Brevet FR2936667A1 — publié le 20100402

Synthétiseur de fréquences à grande pureté spectrale. L'invention porte sur les synthétiseurs de fréquences à haute performance, notamment les synthétiseurs générant des signaux de grande pureté spectrale. Ces synthétiseurs sont particulièrement adaptés pour une 5 utilisation au sein des radars aéroportés, ou encore au sein d'appareils de mesure de grande précision. Actuellement, les synthétiseurs peuvent être réalisés de plusieurs manières. Généralement, l'une de des trois technologies suivantes est utilisée. 10 Premièrement, la synthèse de fréquences peut être mise en oeuvre à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase. Cette dernière permet l'asservissement d'un oscillateur commandé en tension (VCO pour � Voltage Controlled Oscillator � en langue anglaise) sur un signal de référence. Cette technologie a notamment pour avantage d'avoir un très faible bruit loin de la 15 porteuse (généralement à plusieurs MHz), après la fréquence de coupure de la boucle à verrouillage de phase. Cependant, auprès de la porteuse, le bruit est plus élevé en raison du bruit propre des composants formant la boucle à verrouillage de phase, et du rang de multiplication, et du coefficient de multiplication qu'elle applique sur le signal. Ce bruit est supérieur à celui des 20 oscillateurs servant de référence, rapporté à la fréquence du signal issu de l'oscillateur contrôlé en tension. Lors de son utilisation, cette technologie nécessite de trouver un compromis entre la vitesse de commutation d'une fréquence à l'autre et le bruit de phase. Deuxièmement, la synthèse de fréquences peut être réalisée à 25 l'aide d'un moyen de synthèse analogique directe. Cette technologie de synthèse est basée sur des opérations mathématiques de multiplication, de division et de transposition à partir d'un signal généré par un oscillateur de référence. Cette technologie est très performante en termes de pureté spectrale et de vitesse de commutation permise par les composants mis en oeuvre. Toutefois, les synthétiseurs réalisés selon cette technologie sont très volumineux, du fait du très grand nombre de composants mis en oeuvre. Deux architectures de ce moyen de synthèse analogique directe sont classiquement utilisées. Tout d'abord, une première architecture mettant en oeuvre des moyens de mélange et de division de fréquences (couramment appelée architecture � mix and divide � en langue anglaise, par l'homme du métier). Cette architecture a notamment pour inconvénient de ne pas conserver la cohérence de la phase du signal élaboré, en raison du transit de certains signaux commutés par des diviseurs de fréquences incorporés au sein de cette architecture. Ces signaux vont entrainer la perte de l'information de phase du signal élaboré, lors des commutations des différents composants. Une seconde architecture est basée sur la technologie des transpositions successives des pas de fréquence. Cette architecture conserve la mémoire de phase des signaux générés. Elle nécessite une mise en oeuvre très soignée du fait des isolations nécessaires entre chaque composant. Le principe implémenté au sein de cette architecture consiste à générer des premiers signaux séparés par un pas de fréquence assez important (� gros pas �). Ces signaux sont mélangés à une première porteuse puis filtrés à l'aide d'une banque de N filtres (N étant un entier). Puis a lieu une génération d'autres signaux séparés par un pas de fréquence plus fin. Ces derniers sont mélangés aux premiers signaux filtrés. Le résultat du mélange est ensuite filtré à l'aide d'une banque de 2N filtres puis mélangé à nouveau à une autre porteuse qui permet d'obtenir l'ensemble de la bande d'agilité dans le plan de fréquence souhaité, en fonction de l'application choisie. La bande de fréquence finale peut être élargie par le mélange de la bande de fréquence résultante avec plusieurs autres porteuses choisies de façon adéquate. Cet élargissement nécessite la mise en oeuvre de plusieurs banques de filtres adaptés derrière chaque moyen de mélange. Ceci implique l'implémentation d'autant de commutateurs à très haute isolation pour limiter le nombre de raies parasites. Cette architecture est relativement complexe à mettre en oeuvre, étant donné du grand nombre de banques de filtres et de commutateurs nécessaires pour garantir les isolations entre les fréquences générées. En outre, les synthétiseurs résultants sont très volumineux. Troisièmement, la