Brevet FR2568070A1 — publié le 19860124

La présente invention concerne les changeurs de fréquence et, plus particulièrement, des changeurs de fréquence qui appliquent à leur signal de sortie un décalage de fréquence correspondant à un effet Doppler. La présente invention a pour objet un changeur de fréquence perfectionné engendrant, à partir d'un signal d'entrée d'une fréquence située dans une bande de fréquences déterminée, un signal de sortie dont la fréquence manifeste un décalage de type Doppler et se trouve dans ladite bande de fréquences. Selon l'une de ses caractéristiques, la présente invention consiste en un changeur de fréquence engendrant, à partir d'un signal d'entrée d'une fréquence située dans une bande de fréquences déterminée, un signal de sortie dont la fréquence manifeste un décalage de type Doppler et se trouve dans ladite bande de fréquences et comprenant à cet effet des premiers moyens de conversion pour abaisser la fréquence du signal d'entrée, ainsi que des seconds moyens de conversion pour élever la fréquence du signal d'entrée à fréquence abaissée et conférer un décalage de fréquence Doppler au signal à fréquence élevée, afin d'engendrer un signal de sortie manifestant un décalage de type Doppler. Conformément à la présente invention, la technique utilisée pour introduire un décalage de fréquence dans le signal transmis en vue d'assurer la simulation d'une vitesse consiste à procéder à une conversion fournissant un abaissement de fréquence, puis à effectuer une conversion fournissant une élévation de fréquence, en utilisant des oscillateurs locaux individuels stables, de haute pureté, dont les fréquences respectives diffèrent d'une valeur égale au décalage de fréquence désiré. Pour obtenir une stabilité élevée, les oscillateurs locaux sont pourvus de sources à basse fréquence pilotées par quartz qui sont périodiquement accordées en fréquence au moyen d'une boucle à blocage de phase.Les signaux de sortie des oscillateurs à quartz font ensuite l'objet d'une conversion élevant leur fréquence et sont filtrés pour donner les signaux désirés d'oscillateurs locaux stables de haute pureté. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif en se référant à la figure unique annexée qui représente le diagramme par blocs d'un exemple de réalisation de l'invention. Si l'on considère la figure, l'oscillateur à quartz de référence 1 fournit un signal de sortie d'une fréquence de 100 MHz à un amplificateurséparateur de puissance 2 dont l'une des sorties est couplée à un atténua teur de 3 dB, 3. L'autre sortie de l'amplificateur-séparateur de puissance 2 est couplée à un diviseur de fréquence 4 qui divise par dix la fréquence de 100MHz du signal de l'oscillateur 1. La sortie de l'atténuateur 3 est couplée à un mélangeur à double équilibrage 5 qui reçoit un signal de 1,25 GHz de l'oscillateur 6 pour une conversion élevant la fréquence du signal de 100 MHz de l'oscillateur 1. La sortie du mélangeur 5 est un signal de 1,35 GHz + 50 MHz qui est filtré par un filtre passe-bande 6'.Le signal de sortie du filtre 6' est amplifié dans l'amplificateur 7 et appliqué au mélangeur à double équilibrage 8 qui reçoit un signal d'entrée de fréquence intermédiaire dont la fréquence se situe dans la bande de 1,55 à 1,95 GHz. La sortie du mélangeur 8 est couplée à un filtre passe-bande 9 dont la bande passante est de 0,20 à 0,60 GHz et qui passe le signal d'entrée de fréquence intermédiaire converti par abaissement de fréquence. La partie de conversion par élévation de fréquence du changeur de fréquence conforme à la présente invention comporte un oscillateur à quartz commandé en tension 10 fournissant un signal de sortie d'une fréquence de 100 MHz et décalé en fréquence par le signal de commande de décalage de fréquence couplé au sommateur 22. Ce signal est couplé à I Doppler. La différence de fréquence existant entre le signal d'entrée à fréquence intermédiaire et le signal de sortie à fréquence intermédiaire est exactement la différence existant entre les fréquences des deux oscillateur pilotés par quartz 1 et 10. La conversion de fréquence effectuée dans les mélangeurs 5 et 14 est indépendante de la stabilité de la fréquence de sortie de l'oscillateur 6, puisque celle-ci est commune aux deux conversions. Les oscillateurs pilotés par quartz 1 et 10 possèdent une stabilité à long terme (un an) de 500 Hz