Brevet FR2598051A1 — publié le 19871030

DISPOSITIF DE COMMUTATION RAPIDE ET LARGE BANDE D'UNE ANTENNE D' EMISSION-RECEPTION HAUTE FREQUENCE La presente invention concerne un dispositif de commutation rapide et large bande d'une antenne d'émissionreception haute frequence. Cette antenne est reliée, par L'intermédiaire du dispositif de commutation, entre une sortie d'un émetteur et une entrée d'un récepteur. Ce dispositif s'applique à L'émission de signaux haute fréquence fournis par un émetteur et appliques à une antenne, ou à la réception de signaux haute fréquence reçus par L'antenne et transmis à un récepteur. Ce dispositif est utilisable dans une gamme de fréquences allant de 0,5 à 50 MHz. On connaît des dispositifs de commutation rapide d'une antenne d'emission-réception haute fréquence et large bande qui permettent, pour des signaux d'émission de grande puissance, de commuter cette antenne soit sur la sortie d'un émetteur en émission, soit sur L'entrée d'un récepteur en réception. Ce type de dispositif connu comporte généralement, à la sortie de l'*metteur, des moyens de détection de puissance de signaux impulsionnels d'émission ou de réception, notamment lorsque les signaux d'émission presentent une puissance très importante. L'antenne et le récepteur sont reliés à la sortie de ces moyens de détection de puissance. Ce type de dispositif connu qui permet de commuter une antenne, notament Lorsque les signaux d'émission presentent une puissance très importante, est généralement constitue par des circuits de commutation utilisant des tubes électroniques de puissance. Ces circuits consomment une énergie tres importante, sont très encombrants, très coûteux, d'entretien difficile et les tubes utilisés doivent etre fréquemment changés. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de réaliser un dispositif de commutation rapide et large bande d'une antenne d'émission-réception haute fréquence, notamment lorsque les signaux d'émission présentent une puissance très importante, ce dispositif n'utilisant aucun tube de haute puissance, étant peu encombrant, peu coûteux, consommant peu d'energie et étant tres fiable. L'invention a pour objet un dispositif de commutation rapide et large bande d'une antenne d'émission-reception haute fréquence reliée entre une sortie d'un émetteur et une entrée d'un recepteur, ce dispositif comportant des moyens de detection de puissance de signaux impulsionnels d'émission, reLies par une entrée à la sortie de l'émetteur, et reliés par une sortie à L'antenne et à L'entrée de moyens de commutation de L'antenne, une sortie de ces moyens de commutation étant reliée à L'entrée du recepteur, caractérisé en ce que les moyens de commutation comprennent, relié entre l'entrée et la sortie de ces moyens de commutation, un circuit de commutation comprenant un premier condensateur dont une première borne constitue l'entrée des moyens de commutation et dont une deuxième borne est reliée à une preniere diode dont le sens passant est celui qui va de L'émetteur vers le recepteur, un deuxieme condensateur dont une première borne constitue la sortie des moyens de commutation et dont une deuxième borne est reLiée à une deuxième diode dont le sens passant va du recepteur vers l'émetteur, les première et deuxième diodes etant reliées à un point commun, un troisième condensateur relié au point commun et à une masse de référence, et un ensemble de commande du circuit de commutation relié au point commun et aux deuxièmes bornes du premier et du deuxième condensateurs pour autoriser, à L'émission, la charge du troisième condensateur à travers le premier condensateur et la première diode qui est rendue conductrice et pour bloquer la conduction de la deuxième diode, et pour autoriser, à la réception, La décharge du troisième condensateur et la conduction des première et deuxième diodes. Selon une autre caractéristique, L'ensemble de commande comporte une première self inductance reliée à la deuxième borne du premier condensateur et à la masse de référence, une deuxième self inductance reliée à la deuxième borne du deuxième condensateur et à la masse de référence, et un transistor de commande dont La base reçoit un signal de commande de commutation, et dont Les deux autres électrodes sont respectivement reliées à une source d'alimentation et à une première borne d'une troisième self