Brevet FR2743678A1 — publié le 19970718

DEPHASEUR HAUTE FREQUENCE DESCRIPTION Domaine technique La présente invention concerne un déphaseur haute fréquence. Etat de la technique antérieure Les déphaseurs en haute fréquence (radiofréquences et hyperfréquences) sont basés sur l'emploi 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 (haute fréquence) reposent sur - le déphaseur à modulateur vectoriel ; ou - le déphaseur à diodes varicap. Dans un déphaseur à modulateur vectoriel, le déphasage entre signal d'entrée et signal de sortie 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 g Entrée E : sin(oRFt) Sortie O" : sin(o,ft) Sortie 900 : sin(oR,t-x/2)=-cos(o,ft) Point A : a sin(#RFt) 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 à 360 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 à 900, les circuits référencés 12 étant des diviseurs 1/2 en phase. Dans un déphaseur à diodes, illustré 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 fl 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 0 : rsin(oRFt) Sortie -900 : -#cos(#RFt) sortie S : -Tcos(oRFt)=ITlsin(oRFt+cP), avec 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 : L'objet de l'invention est de proposer un dispositif de déphasage haute fréquence n'utilisant pas de déphaseur. Exposé de l'invention La présente invention concerne un 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 et une ligne à retard disposés en série à la sortie du premier mélangeur - un second mélangeur de fréquence recevant d'une part le signal de sortie de l'ensemble filtre et ligne à retard et d'autre part un signal provenant d'un oscillateur local - un second filtre passe-bande disposé en sortie du second mélangeur et délivrant le signal de sortie. Le dispositif ainsi décrit est simple de conception car il assure un déphasage continu sans utiliser de déphaseur. De plus la bande de fréquence nécessaire à l'oscillateur local est d'autant plus réduite que le retard T est plus grand. Le dispositif doit fonctionner à fréquence intermédiaire élevée pour éviter les repliements de spectre sur la bande de base. Ceci revient à imposer la condition : OOL > 2ORFX O0L étant la fréquence de l'oscillateur local et o"X étant la fréquence maximum de fonctionnement. De plus, la bande passante des mélangeurs doit être limitée, afin que les raies de rang harmonique élevé s'atténuent rapidement. Brève description des dessins - La figure 1 illustre un déphaseur 0 à 90" à modulateur vectoriel - la figure 2 illustre un déphaseur 0 à 360" par modulateur vectoriel - la figure 3 illustre un déphaseur 0 à 900 à diodes varicap - la figure 4 illustre le dispositif 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 - la figure 6 illustre 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, illustré sur la figure 4, 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 et une ligne à retard 23 disposés en série à la sortie du premier mélangeur 20 - un second mélangeur de fréquence 24 recevant d'une part le signal de sortie de ltensemble premier filtre passe-bande 22 et ligne à retard 23 et d'autre part un signal provenant de l'oscillateur local 21 ; - un second filtre passe-bande 25 disposé en sortie du second mélangeur 24 et délivrant le signal de sortie S. Dans le dispositif de l'invention on n'utilise pas de déphaseur ; le déphasage entrée/sortie est induit par la variation de fréquence de l'oscillateur local 21, sur une ligne à retard 23. Les différents filtres 22 et 25 revêtent une importance particulière, car leur spécification permet de définir les performances du déphaseur en terme de bande passante et de pureté spectrale. Le premier mélangeur 20 génère au premier ordre le produit suivant sin[#RFt]xsin[#OLt]- > cos[(#OL-#RF)t]-cos[(#OL+#RF)t] composé du battement de deux signaux aux fréquences #OL+#RF et #OL-#RF. Le filtre passe-bande en fréquence intermédiaire permet la sélection de la transposition haute cos[(#OL-#RF)t]-cos[#RF+#OL)t]- > COS[#RF+#OL)t] par la suppression (diminution) de la bande image en transposition basse. Il 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 le filtre en fréquence intermédiaire est défini dans la bande Le contenu fréquentiel de la transposition haute est donné sur les figures 5A, 5B et 5C, qui illustrent 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. La figure 5B illustre le gabarit du filtre en fréquence intermédiaire. La figure 5C illustre le spectre en fréquence intermédiaire (transposition haute), en sortie du filtre. Le filtre de sortie 25 conserve la transposition basse (retour en bande de base) et supprime en outre les bandes parasites. Entrée E : sin[#RFt] Premier mélange de fréquence 20 sin[#RFt]xsin[#OLt]- > COS[(#OL-#RF)t]-cost[(#OL+#RF)t] Filtre passe-bande en fréquence intermédiaire 22 cos[(#OL-#RF)t]-cos[(#OL+#RF)t}- > cos[(#OL+#RF)t] Ligne à retard 23 cos[(#OL+#RF)t]- > COS[(#OL+#RF)(t-#)] Second mélange de fréquence 24 cos[(#OL+#RF)(t-#)]xsin(#OLt)- > sin[(#RF+2#OL)t-(#OL+#RF)#] -sin[(#RFt-(#RF+#OL)#] Filtre passe-bande de sortie 25 sin[(RF+2(ooL)t-(#OL+#RF)#]-sin[(#RFt-(#RF+#OL)#]- > sin[(#RFt-(#RF+#OL)#] Pour une fréquence RF donnée, le déphasage entre signal de sortie et signal d'entrée vaut çS/E =-(#RF+#OL)#. I1 est possible de faire varier ce déphasage en faisant varier la fréquence de l'oscillateur local. Le déphasage résultant (p = C)OL est directement proportionnel à la variation de fréquence de l'oscillateur local. La figure 6 représente, sur une décade (3,3 octaves) de fréquence RF, le déphasage sortie/entrée ## [S/E] (O) mesuré expérimentalement sur les voies RF en fonction du décalage en fréquence de l'oscillateur local #f(MHz). On observe que pour les fréquences 2f, 2,5f et 10f, le déphasage est pratiquement proportionnel au décalage en fréquence avec ## # -###OL. Les résultats obtenus sont complètement en accord avec la prévision : on obtient un déphasage de 2 s lorsque la fréquence varie d'environ 100 MHz dans une ligne à retard de valeur longs. REVENDICATIONS 1. 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 (21) ; - un premier filtre passe-bande (22) et une ligne à retard (23) disposés en série à la sortie du premier mélangeur (20) - un second mélangeur de fréquence (24) recevant d'une part le signal de sortie de l'ensemble premier filtre passe-bande (22) et ligne à retard (23) et d'autre part un signal provenant de l'oscillateur local (21) - un second filtre passe-bande (25) disposé en sortie du second mélangeur (24) et délivrant le signal de sortie (S) 2. Déphaseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on a la relation suivante COOL > 2ORaX COOL étant la fréquence de l'oscillateur max local et #RF la fréquence maximum de fonctionnement.