Brevet FR2557403A1 — publié le 19850628

Emetteur-récepteur d'hyperfréquences à commutation électrique fonctionnant en duplex intégral. La présente invention concerne des émetteurs- récepteurs d'hyperfréquences et, plus particulièrement, des émetteursrécepteurs d'hyperfréquences à duplex intégral renfermant des sources haute fréquence d'os- cillateur local et d'émetteur séparées qui peuvent être commutées électriquement entre deux canaux. Les émetteurs-récepteurs sont des disposi- tifs généralement connus auxquels sont intégrées des fonctions de transmission et de réception qui permet- tent une transmission bidirectionnelle et simultanée d'informations entre différents points (duplex intégral).Les émet- teurs-récepteurs d'hyperfréquencesutilisent une large gam- me de fréquences porteuses, récemment insérée dans les bandes d'ondes millimétriques. Les émetteurs-récep- teurs fonctionnant dans cette bande d'ondes sont par- ticulièrement utiles lorsqu'une transmission relative- ment sûre est requise, ainsi que dans des zones encom- brées, par exemple, dans le cas de communications en- tre bâtiments pour lesquelles il est indispensable de réduire au minimum l'interférence avec des systèmes de communications voisins. En outre, étant donné que les bandes d'hyperfréquences inférieures sont de plus en plus encombrées, l'utilisation de la bande de lon- gueurs d'onde millimétriques est d'une importance croissante. Un problème actuel associé à la fabrication d'émetteurs-récepteurs fonctionnant dans la bande de longueurs d'onde millimétriques réside dans la dispo- nibilité limitée et dans le coût relativement élevé des composants haute fréquence. Les oscillateurs à semi-conducteurs à bande étroite et à syntonisation électronique sont devenus disponibles et d'un coût abordable dans la bande des 255 7403 longueurs d'onde millimétriques. La stabilité de la fréquence fondamentale de ces dispositifs en fonction des variations de température et des effets du vieil- lissement est généralement inadéquate pour des appli- cations dans lesquelles interviennent des émetteurs- récepteurs. Des moyens permettant de stabiliser la fréquence englobent des techniques telles que la ré- gulation de température et/ou l'asservissement à une référence stable telle qu'une cavité. Les brevets énumérés ci-après offrent un in- térêt général pour leurs enseignements concernant des émetteursrécepteurs fonctionnant dans les bandes de longueurs d'onde millimétriques: le brevet des Etats- Unis d'Amérique N 3.916.412 accordé le 28 octobre 1975 au nom de S. Amoroso, Jr. et ayant pour titre: Frequency Stabilized Single Oscillator Transceivers", le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3.925.729 ac- cordé le 9 décembre 1975 au nom de S. Amoroso, Jr. et ayant pour titre "Skirt-Tuned Single Oscillator Trans- ceiver", le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3.939.533 accordé le 27 janvier 1976 au nom de S. Amoroso, Jr. et ayant pour titre "Single Oscillator Microwave Transceiver", le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique N 3.931.575 accordé le 6 janvier 1976 au nom de S. Amoroso, Jr. et ayant pour titre "Filter Stabilized Single Oscillator Transceiver", et le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4.411.018 accordé le 18 octo- bre 1983 au nom de S. Amoroso, Jr. et ayant pour titre "Rapidly Stabilized Gunn Oscillator Transceiver", tous pour le compte de la Demanderesse de la présente. Les émetteurs-récepteurs décrits dans ces brevets peuvent fonctionner dans la gamme des ondes millimétriques. Un problème particulier que posent bon nombre des émet- teurs-récepteurs d'hyperfréquences de la technique antérieure fonc- tionnant dans cette gamme de fréquences, réside dans le fait qu'avec un oscillateur de Gunn classique accor- dé par varactor, la cavité résonnante associée à ce dernier doit être réaccordée mécaniquement pour procé- der à une commutation de canaux. Cela signifie que l'émetteur-récepteur ne peut être commuté rapidement à un second canal. Un objet de la présente invention est de réa- liser un émetteur-récepteur d'hyperfréquences à duplex intégral utilisant des sources à semi-conducteurs et à bande étroite pouvant être syntonisées. Une caractéristique particulière de la pré- sente invention réside dans le fait que tous les émetteurs-récepteurs sont identiques et interchangea- bles en raison d'une fonction de commutation d'hyper- fréquences qui permute les signaux haute fréquence d'émetteur et