Brevet FR2743679A1 — publié le 19970718

DISPOSITIF DEPHASEUR HAUTE FREQUENCE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un dispositif déphaseur haute fréquence. Etat de la technique antérieure Les déphaseurs en haute fréquence (radiofréquences et hyperfréquences) sont, en général, basés sur l'emploi et la combinaison de coupleurs hybrides dans lesquels un signal incident sin(RFt) est décomposé ou recomposé en composantes déphasées l'une par rapport à l'autre. Les principes employés dans les déphaseurs HF reposent sur - le déphaseur à modulateur vectoriel ; ou - le déphaseur à diodes varicap. Dans un déphaseur à modulateur vectoriel, le déphasage entre le signal d'entrée E et le signal de sortie S résulte de la recombinaison de deux composantes quadratiques atténuées séparément. Un exemple de déphaseur 0-90 à modulateur vectoriel est donné sur la figure 1, avec des commandes I et Q. Le bilan des signaux pris aux différents points du déphaseur est le suivant Entrée E : sin(#RFt) Sortie Oo : sin(oRFt) Sortie 900 : sin(QR,t-x/2)=-cos(o,Ft) Point A : a sin(oRFt) Point B : -b cos(RFt) Sortie S : a sin(RFt)-b cos(RFt)=c cos(#RFt+#) avec et tan(ç)=b/a Un déphaseur 0-3600 s'obtient par combinaison de coupleurs hybrides 90 (10) et 1800 (11), comme illustré sur la figure 2, ou bien par la mise en cascade de quatre cellules 0-90 , les circuits référencés 12 étant des diviseurs 1/2 en phase. Dans un déphaseur à diodes, comme représenté sur la figure 3, les sorties en phase et en quadrature du coupleur hybride 10 sont chargées par des éléments réactifs variables. La variation d'impédance réactive par rapport à l'impédance caractéristique (50 # généralement) entraîne une variation de la phase du signal de sortie par le biais du coefficient de réflexion complexe r. On obtient les signaux suivants Entrée E : sin(#RFt) Sortie 00 : #sin(#RFt) Sortie -900 : -rcos(oRFt) Sortie S : -#cos(#RFt)=|#|sin(#RFt+#), avec tan# # # = 1 - # 2 1 + # Les déphaseurs à diodes utilisent essentiellement des diodes à capacité variable commandées en tension pour un déphasage continu, ou des diodes PIN fonctionnant en commutation, pour un déphasage numérique. Dans le principe, on peut utiliser indifféremment des coupleurs hybrides à lignes couplées, des coupleurs hybrides en anneau ou en carré ou des transformateurs. La bande passante des déphaseurs ainsi constitués est limitée par l'emploi d'un coupleur : ces dispositifs sont typiquement à bande étroite, ou fonctionnent au mieux sur une bande de deux octaves : ORF o 4ORF. L'objet de l'invention est de pallier aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur en proposant un dispositif déphaseur haute fréquence fonctionnant sur plus de deux octaves. Exposé de l'invention La présente invention concerne un dispositif déphaseur haute fréquence comprenant - un premier mélangeur de fréquence recevant d'une part le signal d'entrée et d'autre part un signal provenant d'un oscillateur local - un premier filtre passe-bande disposé en sortie du mélangeur - un second mélangeur de fréquence recevant d'une part le signal de sortie du premier filtre passebande et d'autre part un signal provenant de l'oscillateur local - un second filtre passe-bande disposé en sortie du second mélangeur et délivrant le signal de sortie ; - un troisième filtre passe-bande disposé entre l'oscillateur local et le premier ou le second mélangeur. Le dispositif déphaseur haute fréquence de l'invention est simple de conception car il assure un déphasage sans utiliser de déphaseur. De plus, la bande de fréquence accessible à l'oscillateur local est d'autant plus réduite que la vitesse de rotation de phase du second filtre est plus grande. Ce dispositif fonctionne à fréquence intermédiaire