et une dérive à court terme de moins de 10 Hz en quelques secondes. Pour éliminer cette dérive, les oscillateurs 1 et 10 font l'objet d'un étalonnage périodique. Une fois toutes les 20 secondes, un cycle d'étalonnage est lancé par le circuit de commande et de synchronisation 19 et par les commutateurs 20 et 21.Dans un premier temps, le signal de commande de décalage de fréquence qui varie de + à -5 volts est séparé de l'entrée du sommateur 22 et une masse est appliquée à ladite entrée du sommateur 22. Le commutateur 21 fait passer l'autre entrée du sommateur 22 de la sortie du convertisseur numérique/analogique 23 à la sortie de l'amplificateur de boucle 24 d'une boucle à verrouillage de phase. De cette manière, l'oscillateur 10 est verrouillé en phase sur l'oscillateur 1 par l'intermédiaire du comparateur de phase 25. La boucle à verrouillage de phase comprend le comparateur de phase 25, l'amplificateur de boucle 24, le convertisseur analogique/ numérique 26, le convertisseur numérique/analogique 23 et le sommateur 22 couplé à l'entrée de commande de l'oscillateur 10.La commande des commutateurs 20 et 21 est illustré par la forme d'onde 27 ; on constate que les commutateurs 20 et 21, qui sont de type électromécanique, peuvent également être électroniques et qu'ils sont commandés par une impulsion de 50 millisecondes possédant une période de 20 secondes. quand les commutateurs 20 et 21 sont en position de fonctionnement, le signal de commande de décalage de fréquence Doppler est couplé au sommateur 22 et donc à entrée de commande de l'oscillateur 10 qui apporte un décalage de la fréquence du signal de sortie de I'oscillateur 1-0 se traduisant finalement par un signal de sortie à fréquence intermédiaire décalé par une fréquence de type Doppler, fourni par le filtre 18, à l'issue du processus de conversion avec élévation de fréquence du signal d'entrée converti par abaissement de fréquence à la sortie du filtre passebande 9. Au cours du cycle d'étalonnage, après stabilisation de la boucle à verrouillage de phase, la tension d'erreur provenant de l'amplificateur de boucle 24 est échantillonnée et stockée dans le convertisseur analogique/ numérique 26 et dans le convertisseur numériquelanalogique 23. L'échantillonnage du convertisseur analogique/numérique 26 est accomplit par un signal 28 produit par le circuit de synchronisation et de commande 19. Comme le représente la figure, l'impulsion d'échantillonnage de la forme d'onde 28 est retardée de 40 millisecondes par rapport à l'impulsion de 50 millisecondes de la forme d'onde 27 ; elle possède par ailleurs une largeur de 8 microsecondes et une période de 20 secondes.La réalisation du circuit de synchronisation et de commande 19 peut, par exemple, s'effectuer en prévoyant deux générateurs d'impulsions pilotés par une horloge commune, chacun desdits générateurs produisant l'un des signaux 27 et 28. A la fin du cycle d'étalonnage, la tension d'erreur de boucle échantillonnée et mémorisée est commutée vers une entrée de sommation du sommateur 22 par l'intermédiaire du commutateur 21. Pour satisfaire aux exigences en matière de simulation efficace de vitesse face à certaines menaces. il est nécessaire que le signal de sortie doté drun décalage de fréquence de type Doppler ait une pureté spectrale très élevée. Le niveau de la fréquence porteuse et de toutes les harmoniques spectrales dans la bande du signal radar doit etre au moins de 40 dB inférieur au niveau de signal désiré. La technique de double changement de fréquence employée dans le systeme de la présente invention pour obtenir un décalage de fréquence est en mesure de fournir une pureté de spectre de cette qualité.De par leur conception, l'oscillateur de référence à quartz 1 et l'oscillateur à quartz commandé en tension 10 sont tous deux des sources de signaux de haute pureté où les composantes parasites sont de plus de 100 dB en dessous du niveau du signal, à une distance de 100 Hz de la fréquence centrale dans une largeur de bande de i Hz. Les produits spectraux engendrés par le mélange des signaux de sortie des oscillateurs 1 et 10 avec le signal de sortie de l'oscillateur 6 sont éliminés par les filtres passe-bande 6 et 15. Par conséquent, le signal d'oscillateur local qui est utilisé pour convertir par abaissement de fréquence le signal d'entrée à fréquence intermédiaire à 1,5 - 1,95 GHz possède