Brevet FR2653939A1 — publié le 19910503

La présente invention se rapporte à un déphaseur hyperfréquences à déphasage sans-fin, c'est à dire apte à engendrer un déphasage qui varie continument de 0 degrés à 360 degrés, puis repasse à zéro degrés sans discontinuité pour continuer sa variation sur un nouveau cadran et ainsi de suite jusqu'à 360 degrés. Des déphaseurs sans-fin de ce type sont par exemple utilisés dans les récepteurs à diversité d'espace, où un combineur est classiquement utilisé pour remédier aux incidents de propagation du genre "fading". La figure 1 est un schéma synoptique d'un déphaseur sans-fin de type connu. Le signal hyperfréquence à déphaser (régulièrement et sans-fin) est appliqué à un "coupleur 90 degrés", ou "coupleur en anneau " 2, qui fournit sur sa première sortie 3 un signal en phase avec le signal incident en 1, et sur sa deuxième sortie 4 un signal déphasé de 90 degrés par rapport à ce dernier. Le signal en phase 3 est appliqué à une première voie 5 qui comporte en série . un "déphaseur O ou s" 6, apte à déphaser le signal qu'il reçoit soit de 0 degrés soit de 180 degrés selon la valeur d'une tension de commande qui lui est appliquée en 7 ; et un atténuateur réglable 8, dont l'atténuation est finement réglée par une tension variable de commande, en 9. Le signal en quadrature en 4 est appliqué à une deuxième voie 10 qui comporte en série un "déphaseur O/n 11 et un atténuateur réglable 12, respectivement identiques au déphaseur 6 et à l'atténuateur 8 précités, et commandés à leur tour en 15 et 16. Ces deux voies 5 et 10 d'entrées sont additionnées dans un sommateur hyperfréquences 13, constituée par exemple par un coup leur Wilkinson, le signal résultant sortant en 14 de ce déphaseur sans-fin. En jouant sur les atténuations finement réglables fournies par les atténuateurs 8 et 9 (c'est à dire sur leurs tensions de commande en 9 et 16), il est possible de faire décrire à la tension vectorielle résultante en 14 un premier quart de cercle dans le plan complexe. Pour lui faire décrire les trois autres quarts de cercle restants, il suffit alors d'agir sur les "déphaseurs O/X" 6 et 11, avec des sauts de phase effectués à chaque fois sur le vecteur dont l'intensité est à zéro. Ce déphaseur est réversible, c'est à dire que le signal entrant pourrait être appliqué en 14, et le signal sortant recueilli en 1. Ces déphaseurs sans-fin de type connu présentent quelques inconvénients. Le nombre relativement élevé de circuits hyperfréquence utilisés en série (coupleur d'entrée, déphaseur O/s, atténuateur à fortes pertes d'insertion, coupleur de sortie), entraîne des pertes souvent prohibitives : pour fixer les idées, la perte due à un déphaseur selon la figure 1 est de l'ordre de 12 dB. Les atténuateurs variables 8, 12 ont pour inconvénient d'introduire, par eux-mêmes, un déphasage parasite. Les sauts de phase O/s ne se font en réalité pas sur des signaux d'amplitude tout à fait nulle, ce qui produit des perturbations, etc... L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un déphaseur hyperfréquences sans-fin comportant de manière réversible, entre un coupleur d'entrée et un coupleur de sortie, dont l'un d'eux est un coupleur "90 degrés" et l'autre un sommateur du genre "coupleur Wilkinson, deux voies en quadrature aptes à fournir chacune un signal vectoriel qui, combiné avec celui de l'autre voie, fournit un signal résultant apte à décrire, de manière continue et sans-fin, un cercle dans le plan complexe, chacune de ces deux voies en quadrature comportant un coupleur "Rat Race" en 6X/4 (k étant la longueur d'onde), une première voie d'accès de ce coupleur étant reliée à la sortie correspondante du coupleur 90 degrés, la voie d'accès située à B/4 de celleci étant reliée à la masse par une première diode à résistance variable du genre diode PIN, la voie d'accès située à 3 k/4 de la dite première voie d'accès étant à son tour reliée à la masse par une seconde diode à résistance variable du genre PIN, mais branchée en inverse par rapport à la première diode, et la voie d'accès restante, située à Â/4 à mi-chemin entre les deux dernières voies d'accès précitées, étant reliée à la sortie, correspondante à la voie directe ou en quadrature considérée, du coupleur du genre Wilkinson précité.Une tension continue respective de commande, dont l'amplitude est rendue continuellement variable entre une valeur positive maximale pour laquelle l'une des diodes d'un même couple peut être considérée comme un court-circuit et l'autre diode comme un circuit ouvert et une valeur négative d'amplitude maximale ou l'inverse se produit, est appliqué sélectivement sur chacun de ces coupleurs Rat Race, les deux tensions ainsi appliquées sur chacun de ces deux coup leurs Rat-Race étant chacune réglées par un organe de commande afin d'obtenir, en sortie du déphaseur, une composition vectorielle faisant décrire au signal résultant un cercle continu et sans-fin dans le plan complexe. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 2 est un schéma synoptique de ce déphaseur sans fin - Figure 3 est un schéma de réalisation pratique de ce même déphaseur. En se référant à la figure 2, il est représenté un déphaseur bidirectionnel pour lequel les éléments rappelant ceux du déphaseur de la figure 1 sont désignés par les mêmes chiffres de référence, afin de permettre une comparaison plus aisée. C'est ainsi que l'on reconnait, entre la borne d'entrée (ou sortie) 1 et la borne de sortie (ou respectivement d'entrée) 14, le coupleur 90 degrés 2 et le coup leur Wilkinson 13 entre lesquels on trouve à nouveau deux voies en quadrature 5' et 10' qui, conformément à l'invention, sont différentes des voies 5 et 10 de la figure 1. La voie 5' (comprise entre les bornes 3 et 17) comporte un seul élément hyperfréquence, qui est un coupleur "Rat-Race" 19 en 6X/4, et comportant quatre voies d'accès 20 à 23, dont . une première voie d'accès 20 qui est reliée à la sortie en phase 3 du coupleur 90 degrés 2 ; . une deuxième voie d'accès 21, située, sur le Rat-Race, à V4 de la première voie d'accès 20, et reliée à la masse par une diode PIN D1, branchée en direct entre la borne 21 et la masse . une troisième voie d'accès 22, qui est celle située à 3X/4 de la première voie d'accès 20, et qui est reliée à la masse par une autre diode PIN D2, branchée (à contrario du sens de la diode D1) en inverse entre la borne 22 et la masse ; et . une quatrième et dernière voie d'accès 23, qui est celle située à B/4 (donc à mi-chemin) entre les voies d'accès 21 et 22, et qui est reliée à l'entrée (ou sortie divisée) 17 du coupleur Wilkinson 13. En outre, une tension continue V, qui est variable continûment entre par exemple -10 volts (valeur pour laquelle la diode D2 peut être considérée comme ayant une résistance pratiquement nulle, et la diode D1 comme ayant une résistance pratiquement infinie) et +10 volts (valeur pour laquelle c'est l'inverse qui se produit, c'est à dire que la diode Di se comporte pratiquement comme un circuit ouvert) est appliquée au coupleur Rat-Race 19. Cette tension continue V est prise sur une première borne de sortie 25 d'un organe de commande 24 qui comporte un microprocesseur de traitement et un convertisseur numérique/analogique de sortie. La voie en quadrature 10' comporte, de façon symétrique, un coupleur Rat-Race 19' dont les voies d'accès 20' et 23' sont respectivement reliées aux bornes 4 et 18, dont les voies d'accès 21' et 22' sont respectivement reliées à la masse par les diodes PIN D'1 et D'2 qui, à l'instar des diodes D1 et D2, sont montées de manière inverse l'une par rapport à l'autre. Sur ce coupleur est appliquée, via la borne de sortie 26 de l'organe de commande 24, une autre tension continue V' apte elle-aussi à varier continûment entre -10 volts et +10 volts. Compte tenu des propriétés hyperfréquences d'un coupleur Rat-Race tel que 19, le signal vectoriel obtenu en 23 pour un signal donné appliqué en 20 (ou vice versa) varie continûment en amplitude sans être modifié en phase entre une valeur positive d'amplitude maximale et une valeur négative de même amplitude maximale, en passant par la valeur zéro, lorsque la tension de commande V varie continûment entre les deux valeurs limites précitées, positive d'un côté et négative de l'autre, et qu'en conséquence une des diodes est d'abord équivalente à un court-circuit tandis que la résistance de l'autre décroît de l'infini (en réalité 10 kilohms environ) à zéro, et l'inverse se produit lorsque la tension de commande change de signe à son passage à zéro (la première de ces diodes ayant alors une résistance augmentant continûment à partir de zéro, tandis que c'est maintenant l'autre diode qui se comporte