inductance dont une deuxième borne est reliée audit point commun, le signal de commande ayant un premier niveau pour bloquer le transistor et la conduction de La deuxième diode et pour autoriser la conduction de la premiere diode et la charge du troisieme condensateur à L'émission, et un deuxième niveau pour autoriser la conduction du transistor et des première et deuxieme diodes et la décharge du troisième condensateur, à la réception. Selon une autre caractéristique, tes moyens de détection de puissance de signaux impulsionnels d'émission comprennent deux diodes montées en tête-bèche entre la sortie de l'émetteur et L'entrée des moyens de commutation. Les caracteristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence à la figure annexée qui représente schématiquement un dispositif de commutation conforme à L'invention. Le dispositif 1 de commutation rapide et Large bande d'une antenne A d'emission-reception haute fréquence, conforme à L'invention, est relie entre une sortie 2 d'un émetteur E et une entrée 3 d'une récepteur R. On n'a représenté que L'amplificateur de sortie 4 de L'émetteur E et l'amplificateur d'entrée 5 du récepteur R, puisque cet emetteur et ce récepteur sont de types bien connus dans L'état de la technique. Le dispositif 1 conforme à L'invention comporte des moyens de detection 6 de puissance de signaux imputsionnels d'émission qui sont reliés par une entrée 7 à la sortie 2 de L'émetteur E. Ces moyens de détection sont reliés par une sortie, 8 à l'entrée 9 de moyens 10 de commutation de L'antenne A. Une sortie 11 de ces moyens de commutation est reliée à l'entrée 3 du récepteur R. Les moyens 10 de commutation de L'antenne A comprennent, reliés en série entre Leur entrée 9 et leur sortie 11, un circuit 12 de commutation. Ce circuit comprend un premier condensateur Ci dont une premiere borne 13 constitue l'entrée des moyens de commutation 10, et dont une deuxième borne 14 est reLiée à une première diode dl dont le sens passant est celui qui va de L'émetteur E vers le recepteur R. Les moyens de commutation comprennent aussi un deuxième condensateur C2 dont une première borne 15 constitue La sortie des moyens de commutation 10, et dont une deuxième borne 16 est reliée à une deuxième diode d2 dont le sens passant va du récepteur R vers l'émetteur E. Les première et deuxième diodes dl, d2 sont reliées à un point commun 17.Le circuit de commutation 12 comprend enfin un troisième condensateur C3 relié au point commun 17 ainsi qu'à une masse de référence M. Les moyens de commutation 10 comprennent aussi un ensemble 18 de commande du circuit de commutation 12. Cet ensemble de commande est relié au point commun 17 ainsi qu'aulx deuxièmes bornes 14, 16 des premier et deuxième condensateurs Cl, C2. Cet ensemble de commande autorise, à L'émission, comme on te verra plus loin en détail, La charge du troisième condensateur C3, à travers le premier condensateur Cl et La premiere diode dl qui est alors conductrice, la deuxième diode dZ étant bloquée. Cet ensemble de commande 18 autorise, à la réception, la décharge du troisième condensateur C3 qui a été chargé à L'émission, ainsi que la conduction des premiere et deuxième diodes dl, d2. L'ensemble de commande 18 du circuit de commutation 12, comprend une première self inductance L1 reliée à La deuxième borne 14 du premier condensateur C1 et à la masse de référence. Cet ensemble de commande comprend aussi une deuxième seLf inductane L2 reLiée à la deuxième borne 16 du deuxième condensateur C2 et à la masse de référence. Enfin, cet ensemble de commande comprend un transistor de commande T dont La base reçoit, à travers une résistance de Limitation de courant un signal de commande de commutation S appliqué sur une entrée 19. Les deux autres électrodes de ce transistor sont respectivement reliées à une source d'alimentation -V et à une première borne d'une troisieme self inductance L3, dont une deuxième borne est reliée au point commun 17. Dans l'exemple de réalisation represente sur cette figure, le transistor T est de type NPN. Son emetteur est relié à la source d'alimentation -V, tandis que son collecteur est relie à la troisième self inductance L3. Le signal de commande S presente un premier niveau qui permet, comme on le verra plus loin en détail, de bloquer la conduction de la deuxieme diode d2 et d'autoriser la charge du troisième condensateur C3 à L'émission. Un deuxième niveau de ce signal autorise ta conduction des première et deuxième diodes dl, dZ, et la charge du troisième condensateur C3, à la réception. Les moyens de detection 6 de puissance de signaux impulsionnels d'émission comprennent deux diodes D1, D2 montées en tête-bêche entre la sortie 2 de l'émetteur et l'entrée 9 des moyens de commutation 10. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de La manière suivante : - à L'émission, il s'agit de connecter la sortie de l'amplificateur 2 à L'antenne A, tout en empêchant la réception du signal emis par L'émetteur E, par le récepteur R. La connexion de L'émetteur E à l'antenne A à l'émission, s'effectue de la manière suivante : les impulsions électriques haute frequence et de grande puissance, alternativement positives et negatives présentes à la sortie 2 de l'émetteur E, provoquent la conduction des deux diodes D1, D2 des moyens de détection 6. Cette conduction de ces deux diodes s'effectue dans une zone de faible impédance dynamique, dès que l'énergie de l'impulsion haute fréquence provenant de L'émetteur E atteint une puissance de l'ordre de 1W par exemple. L'émetteur, E et plus particulierement la sortie de l'amplificateur 4 de cet emetteur, peut alors être considéré comme connecté à L'antenne A pendant toute la duree de chaque impulsion haute fréquence d'émission. La puissance admissible en sortie de L'émetteur E dépend de La caractéristique de courant directe maximum admissible dans les diodes Dl, D2 des moyens de détection de puissance 6. Les signaux d'émission fournis par L'émetteur E ne doivent pas parvenir, pendant toute La durée de l'impulsion de puissance haute frequence, à L'entrée du recepteur R. Pour cela, les tensions éLectriques alternativement positive et négative (impulsions de haute fréquence) qui sont appliquées à l'antenne A, par la sortie 8 des moyens de detection 6, traversent te premier condensateur C1. La transistor T de L'ensemble de commande de commutation 18 est en état de non conduction grSce à l'application d'un signal de commande S de niveau bas par exempLe, sur sa base 19.Les impulsions haute frequence positives provoquent la conduction de La diode dl et chargent Le troisieme condensateur C2 à une valeur positive suffisante pour assurer Le blocage de la diode d2 qui est ainsi polarisée en inverse. La diode dZ presente une grande impédance à L'état bloque et assure ainsi une isolation électrique du recepteur R (60 décibels au minimum dans l'exempLe considéré). Une energie négligeable est prélevée à la sortie 8 des moyens de detection 6 pour assurer ainsi L'isolation du recepteur R. A la réception, iL s'agit au contraire de connecter t'antenne A avec L'entrée 3 du recepteur R, en interdisant l'application des signaux de reception reçus par L'antenne, sur la sortie de l'émetteur 2. L'isolation de L'émetteur 2 s'effectue de la manière suivante pendant la réception : Aussitbt que L'énergie électrique presente à la sortie de L'amplificateur 4 de L'émetteur E de puissance decroft et atteint une valeur inférieure à un seuil (1mW par exemple), la tension des impulsions alternativement positives et négatives fournies par l'émetteur, n'est pLus suffisante pour assurer La conduction des diodes D1, D2 des moyens de détection 6. L'impédance de chacune de ces diodes devient alors très grande et on peut alors considérer que L'émetteur 2 est isole de L'antenne A. Cette isolation est réelle tant qu'une interférence électrique d'une énergie supérieure à un mW par exemple n'est pas captée à L'antenne A. La connexion de l'antenne A avec l'entrée du récepteur R s'effectue de la manière suivante, à la réception : le transistor T est rendu conducteur, par exempLe par l'application d'un signal de commande S, de niveau haut sur la base 19 de ce transistor. La conduction du transistor T provoque la décharge du troisième condensateur C3 ainsi que la mise en état de conduction des diodes dl et dZ à travers les première et troisième self inductances Li, L3, pour la diode dl, et à travers les deuxième et troisième self inductances L2, L3, pour la diode d2. L'impédance des première et deuxième diodes dl, d2 devient alors tres faible. En effet dans ce cas, les impédances des première, deuxième et troisième self inductances L1, L2, U, ainsi que L'impédance du troisième condensateur