Brevet FR2525837A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne de façon générale les oscillateurs radiofréquences et elle porte plus partic- lièrcztent sur un oscillateur micro-ondes à aailité de fréquence et à faible bruit, le terme agilité indiquant une capacité de variation rapide de cet oscillateur. * Les radars de défense aérienne nrdernes nécessitent l'utilisation de sources micro-ondes ayant un bruit extrne-ment faible pour parer à la menace d'un aéronef tentant de déjouer la surveillance, ou pour parvenir à de meilleures perforances d'indicateur de cible mobile En outre, pour fonctionner de façon satisfaisanie en présence de oentremesures électroniques, ou pour oeander plusieurs missiles * surface-air, de tels radars doivent disposer de l'agilité de fréquence. Dans le passé, on ne pouvait pas atteindre simulta- nément un très faible bruit et l'agilité de fréquence Ainsi, les sources micro-ondes connues qui assurent un fonctionne- ment à très faible bruit y parviennent par l'utilisation d'un discriminateur à cavité, tandis que les sources micro-ondes connues qui assurent l'agilité de fréquence y parviennent par l'utilisation d'une boucle de réaction commandée par un in- terféromètr e pour réduire le bruit de phase Par conséquent, avec les techniques de conception connues, il est nécessaire dans chaque application de faire un compromis entre le bruit et l'agilité de fréquence. Plusieurs problèmes secondaires associés à l'utili- sation d'une cavité compliquent son utilisation en tant que dispositif de réduction de-bruit pour une source micro-onde. Le premier de ces problèmes est la largeur de bande de la ca- vité: si la largeur de bande de la cavité est trop grande, la sensibilité est réduite, mais si la largeur de bande est trop faible, la stabilité est affectée La largeur de bande de toute cavité est déterminée par le "Q" de la cavité, c'est-à-dire un paramètre qui est fonction de la configura- tion géométrique, de la finition de surface et d'autres ca- ractéristiques mécaniques, ce qui fait que la fabrication d'une cavité sati -faisante pour le rut visé est difficile. En outre, on peut également rencontrer un problème d'effet :icrorhonique dans l'utilisation de toute cavité. Compte tenu de ce qui précède, un but essentiel de l'invention est de procurer une source micro-onde possédant à la fcis l'agilité de fréquence et des performances de bruit comparables à celles d'um discririnatur à cavité. Unr autre but de l'invention est de procurer une source micro-onde à agilité de fréquence et à faible bruit dont on puisse définir avec précision la largeur de bande. On parvient aux buts précédents de l'invention, ainsi qu'à d'autres, au moyen d'une source micro-onde dans laquelle on utilise un interféromètre en tant que discrimina- teur La source micro-onde envisagée comprend un oscillateur commandé par tension dont le signal de sortie est divisé pour donner un signal de sortie destiné à être amplifié et émis, et un signal d'entrée appliqué à l'interféromètre, dans le- quel est effectuée une division supplémentaire du signal en trois voies (une voie retardée, une voie parallèle et une voie de référence) la voie retardée a un retard qui est choi- si de façon à procurer une largeur de bande spécifiée et la voie parallèle comprend un atténuateur commandé par tension. Les signaux de sortie provenant des voies retardée et paral- lèle sont combinés et transmis, par un limiteur, vers un cir- cuit hybride, et ensuite vers une paire de détecteurs de pha- se Le signal présent dans la voie de référence est divisé dans un circuit hybride pour donner une paire de signaux dont l'un est appliqué, en tant que signal de référence "en phase" à un premier des détecteurs de phase, pour produire un signal d'erreur d'amplitude, et le second, après avoir été déphasé de 900, est appliqué en tant que signal de référence "en quadrature" au second détecteur de phase, pour produire un signal d'erreur de phase Le signal d'erreur d'amplitude est transmis finalement, par l'intermédiaire d'un amplificateur, à l'atténuateur commandé par tension, tandis que le signal d'erreur de phase est transmis, par l'intermédiaire d'un am- plificateur, à l'oscillateur commandé par tension Ainsi, en définitive, la configuration envisagée fonctionne à la marniè- re d'un discriminateur par annulation deporteuse qui stabili- se la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur commandé par tension et réduit le bruit à un minimum Pour effectuer un changement de fréquence, on applique un signal de commande continu séparé à l'oscillateur commandé par tension. