Brevet FR2531228A1 — publié le 19840203

La présente invention se rapporte d'une façon générale à un appareil de mesure de fréquence, et con- cerne plus particulièrement un dispositif de mesure de fréquence instantanée, destine à 'tre utilisé à la me- sure de la fréquence de signaux à haute fréquence. Comme cela est connu, des dispositifs des mesure de fréquence instantanée sont utilisés dans diverses applications, cormme lorsqu'il y a lieu de mesurer la fré- quence de signaux individuels pulsés ou à ondes entre- tenues Un type de dispositif de mesure de fréquence in- stantanée comporte un circuit limiteur de haute fréquence à large bandequi reçoit des signaux d'entrée à haute fré- quence, le dispositif de mesure fonctionnant dans une plage dynamique de 50 d B ou davantage Les signaux à haute fréquence limités sont ensuite appliqués à au moins un discriminateur à ligne à retard pour obtenir une mesure sans ambiguïté-de la fréquence des signaux d'entrée Cha- aue discriminateur à liine à retard comporte en général un diviseur de Tuissance qui sépare les signaux E haute fréquence limités en deux canaux en quadrature, le signal d'un canal étant retardé en phase par rapport à l'autre canal, et ce retard de phase étant lié à la fréquence des signaux d'entrée Les sorties des deux canaux en quadra- ture sont combinées et détectées pour former deux signaux de sortie en fréquence de bande de base dont les ampli- tudes sont proportionnelles au sinus et au cosinus de la différence de phase entre les signaux aux sorties des canaux en quadrature et par conséquent, fonction de la fréquence des signaux d'entrée ' Ainsi, pour déterminer les fonctions sinus et cosinus, des discriminateurs à hyperfréquence sinus/cosinus de type courant sont uti i- ses avec des limiteurs de haute fréquence et des codeurs de niveau de gris Bien que cette technique convienne dans certaines applications, l'utilisation des limiteurs à haute fréquence est relativement couteuse et les co- deurs ont une plage dynamique limitée. L' invention concerne donc un appareil de mesure de fréquence dans lequel un signal d'entrée est séparé en deux c-:naux Un cir-cait de modulation de phase module la phase de la partie (u signal d'entrée appliqué à l'un des deux canaux en fonction du temps de réponse à un signal de modulation de phase pour obtenir un signal mocdulé en phase correspondant Un diviseur de puissance dans le second des deux canaux sépare la partie du sig- nal d'entrée appliquée au second des deux canaux en plu- sieurs signaux auxquels sont appliqués des retards de phase qui sont proportionnels à la fréquence du signal d'entrée Le signal modulé en phase est combiné avec chacun des signaux retardés en phase pour produire plu- sieurs si Enaux modulés dont chacun comporte, comme enve- loppe, un signal ayant une fréquence liée à la fréquence du signal de m 6 dulation de phase et un angle de phase par rapport à la phase du signal de modulation de phase qui est lié à la fréquence du signal d'entrée Les enve- loppes des signaux modulés sont détectées et sont appli- auées, avec le signal de modulation de phase, à un dispo- sitif de détection de phase qui détermine le déphasage entre l'envèloppe par rapport à la phase du signal de Modulation de phase et, à partir de ce déphnasage, la fréquence du signal d'entrée. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Sur le dessin annexé, la Figure unique est un schéma simplifié d'un appareil de mesure de fréquence in- stantanée selon l'invention. La Figure représente donc un appareil 10 de mesure de fréquence instantanée, destiné à être utili- sé pour déterminer la fréquence d'un signal à haute frécuaence reçu Ainsi, l'appareil 10 comporte une antenne 12 de réception de haute fréquence de type courant, dont le signal de sortie est appliqué à un amplificateur 14 de haute fréquence de type courant d'une largeur de bande prédéterminée, dans la cas présent une largeur de bande de 1,6 G Hz à 6,72 G Hz, et dans lequel le signal à haute fréquence reçu est amplifié Le' signal à haute fré- quence amplifié est appliqué à un circuit hybride en quadrature 16 La borne de sortie en phase 18 et la borne de sortie déphasée 20 de ce circuit hybride en quadrature 16 attaquent deux canaux de signaux en quadrature Plus particuli rement, le signal à la sortie est appliqué à un circuit 22 de rmodulation de phase. Le circuit 22 de modulation de phase re un signal de modulation de pilase produit -ar un oscil- l O lateur local 24 Le signal de modulation de phase paut être representé par \f 2 cos wmt, o wm est ici 2 Yt ( 20 x 10) radians par seconde Si le signal reçu est représenté par 2 A cos Wecte le signal produit à la borne de sortie 20 du circuit hybride 16 peut être re- présenté par A sin Wct Le circut 22 de modulation de phase, dans le cas présent un générateur à bande laté- rale unique, comporte un coupleur hybride en quadrature 23 qui reçoit de signal de la sortie 20 du circuit hybri- de lb et qui produit à la sortie 25 une composani;e en phase du signal qu'il recoit e% a la sortie 26, une com- posante déphasée de ce signal Ainsi, les signaux pro- duits aux sorties 25, 26 peuvent être représentés par (A/) sin,ct et (A/F 2) cos let, respectivement Le c signal de modulation produit par lr Dscillateur local 24 est séparé en une composante en phase et une composante déphasée par le circuit hybride en quadrature 27; la com- posante en phase cos Wlent étant appliquée à un modulateur équilibré 28 alvec le signal produit à la sortie 26 du cou- pleur hybride 23 et la composante déphasée sin wmt étant appliquée à un modulateur équilibré 29 avec le signal pro- duit à la sortie 25 du circuit hybride 23 Les signaux de sortie des modulateurs 28 et 29 sont combinés dans un combineur de puissance 32 qui produit un signal de sortie ( 1/K) ( 2 A\f) cos (O;c Tm)t, o K Iest la perte de conver- sion du circuit de modulation Ce signal est amplifié par l'amplificateur 33 avec une amplification de (u: 2/2) de sorte que le signal au diviseur de ruissance 36 est A cos ( 1 fc-m)t Ainsi, le circuit de modulation 4: de phase 22 produit uiie,:oez Jation va-iable dans le temps de la phase d si Vnal d'entrée Autrement dit, la phase du signai produit '1 a sortie 20 est modulée en fonction du tej ps es cette co;posante de phase varia- ble en fonction du temps e(t) peut être représentée par #(t) _ W t Le signal modulé en phase produit par le circuit de modulation de phase 22 est appliqué à un di- viseur de puissance 36 à trois voies Chacune des trois sorties du diviseur de pui Fsance 36 est appliquée à li'un de trois circuits hybrides en quadrature 41, 43 et 45 respectivement, comme représenté. Pour en revenir maintenant au canal supérieur - en phase, il faut noter que le signal produit à la sor- tie 18 peut être représenté par A cos W t Ce signal est c appliqué à un diviseur de pissance 34 courant 3:1 et comme repré 6 cnté Les trois sorties de ce diviseur de ruissance 3:1 sont appliquées à des lignes à retard 35, 37 et 3 respectivement Les lirnes a retard 35, 37 et 39 sont de réalisation courante et sont cnoisies ic J 2 C O avec des longueurs électriques L 1, L 2 et L 3 de maniere que les signaux arrivant aux détecteurs 50, 52 et 54 par les sorties supérieures 11 o, 42 et 44 des circuits hybri- des en quadrature 41, 43 et 45 soient retardees par rap- port aux signaux arrivant aux mêmes détecteurs 50, 52 et 2 54 par les sorties inférieures des circuits hybrides en quadrature 