Brevet FR2644647A1 — publié le 19900921

OSCILLATEUR HYPERFREQUENCE COMMANDE EN TENSION La présente invention se rapporte à un oscillateur hyperfréquence commandé en tension, plus communément appelé "VCO" (en anglais "Voltage Controlled Oscillator"). Un VCO hyperfréquence est un oscillateur micro- ondes dont la fréquence d'oscillation est commandable en tension. Comme état de la technique peuvent par exemple être cités les documents US-A-4.736.169 et US-A- 4.684.904, qui concernent tous deux des VCO double-pente, possédant deux accès de tension de commande distincts: un accès de commande à forte pente, ou accès de réglage gros ("coarse tune"); un accès de commande à faible pente, ou accès de réglage fin ("fine tune"). L'invention s'applique néanmoins aux VCO en général, qu'ils soient à double-pente ou non. Les VCO connus actuellement, tel que par exemple celui décrit dans le document US-A-4.684.904 précité, s'ils présentent une bonne qualité spectrale, ont pour inconvénient de ne pas être capables de balayer une largeur de bande supérieure à 15 %, alors que dans certaines applications, il est souhaité que le VCO puisse couvrir une largeur de bande supérieure à 40 % tout en conservant une bonne qualité spectrale. L'invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle se rapporte à cet effet à un oscillateur hyperfréquence commandé en tension, ou VCO, ce VCO comportant un élément actif du genre transistor ou autre, qui est règlé pour être potentiellement instable dans une bande de fréquences déterminée, et un circuit d'accord dont la phase doit être réglée pour compenser celle de ce circuit actif, ce circuit d'accord comportant au moins un circuit résonant parallèle qui est constitué par la mise en parallèle d'une capacité de réglage et d'un varactor, l'ensemble formé par ce varactor et son boitier étant normalement prévu pour fonctionner à des fréquences notablement inférieures à celles de ce VCO. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation appliqué à un VCO à double-pente, en référence à la figure unique annexée qui donne le schéma électrique de ce VCO à double-pente. En se référant à cette figure unique, la référence 1 désigne l'élément actif de l'oscillateur, cet élément actif étant par exemple classiquement constitué par un transistor bipolaire alimenté par une tension (-V) entre la borne 2 et la masse et, de manière très classique, polarisé de façon à être potentiellement instable dans la bande de fréquences d'oscillation considérée. La sortie de l'oscillateur est prise sur la borne 3. De manière bien connue, il y a oscillation si la phase du circuit d'accord, qui attaque le circuit actif 1 (par exemple la base du transistor bipolaire) à travers une capacité de liaison 5, vient compenser celle de ce circuit actif 1. Le circuit d'accord 4 est constitué par la mise en série de deux circuits, dont un circuit d'accord forte-pente 6 (règlage gros) et un circuit d'accord faible-pente 7 (réglage fin). Le circuit d'accord faible-pente 7 comporte un varactor classique 8, en parallèle avec un condensateur 9 dont la capacité est du même ordre de grandeur que celle du varactor 8 ce qui, de manière en soi connue, a pour résultat de diminuer le rapport de capacité maximale à capacité minimale aux bornes de ce varactor 8 et par suite de diminuer la sensibilité du VC0 sur sa commande de faible-pente. La tension de commande faible-pente (+Vf) est appliquée à travers une résistance 10 et une ligne de forte impédance 11 au point de connexion entre les capacités 9 et 5. Le retour à la masse du courant de commande faible-pente s'effectue par une autre ligne de forte impédance 12. Un condensateur 33 découple les très hautes fréquences de la tension de commande faible pente Vf. La ligne 12 ne se contente pas simplement de permettre le retour à la masse du courant de commande. Elle est interchangeable, et donc de longueur ajustable: en réglant sa longueur, il est possible de modifier la variation totale de phase du circuit d'accord obtenue en faisant varier sur une plage déterminée la tension de commande faible-pente Vf, ce qui permet d'effectuer un réglage de la sensibilité du VCO sur sa commande faible- pente. Le circuit d'accord forte-pente 6 est constitué de la combinaison série de trois varactors 13, 14, 15, d'une faible capacité réglable 16 mise en parallèle sur le varactor 13, ainsi que d'une capacité réglable 17 qui assure la liaison avec le circuit d'accord faible-pente 6. La tension de commande forte-pente (-Vc) attaque les varactors 13 et 14 sur leur point de connexion, et le varactor 15 sur son point de connexion avec le condensateur réglable 17. Le courant de commande passe au travers de la résistance de polarisation 18, d'une ligne de forte impédance 19 relative au couple de varactors 13, 14 et d'une ligne de forte impédance 20 relative au varactor 15, et il retourne à la masse par une troisième ligne de forte impédance 21. Des capacités 22 à 24, branchées entre le point de jonction entre les éléments 18 à 20 et la masse, servent à découpler les hautes fréquences de la