Brevet FR2586481A1 — publié le 19870227

I La présente invention concerne un appareil pour mesurer le bruit hyperfréquence destiné notamment à la mesure de la composante du bruit de phase d'une source de signal hyperfréquence. Toutes les sources de signal hyperfréquence produisent du bruit de phase indésirable, c'est-à-dire du bruit apparaissant sous la forme de variations de fréquence aléatoires autour de la fréquence du signal de sortie de la source. Si l'amplitude de la composante du bruit de phase peut Etre faible, elle peut devenir significative, par exemple dans les systèmes radar à fréquence Doppler. Cela est dû au fait que l'écho radar appliqué au récepteur de radar Doppler peut avoir une très faible amplitude et est constitué par une faible variation de la fréquence reçue par rapport à la fréquence du signal radar émis. On comprend donc que le bruit de phase peut conduire à des interprétations erronées des signaux Doppler ou même les masquer complètement. Pour commander ou réduire la composante du bruit de phase du signal de sortie d'une source de signal hyperfréquence, il est d'abord nécessaire de pouvoir mesurer le bruit de phase. Il existe plusieurs méthodes de mesure du bruit de phase, mais elles présentent toutes des inconvénients qui compliquent leur utilisation et diminuent leur précision. Les méthodes décrites concernent des sources de signal hyperfréquence à fréquence unique du type qui ne peut tre accordé que sur quelques dizaines de mégahertz (MHz). L'une de ces méthodes de mesure utilise l'intercorrélation entre deux sources hyperfréquences, l'une d'elles étant la source testée et l'autre une source de référence. Le problème essentiel posé par cette méthode est la difficulté de disposer d'une source de référence dont les performances soient nettement meilleures que celles de la source testée. Il en résulte qu'il peut etre impossible de disposer d'une source de référence adéquate et que cette méthode est, par conséquent, sans utilité dans la plupart des cas. Il existe d'autres méthodes qui n'utilisent que la source de signal testée. On emploie une ligne à retard à laquelle le signal de sortie de la source est appliqué et un détecteur de phase qui compare la phase du signal de sortie de la ligne à retard à la phase du signal de sortie de la source, qui est déphasé de 90 par rapport au premier. La ligne à retard convertit les fluctuations de fréquence en fluctuations de phase et le détecteur de phase convertit ces fluctuations de phase en fluctuations de tension à sa sortie. Malheureusment, une telle chaîne de mesure a une faible sensibilité par suite de la quantité limitée de puissance d'entrée qui peut lui 9tre appliquée. Une seconde méthode qui évite cette difficulté utilise un résonnateur à cavité accordable pour crier un retard à la place de la ligne à retard. La cavité est accordée à la fréquence de la source de signal et a pour effet de supprimer la fréquence de source tout en laissant les signaux à fréquence du bruit. Cela permet de fournir une puissance supérieure au système de mesure, ce qui augmente la sensibilité. Les difficultés qui résultent de l'utilisation de cette méthode de mesure sont dues à l'emploi d'une cavité résonnante accordable. En premier lieu, la cavité résonnante doit tre réaccordée pour chaque fréquence de source et cette opération prend du temps. De plus, la fréquence de résonance de la cavité peut très bien tre sensible aux vibrations mécaniques. Enfin, tous les autres composants de la chaîne de mesure doivent avoir une large bande passante pour couvrir la plage d'accord que la chaîne de mesure peut avoir à couvrir. La présente invention a pour but la réalisation d'un appareil pour mesurer la composante du bruit de phase du signal de sortie d'une source de signal hyperfréquence qui ne nécessite qu'une seule source de signal hyperfréquence qui ne nécessite qu'une seule source de signal hyperfréquence et qui ne présente pas les inconvénients décrits ci-dessus. L'appareil pour mesurer la composante du bruit de phase du signal de sortie d'une source de signal