d'oscillateur local sur la base du canal sélectionné. Cette caractéristique simplifie les fonctions logistiques et d'entretien pour l'ensemble du système de communications. Une caractéristique supplémentaire de la configuration d'oscillateur commu- tée réside dans le fait qu'en cas de défaillance de l'une ou l'autre source haute fréquence individuelle, un mode de fonctionnement en semi-duplex (bidirection- nel, non simultané) est toujours disponible. Ces deux caractéristiques sont particulièrement utiles pour des applications militaires. Suivant la présente invention, deux émetteurs- récepteurs d'hyperfréquences sont à même d'assurer un, fonctionnement en duplex intégral et peuvent être com- mutés électriquement entre deux canaux. Chaque émetteur- récepteur comprend un premier circuit oscillateur à? hyperfréquence et un second circuit à hyperfréquence. Une première cavité résonnante entretenant une résonan-, ce à une première fréquence F est localisée dans une boucle à réaction du premier circuit oscillateur à hyperfréquence, tandis qu'une seconde cavité résonnan- te entretenant une résonance à une seconde fréquence F2 est localisée dans une boucle à réaction du second circuit à hyperfréquence. Chaque circuit oscillateur peut être verrouillé à chaque extrémité de la fré- quence de résonance de la cavité. Un commutateur de transfert couple le premier oscillateur à hyperfré- quence à l'émetteur et le second oscillateur à hyper- fréquence au récepteur, ou vice versa. Les objets, caractéristiques et avantages précités de la présente invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription ci-après de formes de réalisation préférées, en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un bloc-diagramme illustrant une forme de réalisation de l'émetteur-récepteur d'hy- perfréquences à commutation électrique et à duplex in- tégral suivant la présente invention; la figure 2 illustre un plan des fréquences pour une paire d'émetteurs-récepteurs suivant la pré- sente invention, fonctionnant dans un mode de duplex intégral; et la figure 3 est un graphique illustrant la relation entre chaque fréquence de cavité résonnante et les fréquences de canaux. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre une forme de réalisation d'un émetteur- récepteur d'hyperfréquences à commutation électrique et à duplex intégral 10 suivant la présente invention. Une caractéristique particulièrement importante de la présente invention réside dans l'aptitude de l'émetteur- récepteur d'hyperfréquences 10 à passer électriquement d'un fonctionnement sur un canal (c'est-à-dire assurer l'émission et la réception sur un premier ensemble de fréquences) à un fonctionnement sur un deuxième canal (c'est-à-dire assurer l'émission et la réception sur un deuxième ensemble de fréquences). Dans la forme de réalisation illustrée, cette transition s'opère par l'apparition, sur la ligne 12, d'un signal de con- trôle de canal approprié qui a simultanément pour effet de modifier le niveau de sortie de tension de courant continu du circuit de contrôle automatique de fréquen- ce (qui sera expliqué ci-après) et de faire passer à la fois un commutateur d'entrée 14 et un commutateur de guide d'ondes16 dans leur seconde position. Comme le montre la figure 1, dans la position de canal A, les signaux d'entrée, en l'occurrence, des signaux acoustiques, des signaux de données ou des si- gnaux vidéo, sont appliqués, par une ligne 13, au com- mutateur d'entrée 14 et, ensuite, par une ligne 15, à un premier circuit oscillateur. Le premier circuit oscillateur comprend un additionneur analogique 18 qui combine les signaux d'entrée reçus avec un signal de réaction provenant d'une ligne 17. Le signal de sor- tie de l'additionneur analogique est transmis, par une ligne 20, à l'entrée d'un oscillateur de Gunn à semi- conducteurs 22. Le signal de sortie de cet oscillateur de Gunn 22 est appliqué, par une ligne de transmission appropriée, à un coupleur 24 à l'intervention duquel la majeure partie de l'énergie à hyperfréquence est di- rigée, via un guide d'ondes 26, vers une entrée 28 du commutateur de transfert 16. Une petite quantité de l'énergie à hyperfréquence est acheminée dans une bou- cle à réaction par le coupleur 24 pour aboutir à une cavité 30. La cavité 30 est une cavité-à facteur Q élevé qui résonne à une fréquence particulière F1, cette fréquence de résonance F1 étant déterminée par les caractéristiques inhérentes de la cavité 30. Une partie de l'énergie résonnant