Brevet FR2513043A1 — publié le 19830318

Circuit diviseur de fréquence pour des signaux de fréquences très différenXs. L'invention concerne un circuit diviseur de fréquence pour des signaux de fréquences très diff6- rentes. Pour la séparation ou le couplage de signaux haute fréquence dans la plage des fréquences de quelques centaines de MHZ jusqu'à environ 1 GHz, il est connu d'utiliser des coupleurs directifs. Mais, si 1' un de ces deux signaux possède une fréquence qui ne se situe que dans les environs de quelques centaines de kHz, l'utilisation de coupleurs directifs n'a plus tellement de sens en raison de l'affaiblissement de la bande de fréquences non transmise et de l'affaiblissement accru pour la bande de fréquences transmise. Les coupleurs directifs ne soit pas, comme cela est connu, bien efficaces pour des basses fréquences car ilsdonnent, pour les basses fréquences, un affaiblissement de couplage élevé.Egalement, dans le cas du couplage des fréquences basses par l'intermédiaire de diviseurs de couplage ou d'éléments passe-bas au niveau de la voie des signaux pour le signal haute fréquence, il résulte un affaiblissement de couplage élevé pour le signaux de basse fréquence, dans la mesure où on peut éviter une influence réciproque des deux voies des signaux. Le besoin pour un circuit diviseur de fréquence, en vue de séparer des signaux à positions en fréquences très différentes se fait sentir aussi bien dans la technique des antennes, au niveau des aiguillages de réception et d'émission, ainsi que lors du couplage de signaux pilotes de fréquence relativement faible avec des signaux de liaisons par ondes hertziennes. Dans la technique de la transmission de signaux numériques sur de grandesdistances,il est en outre connu de transmettre des signauxnumériquesavec des débits binaires de quelques centaines de Mbit/s, avec un signal de fréquence relativement basse. Le signal de fréquence basse sert à la transmission d'informations de contrôle, et la transmission d'un canal auxilaire et de service est possible. L'invention a donc ppur objet un circuit diviseur de fréquence du genre indiqué en tête du présent mémoire, permettant de coupler ou de séparer d'une voie de signaux commune, des signaux dans la plage de fréquences de quelques centaines de kHz et des signaux dans la plage des fréquences de quelques centaines de MHZ jusqu'à environ 1 GHz. Selon l'invention ce problème est résolu par un circuit diviseur de fréquence, circuit qui est essentiellement caractérisé par le fait qu'il est prévu un guide d'ondes enroulé sur un noyau ferromagnétique dont le premier conducteur est relié à une extrémité avec un voie commune pour les signaux, que le premier conducteur du guide d'ondes est relié par son autre extrémité avec une borne de liaison d'un dispositif de réactance qui, pour des signaux à fréquence élevée est comparativement fortement ohmique par rapport à l'impédance caractéristique et comparativement faiblement ohmique pour des signaux de basse fréquence, et dont l'autre borne de liaison est reliée à un potentiel de référence, ainsi qu'à une voie de signaux pour les signaux de fréquence élevée, que le second conducteur du guide d'ondes est relié par une extrémité directement à la masse et par l'autre extrémité, par l'in- termédiaire d'un condensateur, au potentiel de référence et en outre directement avec une voie de signaux pour les signaux de basse fréquence , et que le condensateur forme avec l'inductance du guide d'ondes un circuit résonnant parallèle pour les signaux de basse fréquence. L'avantage particulier du circuit diviseur d fréquence conforme à l'invention réside dans le fait que celui-ci peut également être mis en oeuvre dans le cas de signaux haute fréquence à bande large, tels qu'ils sont représentés par exemple par des signaux numériques avec un débit binaire de quelques 100 Mbit/s. Un autre avantage réside dans le fait qu'il s'agit, dans le cas du circuit diviseur de fréquence, d'un composant passif, sans consommation supplémentaire en courant, en sorte que la mise en oeuvre, par exemple dans des installatiens à téléalimentation, est facilement possible et qu'on n'a pas besoin de compenser des dispersions des paramètres de composants actifs.Un avantage tout particulier du circuit diviseur de fréquence conforme à l'invention réside finalement dans le fait qu'il peut être utilisé aussi bien pour. la séparation de signaux de fréquences très différentes, que pour leur