comme un court-circuit). Il en est bien entendu de même pour le coup leur Rat-Race 19', pour lequel les tensions vectorielles sont en quadrature par rapport à celles présentes dans l'autre coupleur Rat Race 19. Les tensions V et V' appliquées respectivement sur les coupleurs Rat Race 19 et 19' sont, comme on peut alors s'y attendre, réglées en amplitude et en signe à chaque instant pour obtenir en sortie (1 ou 14) du déphaseur, un signal qui résulte de la composition vectorielle de deux vecteurs en quadrature, et qui est réglé pour décrire, dans le plan complexe, un cercle continu et sans-fin, ce qui correspond finalement bien au résultat souhaité. A titre indicatif, un exemple pratique de réalisation du coupleur de la figure 2 est représenté, à échelle agrandie, sur la figure 3, où il s'agit d'un déphaseur prévu pour la bande 6,4 - 7,1 Gigahertz. A titre illustratif du caractère totalement réversible de ce déphaseur, celui de la figure 3 est "retourné" par rapport à celui de la figure 2, c'est à dire que son entrée 14, est à gauche sur le dessin, tandis que sa sortie, 1, est à droite. Ce déphaseur est réalisé en technologie microruban, et lton reconnaît - le coupleur Wilkinson 13, assorti d'une résistance d'équilibrage 27 ; - les coupleurs Rat-Race 19 et 19' - le coupleur 90 degrés 2 avec sa résistance d'adaptation de 50 ohms 28, reliée à la masse par un trou métallisé 29 ; et - les deux couples de diodes PIN (D1, D2 et D'1 , D'2) qui recoivent leurs tensions de commande respectives V et V' par l'intermédiaire d'un découpleur hyperfréquence respectif 30 et 31, et qui sont respectivement mises à la masse par les trous métallisés 32 et 33. Le déphaseur ainsi obtenu ne comporte pas les inconvénients précités du déphaseur de la figure 1. En particulier, il est à faibles pertes (environ 8 dB au lieu de 12 dB) et il est exempt des perturbations qui affectaient le déphaseur selon cette figure 1. Comme il va de soi, l'invention ntest pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, et est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre sous d'autres formes équivalentes. REVENDICATION Déphaseur hyperfréquences sans-fin comportant, de manière réversible, entre un coupleur d'entrée (2 ou 13) et un coupleur de sortie (13 ou 2), dont l'un d'eux (2) est un coupleur "90 degrés" et l'autre (13) un sommateur du genre "coupleur Wilkinson", deux voies (5', 10') en quadrature aptes à fournir chacune un signal vectoriel qui, combiné avec celui de l'autre voie, fournit un signal résultant apte à décrire, de manière continue et sans-fin, un cercle dans le plan complexe, caractérisé en ce que chacune de ces deux voies en quadrature (5', 10') comporte un coupleur "Rat-Race" (19, 19') en 6X/4 tétant la longueur d'onde), une première voie d'accès (20, 20') de ce coupleur (19, 19') étant reliée à la sortie correspondante (3, 4) du coupleur 90 degrés (2), la voie d'accès (21, 21') située à V4 de celle-ci étant reliée à la masse par une première diode (D1, D'1) à résistance variable du genre diode PIN, la voie d'accès (22, 22') située à 3 B/4 de ladite première d'accès (20, 20') étant à son tour reliée à la masse par une seconde diode (D2, D'2) à résistance variable du genre PIN, mais branchée en inverse par rapport à la première diode (Di, D'1), et la voie d'accès restante (23, 23'), située à k/4 à mi-chemin entre les deux dernières voies d'accès précitées (21, 22 ou 21', 22'), étant reliée à la sortie (17 ou 18), correspondante à la voie directe (5') ou en quadrature (10') considérée, du coupleur (13) du genre Wilkinson précité ; et en ce qu'une tension continue respective de commande (V, V'), dont l'amplitude est rendue continuellement variable entre une valeur positive d'amplitude maximale pour laquelle l'une des diodes d'un même couple (D1, D2, ou D'i, D'2) peut être considérée comme un court-circuit et l'autre comme un circuit ouvert, et une valeur négative d'amplitude maximale où l'inverse se produit, est appliquée sélectivement sur chacun de ces coupleurs Rat-Race (19, 19'), les deux tensions (V, V') ainsi appliquées sur chacun de ces deux coupleurs Rat-Race (19, 19') étant chacune réglées par un organe de commande (24) pour obtenir, en sortie (14 ou 1) du déphaseur, une composition vectorielle faisant décrire au signal résultant un cercle continu et sans-fin dans le plan complexe.