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant au dessin annexé qui représente un schéma synoptique simplifié d'une source micro-onde employant un interféromètre conformément à l'invention. On va maintenant considérer la figure unique sur laquelle on voit une source micro-onde 10, à agilité de fré- quence et à faible bruit, qui comprend un oscillateur comman- dé par tension 11 dont le signal de sortie est divisé dans un diviseur de puissance 13 Une première partie de ce signal est dirigée vers un émetteur de radar (non représenté) et une seconde partie est dirigée vers un interféromètre 15 Dans cet interféromètre, la seconde partie est divisée dans un di- viseur de puissance à trois voies 16 pour former des signaux qu'on appelle signal de la voie de référence, signal de la voie retardée et signal de la voie parallèle Le signal de la voie retardée est transmis, par l'intermédiaire d'un réseau de retard 17 (qui peut simplement consister ici en une ligne à retard à ondes acoustiques de surface ou en un simple câble coaxial) vers un circuit hybride 19, dans lequel il est com- biné avec le signal de la voie parallèle, après passage dans un atténuateur commandé par tension 21 Le signal de sortie du circuit hybride 19 est appliqué à un limiteur 23 (qui est employé pour protéger les circuits en l'absence d'une condi- tion de zéro) Le signal de sortie du limiteur 23 est divisé dans un circuit hybride 25 pour appliquer un signal d'entrée à un détecteur de phase "en phase" 27 I et à un détecteur de phase "en quadrature", 27 Q Le second signal (ou signal de reférence) appliqué au détecteur de phase "en phase" 27 I provient d'un circuit hybride 19, tandis que le second si- gnal (ou signal de référence) appliqué au détecteur de phase 27 Q provient du circuit hybride 29 par l'intermédiaire d'un dérhaseur de 900 31. Dans ces condiuions, un instant de réflexion mon- tre qu'on ne peut obtenir une annulation de la porteuse que lors- que les deux signraux d'entrée appliqués au circuit hybride 19 ont la m Ame amplitude et des phases opposées (déphasage de 1800) Pour atteindre de telles conditions, la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé par tension 11 est ac- ccrdée sur une fréquence particulière de façon que des si- gnaux en opposition de phase soient finalement appliqués au circuit hybride 19 Les amplitudes relatives des signaux ap- pliqués au circuit hybride 19 sont alors commandées par l'at- ténuateur commandé par tension 11 Avec l'application de si- gnaux "en phase", -le signal de sortie du détecteur de phase 27 I indique seulement la modulation d'amplitude, ce qui fait que lorsqu'un tel signal est transmis à,l'atténuateur comman- dé par tension 21, en tant que signal de commande et par l'intermédiaire d'un amplificateur 33, les signaux d'entrée du circuit hybride 19 sont finalement amenés de force à des amplitudes égales Du fait que la phase des signaux d'entrée du détecteur de phase 27 Q est commandée de manière à établir une relation de quadrature, le signal de sortie du détecteur de phase 27 Q est une indication de l'erreur de phase qui existe entre les signaux de sortie des circuits hybrides 19 et 29, et lorsque ce signal est transmis par un amplificateur 35 définissant la forme de la réponse de la boucle et un am- plificateur de sommation 37, il constitue un signal de com- mande fine de la fréquence pour l'oscillateur commandé par tension 11 L'homme de l'art notera maintenant que, du fait que les signaux d'entrée du détecteura de phase 27 Q sont en quadrature de phase, ce dispositif d 6 module des bandes laté- raies Modulées en phase qui app:raissent dans le signel de sortie du circuit hybride 19 Il faut également noter que du fait qu'il ne reste que peu de signal de porteuse en sortie d'; limiteur 23 lorsqu' une annulation est obtenue, la porteuse appli- queaux détecteurs de phase 27 I, 27 Q est celle qui est four- nie par le circuit hybride 29 dans la voie de référence Ain- si, le niveau effectif du gain d'annulation de la porteuse (c'est dire l'amélioration par rap ort à un interféromètre classioque) est le rapport entre la puissance de signal appli- quée au circuit hybride 19 et la puissance de référence ap- pliquée aux détecteurs de phase 27 I, 27 Q. Ia différence de phase de 1800 entre les signaux appliqués au circuit hybride 19 peut être obtenue à des in- tervalles égaux à 1/T (en désignant par T le temps de retard du réseau de retard 17) Au moment de la mise en fonction initiale de l'oscillateur commandé par tension 11, selon tou- te probabilité, il n'existe pas une différence de phase de 1800 entre les signaux appliqués au circuit hybride 19 Ce- pendant, le limiteur 23 limite alors les signaux qui sont appliqués aux détecteurs de phase 27 I, 27 Q Simultanément, le discriminateur agit, mais avec un gain réduit (d'une va- leur égale à la limitation) Une telle action du discrimina- teur force la fréquence de l'oscillateur commandé par tension 11 vers tune fréquence, c'est-à-dire une fréquence "stable". Lorsqu'on s'approche de la fréquence stable, le niveau de la porteuse provenant du circuit hybride 19 diminue jusqu'à ce que le limiteur 23 cesse finalement de fonctionner, ce qui fait que le gain total est disponible. L'homme de l'art notera que les constantes de temps de la boucle (ne portant pas de numéro de référence) qui com- mande l'oscillateur commandé par tension 11 et de la boucle (ne portant également pas de numéro de référence) qui comman- de l'atténuateur commandé par tension 21 doivent etre choi- sies de façon que la première de ces boucles fonctionne beau- coup plus rapidement que la