hyperfréquence selon l'invention comprend une cavité hyperfréquence résonnant à une fréquence fixe qui diffère de celle de la source d'une valeur comprise entre 1 X et % de la fréquence de résonance de la cevit4 des moyens générateurs de signal aptes a dréivrer un ignai indicatif de la différence entre la fréquence délivrde par la rC hyperfréquence et la fréquence de résonance de Ra ciavJti des moyens de mixage pour combiner les signaux de zortie de la source hyperfréquence et des moyens générateurs de signal pour délivrer un signal de fréquence égale à la fréquence de résonance de la cavité destiné à tre appliqué à cette cavité, et des moyens détecteurs de phase sensibles à un signal de sortie de la cavité et & un signal de sertis des moyens de mixage en quadrature de phase avec le signal précédent, pour délivrer un signal représentant la composante du bruit de phase du signal de sortie de la source de signal hyperfréquence. L'invention est décrite ci-après plus en détail a l'aide des dessins annexées, auxquels: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un appareil connu qui utilise une cavité résonnante accordable; - la figure 2 est un schéma synoptique d'une première forme de réalisation de l'invention; et la figure 3 illustre une modification de l'appareil de la figure 2. A la figure 1, une chaîne connue de mesure de bruit de phase comprend la source en essai 10 qui applique un signal par l'intermédiaire d'un amplificateur à faible bruit 11, d'un coupleur 10 dB 12 et d'un circulateur 13, à une cavité résonnante accordable 14. Un signal de sortie de la cavité résonnante accordable 14 passe par le circulateur 13 pour atteindre un détecteur de phase 15. Le signal appliqué au coupleur 10 dB 12 est aussi appliqué, par l'intermédiaire d'un déphaseur 16& au détecteur de phase , le déphaseur étant conçu de telle façon que son signal de sortie soit déphasé de 90 par rapport au signal de sortie de la cavité résonnante accordable 14. Le signal de sortie du détecteur de phase 15 est le signal de sortie de la chaîne de mesure de bruit de phase et peut, par exemple, être appliqué à un analyseur de spectre 17. L'analyseur de spectre 17 est particulièrement utile si la source de signal hyperfréquence en essai 10 est modulée en fréquence par un oscillateur basse fréquence 18. En fonctionnement, la cavité résonnante accordable 14 doit être accordée sur la fréquence de la source en essai 10. L'effet de la cavité accordée 14, en ce qui concerne les signaux dont la fréquence est comprise dans les limites de la bande passante de la cavité, est de convertir toutes fluctuations de fréquence en fluctuations de phase. Le détecteur de phase 15 convertit à son tour ces fluctuations de phase en fluctuations de tension qui sont appliquées à l'analyseur de spectre 17. Tous les signaux de bruit dont la fréquence est à l'extérieur de la bande passante de la cavité résonnante accordable 14 sont convertis en signaux à modulation d'amplitude. Comme cela a délà été mentionné plus haut, l'un des principaux inconvénients du schéma décrit ci-dessus est que la cavité résonnante accOrdable 14 doit être réaccordée pour chaque fréquence du signal de sortie fourni par la source de signal en essai 10. Les inconvénients qui en résultent ont déjà été cités. La figure 2 illustre une forme de réalisation d'une chaîne de mesure de bruit de phase selon l'invention. Mis à part le fait que ce schéma utilise une cavité résonnante à fréquence fixe, les parties de la chaîne de mesure situées après le coupleur 10 dB restent sensiblement inchangées. Les éléments de circuit du schéma de la figure 2 qui existent déjà dans la forme de réalisation de la figure 1 portent les mêmes repères numériques. A la figure 2, la source de signal en essai 10 est reliée, par l'intermédiaire d'un mélangeur symétrique simple ou double 20 et d'un filtre passe-bande 21! à un amplificateur à faible bruit 11 et, de là, à un coupleur 12. Le coupieur 12 est connecté, comme dans le cas précédent, à un circulateur 13, mais la cavité résonnante 22 est accordée sur une fréquence fixe. Le