C3, sont élevées et que les impédances des premier et deuxieme condensateurs C1, CZ sont faibles. On peut alors considérer que le récepteur R est connecté à l'antenne A, tant que le transistor T est en état de conduction. L'application du signal de commande S sur La base du transistor T, qui permet la réception, est effectuée pendant une période reservée à la reception. Par contre, pour l'émission, l'antenne n'est reliée à L'émetteur que s'il y a détection de signaux impulsionnels haute fréquence, de puissance. Il est évident que les composants utilisés dans ce dispositif sont des composants de puissance. Ce dispositif fonctionne de façon très satisfaisante pour une puissance d'émission de plusieurs kW, avec un taux d'occupation de 5X dans une gamme de fréquence de 1 à 30 mGHz. La vitesse de commutation est voisine de 1 s. Les pertes, lors de la connexion de l'antenne sur la sortie de l'émetteur, sont inférieures à 0,3 décibel, tandis que ces pertes sont inférieures à 0,5 décibel lors de la connexion de l'antenne sur L'entrée du récepteur. Le taux d'onde stationnaire est inférieur à 1,5 et l'isolation du recepteur est voisine de 70 decibels. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de commutation rapide et Large bande d'une antenne (A) d'émission-réception haute fréquence reliée entre une sortie d'un émetteur (E) et une entrée d'un récepteur (R), ce dispositif comportant des moyens de détection (6) de puissance de signaux impulsionnels d'émission, reliés par une entrée à la sortie de l'émetteur (E), et reliés par une sortie à L'antenne (A) et à l'entrée de moyens (10) de commutation de l'antenne (A), une sortie de ces moyens de commutation (10) étant reliée à L'entrée du recepteur (R), caractérise en ce que les moyens de commutation (10) comprennent, relié entre l'entrée et la sortie de ces moyens de commutation, un circuit de commutation (12) comprenant un premier condensateur (C1) dont une première borne constitue l'entrée des moyens de commutation (10) et dont une deuxième borne est reliée à une première diode (dl) dont le sens passant est celui qui va de l'émetteur (E) vers le récepteur (R), un deuxième condensateur (C2) dont une première borne constitue la sortie des moyens de commutation (10) et dont une deuxième borne est reliée à une deuxième diode (d2) dont le sens passant va du récepteur (R) vers L'émetteur (E), les première et deuxième diodes (dl, d2) étant reliées à un point commun (17), un troisième condensateur (C3) relie au point commun (17) et à une masse de reference (M), et un ensemble (18) de commande du circuit de commutation (12) relié au point commun (17) et aux deuxièmes bornes du premier et du deuxieme condensateurs (C1, C2) pour autoriser à l'émission la charge du troisième condensateur (C3) à travers le premier condensateur (C1) et la première diode (d1) qui est rendue conductrice et pour bloquer la conduction de la deuxième diode (dZ), et pour autoriser, à La réception, La charge du troisième condensateur (C3) et La conduction des première et deuxième diodes (dl, d2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'ensemble de commande (18) comporte une première self inductance (4) reliée à la deuxième borne du premier condensateur (lui) et à la masse de référence (M), une deuxième self inductance (LZ) reliée à la deuxième borne du deuxième condensateur (C2) et à la masse de référence, et un transistor de commande (T) dont la base reçoit un signal (S) de commande de commutation, et dont les deux autres électrodes sont respectivement reliées à une source d'alimentation (-V)et à une premiere borne d'une troisième self inductance (L3) dont une deuxième borne est reliée audit point commun (17), le signal de commande (S) ayant un premier niveau pour bloquer le transistor (T) et la conduction de la deuxième diode (d2) et pour autoriser la conduction de la première diode (dl) et la charge du troisième condensateur (C3) à L'émission, et un deuxième niveau pour autoriser la conduction du transistor (T) et des première et deuxième diodes (dl, d2) et la décharge du troisieme condensateur (C3), à la réception. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens de détection (6) de puissance de signaux impulsionnels d'emission comprennent deux diodes (D1, D2) montées en tête-bèche entre la sortie de l'émetteur (E) et l'entrée des moyens de commutation (10).