Brevet FR2519809A1 — publié le 19830718

La présente invention a pour objet un circuit hyperfréquences multifonction et des dispositifs de transmission bidirectionnelle utilisant un tel cir- cuit. Le domaine d'application de l'invention con- cerne les télécommunications et notamment la distribu- tion par voie hertzienne de données, les systèmes de communication à accès multiple à répartition dans le temps, les réseaux de diffusion interactifs (canal à îo fort débit pour la diffusion et à faible débit pour le retour), les moyens de transmission numérique ou analo- gique, etc Par hyperfréquences, on entend, de manière classique, le domaine qui s'étend au-delà d'environ 1 G Hz et qui se situe en général autour de 10 à 20 G Hz. Un dispositif émetteur-récepteur* classique travaillant en duplex (émission et réception simulta- nées) est représenté sur la figure 1 Un tel dispositif comprend une source d'émission hyperfréquences 10, un modulateur 12 recevant, sur une entrée 14, un train de données à transmettre, un mélangeur 16 relié au modula- teur et recevant, sur une entrée 18, une onde délivrée par un oscillateur de transposition de fréquence 20, un amplificateur d'émission 22, un moyen 24 de séparation entre l'onde d'émission et l'onde de réception, une an- tenne 26 reliée à ce moyen, un amplificateur de récep- tion 28, un mélangeur de réception 30 relié à l'ampli- ficateur précédent et recevant une onde de réception, une source 32 engendrant cette onde, une chaine d'am- plification et de détection 34 travaillant à une fré- quence intermédiaire égale à la différence des fréquen- ces de réception et de celle de la source 32, cette chaîne délivrant sur une sortie 36 un train de données. Une telle installation, qui est connue, fonc- tionne simultanément en émission et en réception De ce fait, elle est relativement complexe puisqu'elle com- prend deux sous-ensembles complets, l'un d'émission, l'autre de réception. La présente invention a pour but de simpli- fier de tels dispositifs en réduisant le nombre de com- posants qu'ils comprennent Ce but est atteint par l'u- tilisation d'un circuit qui peut remplir plusieurs des fonctions évoquées plus haut, à savoir la modulation, le mélange et la séparation émission-réception. Le circuit de l'invention peut fonctionner en modulateur à l'émission et en mélangeur à la réception. Cela suppose naturellement que le dispositif qui l'uti- lise fonctionne alternativement en émission et en ré- ception Un tel mode de fonctionnement, dit 'en alter- natn, est déjà connu dans le domaine de la transmission sur câble mais n'est pas utilisé en transmission hert- zienne Par ailleurs, le mode de fonctionnement en al- ternat est utilisé classiquement pour pouvoir travail- ler avec une seule ligne de transmission (en général sur paires symétriques) Dans l'invention, le but re- cherché est différent puisqu'il s'agit de réduire le nombre de composants hyperfréquences dans les stations d'émission-réception. Le circuit de l'invention utilise essentiel- lement trois composants hyperfréquences, à savoir un coupleur directif et deux diodes ou plus généralement deux éléments à caractéristiques non linéaires Il rem- plit trois types de fonctions différentes selon les si- gnaux appliqués à ses accès. Un tel circuit permet de réaliser des émet- teurs-récepteurs pour des systèmes de transmission bi- directionnelle et des répéteurs pour ce type de systè- me Les avantages de ces dispositifs tiennent à leur simplicité, qui provient du nombre réduit de composants 25190 09 qu'ils emploient, donc à leur faible coût et à leur bonne fiabilité On observera que plus la fréquence est élevée, plus les composants sont chers C'est donc dans le haut de la gamme des hyperfréquences que l'invention trouve tout son intérêt Mais naturellement le bas de gamme n'est pas exclu pour autant. De façon plus précise, la présente invention a pour objet un circuit hyperfréquences multifonction, caractérisé en ce qu'il comprend: o, un coupleur directif à 3 d B possédant une première paire d'accès et une deuxième paire d'accès; la pre- mière paire est toujours adaptée, mais le découplage entre les accès de cette paire est important pour une valeur particulière d'adaptation des impédances aux accès de la deuxième paire, une branche comprenant en série une première diode, un transistor et une seconde diode, le transistor ayant une base reliée à un accès de commande de son état passant ou bloqué, un émetteur relié à travers une première inductance de réjection à l'une des dio- des et un collecteur relié par l'intermédiaire d'une seconde inductance de réjection à l'autre diode, cet- te branche étant connectée entre les accès de la deu- xième paire d'accès du coupleur et présentant des im- pédances égales à ladite valeur particulière d'adap- tation lorsque le transistor est