synthèse de fréquences peut être réalisée à l'aide d'un moyen de synthèse numérique directe. Cette technologie a pour avantage de permettre la génération de formes d'onde multiples. Par ailleurs, les composants utilisés pour cette technologie autorisent une vitesse de commutation élevée, et les signaux générés ont une bonne pureté spectrale. En outre, le synthétiseur élaboré est relativement compact. Cependant, du fait des limitations technologiques en terme de vitesse d'horloge, cette technologie ne peut seule permettre la réalisation d'un synthétiseur à haute fréquence et large bande. Elle doit être associée à l'une des deux techniques précédentes. Un but de l'invention est notamment de résoudre les problèmes énoncé ci-dessus. A cet effet, selon un premier aspect, il est proposé un procédé de synthèse de fréquences de type mixte analogique/numérique, les fréquences synthétisées étant comprises dans une bande de fréquences finale choisie. Selon une caractéristique générale de cet aspect, le procédé comprend : - une génération de signaux en balayant une première bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un premier pas de fréquence prédéterminé, suivie d'une mise sur porteuse des signaux de la première bande à l'aide une première porteuse, - une génération de signaux en balayant une deuxième bande de 30 fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un deuxième pas de fréquence prédéterminé, suivie d'une mise sur porteuse des signaux de la deuxième bande à l'aide une deuxième porteuse, - une transposition des signaux de la première bande à l'aide d'une troisième porteuse fonction de la bande de fréquence finale choisie, et - un mélange des signaux de la deuxième bande avec les signaux de la première bande transposés. En d'autres termes, une fois les premiers et les deuxièmes signaux mis sur porteuses, les premiers signaux sont transposés en fréquences à l'aide d'une autre porteuse. Celle-ci est judicieusement choisie en fonction de la bande de fréquences finale, qui dépend elle-même de l'application mettant en oeuvre le procédé. Ensuite, la première bande de fréquence mise sur porteuse et transposée est une nouvelle fois transposée à l'aide d'un mélange avec les signaux de la deuxième bande également mis sur porteuse. Par exemple, la valeur du deuxième pas peut être inférieure à la valeur du premier pas, la valeur du premier pas correspondant à la largeur de la deuxième bande de fréquence. En variante, la valeur du deuxième pas peut être supérieure à la valeur du premier pas, la valeur du deuxième pas correspondant à la largeur 20 de la première bande de fréquence. Dans chacun des cas, la transposition exploite les deux signaux de sortie des mélangeurs (par exemple les signaux de sortie Y-Y et Y+X, si les signaux d'entrée sont Y et X), afin d'obtenir la bande la plus large dans un plan de fréquences judicieusement choisi, à partir de deux bandes réduites à 25 l'origine. De préférence, la synthèse de fréquence est cohérente. De préférence, chaque transposition et mise sur porteuse est suivie d'un filtrage adapté. Ce filtrage a pour avantage de permettre l'élimination des raies parasites, de façon à bien délimiter chaque bande de 30 fréquences. Selon un autre aspect, il est proposé, un synthétiseur de fréquences de type mixte analogique/numérique, les fréquences synthétisées étant comprises dans une bande de fréquences finale choisie. Selon une caractéristique générale de cet autre aspect, le procédé 5 comprend : - un premier moyen de synthèse de fréquences apte à générer des signaux en balayant une première bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un premier pas de fréquence prédéterminé, 10 -un premier mélangeur couplé en sortie du premier moyen de synthèse de fréquences, apte à recevoir une première porteuse en entrée et à mettre sur porteuse les signaux de la première bande à l'aide de la première porteuse, - un deuxième moyen de synthèse de fréquences apte à générer 15 des signaux en balayant une deuxième bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un deuxième pas de fréquence prédéterminé, - un deuxième mélangeur couplé en sortie du deuxième moyen de synthèse de fréquences, apte à recevoir une deuxième porteuse en entrée et 20 à mettre sur porteuse les signaux de la deuxième bande à l'aide de la deuxième porteuse, - un troisième mélangeur apte à transposer en fréquences les signaux de la première bande à l'aide d'une troisième porteuse fonction de la