Brevet FR2544931A1 — publié le 19841026

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux discriminateurs de fréquence et concerne plus particulièrement un circuit du type qui convient pour un récepteur radar dans lequel la fréquence d'un oscillateur doit être changée automatiquement pour suivre la fréquence d'un signal reçu. Il est bien connu dans la technique de prévoir un discriminateur de fréquence dans un circuit de commande automatique de fréquence d'un récepteur radar Ainsi, différents circuits de commande automatique de fréquence ont été conçue, se basant sur l'idée que la fréquence d'un- signal reçu par rapport à une fréquence connue peut être déterminée pour former un signal de commande de fréquence pour un oscillateur qui doit être commandé Le signal émis par l'oscillateur peut ainsi être utilisé comme signal de référence dans un oscillateur local pour assurer la commande automatique de fréquence voulue. Dans un discriminateur de fréquence courant, utilisé dans ce but, le signal reçu (ou plus précisément la fréquence intermédiaire analogue à celle de signal reçu) est divisé et transmis par deux canaux dans lesquels la différence entre les déphasages appliqués sur les parties divisées du signal reçu est liée à la différence entre la fréquence du signal reçu et une fréquence connue correspondant aux passages à zéro du discriminateur Par conséquent, en appliquant à un détecteur de phase les signaux provenant des deux canaux, un signal de commande bipolaire peut être produit pour régler la fréquence de l'oscillateur jusqu'à ce que le signal de commande bipolaire soit annulé Mais malheureusement, les qualités inhérentes des éléments-de déphasage dans les deux canaux entraînent que la courbe carac- téristique d'un discriminateurde fréquence connu adopte la forme familière en "S", ce qui veut dire qu'en plus de la fréquence voulue pour laquelle le signal de commande bipolaire est annulé, il existe des fréquences dites "fréquences images" pour lesquelles le signal de commande bipolaire peut ne pas être correctement annulé. En pratique, plusieurs autres problèmes apparaissent quand un discriminateur de fréquence courant est utilisé dans une boucle de verrouillage de fréquence Parmi ces problèmes, il faut noter celui des réponses para- sites du discriminateur aux signaux d'entrée hors bande. Cela veut dire qu'en raison du fait que la courbe caracté- ristique d'un discriminateur connu a à peu près une forme en "S" (ce qui veut dire que le discriminateur peut avoir des réponses parasites à des signaux dans la bande et qui peut ne pas être nul pour tous les signaux en bande) il est possible que la boucle à verrouillage de fréquence se verrouille sur l'une des réponses parasites Ainsi, par exemple, si la réponse parasite est par exemple au niveau de 10 millivolts et si le discriminateur est utilisé dans une boucle de commande de fréquence ayant un gain de 100, un signal de commande bipolaire ayant une amplitude de 1 V est produit pour l'oscillateur qui doit être commandé Un signal de commande de cette amplitude peut accorder l'oscil- lateur sur une partie appréciable de sa bande de fonctionnement avec le résultat indésirable qu'un "verrouillage" peut se faire sur la réponse parasite du discriminateur. Un second problème associé avec l'utilisa- tion des discriminateurs de fréquence courants résulte du fait qu'un tel discriminateur est, en lui-même, un élément à bande étroite Cela veut dire que dans de nombreuses appli- cations, lorsque la fréquence d'un signal reçu peut varier dans une bande de fréquences relativement large, des dispo- sitions auxiliaires doivent être prévues pour atteindre un verrouillage de fréquence sur un signal reçu La complexité supplémentaire de ce dispositif auxiliaire, avec la condition du temps nécessaire pour rechercher un spectre relativement large constitue jusqu'ici une limitation acceptée des discriminateurs de fréquence connus. Un autre problème associé avec l'utilisation des discriminateurs de fréquence courants résulte du fait, que, avec un détecteur de phase comme élément de détection, il est nécessaire que les amplitudes des signaux provenant des deux canaux soient à peu près égales pour un fonctionnement optimal du discriminateur. Compte tenu de tout ceci, un but essen- tiel de l'invention est de proposer un discriminateur de fréquence ayant une courbe caractéristique avec un seul passage par zéro. Un autre but de l'invention est de proposer un discriminateur de fréquence perfectionné qui permet une acquisition automatique de fréquence dans une plage de fréquences relativement large. Un autre but encore de l'invention est de