Brevet FR2702053A1 — publié le 19940902

DISPOSITIF A GRANDE LINEARITE DE LIMITATION D'UNE CARACTERISTIQUE D'UN SIGNAL, ET UTILISATION DU DISPOSITIF DANS UNE CHAINE DE RECEPTION RADAR La présente invention concerne un dispositif à grande linéarité de limitation d'une caractéristique d'un signal, et notamment de l'amplitude d'un signal radar dans une chaîne de réception à grande linéarité. Il est déjà connu d'utiliser un limiteur dans les chaînes de réception classiques des systèmes radar. Le limiteur a pour but d'effectuer une fonction de limitation du signal reçu avant que ce dernier ne soit codé, ceci afin d'interdire au signal de dépasser le niveau maximal de codage possible, et d'entraîner par conséquent une saturation numérique ou d'endommager le codeur Cette fonction de limitation doit être assurée avec un minimum de dégradations des performances de dynamique et de linéarité. Les limiteurs classiques possèdent une fonction de transfert en puissance dont l'allure est représentée par la courbe 1 de la figure 1 Sur cette figure, la puissance Pe reportée en abscisse, et la puissance Ps reportée en ordonnée représentent respectivement les puissances d'entrée et de sortie d'un limiteur classique de l'art antérieur On a représenté en traits pointillés le seuil maximum de codage Smax d'un codeur supposé être en sortie du limiteur On définit, pour le limiteur, un seuil limite Slim représentant la puissance de sortie maximum que peut avoir un signal délivré par le limiteur. Ce seuil Slim est inférieur au seuil Smax, de sorte que l'on ne risque jamais la saturation numérique En deçà du seuil Siim, la puissance de sortie Ps est une fonction linéaire de la puissance d'entrée Pe. Dans une chaîne de réception classique, la dégradation de la linéarité introduite par de tels limiteurs reste acceptable Par contre, dans une chaîne de réception à grande linéarité, l'utilisation des limiteurs classiques présente l'inconvénient majeur décrit ci-après: De manière à profiter au maximum de la dynamique du codeur utilisé dans la chaîne de réception, et ceci, sans risquer la saturation, il convient d'amener le signal d'entrée du limiteur, par l'intermédiaire des étages précédents, au plus proche du niveau maximal de codage Smax, Le signal d'entrée est donc très proche du seuil de limitation Slim. Or, cela se fait au détriment de la performance en linéarité, celle-ci n'étant optimale que lors d'un fonctionnement dit "petit signal", c'està-dire pour des signaux d'entrée de niveaux bien inférieurs au seuil de limitation Slim. L'utilisation d'un limiteur classique pour se protéger d'une saturation numérique du codeur se heurte donc à une incompatibilité entre, d'une part, la recherche d'une exploration optimale de la dynamique du codeur, et, d'autre part, la nécessité d'avoir une performance de linéarité optimale. La présente invention a pour objectif de proposer un dispositif de limitation ne présentant pas l'incompatibilité précédente. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif à grande linéarité de limitation d'une caractéristique d'un signal à une valeur seuil Smax prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comporte: un limiteur recevant sur son entrée ledit signal, et possédant un seuil de limitation Slim commutable sur deux valeurs possibles prédéterminées Sh et Sb respectivement supérieure et inférieure à ladite valeur seuil Smax; des moyens de mesure recevant à leur entrée ledit signal et délivrant une mesure représentative de la caractéristique; des moyens de commande de la commutation du seuil de limitation Siim sur la valeur Sh lorsque ladite mesure est représentative d'une caractéristique du signal inférieure à ladite valeur seuil Smax, et sur la valeur Sb lorsque ladite mesure est représentative d'une caractéristique du signal supérieure à ladite valeur seuil Smax. L'invention, ainsi que ses avantages, seront mieux compris au vu de la description suivante, faite en référence aux figures annexées, et concernant plus particulièrement la limitation de l'amplitude d'un signal radar dans une chaîne de réception à grande linéarité: La figure 1 représente l'allure de la fonction de transfert en puissance d'un limiteur classique; La figure 2 est un schéma de principe du fonctionnement du dispositif de limitation selon l'invention; La figure 3 illustre l'allure de la fonction de transfert en puissance du dispositif de limitation selon l'invention; La figure 4 est un chronogramme illustrant l'action du dispositif de limitation suivant l'amplitude du signal d'entrée Se; La figure 5 est un mode de réalisation possible d'un dispositif de limitation selon l'invention; La figure 6 montre l'utilisation d'un dispositif selon l'invention dans une chaîne de réception radar. La figure 1 a déjà été décrite précédemment. La figure 2 illustre le principe de fonctionnement du dispositif de limitation 2 d'un signal selon l'invention Il se compose essentiellement d'un io limiteur 23 dont le seuil de limitation Slim peut être commandé, et d'une branche de contrôle