Brevet FR2557745A1 — publié le 19850705

La présente invention concerne un démodulateur synchrone pour signaux modulés en amplitude. La démodulation synchrone d'un signal modulé en amplitude est une technique connue en soi et très utili- sée. Sur ce sujet, on peut se reporter, par exemple à l'ouvrage de H. Taub, D. Schilling, "Principles of Com- munication Systems", McGrawhill, chapitre 3. La théorie générale prévoit que, si l'on suppo- se un signal modulé en amplitude exprimé par la formule: s(t) = A(1 + m sin Wmt) (sin uct) o m = 2 fm c = 2 fc fm = fréquence modulante f = fréquence porteuse m = indice de modulation (O0 égale à celle de la porteuse dudit signal modulé. Le signal utilisé pour le "battement" est donné par: Sb = sin( tct + E b) o Y b est la différence de phase entre le signal fb et la porteuse de s(t) et on a supposé unitaire l'amplitude du signal Sb. La sortie du circuit de battement ou circuit multiplicateur est donnée par: sm(t) = sin( cct + b). A(1 + m sin wmt) (sin Lct) = -1/2. A(1 + msin u mt) [cos (2 jct + fb) - cosY b1 En plaçant à la sortie du multiplicateur un filtre qui coupe les fréquences les plus élevées de fm (par exemple un filtre passe-bas ou un filtre passe- bande d'une fréquence centrale égale à fm), on coupe la partie du signal possédant une fréquence égale à 2fc et on extrait donc un signal démodulé dont la compo- sante alternative a la même fréquence que le signal modu- lant. L'amplitude du signal démodulé dépend toutefois de la valeur de cos f b, c'est-à-dire de la différence de phase entre la porteuse du signal modulé et le signal utilisé pour le battement. Si T b = 0 (différence de phase nulle), l'amplitude du signal démodulé est maxi- mum; si, au contraire, t b = 90 (porteuse et signal utilisé pour le battement en quadrature de phase), le signal démodulé a une amplitude nulle. Il en résulte la nécessité d'avoir rb = 0, c'est-à-dire qu'il faut que le signal utilisé pour le battement soit, non seulement de même fréquence que la porteuse du signal modulé mais encore en phase avec cette porteuse. Malheureusement, il se produit assez fréquem- ment que la fréquence de la porteuse du signal modulé ne soit pas exactement égale à celle du signal utilisé pour le battement ou que l'une des deux fréquences ne soit pas constante mais, au contraire, varie dans un certain intervalle. Evidemment, dans ce cas, la fréquence fc de la porteuse et la fréquence fb du signal utilisé pour le battement diffèrent l'une de l'autre d'une valeur fc, mê- me si cette valeur est très faible. Le signal sb(t) est donc: sb = sin [( Oc + e4c)t + bJ = sin [Cwct + (S'lct + b)] o Ywc = 2 t fc. La différence de fréquence détermine donc une différence de phase qui varie avec le temps et qui se traduit à son tour par une sorte de modulation du signal détecté qui, après filtrage dans un filtre passe-bas, est: sd'(t) = A/2 (1 + m sin Jmt) [cos ( Mathématiquement, ceci correspond à la superpo- sition d'un signal (non sinusoidal) d'amplitude variable et de fréquence fm à un autre signal de fréquence fc. A travers un filtre passe-haut, on peut filtrer la composante de basse fréquence (J fc) du signal sd'(t), pour obtenir à la sortie un signal sd"(t) donné par l'équation: Sd "(t) = A/2. m sin wmt.cos E (Yb + Xct) Si l'on suppose que l'on a fait en sorte d'avoir fb = 0, ce signal ne représente cependant pas le résultat désiré, c'est-à-dire un signal qui correspon- drait exactement au signal modulant d'origine parce qu'il présente visiblement des pics d'amplitude variable dans le temps au lieu de présenter des pics constants. Ceci signifie que la détection de ce signal, plus précisément, la détection de son contenu informa- tif, par exemple la fréquence, sera vraisemblablement ex- trêmement difficile et non fiable, puisque les périodes de temps qui comportent des pics d'amplitude de faible valeur pourront entraîner des pertes de détection et, par conséquent, d'information, par le dispositif détec- teur. En d'autres termes, les pics minima de valeur trop faible peuvent ne pas être perçus et, par conséquent, ils peuvent induire le détecteur en erreur, par exemple, en lui faisant indiquer une fréquence différente de cel- le qui correspond à l'information transmise. Ceci se tra- duit évidemment par une reproduction erronée de l'infor- mation elle-même. Compte tenu de ce qui a été exposé ci-dessus, le but de la présente invention est de réaliser un démo- dulateur synchrone pour signaux modulés en amplitude qui permette une détection sûre de l'information contenue dans le signal démodulé, même en présence de légères dif- férences de fréquence entre la porteuse du signal modulé et le signal que l'on fait battre avec lui. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'un démodulateur synchrone comprenant un premier cir- cuit de battement ayant une première entrée alimentée par le signal modulé & démoduler et une deuxième entrée alimentée par un signal sensiblement isofréquentiel à la porteuse dudit signal modulé, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième circuit de battement ayant une pre- mière entrée alimentée par ledit signal modulé et une deuxième entrée alimentée par ledit signal isofréquen- tiel, à travers un déphaseur dont le déphasage est de , un commutateur servant à connecter alternativement les sorties dudit premier et dudit deuxième circuits de battement à une sortie commune du démodulateur et des circuits de commande à seuil d'intervention servant à commander la commutation dudit commutateur en fonction de l'amplitude du signal apparaissant à la sortie des- dits circuits de battement. En d'autres termes, le démodulateur synchrone selon l'invention est basé sur le principe consistant à effectuer, non pas un seul mais deux battements en qua- drature de phase, de manière à créer autant de signaux sd"(t) égaux mais qui possèdent des amplitudes déphasées de 90 , et dans lesquels les pics minima du premier coin- cident dans le temps avec les pics maxima du deuxième, et inversement. Les commutations du commutateur sous la commande des moyens de commande correspondants (munis de détecteurs de seuil appropriés) permettent alors de sé- lectionner à chaque fois le signal qui possède les pics maxima, pour obtenir ainsi à la sortie un signal démodu- lé qui possède toujours une amplitude suffisante pour permettre une pleine et correcte détection de l'informa- tion (par exemple de la fréquence) contenue dans le si- gnal lui-même. Avec un deuxième battement convenablement dépha- sé et une sélection alternée du signal de plus grande am- plitude, on compense ainsi l'imperfection de la corres- pondance de la sortie d'un seul circuit de battement avec le signal modulant d'origine, imperfection qui est due à une éventuelle imprécision d'égalité de fréquence entre la porteuse du signal modulé et le signal utilisé pour le battement. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, la figure 1 est un schéma bloc d'une forme de réalisation du démodulateur synchrone selon l'inven- tion; les figures 2 à 8 montrent l'allure des signaux dans le démodulateur de la figure 1; la figure 9 montre une autre forme de réalisa- tion du démodulateur synchrone selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté un démodula- teur synchrone qui comprend deux circuits de battement 1 et 2 dont le premier possède une première entrée alimen- tée par le signal modulé en amplitude s(t) et une deuxi- ème entrée alimentée par un signal sb ayant la même fré- quence que la porteuse du signal modulé, tandis que le deuxième possède une première entrée alimentée par le si- gnal modulé s(t) et une deuxième entrée alimentée par le signal isofréquentiel Sb à travers un déphaseur 3 capa- ble d'introduire un déphasage de 90 . Les sorties des deux circuits de battement 1 et 2, qui sont munies de filtres passe-bas correspondants et 11 et de filtres passe-haut correspondants 4 et 5, convergent dans un commutateur 6 qui les connecte alter- nativement à une sortie commune du démodulateur, à la- quelle on peut connecter un détecteur d'information ap- proprié ou circuit identificateur 7 approprié, par exem- ple un détecteur de fréquence. Le commutateur 6 est commandé par un circuit de commande 8 en fonction de l'amplitude des signaux fil- trés sortant des circuits de battement 1 et 2, ledit cir- cuit de commande tirant profit à cet effet de détecteurs de seuil appropriés (non représentés) intérieurs ou exté- rieurs au circuit lui-même. Le démodulateur synchrone de la figure 1 travaille en conséquence dans le mode décrit ici. Le signal modulé s(t), constitué par une porteuse P de fréquence fc modulée en amplitude par un signal modulant M (par exemple sinusoidal) de fréquence fm comme représenté sur la figure 2, est mis en "battement" dans le circuit de battement 1 avec un signal sb sensiblement isofréquentiel à la porteuse P et dans le circuit de battement 2 avec le même signal sb mais déphasé de 90 à travers le déphaseur 3. En conséquence, on retrouve présent aux sorties des circuits de battement 1 et 2, en aval des filtres passe-bas 10 et 11, des signaux possédant une amplitude en quadrature de phase sdl'(t) = A/2 (1 + msin wmt) [cos( fb + Swct)] Sd2'(t) = A/2(1 + msin >mt) Ecos(fb + 90 +S wct)] dont l'allure est illustrée par les figures 3 et 4, c'est-à-dire, des signaux dans lesquels une composante (non sinusoidale) de fréquence fm est superposée à une autre composante de fréquence fc, o fc est l'écart de fréquence entre la porteuse P du signal modulé et le signal sb utilisé pour le battement. La composante de basse fréquence ( fc) de ces signaux est ensuite éliminée par les filtres passe-haut 4 et 5 à la sortie desquels on trouve donc des signaux respectifs dont les amplitudes sont en quadradure de pha- se sdl"(t) = A/2. m sin Wmt [cos (' b + &wct)] sd2"(t) = A/2. m sin X mt [cos (rb + 90 +3Jct)) dont l'allure est représentée sur les figures 5 et 6, c'est-à-dire des signaux possédant la même fréquence fm que le signal