une seule et unique composante spectrale significative à 1,35 GHz. Les composantes parasites de bruit relevées pour l'oscillateur local à.1,25 GHz 6, se trouvent à 80 dB en dessous du niveau de la fréquence centrale, en les mesurant dans une largeur de bande de d Hz à 1 z de ladite fréquence centrale. Le signal d'oscillateur local de 1,35 oez provenant du filtre 6' et mélangé au signal d'entrée à fréquence intermédiaire dans le mélangeur 8 produit une ligne spectrale de bande latérale inférieure dans la bande 0,20 - 0,60 GHz du filtre 9.Toutes les autres composantes, notamment les produits du mélange provenant d'harmoniques du signai d'entrée interférant avec les harmoniques de l'oscillateur local dans le mélangeur 8 sont à ltextérieur de la bande passante du filtre 9. De la meme façon, dans le processus de conversion par élévation de fréquence, le filtre 18 élimine les fuites due l'oscillateur local et les composantes spectrales de la bande latérale inférieure. La réalisation d'une simulation de vitesse efficace implique également l'obtention d'un décalage de fréquence stable. Dans les radars à onde entretenue, la largeur de bande minimale d'une porte de vitesse est de l'ordre de 100 à 200 Hz. Pour intercepter et maintenir la porte, il est donc nécessaire que la variation de fréquence ait une stabilité à court terme de l'ordre de 10 à 20 Hz. L'une des sources d'instabilité du système réside dans la variation de fréquence relative des oscillateurs 1 et 10. Les renseignements fournis par les fabricants font état de variations de 10 Hz sur de courtes périodes de l'ordre de plusieurs secondes. Ce taux de variation est de l'ordre de 500 Hz sur une année. La boucle de blocage de phase permet de corriger à la fois la variation de fréquence à long et à court terme dans la mesure où elle étalonne la différence de fréquence entre les oscillateurs 1 et 10 toutes les 20 secondes. il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qutà titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Changeur de fréquence destiné à engendrer, à partir d'un signal d'entrée d'une fréquence dans une bande de fréquences déterminée, un signal de sortie dont la fréquence manifeste un décalage de type Doppler et se trouve dans ladite bande de fréquences, comprenant des premiers moyens ce conversion (8) pour abaisser la fréquence dudit signal d'entrée et des seconds moyens de conversion (17) couplés audits premiers moyens pour élever la fréquence dudit signal d'entrée à fréquence abaissée et conférer un décalage de fréquence de type Doppler audit signal à fréquence élevée, afin d'engendrer ledit signal de sortie manifestant un décalage de type Doppler. 2. Changeur de fréquence conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens comprennent un oscillateur à quartz de référence (1) engendrant une première fréquence donnée, un dispositif oscillateur (6) engendrant une seconde fréquence différente de ladite première fré- quence, un premier dispositif mélangeur (5) couplé audit oscillateur de référence (1) et audit dispositif oscillateur (6), un premier filtre passe-bande (6') couplé audit premier dispositif mélangeur (5) en vue de produire un premier signal d'oscillateur local possédant une troisième fréquence donnée, un second dispositif mélangeur (8) couplé audit premier filtre passe-bande (6') et recevant ledit signal d'entrée pour le convert r en abaissant sa fréquence et un second filtre passe-bande (9) couplé audit second dispositif mélangeur (8) pour passer ledit signal d'entrée à fréçence abaissée. 3. Changeur de fréquence conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comprennent un oscillateur à quartz commandé en tension (10), ayant une fréquence nominale égale à ladite première fréquence donnée, une boucle à blocage de phase (21 à 25) coupìée audit oscillateur à quartz commandé en tension, un signal de commande de décalage en fréquence couplé à ladite boucle à blocage de phase en vue de faire varier la fréquence dudit oscillateur à quartz commandé en tension pour obtenir une variation dela fréquence de sortie dudit oscillateur à quartz commandé en tension (10) proportionnelle audit décalage de fréquence, un troisième dispositif mélangeur (14) couplé audit oscillateur à quartz commandé en tension et audit dispositif oscillateur (6), un troisième filtre passe-bande (15) couplé audit troisième dispositif mélangeur, afin de produire un second signal d'oscillateur local possédant une fréquen égale à ladite troisième fréquence donnée modifiée selon ladite variation de fréquence, un quatrième dispositif mélangeur (17) couplé auxdits second et troisième filtres passe-bande (9,15) permettant de recevoir ledit signal d'entrée à fréquence abaissée et ledit second signal d'oscillateur local pour opérer une conversion élevant la fréquence dudit signal d'entrée à fréquence abaissée, et un quatrième filtre passe-bande (18) couplé audit quatrième dispositif mélangeur (17) permettant de produire ledit signal de sortie. 