur commandé par un cristal fonctionnant à une fré- quence, fo, de 104,166 M Hz L'oscillateur pilote 17 fournit des signaux de référence à deux détecteurs de phase 21, 23, ainsi qu'une entrée d'un multiplicateur de fréquence 25 qui engendre un signal à la fréquence Nfo ( ici N = 60) situé dans la bande H X ". Les détecteurs de phase sont destinés à produire un signal de correction qui, quand il est appliqué à un oscillateur ( ici l'oscillateur à effet GUNN 19 ou l'oscil- lateur 13), verrouille ( à la fréquence convenable) chaque oscillateur à l'oscillateur pilote 17 pour produire un signal de fréquence intermédiaire désiré pendant la récep- tion Le signal de sortie d'un tel multiplicateur, qui est ici à une fréquence de 6,250 G Hz, est dirigé vers un divi- seur de puissance 27 o il est divisé en deux et appliqué en tant que signal de référence ( oscillateur local) à deux mélangeurs d'harmoniques classiques 29, 31 o le 15 ième harmonique ( 93,750 G Hz) est comparée avec la deuxième en- trée Le signal de la deuxième entrée du mélangeur d'harmo- niques 29, qui est ici à une fréquence de ( Nlfo + fo), est obtenu à partir de l'oscillateur 19 ( qui est commandé par une tension) par l'intermédiaire d'un coupleur direc- tif 33 ( dans ce cas M = 15) Le mélangeur d'harmoniques 29 sert à abaisser la fréquence du signal d'entrée ( N Mfo + fo) et à fournir un signal de sortie à la fréquence fo qui est appliqué au détecteur de phase 21 en tant que deu- xième signal d'entrée Le signal d'erreur de sortie du dé- tecteur de phase 21 est appliqué à l'oscillateur 19 en tant que signal d'entrée de commande de fréquence et sert à fermer une boucle verrouillée en phase ( non représentée) qui est destinée à diminuer le bruit de phase interne de l'oscillateur 19. Le deuxième signal d'entrée du mélangeur d'harmo- niques 31 est à une fréquence de ( N Mfo fo) et est obte- nu à partir de l'oscillateur 13 par l'intermédiaire d'un coupleur directif 35 Le mélangeur d'harmoniques 31 sert à abaisser la fréquence du signal d'entrée ( N Mfo fo) et à fournir un signal de sortie à la fréquence fo qui est appliquée au détecteur de phase 23 Le signal d'erreur de sortie de ce dernier est appliqué, par l'intermédiaire d'une porte 37, à l'oscillateur 13, en tant que signal de commande de fréquence La boucle verrouillée en phase (non représentée) qui vient d'être décrite est destinée à commander la fréquence de l'oscillateur 13 et diminuer le bruit de phase interne de ce dernier, Les boucles verrouil- lées en phase permettent aussi de maintenir un écart de fréquences fixe de 2 fo ou 208,332 M Hz entre l'oscillateur 19 et l'oscillateur 13 Comme mentionné brièvement ci-des- sus, afin d'obtenir la puissance de crête nécessaire de sor- tie de l'oscillateur 11 verrouillé par injection, la puissan- ce de sortie de l'oscillateur 13 doit être de l'ordre de mw Pour empêcher pendant la réception l'alimentation du récepteur 15 par un signal d'un tel niveau (par l'inter- médiaire d'un circulateur 36), l'oscillateur 13 est bloqué immédiatement après chaque impulsion émise à partir de l'os- cillateur il verrouillé par injection Avant la transmission de l'impulsion suivante, un circuit de commande 39 débloque la porte 37, ce qui débloque l'oscillateur 13 ( approximati- vement 200 ns avant que l'impulsion soit transmise) de sorte que cet oscillateur est verrouillé en phase avec l'oscilla- teur pilote 17 avant que la prochaine impulsion à émettre soit générée Le circuit de commande 39 active aussi le modulateur 41 approximativement 140 ns après que la porte 37 soit débloquée, produisant ainsi l'impulsion à émettre à partir de l'oscillateur il verrouillé par injection qui est verrouillé en phase sur le signal de sortie en prove- nance de l'oscillateur 13 pendant les dernières 60 ns d'un tel signal de sortie L'impulsion émise est dirigée ( par l'intermédiaire d'un circulateur 36) vers une antenne 38. Dans le récepteur mono-impulsions 15, la fréquence des signaux d'écho radar est abaissée vers une première fréquence interindiaire de 208,332 Miz ( 2 fo) et les signaux sont alors démodulés en quadrature pour former les signaux de bande de base I et Q qui sont numérisés dans un convertis- seur analogique numérique 43 pour former des portes de plages contig U Les données ordonnées sont alors converties par lepxrocesseur 45 d'une façon classique. REVENDICATIONS 1 Emetteur-récepteur d'impulsions destiné à fonc- tionner dans la bande de 94 G Hz avec un décalage de la fré- quence prédéterminé entre la fréquence de chaque impulsion émise et la fréquence de l'oscillateur local, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur commandé par un cristal ( 17) destiné à engendrer un signal pilote à une fréquence fo/2 inférieure à la bande de 94 G Hz Un multiplicateur de fréquence ( 25) relié à l'oscillateur pilote ( 17) pour mul- tiplier le signal pilote par un facteur N afin d'engendrer un signal fixe situé dans la bande " X ", un oscillateur local ( 19) accordé par une tension et fonctionnant à une fréquence nominale de (NM + 1) fo, o M est un multiple égal à 94/N, un oscillateur du type IMPATT ( 11) fonction- nant à une fréquence nominale (NM 1) fo; un premier mé- langeur ( 29) sensible à une première partie du signal fixe provenant du multiplicateur de fréquence ( 25) et à une pre- mière partie du signal provenant de l'oscillateur local ( 19) accordé par une tension pour engendrer un premier signal de commande dont la fréquence nominale est fo, un premier détecteur de phase ( 21) sensible au signal pilote et au premier signal de commande pour produire un signal de correction de l'oscillateur local ( 19) accordé par une tension pour en ajouter exactement la fréquence à (NM + 1) fo, un second mélangeur d'harmoniques ( 31) sensible à une seconde partie du signal fixe provenant du multiplicateur de fréquence ( 25) et à une première partie du signal prove- nant de l'oscillateur IMPATT ( 11) pour produire un second signal de commande à la fréquence nominale fo; un second détecteur de phase ( 23) sensible au signal pilote et au second signal de commande pour produire un signal de cor- rection pour l'oscillateur Ib PATT ( 11) afin d'en ajuster la fréquence exactement à (NM 1) fo et un oscillateur de puissance ( 13) verrouillé par injection à une seconde partie du signal de l'oscillateur IMPATT ( 11) pour engen- drer le signal à émettre. 2 Emetteur-récepteur suivant la rev 1 caracté- risé en ce qu'il comprend également une porte ( 37) connec- tée entre le second détecteur de phase ( 23) et l'oscilla- teur IMPATT ( 11) pour activer périodiquement celui-ci, un modulateur ( 41) pour activer périodiquement l'oscillateur de puissance ( 13) et un dispositif de commande ( 39) pour débloquer de façon synchrone ladite porte ( 37) et le modu- lateur ( 41) afin d'engendrer des impulsions d'énergie à haute fréquence dans l'oscillateur de puissance ( 13) à une fréquence de (NM 1) fo.