dans un état pas- sant, deux lignes comportant au moins un élément quart d'onde reliant la terre aux deux diodes, un accès de sortie relié aux deux diodes à travers deux condensateurs. Les caractéristiques de l'invention apparai- tront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif Cette description se réfère à des dessins annexés qui font suite à la figure 1 déjà décrite et sur lesquels: la figure 2 représente le schéma électrique équivalent du circuit de l'invention, la figure 3 représente le circuit de l'in- vention, la figure 4 représente un émetteur-récep- teur utilisant le circuit de la figure précédente, la figure 5 est un chronogramme illustrant le fonctionnement du dispositif précédent, la figure 6 illustre un dispositif répéteur utilisant le circuit objet de l'invention. Le circuit représenté sur la figure 2 et ré- férencé 40, comprend: un coupleur directif 42 à 3 db possédant une première paire d'accès b et d, et une seconde paire d'accès b' et d', une branche comprenant, en série, une première diode 44, un transistor 46 et une seconde diode 48; le transistor 46 possède une base reliée à un accès (a) de commande de son état (passant ou bloqué), un émet- teur relié à travers une première inductance de ré- jection 50 à la diode 48 et un collecteur relié, par l'intermédiaire d'une seconde inductance de réjec- tion 52 à l'autre diode 44 Cette branche est connec- tée entre'les accès b' et d' du coupleur, deux condensateurs 54 et 56 reliée aux diodes 44 et 48 et possédant une armature commune reliée à un ac- cès (c), deux lignes comportant un ou plusieurs éléments quarts d'onde représentées symboliquement par deux inductances 58 et 60 disposées entre la terre et les diodes 44 et 48. Le fonctionnement de ce circuit est le sui- vant Lorsqu'une impédance infinie est présente aux ac- ces b' et d' du coupleur, une onde hyperfréquence ap- pliquée à l'un des accès b ou d est alors totalement transmise vers l'autre Lorsqu'une impédance de valeur particulière, dite impédance d'adaptation, est présen- te aux accès b' et d', une onde hyperfréquence appli- quée aux accès b ou d de la première paire est alors transmise aux accès b' et d' par moitié Si deux ondes sont appliquées aux accès b et d elles se trouvent mé- langées à la sortie c du circuit L'impédance d'adapta- tion peut être par exemple de 50 Ohms. Entre ces deux états extrêmes de désadapta- tion et d'adaptation, selon que l'impédance aux bornes b' et d' est plus ou moins proche de l'impédance d'a- daptation, une onde appliquée à l'accès b est plus ou moins transmise vers l'accès d, le coefficient de transmission étant compris entre 1 (cas de la désadap- tation) et O (cas de l'adaptation). Les diodes 44 et 48 ont un point à la terre en ce qui concerne la tension continue par le biais des conductances 58 et 60, qui sont en fait des lignes quart d'onde qui ramènent une impédance infinie à la fréquence utilisée mais qui ramènent le potentiel de terre en continu. Lorsque le transistor 46 est bloqué, les dio- des ne sont pas polarisées en continu et se comportent en circuit ouvert, et l'onde hyperfréquence est reflé- chie Lorsque le transistor 46 est passant, l'énergie hyperfréquence appliquée sur l'accès b vient polariser les diodes dans le sens direct et l'onde hyperfréquence appliquée 'sur l'accès b et sur l'accès d traverse le coupleur, se mélangent sur les diodes 44 et 48 Au point c on recueille alors le mélange des deux ondes à travers les condensateurs 54 et 56. Le circuit peut donc remplir deux fonctions différentes: 1) Si une onde hyperfréquence est appliquée sur l'accès b, on obtient sur l'accès d une onde transmise à con- dition que le transistor 46 soit bloqué Cet état peut être obtenu en appliquant sur l'accès (a) relié à la base une tension appropriée, par exemple négati- ve On n'obtient aucune onde sur l'accès d si le transistor 46 est passant, c'est-à-dire un signal ap- te à débloquer le transistor appliqué sur l'accès (a), (par exemple une tension positive) Le circuit fonc- tionne donc en modulateur, l'onde appliquée sur l'ac- cès b étant l'onde porteuse, le signal appliqué sur l'accès a étant l'information et l'onde délivrée par l'accès d étant l'onde modulée Le modulation est du type tout ou rien si le transistor 46 est ou n'est pas bloqué Les données pouvant être transmises par un tel modulateur sont alors du type numérique (suite de O et de 1) Il suffit de relier l'accès b à une source hyperfréquence, l'accès d à une antenne et l'accès a à la source de données Mais le transistor 46 peut être plus ou moins passant; la modulation est alors de type analogique. 