dans la cavité 30 est couplée à un détecteur 32 qui émet, à sa sortie, un si- 255740; gnal de courant continu dont le niveau est fonction de la fréquence de résonance F de la cavité 30. Le signal de sortie du détecteur 32 est appliqué à un circuit de contrôle automatique de fréquence 34. Ce circuit de contrôle automatique de fréquence 34 uti- lise le signal de courant continu en relation avec la fréquence de résonance F2 de la cavité, ainsi que le signal de contrôle de canal provenant de la ligne 12, et il dirige le signal de contrôle le long de la ligne 17, jusqu'à une entrée de l'additionneur analo- gique 18, fermant ainsi la boucle à réaction. La boucle à réaction verrouille l'oscillateur de Gunn à une fréquence dérivée de la cavité 30, telle qu'elle est décalée par le circuit de contrôle automatique de fréquence 34. L'émetteur-récepteur d'hyperfréquences à commutation électrique et à duplex intégral de la présente invention comprend également un second cir- cuit oscillateur comportant un additionneur analogi- que 40 dont une entrée est raccordée à une borne du commutateur d'entrée 14. Le signal de sortie de cet additionneur analogique 40 est appliqué, via la ligne 44, à l'entrée d'un second oscillateur de Gunn à semi- conducteurs 46. Le signal de sortie de l'oscillateur de Gunn 46 est appliqué, par une ligne de transmission appropriée, à un coupleur 48 à l'intervention duquel la majeure partie de l'énergie est dirigée vers une entrée 50 du commutateur de transfert 16. Une plus petite partie de l'énergie à hyperfréquence est diri- gée, par le coupleur 48 et via une boucle à réaction, vers une seconde cavité 52 qui est également une cavi- té à facteur Q élevé. Une partie de l'énergie de ré- sonance à hyperfréquence engendrée dans la cavité 52 est couplée à un second détecteur 54 qui émet, à sa sortie, un signal de courant continu en relation avec la fréquence de résonance F2 de la seconde cavité à hyperfréquence 52. Le signal de sortie du détecteur 54 est appliqué à un second circuit de contrôle auto- matique de fréquence 56 dans lequel il est utilisé avec le signal de contrôle de canal appliqué sur la ligne 12. Le signal de sortie du circuit de contrôle automatique de fréquence 56 est un signal de contrôle qui est appliqué à une entrée de l'additionneur analo- gique 40 par une ligne 55 pour fermer la boucle à réac- tion. De la même manière, cette boucle à réaction verrouille l'oscillateur de Gunn à une fréquence déri- vée de la cavité 52, telle qu'elle est décalée par le circuit de contrôle automatique de fréquence 56. On prévoit un duplexeur 60, en l'occurrence, un dispositif de couplage classique à trois entrées, dont une entrée est couplée, par une ligne 62, à une entrée 64 du commutateur de transfert 16. L'énergie à hyperfréquence pour la transmission est captée sur ce guide d'ondes et elle est couplée à une antenne 66 qui fait office d'ouverture d'émission/réception. Les signaux à hyperfréquence captés de la station éloi- gnée par l'antenne 66 sont couplés, par le duplexeur , à un guide d'ondes 68 et à un mélangeur classique 70. Un signal d'oscillateur local ou de démodulation émis par le premier circuit oscillateur est appliqué au mélangeur 70 le long du guide d'ondes 72 via un atténuateur 74 et une entrée 76 du commutateur de transfert 16. Le mélangeur 70 combine les deux signaux à hyperfréquence pour former des signaux à fréquence intermédiaire qui sont appliqués à un récepteur à modulation de fréquence classique 78. Une caractéristique particulière de l'émet- teur-récepteur d'hyperfréquences à commutation élec- tronique et à duplex intégral suivant la présente in- vention réside dans le fait que les première et seconde boucles oscillatrices à hyperfréquence peuvent être permutées électriquement sous forme d'une source pour la fréquence de transmission et d'une source de fréquence d'oscillateur locale pour la démodulation, 5.sans qu'il soit nécessaire de réaccorder mécanique- ment soit les oscillateurs de Gunn, soit les cavités résonnantes. Cette caractéristique pourrait être mieux appréciée en se référant à la figure 2 qui il- lustre un plan de fréquences pour un fonctionnement en duplex intégral sur deux canaux et, en outre, à la figure 3 qui illustre les fréquences de référence des cavités. L' émetteur-récepteur d'hyperfréquencesdelaprésente invention est à même d'engendrer les quatre fréquen- ces requises pour un fonctionnement en duplex inté- gral sur deux canaux, en l'occurrence, les fréquen- ces