modulant mais présentant des pics dont l'amplitude varie entre des valeurs maxima et minima. Il est évident que, pris séparément, chacun des- dits signaux, mettrait en difficulté le détecteur d'in- formation 7, lequel finirait par ne pas "percevoir" les pics de hauteur minimum et détecterait donc une informa- tion altérée ou qui ne correspondrait pas sensiblement à celle transmise au moyen du signal modulé. En particu- lier, si l'information à détecter était la fréquence et si le détecteur 7 était, par exemple, un compteur numéri- que, l'information détectée serait donnée par des trains d'impulsions carrées séparés par des espaces vides, com- me sur la figure 7, au lieu d'être donnée par une unique onde carrée de fréquence constante fm, qui correspond au signal modulant transmis. Toutefois, on a prévu le commutateur 6 auquel le circuit de commande 8 ordonne de se positionner tan- tôt sur l'un tantôt sur l'autre des deux filtres passe- bas 4 et 5 et, par conséquent, tantôt sur l'un, tantôt sur l'autre des circuits de battement 1 et 2, selon la valeur instantanée des pics d'amplitude des signaux sdl"(t) et sd2"(t). Plus précisément, le commutateur 6 reste positionné vers l'un des filtres passe-haut (le filtre 4 sur la figure 1) jusqu'à ce que les pics de l'amplitude du signal correspondant sd"(t) restent au- dessus du seuil prévu par le circuit de commande 8, tan- dis qu'il se déplace immédiatement vers l'autre filtre passe-haut (le filtre 5 sur la figure 1) dès que les pics d'amplitude dudit signal tombent au-dessous du seuil. La même chose se produit ensuite dans le sens op- posé. Le résultat est que, si l'on prend des pics pou- vant être détectés tantôt sur l'un et tantôt sur l'autre des deux signaux sdl"(t) et sd2"(t) en quadrature de pha- se, il ne se produit pas de pertes d'informations et on obtient finalement un signal démodulé DM qui correspond exactement au signal modulant M et qui en reproduit tota- lement l'information. En particulier, dans l'exemple con- sidéré d'une information en fréquence, le signal démodu- lé est de nature à permettre à un compteur numérique de reproduire une information détectée sous la forme d'une onde carrée d'une fréquence constante fm, telle que cel- le représentée sur la figure 8. La forme de réalisation du démodulateur qui est représentée sur la figure 9 est fonctionnellement analo- gue. En effet, elle ne diffère de celle de la figure 1 que par le fait qu'elle possède un unique filtre passe- bande 9 placé sur la sortie commune du démodulateur au lieu de deux paires de filtres 10, 11 et 4, 5 places sur les sorties des deux circuits de battement 1 et 2, comme sur la figure 1. Dans ce cas, le circuit de commande 8 est mis en mesure de "percevoir' le signal démodulé sur la sortie commune du démodulateur plutôt que les deux si- gnaux de sortie des filtres 4 et 5. Le démodulateur de la figure 9 présente visible- ment l'avantage d'économiser un filtre. D'un autre côté, on doit attendre un certain temps avant que le démodula- teur ne soit parvenu au régime. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Démodulateur synchrone pour signaux modulés en amplitude, comprenant un premier circuit de battement (1) qui possède une première entrée alimentée par le si- gnal modulé à démoduler (s(t)) et une deuxième entrée alimentée par un signal sensiblement isofréquentiel à la porteuse dudit signal modulé (Sb), caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième circuit de battement (2) pos- sédant une première entrée alimentée par ledit signal mo- dulé (s(t)) et une deuxième entrée alimentée par ledit signal isofréquentiel (Sb), à travers un déphaseur don- nant un déphasage de 90", un commutateur (6) permettant de connecter alternativement les sorties dudit premier et dudit deuxième circuits de battement (1, 2) à une sor- tie commune du démodulateur et des circuits de commande (8) possédant un seuil d'intervention, pour commander la commutation dudit commutateur (6) en fonction de l'ampli- tude du signal apparaissant à la sortie desdits circuits de battement. 2 - Démodulateur synchrone selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend des filtres (10, 11) placés sur les sorties desdits circuits de bat- tement (1, 2) pour éliminer les composantes de basse fré- quence et de haute fréquence des signaux de sortie cor- respondants. 3 - Démodulateur synchrone selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un fil- tre (9) placé sur la sortie commune du démodulateur pour éliminer les composantes de basse fréquence et de haute fréquence du signal de sortie correspondant. 4 - Démodulateur synchrone selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (8) est disposé de manière à percevoir les sorties des- dits circuits de battement (1, 2). - Démodulateur synchrone selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (8) est disposé en aval dudit commutateur (6) de manière à percevoir le signal démodulé à ladite sortie commune du démodulateur.