Brevet FR2542930A1 — publié le 19840921

GENERATEUR HYPERFREQUENCE EQUIPE D'UN OSCILLATEUR A TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP A DOUBLE GRILLE, ET APPLICATION DE CE GENERATEUR A LA REALISATION D'ANTENNES D'EMISSION OU DE RECEPTION ET D'EMETTEURS POUR TRANSMISSION CODEE PAR FAISCEAUX HERTZIENS La présente invention a trait à un générateur hyperfréquence composé d'au moins un oscillateur à transistor à effet de champ à double grille, et concerne également l'application de ce générateur hyperfréquence à diverses réalisations et notamment celles d'antennes d'émission ou de réception (par exemple les antennes de réception des signaux de télévision à 12 gigahertz transmis par satellites ou par certains réseaux au sol), ou celles d'émetteurs pour transmission codée par faisceaux hertziens ; elle concerne aussi les réalisations intégrées de tels dispositifs. Les applications hyperfréquences du transistor à effet de champ à double grille à la réalisation d'oscillateurs sont connues depuis plusieurs années, et des structures particuliàrement stables ont été proposées par exemple dans la communication "X and Ku-band dual gate MESFET oscillators stabilized using dielectric resonators" faite par C. Tsironis et P. Lesartre à "European Microwave Conference", en septembre 1981. Le but de l'invention est de proposer d'une part une structure particulière de générateur hyperfréquence composé d'au moins un oscillateur à transistor à effet de champ à double grille, stable en fréquence mais de phase réglable, et d'autre part diverses applications d'un tel générateur. Le générateur hyperfréquence selon l'invention est, à cet effet, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un oscillateur pilote distinct de l'oscillateur à transistor à effet et relié par l'intermédiaire d'un coupleur à cet Qscillateur par l'une des grilles ou par le drain du transistor à effet de champ, et d'autre part un circuit de commande de la tension de l'autre grille. La structure ainsi proposée est avantageuse en ce sens que, pour de faibles variations de la tension de grille fournie par le circuit de commande de cette tension, la phase du signal de sortie de l'oscillateur à transistor à effet de champ peut varier d'environ 180 degrés par rapport à l'oscillateur pilote. Les particularités et avantages de l'invention -ou de ses applications apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 montre un exemple de réalisation du générateur hyperfréquence selon l'invention - les figures 2 et 3 montrent des exemples de réalisation d'antennes hyperfréquences d'émission et de réception respectivement, dans lesquelles la commande de phase est effectuée con formément à la présente invention - les figures 4 et 5 montrent deux modes de réalisation d'un émetteur pour transmission codée par faisceaux hertziens constituant une application du générateur hyperfréquence selon l'invention-;; - les figures 6 et 7 montrent en version intégrée respectivement une fraction de la figure 3 et la réalisation de la figure 5. Le générateur hyperfréquence représenté sur la figure 1 comprend un oscillateur 50 à transistor 10 à effet de champ et à double grille. La première grille G1 de ce transistor est reliée, dans le cas présent, d'une part à une impédance 11 à travers un condensateur 12 et d'autre part à un circuit de commande de tension 80 par l'intermédiaire d'une inductance 81 ; la deuxième grille G2 est, elle, reliée à une impédance 14 à travers un condensateur 15 et d'autre part à un circuit de commande de tension 90 par l'in termédiaire d'une inductance 91, tandis que le drain D est relié à une impédance 16 et, par l'intermédiaire d'un coupleur 60, à un oscillateur pilote 70. Les deuxièmes extrémités des impédances 11, 14 et 16 et des circuits de commande 80 et 90 sont reliées à la masse. Cet oscillateur pilote, de préférence à facteur de qualité élevé, assure la synchronisation en fréquence de ltoscillateur 50 (il peut être de type quelconque, par exemple un oscillateur à transistor à effet de champ à simple grille, couplé à un résonateur diélectrique et stabilisé en-température), la phase du signal de sortie V50 de l'oscillateur 50 pouvant alors, pour des variations