association sur une voie de signaux commune. Des dévelopsentsavantageux du circuit diviseur de fréquence selon l'invention, sont, notamment, carac téris66par le fait - que dans la liaison entre le second conducteur du guide d'ondes et la voie des signaux pour les signaux de basse fréquence, est inséré un transformateur de séparation; - qu'il s'agit, dans le cas du guide d'ondes, d'une ligne coaxiale dont le conducteur intérieur représente le premier conducteur et le conducteur extérieur constitue le second conducteur du guide d'ondes; - qd'il est prévu, comme guide d'ondes, une ligne à fils parallèles; - qu'il est prévu, comme guide d'ondes, un conducteur constitué par des fils torsadés; - qu'à la voie commune des signaux est reliée une source de signaux et aux voies séparées des signaux, des charges;; - qu'à la voie commune des signaux est reliée une charge et à chaque voie de signaux est reliée une source de signaux; - que l'on prévoit, comme circuit de réactance,un tronçon de ligne accordé à la fréquence des signaux de haute fréquence; - que le dispositif de réactance est complété par un filtre passe-haut pour les signaux de haute fréquence; - que le dispositif de réactance est complété par un passe-bande d'ordre élevé pour les signaux de haute fréquence A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté aux dessins annexés des réalisations d'un circuit diviseur de fréquence selon l'invention. La figure 1 représente un schéma du circuit diviseur de fréquence selon l'invention, selon une forme de réalisation constituant un circuit diviseur, la figure 2 est un schéma équivalent pour la voie passe-haut du circuit diviseur de fréquence de la figure 1, la figure 3 est un schéma équivalent, développé, du circuit diviseur de fréquence selon la figure 1, la figure 4 est un schéma équivalent pour la voie passe-bande aux basses fréquences du circuit diviseur de fréquence selon la figure 1, et la figure 5 est le schéma de montage du circuit diviseur de fréquence selon l'invention, sous la forme de réalisation constituant un aiguillage ou commutateur d'émission. Le circuit diviseur de fréquence représenté dans la figure 1 sert à séparer deux signaux de fré quencesdifférentew provenant du générateur G et qui parviennent de ce dernier à l'entrée du circuit diviseur de fréquence, par l'intermédiaire d'une ligne commune. te circuit diviseur de fréquence comporte comme guide d'ondes un premier conducteur coaxial KL1 qui est enroulé, à la manière d'une impédance de ligne, sur le noyau d'un pot en ferrite. A la ligne commune ou au générateur G est relié le conducteur intérieur de la ligne coaxiale, alors que le conducteur extérieur est relié à une extrémité quelconque, directement au potentiel de référence. A l'autre extrémité est reliée au conducteur intérieur, une première impédance LO, ainsi que la voie des signaux pour le signal haute fréquence, qui est indiqué par une première résistance de charge V1. A l'extrémité, encore libre, du conducteur extérieur de la ligne coaxiale KL1 est relié un premier condensateur C1 dont l'autre borne est reliée à la masse, ainsi qu'un premier transformateur U1 auguel est reliée la voie de signaux proprement dite pour le second signal basse fréquence, sous la forme d'une résistance de charge V2. Le condensateur C1 forme avec l'inductance, en particulier du conducteur extérieur de la ligne coaxiale KL1, un circuit résonnantparallè- le dont la fréquence de résonance correspondant à la fréquence des signaux basse fréquence. Dans le cas présent, il s'agit de la sépara tion d'un signal numérique à plage spectrale d'environ 5 MHz à 500 MHz d'un signal télémétrique basse fréquence, avec une fréquence d'environ 600 kHz. La résistance interne du générateur correspond, tout comme de la résistance de charge V1, à l'impédance caractéristique Z d'environ 75 Ohm de la ligne coaxiale; en raison-de la divergence de la résistance de charge V2, le premier transformateur Ü1 a été prévu, dont la transformation d'impédances permet d'obtenir une adaptation de la résistance de charge V2 à l'impédance caractéristique. Comme circuit de réactance LO, il a été prévu un tronçon de ligne dont la longueur a été adaptée à la fréquence de répétition des bits des signaux numéri quels ,donc à la fréquence des signaux de haute fréquence. Pour la voie passe-haut du circuit diviseur de fréquence représenté dans la figure 1, on a le schéma équivalent qui est représenté dans la figure 2, et