élevée pour éviter les repliements de spectre sur la bande de base. Ceci revient à imposer la condition : QOL > 20RFXI t OOL étant la fréquence de l'oscillateur locfal et oRFX la fréquence maximum de fonctionnement De plus, la bande passante des mélangeurs est limitée, afin que les raies de rang harmonique élevé s'atténuent rapidement. Brève description des dessins - La figure 1 illustre un exemple de déphaseur 0 à 90" à modulateur vectoriel ; - la figure 2 illustre un déphaseur 0 à 3600 par modulateur vectoriel - la figure 3 illustre un déphaseur 0 à 900 à diodes varicap - les figures 4A et 4B illustrent le dispositif déphaseur de l'invention - les figures 5A, 5B et 5C illustrent le diagramme fréquentiel de la transposition haute respectivement le spectre en fréquence, le gabarit du filtre en fréquence intermédiaire et le spectre en fréquence intermédiaire (transposition haute) en sortie du filtre - les figures 6 et 7 illustrent le déphasage relatif entrée/sortie en fonction du décalage en fréquence de l'oscillateur local, référencé à la phase de la fréquence centrale de l'oscillateur local. Exposé détaillé de modes de réalisation Le déphaseur haute fréquence de l'invention, illustré sur la figure 4A, comprend - un premier mélangeur de fréquence 20 recevant d'une part le signal d'entrée E et d'autre part un signal OL provenant d'un oscillateur local 21 ; - un premier filtre passe-bande 22 disposé en sortie du premier mélangeur 20 - un second mélangeur 23 de fréquence recevant d'une part le signal de sortie du premier filtre passe-bande 22 et d'autre part un signal provenant de l'oscillateur local 11 via un troisième filtre passe-bande 24 - un second filtre passe-bande 25 disposé en sortie du second mélangeur 23 et délivrant le signal de sortie S. Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 4B un troisième filtre passe-bande 24' est disposé entre l'oscillateur local 11 et le premier mélangeur 20. La solution proposée par l'invention repose sur une première transposition de fréquence, puis sur une deuxième transposition de fréquence, ramenant le signal en bande de base. Les deux transpositions de fréquence sont assurées par deux mélangeurs 20 et 23 attaqués par un oscillateur local 21 à fréquence variable. Dans ce dispositif, illustré sur les figures 4A et 4B, on n'utilise pas de déphaseur : le déphasage entrée/sortie est induit par un effet de phase différentielle entre les voies de l'oscillateur local. Le déphasage entre voies résulte d'une variation de la fréquence de l'oscillateur local 21 et de l'effet sur la phase du signal traversant dans sa bande passante le filtre passe-bande 24 (24'). En première approximation, on peut considérer que la variation de phase dans ce filtre 24 (24') est liée linéairement à la variation de fréquence de l'oscillateur local par ##OL=-KOL##OL, OÙ KOL est la vitesse de rotation en phase du filtre d'oscillateur local. Les différents filtres revêtent une importance particulière, car leur spécification permet de définir les performances du déphaseur en terme de bande passante. Le premier mélangeur 20 génère au premier ordre le produit suivant sin[#RFt]xsin[#OLt]- > cos[(#RF-#OL)t]-cos[( Le premier filtre passe-bande 22 en fréquence intermédiaire permet la sélection de la transposition haute cos[(#RF-#OL)t]-cos[#RF+#OL)t]-- > cos[#RF+#OL)t] par la suppression (diminution) de la bande image en transposition basse. I1 permet, en outre, de limiter les fuites de l'oscillateur local et en bande de base, ainsi que le niveau des bandes indésirées de rang harmonique élevé. Pour un fonctionnement du déphaseur dans la bande de base min max #RF -- > #RF le filtre 22 en fréquence intermédiaire est défini dans la bande : min max #RF + #OL -- > #RF +#OL Le contenu fréquentiel de la transposition haute est donné sur les figures 5A, 5B et 5C, qui représentent des courbes de l'intensité en unités arbitraires en fonction de la fréquence en unités arbitraires. Sur la figure 5A on a le spectre en fréquence, tel que RF = bande de base, OL = oscillateur local, OL+RF = transposition haute, OL-RF = transposition basse. Le filtre de sortie 25 conserve la transposition basse (retour en bande de base) et supprime en outre les bandes parasites. Entrée : sin[#RFt] Premier mélange de fréquence 20 sin[#RFt]xsin[#OLt]- > cos[#RF-#OL)t]-cos[#RF+#OL)t] Filtre passe-bande en fréquence intermédiaire 22 cos[(#RF-#OL)t]-cos[( COS[(#RF+#OL)t] Filtre "déphaseur" 24 (24') sin(#OLt)- > sin(#OLt-KOL#OL) Second mélange de fréquence 23 cos{(#RF+#OL)t]xsin(#OLt-KOL#OL)- > sin[(#RF+2#OL)t-KOL#OL] -sin[#RFt+KOL#OL] Filtre passe-bande de sortie 25 sin[(#RF+2#OL)t-KOL#OL]-sin[(#RFt+KOL#OL]- > sin[#RFt+KOL#OL]= sin[#RFt+#OL] Ainsi la phase entre le signal de sortie S et le signal d'entrée E vaut ÇOL avec #OL=KOL#OL. I1 est possible de faire varier cette phase en faisant varier la fréquence de l'oscillateur local 21. Le déphasage résultant ##OL=KOL#OL est directement proportionnel à la variation de fréquence de l'oscillateur local 21. La structure du filtre passe-bande "déphaseur" 24 doit être adaptée à la variation de fréquence d'oscillateur local désirée. Ainsi, si pour réaliser un déphaseur 0-3600 il est nécessaire d'utiliser un filtre passe-bande tournant de 360" au minimum dans sa bande passante, l'utilisation d'un filtre multipolaire à bande très étroite et tournant de plusieurs fois 3600, permet de réduire considérablement la bande de variation en fréquence de l'oscillateur local. Les figures 6 et 7 représentent, dans un rapport de fréquences RF de 1 à 20 (4,3 octaves), le déphasage sortie/entrée A[S/E]( ) mesuré expérimentalement sur les voies RF en fonction du décalage en fréquence de l'oscillateur local Af[OL](GHz). La figure 6 correspond au schéma illustré sur la figure 4A pour lequel le filtre 24 est disposé entre l'oscillateur local 21 et le second mélangeur 23 et la figure 7 au circuit de la figure 4B pour lequel le filtre 24' est disposé entre l'oscillateur local 21 et le premier mélangeur 20. On observe que le déphasage est pratiquement proportionnel au décalage en fréquence. Comme prévu, lorsque le filtre est sur la voie entre l'oscillateur local 21 et le premier mélangeur 20 le déphasage vaut a #OL # -KOL##OL et ##OL # +KȎL##OL si le filtre est sur la voie entre l'oscillateur local 21 et le deuxième mélangeur 23. I1 apparaît que les coefficients de proportionnalité KOL et KOL sont différents pour un KOL même filtre de coefficient KOL (vitesse de rotation en phase). Cet effet est dû à la présence du filtre en fréquence intermédiaire :##OL #-(KOL+KFI)##OL dans le premier cas et ##OL # +(KOL-KFI)##OL dans le deuxième cas. REVEND I CAT IONS 1. Dispositif déphaseur haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier mélangeur de fréquence (20) recevant d'une part le signal d'entrée (E) et d'autre part un signal provenant d'un oscillateur local t21) ; - un premier filtre passe-bande (22) disposé en sortie du premier mélangeur (20) ; - un second mélangeur (23) de fréquence recevant d'une part le signal de sortie du premier filtre passe-bande (22) et d'autre part un signal provenant de l'oscillateur local (21) ; - un second filtre passe-bande (25) disposé en sortie du second mélangeur (23) et délivrant le signal de sortie (S); - un troisième filtre passe-bande (24' ; 24) est disposé entre l'oscillateur local (11) et le premier ou le second mélangeur (20 ; 23). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a la relation : (DOL > 2ORYX