constituée de moyens de mesure 20 d'une caractéristique du signal traité, par exemple l'amplitude, et de moyens de commande 21, 22 commandant automatiquement le seuil de limitation du limiteur suivant la valeur de la tension Vd délivrée par les moyens de mesure 20. Plus précisément, selon la valeur de cette tension Vd, le seuil de limitation Sim du limiteur 23 est commutable sur deux valeurs possibles prédéterminées Sh et Sb respectivement supérieure et inférieure à la valeur seuil Smax du codeur. Tant que le signal Se en entrée du dispositif 2 a une amplitude inférieure à la valeur seuil Smax, le limiteur dispose d'un seuil de limitation de valeur Sh élevée Le limiteur fonctionne alors en "petit signal", ce qui permet d'avoir une performance en linéarité optimale. Par contre, dès que les moyens de mesure 20 délivrent une tension Vd représentative d'un signal de caractéristique trop élevée proche du seuil Smax de codage, les moyens de commande 21, 22 réduisent automatiquement et en temps réel le seuil de limitation du limiteur 23 à la seconde valeur Sb Le codeur est ainsi protégé contre la saturation. De même, le niveau de limitation est automatiquement relevé à la valeur Sh dès lors que le signal d'entrée redescend suffisamment sous le seuil de codage Smax- La commutation du seuil du limiteur présente l'avantage de ne pas perturber le signal comme le ferait une commutation située avant un limiteur classique à un seuil et qui aurait pour rôle d'éviter de faire passer dans le limiteur un signal d'entrée qu'il n'est pas nécessaire de limiter Une telle commutation nécessiterait en outre de prévoir un autre cheminement pour le signal afin qu'il soit délivré au codeur sans passer par le limiteur. La figure 3 représente la fonction de transfert en puissance du dispositif selon l'invention, suivant la valeur du seuil de limitation Slim. Le seuil haut Sh est choisi suffisamment supérieur au seuil de codage Smax de sorte que le dispositif fonctionne en "petit signal" lorsque le signal d'entrée ne risque pas de provoquer de saturation Par exemple, si l'on désire une linéarité d'environ 60 d B, le seuil haut Sh sera choisi préférentiellement à au moins 10 d B au-dessus de Smax La linéarité de la chaîne de réception n'est alors pas dégradée et l'on peut profiter de toute la dynamique de codage. Le seuil bas Sb est, quant à lui, choisi suffisamment proche du niveau maximum de codage, par exemple à 2 d B en-dessous de Smax. Les valeurs précédemment citées dépendent bien évidemment des performances recherchées, ainsi que de la technologie utilisée. La figure 4 est un chronogramme illustrant l'allure du signal Ss en sortie d'un dispositif de limitation selon l'invention, recevant un signal sinusoïdal Se d'amplitude variable. Pendant les intervalles de temps Tl et T 3, l'amplitude du signal Se est inférieure au seuil de codage Smax Le limiteur a un seuil de limitation Sh qui ne dégrade pas la linéarité du dispositif Le signal de sortie Ss est identique au signal d'entrée Se. Par contre, sur l'intervalle de temps T 2, l'amplitude du signal Se dépasse la valeur Smax Le limiteur est alors commuté sur son seuil de limitation Sb de façon à ne pas saturer le codeur. La figure 5 est un exemple non limitatif de réalisation d'un dispositif de limitation selon l'invention Le signal d'entrée Se considéré est par exemple un signal radar analogique hyperfréquence. De manière préférentielle, les moyens de mesure 20 détectent l'amplitude du signal présent à l'entrée du limiteur La décision de commutation du limiteur sur l'un de ces deux seuils de limitation possibles s'effectue par l'analyse de la valeur Vd de cette amplitude détectée. Avantageusement, les moyens de mesure 20 détectent l'amplitude du signal grâce à un amplificateur logarithmique 202, permettant de prélever le signal en haute impédance 201 sans perturber la ligne hyperfréquence. La décision de commutation du limiteur sur l'un des deux seuils de limitation Sh, Sb possibles s'effectue au niveau des moyens de commande 22, par comparaison de la valeur Vd de l'amplitude détectée par rapport à au moins un seuil de comparaison VH d'un comparateur 220 délivrant une tension Vs représentative de la comparaison Ce seuil VH est réglé par la valeur d'une tension de référence VREF et d'une résistance 221, de telle sorte qu'en présence d'un signal d'entrée ne risquant pas d'entraîner une saturation, le limiteur soit positionné sur son seuil haut Sh Dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le limiteur 23 est commandé en courant par la valeur 1 o du courant i à son entrée de commande, et indirectement par la valeur de la tension Vs en sortie du comparateur 220 Pour ce faire, les moyens de commande 22 disposent, en plus du comparateur 220, d'une commande en courant réalisée à partir des deux résistances Rs et Rc et d'une alimentation Vc. Tant que la valeur Vd de l'amplitude détectée est inférieure au seuil VH du c omparateur 220, celui-ci délivre une tension continue Vs, et le courant i en entrée du limiteur 23 est