permettre un meilleur équilibre d'amplitude entre les deux branches du discriminateur. Selon l'invention, ces buts ainsi que d'autres sont atteints en prévoyant, dans un récepteur radar, un discriminateur de fréquence dans lequel un signal reçu est d'abord divisé pour passer par deux canaux, ces canaux ayant des caractéristiques de déphasage qui diffèrent en fonction de la fréquence du signal reçu et des caractéristiques d'amplification qui maintiennent pratiquement l'égalité entre les amplitudes des signaux provenant des deux canaux indé- pendamment de la fréquence du signal reçu, les signaux provenant des deux canaux étant appliqués à un détecteur de phase pour produire un signal de commande d'un oscillateur commandé par tension En fonctionnement, la courbe caracté- ristique du détecteur de phase du présent discriminateur de fréquence diffère de la courbe caractéristique "SI' d'un discriminateur de fréquence conventionnel en ce qu'elle ne présente qu'un seul passage par zéro- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés s La figure 1 A représente une courbe caracté- ristique d'un discriminateur de fréquence de type courant montrant comment varie la sortie de ce discriminateur avec un signal d'entrée de fréquence variable et d'amplitude constante, La figure 1 B représente une courbe carac- téristique d'un discriminateur de fréquence selon l'inven- tion montrant comment change la sortie de ce discriminateur avec un signal d'entrée de fréquence variable et d'ampli- tude constante, et La figure 2 est un shcéma simplifié d'un discriminateur de fréquence selon l'invention. Avant d'examiner en détail la figure 1 A, il faut noter que certains éléments représentés sur la figure 2 sont également incorporés dans un discriminateur de fréquence de type courant Ainsi, le présent discriminateur de fréquence et un discriminateur de fréquence courant comportent un diviseur de puissance qui sépare un signal d'entrée en deux canaux, un circuit accordé, c'est-à-dire un filtre à bande étroite dans l'un de ces canaux, un déphaseur de 90 dans le second canal et un détecteur de phase ayant une courbe caractéristique 1 i de polarité et d'amplitude indi- quant de façon idéale la fréquence (par rapport à la fréquence centrale du filtre à bande étroite) dans le signal d'entrée. Il faut remarquer que la réactance du filtre à bande étroite varie depuis une réactance inductive jusqu'à une résistance pure, puis vers une réactance capacitive quand la fréquence du signal appliqué à ce filtre change. Autrement dit, l'impédance du filtre à bande étroite, (et par conséquent, le déphasage appliqué à un signal-passant par ce filtre) varie, d'une façon non linéaire avec-une variation de la fréquence du signal d'entrée Par ailleurs, l'impédance du déphaseur de 900 reste pratiquement constante avec les variations de fréquence du signal d'entrée Ainsi, au moins pour des signaux d'entrée ayant une fréquence dans le voisinage du centre de la bande passante du filtre à bande étroite, l'amplitude et la'polarité de la sortie du détecteur de phase indiquent l'écart de fréquence du signal d'entrée par rapport à la fréquence centrale-du filtre à bande étroite et un circuit de commande conventionnel peut être utilisé pour annuler cet écart Mais si la fréquence du signal d'entrée diffère nettement, c'est-à-dire si la fréquence de ce signal se situe à l'extérieur de la bande de capture, le signal est atténué à un degré déterminé par la forme de la bande passante du filtre à bande étroite. A son tour, cette atténuation entraîne une diminution correspondante de l'amplitude du signal provenant du détecteur de phase Il est évident que cette diminution d'amplitude entraîne que le circuit de commande courant tend à passer à zéro pour une fréquence décalée par rapport à la fréquence réelle du signal d'entrée En outre, étant donné que l'am- plitude du signal provenant du filtre à bande étroite est très atténuée (comparativement au signal provenant du déphaseur à 90 ), une fuite du signal d'entrée par le détecteur de phase se produit, de sorte que le signal de commande du détecteur est ambigu. Il faut également remarquer que si la fréquence du signal d'entrée se situe à l'extérieur de la bande de capture, un dispositif auxiliaire (nonreprésenté) doit être ajouté au discriminateur de fréquence courant pour le rendre effectif Ainsi, si l'on suppose que la largeur de la bande passante du filtre à bande étroite ne peut être changée, il est nécessaire de prévoir un dispositif pour changer la fréquence du signal d'entrée Bien qu'il existe de nombreux dispositifs connus à cet effet, la complexité supplémentaire de ces dispositifs (avec le temps nécessaire pour qu'ils entrent en fonctionnement) Constitue évidemment un inconvénient. La figure 1 B représente une courbe carac- téristique 13 pour un discriminateur de fréquence qui n'est pas sujet aux limitations du discriminateur de fréquence courant Ainsi, sur la figure 1 A, il apparaît que: (a) dans la bande de fréquence voisine de la fréquence centrale du filtre à bande étroite, l'amplitude et la polarité du signal de commande provenant du détecteur de phase indiquent la fréquence du signal d'entrée (par rapport à la fréquence centrale du filtre à bande étroite), et (b), qu'a l'extérieur de la bande de fréquence voisine de la fréquence centrale du filtre à bande étroite, l'amplitude du signal de commande reste maximale (positive ou négative). Par conséquent, les limitations d'un discriminateur de fréquence courant sont éliminées, étant évident que la bande de capture d'un discriminateur de fréquence ayant la courbe caractéristique telle que représentée sur la figure 1 B doit être extrêmement large et qu'aucun dispositif auxiliaire n'est nécessaire pour réaliser ce discriminateur. La figure 2 représente un discriminateur de fréquence 20 selon l'invention, présentant une courbe caractéristique telle que celle de la figure 1 B Ce discrimi- nateur comporte un diviseur de puissance 21 qui divise un signal d'entrée également entre deux canaux (non numérotés). Un filtre 23 à bande étroite, un amplificateur 25 à gain variable et un coupleur directionnel 27 sont connectés comme repré- sentés dans un canal et un déphaseur 29 de 90 et un coupleur directionnel 31 sont connectés comme représentés dans le second canal Le filtre 23 à bande étroite est un circuit d'accord électronique ou tout autre type de circuit résonnant (par exemple une cavité résonnante accordable mécaniquement ou à accord fixe) L'amplificat*eur 25 à gain variable est de type courant; Les signaux provenant des deux canaux (nonnumérotés) sont appliqués aux entrées (non-représentées) d'un détecteur de phase 33 pour produire un signal de commande d'un oscillateur commandé par tension 41 par l'intermédiaire d'un amplificateur conformateur 43 Le signal de sortie de l'oscillateur 41 est le signal d'oscillateur local appliquéà un premier mélangeur (non-représenté) auquel est également appliqué un signal à haute fréquence reçu Le signal de sortie de l'oscillateur 41 est également appliqué comme signal d'entrée au discriminateur de fréquence pour obtenir une dégénération de bruit d'oscillateur commandé par tension. Les signaux provenant des coupleurs directionnels 27,31 sont détectés respectivement par des détecteurs 35,37 pour produire des signaux aux entrées d'un amplificateur différentiel 39 Le signal de sortie de ce dernier est appliqué comme signal de commande à 254493 l l'amplificateur à gain variable 25. Le filtre à bande étroite 23 est accordé sur une fréquence dans une bande de fréquence intermédiaire prédéterminée et le déphaseur 29 est réglé pour produire une quadrature de phase entre des signaux à la fréquence d'accord passant par les deux canaux (non- numérotés) Il faut noter que le signal de commande provenant du détecteur de phase 33 est nul quand la fréquence du signal d'entrée est égale à la fréquence centrale du filtre à bande étroite 23 et que, quand la fréquence du signal d'entrée diffère de la fréquence centrale du filtre à bande étroite 23 p l'amplitude et la polarité du signal de commande varient de la manière représentée sur la figure 1 B. Une variation du signal de commande provenant du détecteur de phase 33 entraîne à son tour une variation de la fréquence d'oscillateur local, de sorte que la fréquence du signal d'entrée du diviseur de puissance 21 est changée finalement pour annuler le signal de commande provenant du détecteur de phase 33 Autrement dit, quand la fréquence du signal - d'entrée est voisine de la fréquence centrale du filtre à bande étroite 23, lé présent discriminateur de fréquence fonctionne pour annuler le signal de commande vers l'oscillateur commandé 41 d'une manière similaire à celle d'un discriminateur de fréquence courant Mais si-la fréquence du signal d'entrée est initialement très différente de la fréquence centrale du filtre à bande étroite 23, le signal de commande provenant du détecteur de phase 33 passe à une limite avec une polarité telle que la fréquence de l'oscillateur commandé 41 est entrainée vers la fréquence centrale du filtre à bande étroite 23 Ce fonctionnement résulte du fait que le circuit qui commande l'amplitude du signal de sortie de l'amplificateur à gain variable (les coupleurs directionnels 27,31,les détecteurs 35,37 et