2) Si une onde hyperfréquence est présente à la fois sur l'accès b et sur l'accès d, le circuit se compor- te en mélangeur à la condition que le transistor 46 soit passant L'accès c reçoit le mélange des deux ondes et peut être relié à un circuit de traitement en fréquence intermédiaire, fréquence qui est égale à la différence de fréquence des deux ondes reçues. L'accès b est alors relié à la source de réception et l'accès d à l'antenne En définitive, c'est par l'ac- cès a que le circuit se trouve être commandé. La figure 3 montre un schéma d'un mode de réalisation du circuit qui vient d'être décrit Le cir- cuit est représenté agrandi 8,5 fois, ce qui montre que ' ses dimensions sont faibles Les éléments représentés portent les mêmes références que sur la figure 2. 7 2519809 La figure 4 représente un dispositif émet- teuï-récepteur utilisant le circuit de l'invention Ce dispositif comprend 1 un générateur hyperfréquence 7 et à ém Pttre alter- nativement une onde d'émission et une onde de t tion, un premier circuit 72 de traitement de données apte à recevoir un train continu de données, par exemple nu- mériques, et à délivrer ces mêmes données mais grou- l O pées par blocs, une chaîne d'amplification et de détection 74 tra- vaillant à une fréquence intermédiaire égale à la différence de fréquence entre les ondes d'émission et de réception, un second circuit de traitement de données 76 relié à ladite cha ne et apte à recevoir des données numéri- ques groupées par blocs et à délivrer les mêmes don- nées sous forme d'un train continu, un circuit de synchronisation 78 commandant le pre- mier et le second circuits de traitement de données 72, 74 et le générateur 70, une antenne 80. Un tel dispositif nécessite en outre des moyens pour assurer alternativement une fonction de mo- dulation de l'onde d'émission et de mélange d'une onde reçue avec l'onde de réception, et pour assurer une séparation entre l'onde d'émission dirigée vers l'an- tenne et l'onde reçue provenant de l'antenne Selon l'invention ces moyens sont constitués par le circuit 40 qui a été décrit plus haut, dans lequel l'accès (a) est relié au premier circuit de traitement de données 72, l'accès b au générateur 70, l'accès c à la chaîne d'amplification et de détection 74 et l'accès d à l'an- tenne 80. Le chronogramme de la figure 5 illustre le fonctionnement d'une liaison en alternat utilisant deux stations d'extrémité A et B, toutes deux identiques au dispositif de la figure 4 Sur ce schéma la significa- tion des notations est la suivante E désigne la phase d'émission, R la phase de réception, tt la durée de la transmission d'un bloc de données, t le temps de propagation d'une extrémité à l'autre, p t 9 le temps de garde, ta le temps d'attente, tc le temps de cycle. Le circuit 40 assure donc, dans un tel systè- me, trois fonctions: modulation pendant les phases d'émission, mélange pendant les phases de réception, séparation émission-réception. La figure 6 représente enfin un dispositif répéteur comprenant une première antenne 90, une seconde antenne 92, un aiguilleur 94 permettant de mettre en service -l'une quelconque de ces antennes, un générateur hyperfréquence 96 apte à émettre al- ternativement une première onde hyperfréquence à une première fréquence fi et une seconde onde hyperfré- quence à une seconde fréquence f 2, une chalne d'amplification et de détection 98 tra- vaillant à une fréquence intermédiaire égale à la différence de fréquence entre la première et la se- conde ondes émises par le générateur, un circuit à retard 100 relié à ladite voie 98, un circuit de synchronisation 102 commandant le géné- rateur 96, le circuit à retard 100 et l'aiguilleur 94. Un tel répéteur doit comprendre encore des 2519809 ' moyens pour assurer alternativement une fonction de mo- dulation de la première onde et de mélange de la secon- de onde avec une onde reçue provenant d'une des anten- nes et pour assurer une séparation entre l'onde d'émis- sion et l'onde de réception Selon l'invention ces moyens sont constitués par le circuit 40 qui a été dé- crit plus haut dans lequel l'accès (a) est relié au circuit à retard 100, l'accès (b) au générateur 96, l'accès (c) à la chaîne d'amplification et de détection 100, et l'accès (d) à l'aiguilleur 94. La figure 6 représente les quatre phases pos- sibles pour un tel répéteur (I, II, III, IV) ainsi que deux antennes A et B appartenant au répéteur précédent et au récepteur suivant Le principe de fonctionnement est le suivant: Phase I: le répéteur reçoit par son antenne 90 une on- de modulée L'onde reçue est dirigée par l'aiguilleur 94 vers l'accès d du circuit 40, lequel reçoit par ailleurs, du générateur 96, une onde de fréquence fi Le circuit 40 fonc- tionne en mélangeur L'onde de mélange est extraite du circuit 40 par l'accès c et trai- tée dans le circuit 98 Les données numéri- ques sont appliquées au circuit 100. Phase II: le générateur 96 délivre une onde à la fré- quence f 2; les données extraites du circuit sont appliquées à l'entrée (a) du circuit , lequel