restant faibles de la tension de grille fournie par le circuit de commande 80 (de l'ordre de 0,2 volt par exemple), varier jusqu'à une valeur voisine de + ou - 90 degrés par rapport à la référence constituée par l'oscillateur pilote 70, et ce sans variation notable du niveau de la puissance d'oscillation délivrée par l'os- cillateur 50. Le générateur ainsi décrit trouve une application intéressante notamment dans la réalisation d'antennes actives d'émis sion ou de réception, dont la phase va pouvoir être ainsi aisément contrôlée. L'antenne hyperfréquence d'émission représentée sur la figure 2 est composée d'un réseau d'éléments rayonnants îlOa à 11On et comprend, pour conduire respectivement à ces éléments, n voies comprenant elles-memes chacune un oscillateur 150a à 150n à transistor à effet de champ à double grille qui est couplé par l'une des grilles G1 ou G2 ou le drain D à un oscillateur pilote 170, par l'intermédiaire d'un coupleur 160a à 160n, et qui est relié par l'autre grille G2 ou G1 à un circuit de commande de tension 180a à 180n.Ces circuits 180a à 180n permettent, -comme précédemment, de faire varier la tension de grille, et d'entraîner des variations corrélatives de la phase des signaux électriques atteignant les éléments rayonnants. On obtient ainsi une orientation correspondante du lobe principal d'émission de l'antenne. L'antenne de réception représentée sur la figure 3 et qui présente une structure similaire est composée d'un réseau d'éléments récepteurs 210a à 210n et comprend n -voies conduisant de ces n éléments à une connexion unique de sortie 220 ; ces n voies (dont l'une est représentée en version intégrée sur la figure 6) comprennent elles-memes chacune un préamplificateur 230a à 230n suivi d'un mélangeur 240a à 240n qui reçoit sur ltentrée "signal" la sortie du préamplificateur correspondant et sur ltentrée "oscillateur local" la sortie d'un oscillateur 250a à 250n à transistor à effet de champ à double grille.L'une des grilles G1 ou G2 ou le drain D du transistor de chacun de ces n oscillateurs 250a à 250n est reliée par l'intermédiaire d'un coupleur 260a à 260n à un oscillateur pilote 270, et l'autre grille G2 ou G1 est reliée à un circuit de commande de tension 280a à 280n qui, là encore, permet par modification de la tension de grille, de faire varier la phase des signaux reçus, et donc la directivité de l'antenne, par orientation correspondante du lobe principal de#re'cep tion. Une autre application du générateur hyperfréquence selon l'invention est la réalisation d'un émetteur pour transmission codée par faisceaux hertziens, avec modulation de phase à plusieurs états. Dans le cas d'une modulation à quatre états, cet émetteur, proposé ici dans deux modes de réalisation distincts représentés sur les figures 4 et 5, comprend, en amont d'un étage de sortie (composé d'un additionneur 305 et d'une antenne d'émission 310 dans le cas de la figure 4 ou d'un additionneur 405 et d'une antenne 410 dans le cas de la figure 5), deux Oscillateurs identiques 350a et 350b, ou 450a et 450b, à transistor à effet de champ à double grille, et, pour la synchronisation de ces oscillateurs, un oscillateur pilote 370, ou 470.Dans l'exemple de la figure 4, cet oscillateur 370 est relié au drain D de chaque transistor-, par l'intermédiaire d'un coupleur 3du/180" référencé 360 lui-même suivi de deux circulateurs 390a et 390b, dont les sorties sont par ailleurs chacune reliées à une entrée de l'additionneur 305. Dans l'exemple de la figure 5, l'oscillateur pilote 470 est relié à l'une des grilles G1 ou G2 de chaque transistor par l'intermédiaire d'un coupleur 3 du/1800 référencé 460, l'autre grille G1 ou G2 étant reliée à un circuit de commande de tension 480a et 480b et le drain D à chacune des deux entrées de l'additionneur 405. Ainsi, -chaque oscillateur 350a ou 350b (450a ou 450b) à transistor à effet de champ peut fournir par commande de l'une des grilles deux états séparés de 900 degrés (la sélection de lloscillateur présentant la phase désirée est réalisée par la commande de l'autre grille). Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et repré sentés, à partir desquels des variantes pourraient etre proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Par exemple, au lieu d'être réalisée sur le drain, l'injection du signal fourni par l'oscillateur pilote 70 (ou 170, ou 270, ou 370, ou 470) peut être effectuée sur l'une des grilles; avec une puissance plus faible. On notera également que les diverses réalisations décrites peuvent être obtenues par intégration monolithique sur arséniure de gallium ; la figure 6 montre une partie de la réalisation intégrée de l'antenne de réception précédemment décrite (sur la figure 3), avec un élément récepteur 510i, un préamplificateur 530i, un mélangeur 540i, un oscillateur 550i à transistor à effet de champ à double grille, un circuit de commande de tension 580i, et l'oscillateur pilote 570, tandis que la figure 7 montre une réalisation intégrée de ltémetteur représenté sur la figure 5. REVENDICATIONS 1. Générateur hyperfréquence composé d'au moins un oscillateur à transistor à effet de champ à double grille, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un oscillateur pilote distinct de l'oscillateur à transistor à effet de champ et relié par l'intermé- diaire d'un coupleur à cet oscillateur à transistor à effet de champ par l'une des électrodes de grille ou l'électrode de drain dudit transistor à effet de champ, et d'autre part un circuit de commande de la tension de l'autre grille . 2. Application du générateur hyperfréquence selon la revendication 1 à la réalisation d'une antenne hyperfréquence d'émission à réseau d'éléments rayonnants, ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend n voies conduisant respectivement aux n élé- ments rayonnants et comprenant chacune un oscillateur à transistor à effet de champ à double grille couplé par l'une des électrodes de grille ou ltélectrode de drain à un oscillateur pilote, par l'in termédiaire d'un coupleur, et relié par l'autre électrode de grille à un circuit de commande de tension. 3. Application du générateur hyperfréquence selon la revendication 1, comme oscillateur local, à la réalisation d'une antenne hyperfréquence de réception à réseau d'éléments récepteurs, ladite antenne étant caractérisée en ce qu'elle comprend, dans chacune des n voies comprises entre les n éléments récepteurs et la connexion unique de sortie, un préamplificateur suivi d'un mélangeur qui re çoit sur sa première entrée dite entrée signal la sortie du préamplificateur correspondant et sur sa deuxième entrée dite entrée oscillateur local la sortie d'un oscillateur à transistor à effet de champ à double grille, l'une des électrodes de grille ou l'élec- trode de drain du transistor à effet de champ de chacun de ces n oscillateurs étant reliée par l'intermédiaire d'un coupleur à un oscillateur pilote et l'autre électrode de grille étant reliée à un circuit de commande de tension. 4. Application du générateur hyperfréquence selon la revendication 1 à la réalisation d'un émetteur pour transmission codée par faisceaux hertziens, ledit émetteur étant caractérisé en ce qu'il comprend, en amont d'un étage de sortie composé d'un additionneur et d'une antenne d'émission, deux oscillateurs identiques à transistor à effet de champ à double grille et, pour la synchronisation de ceux-ci, un oscillateur pilote, relié à ltélec- trode de drain de chaque transistor à effet de champ par l'intermé- diaire d'un coupleur suivi de deux circulateurs dont les sorties sont reliées chacune à une entrée de l'additionneur. 5. Application du générateur hyperfréquence selon la revendication 1 à la réalisation d'un émetteur pour transmission codée par faisceaux hertziens, ledit émetteur étant caractérisé en ce qu'il comprend, en amont d'un étage de sortie composé d'un additionneur et d'une antenne d'émission, deux oscillateurs identiques à transistor à effet de champ à double grille et, pour la synchronisation de ceux-ci, un oscillateur pilote, relié à l'une des électrodes de grille de chaque transistor à effet de champ par l'inter médiaire d'un coupleur, l'autre électrode de grille étant reliée à un circuit de commande de tension et ltélectrode de drain à chacune des deux entrées de l'additionneur. 6. Réalisation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'elle est proposée en version intégrée.