bande de fréquence finale choisie, et 25 - un moyen de mélange apte à mélanger les signaux de la deuxième bande avec les signaux de la première bande transposés. Cette architecture permet d'optimiser le mélange des signaux appartenant à la première et la deuxième bande, entre eux. Par ailleurs, elle nécessite moins de filtres impliquant un 30 synthétiseur plus compact et plus robuste. Par exemple, la valeur du deuxième pas peut être inférieure à la valeur du premier pas. En variante, la valeur du deuxième pas peut être supérieure à la valeur du premier pas. De préférence, chaque composant alimenté du synthétiseur est alimenté par un unique oscillateur de référence. De préférence, le synthétiseur peut comprendre en outre, en sortie de chaque mélangeur et du moyen de mélange, un filtre adapté. Selon un mode de réalisation où la première bande de fréquences 10 transposée comprend deux sous-bandes de fréquences, ledit moyen de mélange peut comprendre deux mélangeurs, chacun étant apte à recevoir les signaux mis sur porteuse de la deuxième bande de fréquences, ledit synthétiseur peut comprendre en outre un commutateur 15 couplé en sortie du filtre de sortie du troisième mélangeur, ledit commutateur étant apte à délivrer lesdites sous-bandes à l'un ou l'autre des mélangeurs du moyen de mélange. Les commutateurs utilisés pour cet autre aspect sont moins exigeants que ceux utilisés dans les solutions existantes, en terme de 20 réjection de fréquences (typiquement 1000 à 100000 fois moins). Selon un autre aspect, il est proposé une utilisation d'un synthétiseur tel que décrit ci-avant, au sein d'un radar aéroporté. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre et d'un 25 mode de réalisation de l'invention nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente un mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention, et - la figure 2 représente un mode de réalisation d'un synthétiseur 30 selon l'invention. On se réfère à la figure 1. Cette figure illustre de manière simplifiée un mode de mise en oeuvre de l'invention. Tout D'abord, au cours d'une étape A sont générées deux séries de signaux. Les premiers signaux ont une fréquence comprise dans une bande de fréquence B1, de largeur d'origine IB,. Plus précisément, la génération des premiers signaux comprend un balayage de la bande de fréquence B1, pas par pas, le pas de fréquence GP dit premier pas de fréquence étant relativement large (� gros pas �), par exemple 50 MHz. En parallèle, sont générés d'autres signaux en balayant une deuxième bande de fréquences B2, de largeur d'origine IB2. Le pas de fréquence PF, dit deuxième pas de fréquence (ou � pas fin �), associé à cet autre balayage est plus fin que le pas de fréquence GP du précédent balayage, par exemple inférieur ou égal à 1 Hz. Par ailleurs, la largeur de la deuxième bande IB2 correspond au premier pas de fréquence GP. La borne inférieure de la bande de fréquences B2 correspond à la borne supérieure de la bande de fréquences B1. Au cours d'une étape B, chaque série de signaux est mis sur porteuse respectivement par un mélange desdits signaux avec une première P1 et une deuxième P2 porteuse. La valeur de la première porteuse P1 est inférieure à la valeur de la deuxième porteuse P2, telle que la distance entre les deux porteuses soit égale à deux fois la largeur de la première bande de fréquence 2*IB1. A l'issue de cette étape B, la première bande de fréquence B1 possède une largeur de 2*IB1 et est centrée sur la porteuse P1. On rappelle que chaque mélange d'un signal X avec une porteuse Y génère des signaux ayant les fréquences suivantes : X-Y , et -X+Y. Un filtrage adéquat effectué après la transposition, permet de récupérer l'un ou plusieurs des signaux résultants. De même, à l'issue de l'étape B, la deuxième bande de fréquences B2 possède une largeur de 2*IB2 et est centrée sur la porteuse P2. Au cours d'une troisième étape C, les premiers signaux compris dans la bande de fréquences B1 sont transposés à l'aide d'une porteuse P3 correspondant au plan de fréquence final souhaité. On conserve alors les deux bandes de fréquences ùB1 et +B1 réparties de part et d'autres de la porteuse P3. Chaque bande de fréquences 10 ùB1, +B1 a pour largeur 2*IB1. Pour obtenir la bande de fréquence finale, chaque bande de fréquence -B1, +B1 est mélangée avec la deuxième bande de fréquence B2, de largeur 2*IB2, étape D. Après un filtrage adéquat, la bande finale résultante couvre alors 15 une