Fla, F2a, F2b et F1b. Lors de la mise en service, un signal de commutation de canal appliqué à la li- gne 12 pourrait provoquer une transition du commuta- teur de signal d'entrée 14, un décalage dans le si- gnal acheminé des circuits de contrôle automatique de fréquence à chaque oscillateur de Gunn pour modifier ainsi les points de verrouillage aux extrémités oppo- sées de la fréquence de résonance (figure 3), ainsi qu'une transition du commutateur de transfert 16 ayant pour effet de commuter la source d'oscillateur local et une source de fréquence de transmission d'un cir- cuit oscillateur à l'autre circuit oscillateur. Etant donné que la fréquence intermédiaire appliquée au récepteur à modulation de fréquence 78 est spécifique- ment de 70 mégahertz (figure 3) et que la séparation entre les fréquences d'émetteur et d'oscillateur local atteint plusieurs fois la fréquence intermédiaire (par exemple, 300 mégahertz), la diaphonie entre l'émetteur et le récepteur est réduite au minimum. Bien que la présente invention ait été illus- trée et décrite en se référant à une forme de réali- sation préférée, l'homme de métier comprendra que di- verses modifications peuvent y être apportées tant dans sa forme que dans ses détails sans se départir de son esprit et de son cadre tels qu'ils sont définis dans les revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Emetteur-récepteur d'hyperfréquences apte à être commuté électriquement entre deux canaux et assurant un fonctionnement en duplex intégral sur chaque canal, cet émetteur-récepteur comprenant: un premier oscillateur à hyperfréquence (22) comprenant une première cavité résonnante (30) loca- lisée dans une boucle à réaction, cette première ca- vité résonnante entretenant une résonance à une pre- mière fréquence; un second oscillateur à hyperfréquence (46) comprenant une seconde cavité résonnante (52) locali- sée dans une boucle à réaction, cette seconde cavité résonnante entretenant une résonance à une seconde fréquence; un émetteur (66) destiné à émettre un signal à hyperfréquence aux fréquences engendrées par le pre- mier oscillateur à hyperfréquence (22) ou par le se- cond oscillateur à hyperfréquence (46); un récepteur (78) destiné à démoduler un signal de réception à hyperfréquence en combinant celui-ci avec un signal provenant du premier oscillateur à hyperfréquence (22) ou du second oscillateur à hyper- fréquence (46); et un commutateur de transfert (16) pouvant être commuté électriquement entre une première position dans laquelle le premier oscillateur à hyperfréquence, (22) est couplé à l'émetteur (66) tandis que le second oscillateur à hyperfréquence (46) est couplé au ré- cepteur (78), et une seconde position dans laquelle le premier oscillateur à hyperfréquence (22) est cou- plé au récepteur (78) tandis que le second oscilla- teur à hyperfréquence (46) est couplé à l'émetteur (66). 2. Emetteur-récepteur d'hyperfréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est commuté électriquement entre deux canaux par un signal de contrôle de canal (12), lequel assure la transi- tion du commutateur de transfert (16) entre sa pre- mière et sa seconde position. 3. Emetteur-récepteur d'hyperfréquences selon la revendication 2, comprenant également un com- mutateur d'entrée (14) comportant une première posi- tion pour l'application de signaux d'entrée (13) au premier oscillateur à hyperfréquence (22) et une se- conde position pour l'application de signaux d'entrée (13) au second oscillateur à hyperfréquence (46), ca- ractérisé en ce que le commutateur (14) est commuté entre ses première et seconde positions par le signal de contrôle de canal (12). 4. Emetteur-récepteur d'hyperfréquences selon la revendication 1, comprenant également des moyens de contrôle automatique de fréquence (34, 56) localisés dans la boucle à réaction tant du premier oscillateur à hyperfréquence (22) que du second os- cillateur à hyperfréquence (46), caractérisé en ce que les boucles à réaction du premier oscillateur à hyperfréquence (22) et du second oscillateur à hyper- fréquence (46) sont verrouillées à une fréquence ex- trême associée à la première et à la seconde fréquence, respectivement, tandis que, en réponse au signal de contrôle de canal (12), les moyens de contrôle auto- matique de fréquence (34, 56) du premier oscillateur à hyperfréquence (22) et du second oscillateur à hyper- fréquence (46) assurent un verrouillage à l'autre ex- trémité de la première et de la seconde fréquence.