seconde Autrement dit, l'inter- férom Qtre 15 décrit fonctionne en acccrdant tout d'abord l'ozcillateur comandé par tension 11 sur la fréquence cor- recte (celle à laquelle le réseau de retard 17 fait apparaf- tre un déLhasage de l-0 entre les signau: d'en trée du cir- cuit kybride 19), rais en réglant l'atténuateur commandé par tension 21 de fapon 5 commander l'amplitude d'annulation de la porteuse, pour obtenir ainsile meilleur zéro cossible Une fois que l'oscillateur commandé par tension 11 est accordé sur une fréquence stable, la totalité du gain de l'interfé- rombtre d'annllation de la porteuse est disponible, et le bruit de modulation de phase détecté dans le détecteur de phase 27 Q est renvoyé vers l'oscillateur commandé par tension 11 pour réduire ce bruit de modulation de phase. L'agilité de fréquence de la source micro-onde 10 est obtenue simplement en changeant la fréquence de l'oscil- lateur commandé par tension 11 à une vitesse supérieure à celle que peut suivre la boucle qui commande cet oscillateur commandé par tension Dans ce but, sous l'effet d'un ordre de fréquence appliqué de façon externe à un réseau de comman- de de fréquence 39, ce dernier applique une fonction échelon à l'oscillateur commandé par tension 11, par l'intermédiaire de l'amplificateur de sommation 37, pour que l'oscillateur commandé par tension 11 change instantanément de fréquence. Après l'échelon de fréquence, l'interféromètre 15 accorceà nouveau la fréquence de l'oscillateur commandé par tension 11 sur la fréquence stable la plus proche Corme il a été mentionné brièvement ci-dessus, la réponse d'un interféromè- tre en fonction de la fréquence est généralement périodique et, par conséquent, on peut obtenir un fonctionnrmement stable à des intervalles égaux à 1/T, en désignant par T le retard que procure le réseau de retard 17 Ainsi, le réseau de com- mande de fréquence 39 déplace la fréquence de l'oscillateur commandé par tension 11 d'un échelon correspondant à un mul- tiple entier de 1/T L'interféromètre 15 procure ainsi les performances de faible bruit d'un discriminateur ainsi que l'agilité de fréquence, rendue possible par la périodicité de l'interféromètre Enfin, il faut noter ici que le cb oix de certains paramètres, comme par exemple le gain de boucle global et la largeur de bande de boucle, bien qu'important pour obtenir une boucle de réaction fonctionnant correcte- ment, est à la portée de l'homme de l'art et ne sera done pas envisagé ici. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans s'écarter du principe de l'invention consistant à utiliser un interféromètre en tant que discriminateur pour obtenir à la fois un faible bruit et l'agilité de fréquence. REV Ei 7 DICATIOHS 1 Circuit de commande pour un oscillateur comman- dé par tension ( 11), caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens ( 13) recevant le signal de sortie de l'oscilla- teur commandé par tension ( 11), qui échantillonnent ce signal pour donner un signal échantillonné; (b) des moyens ( 16) destinés à diviser de façon égale le signal échantillonné pour former des premier, second et troisième signaux dans des première, seconde et troisième voies correspondantes; i O (c) des moyens de retard ( 17) et des moyens d'atténuation variables ( 21), disposes respectivement dans les première et seconde voies; (d) des moyens ( 19) destinés à soustraire vectoriellement les premier et second signaux dans les pre- mière et seconde voies, pour former un quatrième signal ayant une amplitude et une phase, par rapport au signal de sortie de l'oscillateur commandé par tension ( 11),représen- tatives de la fréquence instantanée de ce signal de sortie; (e) des moyens ( 29) destinés à diviser le troisième signal en un signal de référence et en un signal de référence dé- phasé, en quadrature avec le signal de référence; (f) des premiers ( 27 Q) et seconds ( 27 I) moyens détecteurs de phase, fonctionnant respectivement sous la dépendance du signal de référence déphasé, du signal de référence et du signal pro- venant des moyens de soustraction vectorielle ( 19), de façon à produire un signal pour commander la fréquence de l'oscil- lateur commandé par tension ( 11) et un signal de commande d'atténuateur pour annuler le quatrième signal, ce qui sta- bilise finalement la fréquence du signal de sortie de l'oscil- lateur commandé par tension. 2 Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens limi- teurs ( 23) disposes dans la voie du quatrième signal. 3 Circuit de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 39) destinés à produire un échelon dans la tension appliquée à l'osciil teur co-mandé par tension ( 11), pour proctn'er l'agi- lité de fréquence, la différence de fréquence avant et après une variation en échelon corresporndant à un multiple entier de 1/T, en désignant par T la durée de retard des moyens de retard ( 17). 4 Circuit selon la revendication 3, caractérisé er ce que la constante de temps du circuit contenant le pre- mier détecteur de phase ( 27 Q) est inférieure à la constarnte de temps du circuit contenant le second détecteur de phase ( 27 I).