1, 43 et 45, respectivement de 175,6 mm, 2341,1 mm et 1053,7 mn Ainsi, les signaux à arrivant aux détecteurs 50, 52 et 54 peuvent être représentés par: (A/ \) ces ( 1 ' t-O') + (A? V)cos(l:c t-V t); (A/) cos( ct-2) + (A/ \f)ccs(Wctió t); et (A/ f cos (ct-Q 3) + (A/)cos (wlt-W t); respectivement, -1 = 360 (L) = 210,89 f degrés g'2 =,60 (L 2/) = 281,17 fc degrs ' 93360 (L 3/ À) = 1265,3 fc degrés (f = I /2 t xl O G Hz, 2 = 299,7/f mm c c Ces signaux arrivant aux détecteurs 50, 52 et 54 peuvent être écrits autrement en utilisant des identités trigonomitriques bien connues sour la forme: (A/ V 3) ( 2 cos 1/2 '( 21 ct-l-W mt), cos 1/2 (-Ol+Wmt)) (A/ \ 3 ( 2 cos 1/2 ( 21 W t-2-Wm t), cos 1/2 (- 2 + t)) et (A t 1 ( 2 cos 1/2 ( 21 óct-3-l W t), cos 1/2 (-3 + m T); respectivement. Les détecteurs 50, 52 et 54 sont des détecteurs à loi des carrés détectant l'enveloppe de modulation de ces 1 O signadx qui varie lentement à W t Par conséquent, les mn signaux de sortie des détecteurs 50, 52 et 54 sont: (A 2/3) cos (/2 t))= /6 (l+co t 1)) (A 2/3) cos 2 (/ mt '2)) A 2/6 ( 1 +cos (X t-2)) (A,2 /3) cos ( 1/2 ( ,imt 3)) = A 2/6 (l+co s( 1 t-_ 3)) Après le passage par les condensateurs 56, 58 et 60 seule la composante alternative de ces signaux appàrait. aux ampliiicateurs de limitation vidéo 62, t 4, 66 Les sig- naux des sorties de ces amplificateurs limiteurs peuvent être représentés par: Ix cos (wmt 1) K cos (W Mt P 2) K cos (Wmt 03) Les signaux produits par les limiteurs 62, 64, 66 sont appliqués respectivement aux détecteurs de phase 70, 72, 74 Le signal prdduit par l'oscillateur local 24 est également appliqué aux détecteurs de phase 70, 7 Z, 74 L.es détecteurs de phase 70, 72, 74 produisent donc des tensions représentant respectivement les angles de phase 1 l' " 2 et 3 ' Ces 'tensions sont appliquées à des conver- tisseurs analogiques-numériques 76, 78 et 80 respective- ment pour produire des 'mots numériques représentant res- pectivement les angles de phase 1 2 et 93 À Les mots nu- mériaue F représentant Pl' 2 et '3 sont appliqués à un cal- culateur numérique 82 de conception courante pour calculer d'une manière qui sera décrite, la fréquence du signal reçu en fonction de trois angles de phase déterminés l, 2 et 03 Le calculateur numéricque 82 est programmé par tout mo- yen courant paeur ca 3 culer la fréquoncef du signal à c haute-fréquence recu Les angles de phase codés (' 2 et 3 sont polarisés en additionnant les constantes sui- vantes: 1 1 ' = (+ 202,70) degrés 02 ' = (O 2 + 270,33) degrés 3 ' = ( 3 224,00) degrés Un nonbre entier K est déterminé en calculant I le nombre entier le plus proche de (a'2-1 333 1 ')/120; quand le nombre entier K est déterminé, les valeurs N 1 et N 2 sont déterminées à partir du tableau suivant: Y O -1 + 1 -2 + 2 -3 + 3 N 1 3 2 4 4 2 3 3 N 2 4 3 5 6 2 5 3 (Dans le calculateur 82, ce tableau peut être réa- lisé sous forme d'une mémoire permanente) Une valeur inter- médiaire de est déterminée par le calcul ateur 82 de la manière suvante: 02 ' = 1/2 ( 1,333 ( 9 ' + 360 N 1) + ( 92 36 o N 2)) Ainsi, dans la phase suivante, une mesure gros- sière de la fréquence (f c) du signal d'entrée reçu est déterminée par le calculateur 82 de la manière suivante: fc =(i 2 ' 270,33)/281,17 La fréquence calculée fc est ensuite appliquée à un dispositix d'affichage 84 de type courant, comme re- présenté. Pour déterminer la fréquence f du signal reçu avec une plus grande précision, un nombre entier N 3 est déterminé en calculant le nombre entier suivant le plus proche: 3 = (( 4,5 2 93)/360) 4 La fréquence du signal reçu peut être déterminée à une plus grande précision par la relation suivante: fc = ( 3 ' + 360-3 + 224)/1265,38 Il apparait ainsi qu 'un appareil de