tension de commande forte-pente -Vc. Les varactors 13, 14, 15, et essentiellement le varactor 13, sont très particuliers: il s'agit de varactors qui, avec les boîtiers dans lesquels ils sont montés, sont normalement prévus pour fonctionner à des fréquences notablement inférieures à celles du VCO. Pour fixer les idées, s'il s'agit d'un oscillateur prévu pour fonctionner dans la bande des 2 Gigahertz, les varactors 13 à 15 et leurs boitiers sont normalement prévus pour fonctionner aux alentours de 400 à 500 Mégahertz. En faisant fonctionner ces varactors à des fréquences notablement plus élevées que celles pour lesquelles ils sont construits, il y a dominance d'inductances "parasites" intrinsèques aux boîtiers: du point de vue hyperfréquence, ils se comportent comme des inductances et non pas comme des capacitances. Dans ces conditions, la mise en parallèle sur le varactor "inductif" 13 de la faible capacité 16 provoque à ce niveau une résonance parallèle, ce qui a pour conséquence d'entraîner, en raison des propriétés des circuits résonants,. une forte variation de la phase du circuit d'accord 6 en fonction de la fréquence, et par suite un appréciable élargissement de la largeur de bande du VC0 obtenue par le circuit d'accord forte-pente 6. Le montage de trois varactors 13 à 15 en série augmente encore plus cette largeur de bande, qui parvient ainsi à atteindre une valeur nettement supérieure à 40 %. La valeur de la capacité totale du circuit d'accord forte-pente 6 détermine la fréquence d'oscillation du VCO. Cette valeur est ajustée par la capacité variable 17 mise en série avec les varactors 13 et 15. Le VCO présente finalement trois possibilités de réglage: réglage de sa largeur de bande par réglage de la valeur de la capacité 16; 35. réglage de sa fréquence centrale d'oscillation par réglage de la valeur de la capacité 17; réglage de sa sensibilité sur sa commande faible-pente par ajustement de la longueur de la ligne 12. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de rélisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi que la capacité réglable 17 pourrait être remplacée par un autre varactor, ce qui finalement aboutirait à la connexion en série de quatre varactors dans le circuit d'accord forte-pente 6. Les varactors 14 et 15 pourraient être des varactors "ordinaires", c'est à dire prévus pour la bande de fréquences d'oscillation du VCO. A contrario, le varactor 8 pourrait être du même type "particulier" que le varactor 16, mais alors la capacité 9 n'aurait plus l'utilité précitée. Les polarités des tensions de commande Vc et Vf pourraient être inversées, sous condition d'inverser corrélativement chacun des varactors des circuits correspondants, etc... REVENDICATIONS 1 - Oscillateur hyperfréquence commandé en tension, cet oscillateur comportant un circuit actif (1), du genre transistor ou autre, qui est réglé pour être potentiellement instable dans une bande de fréquences /au moins. déterminée, et/auun cinrcuit d'accord (4) dont la phase doit être réglée pour compenser celle de ce circuit actif (1), caractérisé en ce que ce circuit d'accord (4) comporte au moins un circuit résonant parallèle (13, 16) qui est constitué par la mise en parallèle d'une capacité de réglage (16) et d'un varactor (13), l'ensemble formé par ce varactor (13) et son boîtier étant normalement prévu pour fonctionner à des fréquences notablement inférieures à celles de cet oscillateur de sorte que, aux fréquences de fonctionnement de ce dernier, cet ensemble se comporte, en raison de la dominance d'inductances parasites intrinsèques au boîtier de ce varactor (13), comme une inductance et non pas comme une capacitance. 2 - Oscillateur hyperfréquence commandé en tension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, mise en série entre varactor (13) et le circuit actif (1), une capacité variable (17) apte à effectuer le réglage de la fréquence centrale d'oscillation de cet oscillateur. 3 Oscillateur hyperfréquence commandé en tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette capacité variable (17) est constituée par un autre varactor. 4 - Oscillateur hyperfréquence commandé en tension selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux autres varactors (14, 15) qui sont branchés en série avec le premier varactor (13) et qui sont commandés par la même tension de commande (-Vc). - Oscillateur hyperfréquence selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces deux autres varactors (14, 15), et leurs boîtiers, sont eux-aussi prévus pour fonctionner à des fréquences notablement inférieures à celles de cet oscillateur. 6 - Oscillateur hyperfréquence selon l'une des revendications 1 & 5, cet oscillateur comportant en outre un circuit (7) de commande faible-pente apte à effectuer un réglage fin de sa fréquence d'oscillation, caractérisé en ce que ce circuit de commande faible-pente (7) comporte une ligne (12), de retour à la masse de son courant de commande, qui est ajustable de manière à effectuer un réglage de la sensibilité de cet oscillateur sur sa commande faible-pente.