l'amplificateur différentiel 39) maintient l'égalité entre les amplitudes des signaux appliqués au détecteur de phase 33 Par conséquent, une compensation d'une variation de l'impédance du filtre à bande étroite 23 (ou du déphaseur 29 à 90 ) est assurée, de sorte que le présent discriminateur de fréquence 20 fonctionne dans une bande de fréquence dépas- sant largement la largeur de la bande passante du filtre à bande étroite 23. Il ressort de la description d'un mode préféré de réalisation de l'invention, utilisé dans une suiveur de fréquence dans un radar de poursuite d'une seule cible, qu'une modification de ce mode de réalisation peut être facilement apportée pour éliminer les effets de la présence de cibles à des fréquences différentes ou pour adapter le discriminateur de fréquence décrit à d'autres usages. Bien entendu, de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre ni de l'esprit de l'invention. 254493 3 REVENDICATIONS 1 Discriminateur de fréquence dans lequel la fréquence d'un signal reçu, par rapport à la fréquence centrale d'un circuit accordé doit être déterminée en faisant passer le siqnal reçu par deux canaux vers un détecteur de phase, le premier de ces canaux comprenant un circuit accordé ( 23) et le second de ces canaux étant agencé ( 29) pour déphaser le signal reçu d'une valeur fixe indépen- damment de la fréquence du signal reçu, discriminateur carac- térisé en ce qu'il comporte un amplificateur à gain vari-able ( 25) disposé dans le premier des canaux entre le circuit accordé et le détecteur de phase, un dispositif ( 35,37) destiné à détecter les amplitudes des signaux reçus de chacun des deux canaux et un dispositif ( 39) réagissant à la différence entre les amplitudes des signaux reçus des deux canaux en produisant un signal de commande de gain appliqué à l'amplificateur à gain variable pour changer l'amplitude du signal reçu de l'amplificateur afin d'annuler la différence entre les amplitudes des signaux reçus des deux canaux. 2 Discriminateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déphasage du signal reçu dans le second des deux canaux-est 90 . 3 Récepteur radar dans lequel la fréquence d'un oscillateur local ( 41) est modifiée pour maintenir une différence de fréquences fixe voulue entre cette fréquence et celle d'un signal reçu, récepteur carac- térisé en ce qu'il comporte un mélangeur réagissant au signal de sortie de l'oscillateur local et au signal reçu en pro- duisant un signal de fréquence intermédiaire dont la fréquence est égale à la différence initiale entre la fréquence du signal de l'oscillateur local et celle du signal reçu, un diviseur ( 21) agencé pour diviser le signal de fréquence intermédiaire entre chacun des deux canaux, un circuit accordé ( 23) et un amplificateur à gain variable ( 25) disposés dans le premier des deux canaux, la fréquence centrale du circuit accordé étant égale à la fréquence fixe voulue, un déphaseur à 90 ( 29) disposé dans le second des deux canaux de manière que lorsque la différence entre la fréquence du signal provenant de l'oscillateur local et celle du signal reçu est égale à la fréquence fixe voulue, un déphasage de 90 existe entre les signaux de fréquence intermédiaire provenant des deux canaux, un dispositif ( 35,37) pour détecter les amplitudes des signaux de fréquence intermédiaire provenant des deux canaux et pour commander le gain de l'amplificateur à gain variable afin d'annuler toute différence entre ces amplitudes, un détecteur de phase ( 33) réagissant aux signaux de - fréquence intermédiaire provenant des deux canaux en produisant un signal de commande dont la polarité indique la direction de la fréquence du signal de fréquence inter- médiaire par rapport à la fréquence centrale du circuit accordé et dont l'amplitude est pratiquement constante quand les signaux de fréquence intermédiaire dans le détecteur de phase sont en phase ou en opposition de phase, et qui varient progressivement par zéro entre ces amplitudes pratiquement constantes quand la différence entre la fréquence du signal de fréquence intermédiaire et la fréquence centrale du circuit accordé passe par zéro, et un dispositif ( 43) réagissant au signal de commande en changeant la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur local pour annuler finalement la différence entre la fréquence du signal de fréquence intermédiaire et la fréquence centrale du circuit accordé. 4. Récepteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur de bande du circuit accordé ( 23) est inférieure à la différence maximale de la fréquence entre le signal de fréquence intermédiaire et la fréquence centrale du circuit accordé.