donné par la relation Vs Vc Rs Rc et correspondant au seuil haut Sh du limiteur 23. Dès que cette valeur Vd devient supérieure au seuil VH du comparateur, ce dernier délivre une autre valeur de tension inférieure au seuil VH, par exemple nulle, et le courant i s'exprime par la relation: =VC Rc correspondant au seuil bas Sb du limiteur 23. La résistance Rc et l'alimentation Vc permettent ici de régler la valeur du seuil bas Sb, et la résistance Rs celle du seuil haut Sh Une diode 223 évite que le courant passant dans la résistance Rc passe également dans la résistance Rs. Dans l'exemple de réalisation préférentielle illustré à la figure 5, le comparateur 220 est avantageusement un comparateur à hystérésis à deux seuils VH et VL de valeurs déterminées de manière connue par les résistances 221, 222 et par la tension de référencé VREF Lorsque l'amplitude détectée Vd dépasse le premier seuil VH, le comparateur bascule et commande la commutation du seuil de limitation du limiteur Le seuil de comparaison du comparateur 220 est alors diminué à la deuxième valeur VL, inférieure à VH, de façon à empêcher toute commutation parasite due, par exemple, à l'ondulation du signal d'entrée Dès que l'amplitude détectée Vd redevient inférieure à ce deuxième seuil VL, le limiteur 23 est commuté à nouveau sur son seuil haut Sh de limitation Le limiteur 23 utilisé peut être un limiteur commercialisé, ou bien un mélangeur utilisé comme limiteur, du type mélangeur en anneaux. La figure 6 illustre un exemple d'utilisation d'un dispositif de limitation 1 o selon l'invention tel que décrit précédemment dans la chaîne de réception d'un radar Le dispositif de limitation 2 est ici placé en série entre un récepteur hyperfréquence classique 3 et un filtre anti-recouvrement 4 suivi du convertisseur analogique-numérique 5 Le filtre anti-recouvrement 4 a pour rôle de supprimer les harmoniques générées par le limiteur lorsque ce dernier fonctionne sur son seuil bas. Le dispositif à grande linéarité de limitation selon l'invention utilisé dans une chaîne de réception à grande linéarité permet ainsi d'explorer de façon optimale toute la dynamique du codeur en dégradant au minimum les performances en linéarité. REVENDICATIONS 1 Dispositif à grande linéarité ( 2) de limitation d'une caractéristique d'un signal à une valeur seuil Smax prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comporte: un limiteur ( 23) recevant sur son entrée ledit signal, et possédant un seuil de limitation Slim commutable sur deux valeurs possibles prédéterminées Sh et Sb respectivement supérieure et inférieure à ladite valeur seuil Smax; des moyens ( 20) de mesure recevant à leur entrée ledit signal et délivrant une mesure représentative de la caractéristique; des moyens ( 21, 22) de commande de la commutation du seuil de limitation Slim sur la valeur Sh lorsque ladite mesure est représentative d'une caractéristique du signal inférieure à ladite valeur seuil Smax' et sur la valeur Sb lorsque ladite mesure est représentative d'une caractéristique du signal supérieure à ladite valeur seuil Smax 2 Dispositif à grande linéarité ( 2) de limitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure ( 20) effectuent une détection de l'amplitude du signal et fournissent une valeur Vd représentative de l'amplitude détectée. 3 Dispositif à grande linéarité de limitation selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure ( 20) sont constitués d'une haute impédance ( 201) prélevant le signal, et d'un amplificateur logarithmique ( 202) délivrant ladite valeur Vd. 4 Dispositif à grande linéarité de limitation selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent un comparateur ( 220) possédant au moins un seuil de comparaison VH et délivrant une tension Vs de valeur différente suivant le résultat de la comparaison. Dispositif à grande linéarité de limitation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le seuil de comparaison VH est réglé de telle sorte que le seuil de limitation Slim du limitateur ( 23) soit commuté sur la valeur Sh en présence d'un signal de caractéristique inférieure à la valeur seuil Smax 6 Dispositif à grande linéarité de limitation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent en outre une commande en courant réalisée par deux résistances io Rs et Rc en série, alimentée à leur extrémité libre respective par la tension Vs et par une alimentation Vc, le courant de commande étant prélevé entre les deux résistances. 7 Dispositif à grande linéarité de limitation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le comparateur ( 220) est un comparateur à hystérésis disposant d'un deuxième seuil de comparaison VL inférieur à VH. 8 Utilisation du dispositif selon les revendications 1 à 7 dans une chaîne de réception radar à grande linéarité, caractérisé en ce que ledit dispositif ( 2) est placé en série entre un récepteur ( 3) qui lui délivre un signal radar, et un convertisseur analogique-numérique ( 5) dont le seuil maximum de codage est égal à ladite valeur seuil Smax.