4. Changeur de fréquence conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des premier, second, troisième et quatrième dispositifs mélangeurs comporte un mélangeur à double équilibrage. 5. Changeur de fréquence conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite boucle à blocage de phase comprend un détecteur de phase (25) couplé audit oscillateur à quartz commandé en tension (10) et audit oscillateur de référence à quartz (1), un amplificateur de boucle (24) couplé audit détecteur de phase, un convertisseur analogique/numérique (26) couplé audit amplificateur de boucle (24), un convertisseur numérique/ analogique (23) couplé audit convertisseur analogique/numérique (26) et un sommateur (22) dont une entrée est couplée audit convertisseur numérique/ analogique (23), dont une autre entrée reçoit le signal de commande de décalage de fréquence et dont la sortie est couplée audit oscillateur à quartz commandé en tension (10). 6. Changeur de fréquence conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend également un équipement commutateur permettant de déconnecter ledit convertisseur numérique/analogique (23) de ladite première entrée dudit sommateur (22), de connecter ladite première entrée dudit sommateur audit amplificateur de boucle (24), de. déconnecter ledit signal de commande de décalage de fréquence de la seconde entrée dudit sommateur et de connecter entrée dudit sommateur à la masse pour permettre l'étalonnage dudit oscillateur à quartz commandé en tension en des intervalles de temps prédéterminés. 7. Changeur de fréquence conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens comprennent un oscillateur à quartz commandé en tension (10) possédant une fréquence nominale, une boucle à blocage de phase couplée audit oscillateur à quartz commandé en tension, un signal de commande de décalage de fréquence couplé à la boucle à blocage de phase permettant de faire varier ladite fréquence nominale dudit oscillateur à quartz commandé en tension pour obtenir une variation de la fréquence nominale proportionnelle au décalage de fréquence, un dispositif mélangeur (14) couplé audit oscillateur à quartz commandé en tension et auxdits premiers moyens, un filtre passe-bande (15) couplé audit dispositif mélangeur 8. Changeur de fréquence conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des dispositifs mélangeurs comporte un mélangeur à double équilibrage. 9. Changeur de -fréquence conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que ladite boucle à blocage de phase comprend un détecteur de phase (25) couplé audit oscillateur à quartz commandé en tension (10) et auxdits premiers moyens, un amplificateur de boucle (24) couplé audit détecteur de phase (25), un convertisseur analogique/numérique (26) couplé audit amplificateur de boucle (24), un convertisseur numériquelanalogique (23) couplé audit convertisseur analogique/numérique (26) et un sommateur (22) dont une entrée est couplée au convertisseur numériquejanalogique (23), dont l'autre entrée reçoit ledit signal de commande de décalage de fréquence et dont la sortie est couplée audit oscillateur à quartz commandé en tension (10). 10. Changeur de fréquence conforme à la revendication 9, comprenant également un équipement commutateur permettant de déconnecter ledit conver- tisseur numérique/analogique (23) de ladite entrée dudit sommateur (22), de connecter ladite première entrée dudit sommateur audit amplificateur de boucle (24), de déconnecter ledit signal de commande de décalage de fréquence de ladite seconde entrée dudit sommateur (22) et de connecter ladite seconde entrée dudit sommateur à la masse,pour permettre l'étalonnage dudit oscilla- teur à quartz commandé en tension dans des intervalles de temps prédéterminés.