dans lequel on a supposé que l'impédance caractéristique Z de la ligne commune qui est reliée au générateur G, coïncide avec l'impédance caractéristique Z de la ligne coaxiale XL1. Le circuit de réactance LO, qui correspond au tronçon de ligne court-circuité à l'extrémité, présente, dans la page des fréquences du signal haute fréquence, une impédance élevée, cette impédance est à négliger par rapport à celle de la résistance de charge V1, mais on doit en tenir compte dans le cas d' une distorsion des signaux, dans la mesure où cette résistance correspond à l'impédance caractéristique Z. Le condensateur Cl du circuit oscillant pour les signaux de basse fréquence, possède une capacité tellement élevée que dans la plage des fréquences pour les signaux de haute fréquence il est suffisamment faiblement ohmique, en sorte que la transmission des signaux haute fréquence par la ligne coaxiale KL1 n'est pas perturbée, et que la partie des signaux haute fré quence qui arrive- à la résistance de charge V2, est faible au point de pourvoir être négligée. L'inductance L1 du transformateur Ü1 joue alors un rôle aussi faible que l'impédance transformée U2, Z dans la voie des signaux basse fréquence, donc de la seconde résistance de charge V2. Dans la figure 3 on a représenté, dans un autre schéma équivalent,pour le circuit diviseur de fréquence, la ligne coaxiale KL1 qui agit comme self de ligne, par un transformateur idéal Ü2 à rapport de transformation de 1:1 et par son inductance L2 à laquelle s'attachent des pertes. La première voie de ligne pour les signaux haute fréquence, avec la première résistance de charge V1 et le premier circuit de réactance LO, est alors directement reliée à l'enroulement primaire du second transformateur Ü2 et avec le potentiel de référence.Le côté secondaire du second transformateur Ü2 correspond au conducteur extérieur de la ligne coaxiale KL1, l'enroulement secondaire du second transformateur et l'inductance L2 qui lui est montéeen parallèle sont donc reliés, du côté entrée, au potentiel de référence, alors que, de l'autre côté, ils.sont reliés à la borne du condensateur Cl et, par l'intermédiaire du transformateur U1, à la résistance de charge V1. On voit que la ligne KL1 pour le signal basse fréquence agit comme transformateur réversible, les deux bornes de son enroulement secondaire, donc les deux bornes de liaison du conducteur extérieur de la ligne coaxiale sont inversibles,l'inversion de phasesétant alors supprimée. De la figure 3 il résulte, pour la voie passebande basse fréquence du circuit diviseur de fréquence, le schéma équivalent selon la figure 4, étant donné que pour les signaux basse fréquence, l'impédance du circuit de réactance LO est très faible. De ce fait, pour les signaux basse fréquence, la borne de liaison de l'enroulement primaire du transformateur Ü2, qui est éloignée du générateur, est pratiquement au potentiel de référence. On voit que le condensateur C1 forme avec l'inductance L2 de la ligne coaxiale KL1, un circuit oscillant qui peut être amené hors résonance par l' inductance du premier transformateur Ul et par l'inductance transformée de la voie des signaux pour le signal basse fréquence, donc de la résistance de charge V2.Dans un exemple d'exécution pratique, 1' inductance L2 de la ligne coaxiale était d'environ 4 RH, inductance qui était réglable, dans certaines limites, par le noyau de pot utilisé et qui permettait de ce fait une compensation de l'influence des autres inductances. Comme ligne coaxiale on a utilisé ce que l'on désigne par câble semi-rigide, avec une impédance caractéristique de 75 Ohm, l'impédance des résistances de charge Vi et V2 était respectivement de 75 Ohm. il s'est avéré que pour des circuits diviseurs de fréquence, dans lesquels le signal haute fréquence présentait une fréquence inférieure à 200 MHz, on peut avantageusement utiliser comme guide d'ondes également des lignes à conducteurs parallèles ou des lignes formées par des fils torsadés. Pour des exigences plus élevées posées au découplage des deux voies de signaux, le condensateur C1 peut être complété à l'aide d'autres bobines et condensateurs pour former un passe-bas ou un coupe-bande d'ordre supérieur. Le circuit de réactance LO peut également être complété par un pas se bande d'ordre supérieur pour les signaux de haute fréquence. Dans la figure 5 on a représenté le circuit diviseur de fréquence dans son application comme aiguillage ou commutateur