détecteur de phase 15 et le déphaseur 16 sont reliés comme dans le cas précédent et un analyseur de spectre 17 peut tre utilisé pour contr8ler le signal de sortie du détecteur de phase 15. Le mélangeur 20 regoit en outre le signal de sortie d'un oscillateur à fréquence intermédiaire 23. Cet oscillateur génère une fréquence qui, lorsqu'elle est combinée avec la sortie de la source 10, produit un signal à la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22. La fréquence de l'oscillateur 23 est commandée par le signal de sortie du détecteur de phase 15 par l'intermédiaire d'un amplificateur de commande à courant continu 24. Le signal de sortie de l'amplificateur à courant continu 24 est appliqué à l'oscillateur 23 par l'intermédiaire d'un mélangeur 25 auquel peut aussi tre appliqué le signal de sortie d'un oscillateur d'étalonnage 18. L'oscillateur 23 doit tre d'un type qui peut #tre accordé avec précision par un signal analogique. Lors d'une mesure, l'oscillateur 23 est accordé sur une fréquence qui transforme une fréquence particulière du signal de la source 10 pour l'amener à la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22. Le filtre passe-bande 21 élimine tout signal indésirable produit par le processus de mixage tandis que l'amplificateur à faible bruit 11l augmente l'amplitude du signal en la portant au niveau désiré. La partie mesure de l'appareil fonctionne de la même fagon que dans le cas précédent. Un signal à courant continu délivré par le détecteur de phase 15 est ramené, par l'intermédiaire de l'amplificateur à courant continu 24. vers l'oscillateur 23 pour commander la fréquence d'oscillation de celui-ci. Il est clair que toute variation de la fréquence du signal de sortie de la source 10 se traduit par une variation de la fréquence de l'oscillateur 23 et les difficultés dues à l'emploi d'une cavité résonnante accordable dans le cas précédent sont ainsi évitées. Il y a une limite concernant la proximité à laquelle la fréquence de la source peut approcher la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22. Cela est dû au fait que le processus de mixage réalisé par le mélangeur 20 génère des signaux parasites qui doivent tre éliminés par le filtre passe-bande 21. Plus la fréquence de la source est proche de la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22, plus la bande passante du filtre passe-bande 21 doit Etre étroite. Les limites pratiques liées & la conception des filtres ont pour conséquence que la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22 doit différer de la fréquence générée par la source 10 d'une valeur égale à au moins 1 X de la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22. Ainsi, pour travailler en bande fX, il faut que la fréquence de source n'approche pas de moins de 50 MHz la fréquence de résonance de cavité. D'autre part, si la différence entre la fréquence de source et la fréquence de résonance de cavité devient trop grande, l'oscillateur 23 doit alors tre le même type d'oscillateur hyperfréquence que la source 10 elle-même. Par conséquent, de nouveau pour des raisons d'ordre pratique, la fréquence de source ne doit pas différer de la fréquence de résonance de cavité de plus de 10 X environ de cette fréquence. De nouveau, pour des sources de signal à bande fX, cela signifie que l'oscillateur 23 doit pouvoir ftre accordé d'environ 50 MHz à environ 16 Hz. L'oscillateur basse fréquence 18 représenté à la figure 2 peut atre utilisé pour superposer une fréquence de modulation au signal de sortie de l'oscillateur 23 aux fins d'étalonnage. L'oscillateur à fréquence intermédiaire 23 de la figure 2 fonctionne en mode à fréquence modulée par courant continu et ce mode de fonctionnement ne donne pas les meilleurs résultats en termes de bruit de phase. La modification représentée à la figure 3 améliore les performances en termes de bruit de phase en utilisant la sortie à courant continu du détecteur de phase 15 pour commander un oscillateur à quartz basse fréquence commande en tension 30. Le signal de sortie de cet oscillateur est mélangé