fonctionne en modulateur; l'ai- guilleur 94 connecte l'antenne 92 qui réémet l'onde modulée vers le répéteur suivant. Phase III: elle correspond à la phase I, les informa- tions provenant cette fois de la voie de re- tour, Phase IV: elle correspond à la phase II, les informa- tions empruntant la voie de retour. Une liaison a été expérimentée, qui utilise deux circuits conformes à la description qui précède. Les caractéristiques mesurées étaient les suivantes: fréquence: 22,15 G Hz débit: 2048 kbit/s puissance rayonnée: 40 m W gain du répéteur: 85 d B facteur de bruit à la réception: 10 d B dynamique de la partie linéaire de la courbe de modula- tion: supérieure à 20 d B REVENDICATIONS 1 Circuit hyperfréquences multifonction, caractérisé en ce qu'il comprend: un coupleur directif ( 42) à 3 d B possédant une pre- mière paire d'accès (b, d) et une deuxième paire d'accès (b', d'); la première paire est toujours adaptée, mais le découplage entre les accès de cette paire est important pour une valeur particulière d'a- daptation des impédances aux accès de la deuxième paire, une branche comprenant en série une première diode ( 44), un transistor ( 46) et une seconde diode ( 48), le transistor ( 46) ayant une base reliée à un accès (a) de commande de son état passant ou bloqué, un émetteur relié à travers une première inductance de réjection ( 50) à l'une des diodes ( 48) et un collec- teur relié par l'intermédiaire d'une seconde induc- tance de réjection ( 52) à l'autre diode ( 44), cette branche étant connectée entre les accès de la deuxiè- me paire d'accès (b', d') du coupleur et présentant des impédances égales à ladite valeur particulière d'adaptation lorsque le transistor ( 46) est dans un état passant, deux lignes comprenant au moins un élément quart d'onde ( 58, 60) reliant la terre aux deux diodes ( 44, 48), un accès (c) de sortie relié aux deux diodes ( 44,-48) à travers deux condensateurs ( 54, 56). 2 Dispositif émetteur-récepteur pour trans- mission bidirectionnelle, comprenant: un générateur hyperfréquences ( 70) apte à émettre ah- ternativement une onde d'émission et une onde de ré- ception, 12 - un premier circuit de traitement de données ( 72) apte à recevoir un train continu de données et à délivrer ces mêmes données mais groupées par blocs, une chaine d'amplification et de détection ( 74) tra- vaillant à une fréquence intermédiaire égale à la différence de fréquence entre les ondes d'émission et de réception, un second circuit de traitement de données ( 76) relié à ladite chaîne ( 74) et apte à recevoir des données groupées par blocs et à délivrer les mêmes données sous forme d'un train continu, un circuit de synchronisation ( 78) commandant le pre- mier et le second circuits de traitement de données ( 72, 74) et le générateur ( 70), une antenne 80, et des moyens pour assurer alternativement une fonc- tion de modulation de l'onde d'émission et de mélange d'une onde reçue avec l'onde de réception, et pour assurer une séparation entre l'onde d'émission diri- gée vers l'antenne et l'onde reçue provenant de l'an- tenne, caractérisé en ce que ces moyens sont consti- tués par le circuit ( 40) de la revendication 1, dans lequel l'accès (a) est relié au premier circuit de traitement de données ( 72), l'accès (b) est relié au générateur ( 70), l'accès (c) est relié à la chaîne d'amplification ( 74) et l'accès (d) à l'antenne ( 80). 3 Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que les données sont de type numérique. 4.-Dispositif répéteur comprenant: une première antenne ( 90), une seconde antenne ( 92), un aiguilleur ( 94) permettant de mettre en service l'une quelconque de la première et de la seconde an- tennes, un générateur hyperfréquences ( 96) apte à émettre al- 13 2519809 ternativement une première onde hyperfréquence à une première fréquence et une seconde onde hyperfréquence à une seconde fréquence, une chaîne d'amplification et de détection ( 98) tra- vaillant à une fréquence intermédiaire égale à la différence de fréquence entre la première et la se- conde ondes émises par le générateur, un circuit à retard ( 100) relié à ladite voie ( 98), un circuit de synchronisation ( 102) commandant le gé- l O nérateur ( 96), le circuit à retard ( 100) et l'aiguil- leur ( 94), des moyens pour assurer alternativement une fonction de modulation de la première onde et de mélange de la seconde onde avec une onde reçue provenant de l'une des antennes et pour assurer une séparation entre l'onde d'émission et l'onde de réception, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués par le circuit ( 40) de la revendication 1, dans lequel l'accès (a) est relié au circuit à retard ( 100), l'accès (b) est relié au générateur ( 96), l'accès (c) est relié à la cha ne d'amplification et de détection ( 98), et l'accès (d) à l'aiguilleur ( 94).