d'émission, donc comme aiguillage de couplage pour deux signaux. Le générateur G1 fournit un signal numérique de haute fréquence qui est appliqué à l'une des bornes d'un circuit de réactance L3 et au conducteur intérieur d'une seconde ligne coaxiale KL2. Comme circuit de réactance L3 on utilise à nouveau un tronçon de ligne pour les signaux de fréquence élevée, court-circuité à une extrémité, 1' autre borne de liaison du circuit de réactance étant à nouveau relideau potentiel de référence. Le générateur G2 produit un signal de fréquence relativement basse, signal qui est couplé, par l'intermédiaire d'un troisième transformateur U3, au conducteur extérieur de la seconde ligne coaxiale KL2. A une extrémité de la seconde ligne coaxiale KL2, le conducteur extérieur est relié au potentiel de référence, et, à l'autre extrémité, et par l'intermédiaire d'un condensateur C2, à la masse, alors qu'à l'autre extrémité du conducteur intérieur est reliée la voie commune des signaux pour le signal haute fréquence et basse fréquence, représentée par une résistance de charge V. La constitution de l'aiguillage ou circuit dans la figure 5 correspond entièrement à celle de l'aiguillage ou circuit de séparation selon la figure 1. Etant donné que l'on utilise les mêmes signaux que dans la figure 1, le dimensionnement des différents éléments constitutifs du circuit diviseur de fréquence selon la figure 1 est le même que celui du circuit diviseur de fréquence selon la figure 5. REVENDICATIONS 1. Circuit diviseur-de fréquence pour des sianaux de fréquences très différentes,caractérisé par le fait qu'il est prévu un guide d'ondes enroulé sur un noyau ferromagnétique dont le premier conducteur est relié à une extrémité avec la voie commune pour les signaux, que le premier conducteur du guide d'ondes est relié par son autre extrémité avec une borne de liaison d'un dispositif de réactance.qui, pour des signaux à fréquence élevée est comparativement fortement ohmique par rapport à l'impédance caractéristique et comparativement faiblement ohmique pour des signaux de basse fréquence, et dont l'autre borne de liaison est reliée à un potentiel de référence, ainsi qu'à une voie de signaux pour les signaux de fréquence élevée, que le second conducteur du guide d'ondes est relié par une extrémité directement à la masse et par l'autre extrémité, par l'intermédiaire d'un condensateur, au potentiel de. référence et en outre directement avec une voie de signaux pour les signaux de basse fréquence, et que le condensateur forme avec l'inductance du guide d'ondes un circuit resonnantparallèle pour les signaux de basse fréquence. 2. Circuit diviseur de fréquence selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans la liaison entre le second conducteur du guide d'ondes et la voie des signaux pour les signaux de basse fréquence, est inséré un tranformateur de séparation. 3. Circuit diviseur de fréquence selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou2, caractérisé par le fait qu'il s'agit, dans le cas du guide d'ondes, d'une ligne coaxiale dont le conducteur intérieur représente le premier conducteur et le conducteur extérieur constitue le second conducteur du guide d'ondes. 4. Circuit diviseur de fréquence selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu, comme guide d'ondes,une ligne à fils parallèles. 5. Circuit diviseur de fréquence selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il est prévu, comme guide d'ondes, un conducteur constitué par des fils torsadés. 6. Circuit diviseur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'à la voie commune des signaux sont reliés une source de signaux et aux voies séparées des signaux, de charge. 7. Circuit diviseur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'd la voie commune des signaux est reliée une charge et à chaque voie de signaux est reliée une source de signaux. 8. Circuit diviseur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on prévoit, comme circuit de réactance un tronçon de ligne accordé à la fréquence des signaux de haute fréquence. 9. Circuit diviseur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le dispositif de réactance est complété par un filtre passe-haut pour les signaux de haute fréquence. 10. Circuit diviseur de fréquence selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisépar le fait que le dispositif de réactance est complété par un passe-bande d'ordre élevé pour les signaux de haute fréquence.