avec le signal de sortie de l'oscillateur à fréquence intermédiaire 23 par un mélangeur 31. Le signal résultant est amplifié par un amplificateur 32 et appliqu au mélangeur 20 pour être mélangé avec le signal de sortie de la source 10. Le signal de sortie de leoscillateur basas fréquence 18 est appliqué au mélangeur 25 lorsque cela est nécessaire. L'oscillateur à fréquence intermédiaire 23 est réglable et est accordé avec une précision raisonnable sur une fréquence proche de celle de la source 10. L'oscillateur à quartz commandé en tension 30 présente une plage d'accord qui s'étend de 1 à 100 MHz, par exemple, pour une source de signal à bande fX et fonctionne en mode à fréquence modulée en courant continu. Il fonctionne toutefois à une fréquence inférieure à celle de l'oscillateur 23 de la forme de réalisation de la figure 2 et, par conséquent, les performances en termes de bruit de phase sont améliorées. L'oscillateur à fréquence intermédiaire 23 fonctionne ici à& une fréquence fixe qui est choisie pour obtenir un niveau minimal de bruit de phase. Le signal de sortie du mélangeur 31 doit être amplifié pour compenser les pertes dans celui-ci, un amplificateur 32 étant utilisé à cette fin. Le signal de sortie de cet amplificateur est'appliqué au mélangeur 20 pour changer la fréquence du signal fourni par la source 10 en l'amenant à la valeur de la fréquence de résonance de la cavité résonnante 22. REVENDICATIONS 1. Appareil pour mesurer la composante du bruit de phase du signal de sortie d'une source de signal hyperfréquence (10), caractérisé en ce qu'il comprend une cavité résonnant à fréquence fixe (22) différant de la fréquence de la source (10) d'une valeur comprise entre 1 %. et 10 % de la fréquence de résonance de la cavité (22), des moyens générateurs de signal (23) adaptés à générer un signal représentant la différence entre la fréquence générée par la source de signal hyperfréquence (10) et la fréquence de résonance de la cavité (22), des moyens de mixage (20) adaptés à combiner les signaux de sortie de la source de signal hyperfréquence (10) et des moyens générateurs de signaux (23) pour fournir un signal ayant une fréquence égale à la fréquence de résonance de la cavité (22) destiné à Etre appliqué à cette cavité, et des moyens détecteurs de phase (15) sensibles à un signal de sortie de la cavité (22) et à un signal de sortie des moyens de mixage (20) en quadrature de phase par rapport à celui de la cavité (22), pour fournir un signal représentant la composante du bruit de phase du signal de sortie de la source de signal hyperfréquence (10). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs de signal (23) comportent un oscillateur à fréquence variable dont la fréquence est commandée par un signal de sortie des moyens détecteurs de phase (15) de façon à maintenir la fréquence du signal de sortie des moyens de mixage (20) égale à la fréquence de résonance de la cavité hyperfréquence (22). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens générateurs de signal comprennent un oscillateur à fréquence fixe (23), un oscillateur commandé en tension (30) et des seconds moyens de mixage (31) pour combiner les signaux de sortie de l'oscillateur à fréquence fixe (23) et de l'oscillateur commandé en tension (30), l'oscillation de l'oscillateur commandé en tension (30} étant commandée par un signal de sortie des moyens détecteurs de phase (15) de façon à maintenir le signal de sortie des moyens de mixage (20) à la fréquence de résonance de la cavité hyperfréquence (22). 4. Appareil selon l'une des revendications 2 ou 3. caractérisé en ce que le signal de sortie des moyens détecteurs de phase (15) est appliqué à l'oscillateur commandé en tension (23, 30) par l'intermédiaire d'autres moyens de mixage (25) auquel peut tre appliqué le signal de sortie d'un oscillateur d'étalonnage basse fréquence (18). 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un filtre passe-bande (21) est relié entre les moyens de mixage (20), d'une part, et la cavité résonnante (22) et les moyens dêphaseurs ( d'autre part.