mesure numè- rique de fréquence 10 est réalisé en appliquant une modu- 253 '1228 lation d'amplitude aux signaux de haute fréquence retardés différemment, produits aux sorties des lig-nes à retard 35, 37 et 39, la phase d'une composante de 1 l'en- veloppe des signaux modulés en amplitude étant propor- tionnelle à la fréquence du signal à haute fréquence re- çu Les enveloppes des signaux modulés 'en amplitude sont détectées et leurs angles de phase sont mesurés par rap- port à la phase du signal d'oscillateur local, ces angles de phase mesurés étant utilisés pour calculer la fré- quencç du signal à haute fréquence-reçu. Un seul mode de réalisation à été décrit ci- dessus mais il est évident que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir-du cadre ni de l'es- prit de l'invention. J 1 Tl J Jr CATI O 3 s S 1 Appareil de mesure de la f'rquence d'un signal d'entrée ayrnt une fréquence (f), appareil caractérisé en ce qu 'il conporte essentiellement un dispositif ( 16) pour appliquer le signal d'entrée à deoux calnaux de sig- naux séparés, un dispositif ( 22) disposé dlans un premier des canaux de signaux séparés et réagissant à un signal de modulation de phase et au signal d'enrée en produi- sant un signal modulé en phase avec un angle de phase par rapport à la phase du signal d'entrée qui change en fonc- tion du temno, aun dispositif ( 34, 35, 37, 39) disposé dans un second des canaux de signaux séparés et recevant le signal d'entrée de fréquence (f), pour décaler la phase du signal d'entrée d'unevaleur O = Kf, o K est une con- stante, un dispositif ( 41, 43, 45) pour combiner le signal modulé en phase et le signal décalé en phase afin de pro- duire le signal composite avant le signal d'entrée comme snra I: de porteuse, et comme enveloppe, un S 2,tna 3 ayant la fréquence du signal de modulation et un angle de prase par rapport au-signa Jde modulation de phase, proportionnel au déphasage 9 produit par le dispositif de déphasage, un dispositif ( 70, 72, 74) réagissant au signal composite et au signal de modulation de phase en détectant l'angle de phase de l'enveloppe de ce signal composite par rapport à la phase cd signal de modulation de phase et un dispositif ( 82) réagissant à l'angle de phase détecté en déterminant la fréquence du signal d'entrée. 2 Appareil selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que ledit dispositif de déphasage comporte une ligne à retard ( 35, 37, 39). 3 Appare il selon la revendication 1, caractéri- se en ce que le dispositif ( 22) me changement de phase comnporte un générateur à bande latérale unique. 4 Appareil de mesure de la fréquence fc d'un signal d'entrée, caractérisé en ce qu'il cormporte essen- tiellement un dispositif ( 16) pour appliquer le signal d'entrée A deux canaux de signaux séparéF, un dispositif ( 22) disposé dans un premier des canaux de signaux séparés et réagissant à un signal de modulation ayant une fréquence (f M) en produisant un signal modulé dont la fréquence (fc) est décalée de la fréquence (fm), un dispositif ( 34, 35, 37, 39) disposé dans un second des canaux de signaux séparés et réagissant au signal d'en- trée appliqué à un second des deux canaux de signaux en déphasant le signal d'entrée ayant la fréquence (fm) d'une valeur ç = k fc o k est une constante, un dispo- sitif,( 41, 43, 45) qui combine le signal modulé et le signal déphasé pou r produire un signal composite avant une enveloppe avec une fréquence fm et ledéphasage V, un dispositif ( 70, 72, 74) réagissant au signal compo- site etau signal de modulation en déterminant le dépha- sage de de l'enveloppe du signal composite, et' un dis- positif ( 82) réagissant au dépnasage O déterminé pour déterminer la fréquence f du signal d'entrée.