largeur de 4*IB2. En variante, il est possible d'inverser le rôle des signaux de la première et de la deuxième bande de fréquences. On se réfère à présent à la figure 2 qui illustre un mode de réalisation d'un synthétiseur apte à mettre en oeuvre le procédé décrit ci-20 dessus. La référence SYNT désigne un synthétiseur numérique selon l'invention. Tout d'abord, celui-ci incorpore un oscillateur OSC d'où sont dérivés tous les signaux mis en oeuvre au sein du synthétiseur SYNT. Le fait d'avoir une source de référence unique assure la cohérence de phase de 25 l'ensemble des signaux élaborés. La sortie de l'oscillateur OSC est couplée à un premier moyen de synthèse de fréquences GGP, implémenté au sein d'une branche BR1 du synthétiseur SYNT. Dans cet exemple, le premier moyen de synthèse de fréquences GGP génère les signaux dont la fréquence et comprise dans la 30 bande de fréquences B1 précitée. Les pas de fréquences séparant deux signaux successifs générés par le premier moyen de synthèse de fréquences GGP sont les � gros pas précités �. De ce fait, en raison du nombre réduit de signaux générés lors du balayage de la première bande de fréquence B1, le premier moyen de synthèse de fréquences GGP peut être un moyen de synthèse analogique directe. En variante, le premier moyen de synthèse de fréquences GGP peut également être réalisé à l'aide d'un moyen de synthèse numérique directe. La sortie de ce premier moyen de synthèse de fréquences GGP est couplée à un mélangeur MEL1 apte à mettre sur porteuse les signaux de la première bande de fréquences B1 (de largeur IB1). Pour ce faire, le mélangeur MEL1 reçoit sur une autre entrée un signal de porteuse P1 élaboré par un générateur de fréquences fixes GEN. La largeur de la bande B1 est alors 2*IBI. Une banque de N filtres (N étant un entier) référencée NFIL couplée en sortie du mélangeur MEL1, filtre les signaux de la bande de fréquences B1 une fois ceux-ci mis sur porteuse, de façon à éliminer les signaux s'étendant hors de la bande B1. Le nombre de filtres correspond à deux fois le nombre de pas de fréquence que comporte la bande de fréquence B1. En parallèle, au sein d'une autre branche du synthétiseur SYNT référencée BR2, l'oscillateur OSC est couplé à un deuxième moyen de synthèse de fréquences GPF. Ce dernier est apte à générer des signaux en balayant la bande de fréquences B2. Deux signaux consécutifs sont séparés du pas fin précité. Le deuxième moyen de synthèse de fréquences GPF est ici réalisé à l'aide d'un moyen de synthèse de fréquence numérique directe adapté à la génération de signaux de grande pureté spectrale. Un exemple d'un tel type de moyen de synthèse numérique directe est décrit dans le document FR2780831, au nom de la Demanderesse. La sortie du deuxième moyen de synthèse de fréquences GPF est couplée à un mélangeur MEL2 apte à mettre sur porteuse les signaux de la deuxième bande de fréquences B2 (de largeur IB2). Pour ce faire, le mélangeur MEL2 reçoit sur une autre entrée un signal de porteuse P2 élaboré par le générateur de fréquences fixes GEN. La largeur de la bande B2 après transposition est 2*lB2. Le signal de porteuse P2 est décalé en fréquence de 2*IB, du signal de porteuse P1, la valeur de la fréquence du signal P2 étant dans cet exemple supérieure à celle du signal P1. Deux filtres référencés 2FILA sont couplés en sortie du deuxième mélangeur MEL2 pour filtrer les raies parasites s'étendant hors de la bande de fréquences B2. L'ensemble des signaux de pas fins de cette bande de fréquences est concentré à l'intérieur d'une bande de fréquences correspondant à un écart entre deux gros pas des signaux de la deuxième bande de fréquences. De ce fait, seuls deux filtres sont nécessaires à la séparation des bandes de fréquences � positive � et � négative � issues du mélangeur. On se réfère à nouveau à la branche BR1. Un autre mélangeur MEL3 est couplé en sortie du filtre NFIL. Ce mélangeur MEL3 reçoit également sur une autre entrée une porteuse P3. Celle-ci est issue d'un multiplieur MUL apte à multiplier la fréquence d'un signal d'entrée, ce signal d'entrée étant issu de l'oscillateur OSC. Par exemple, la valeur de la fréquence de P3 peut être de l'ordre de 10 GHz. Comme indiqué ci-dessus, la valeur de la fréquence P3 est fonction de la bande de fréquences finale choisie en sortie du synthétiseur SYNT. Le mélangeur MEL3 est apte à transposer la bande de fréquences B1 de largeur 2*IB, à l'aide de la porteuse P3. Les résultats de cette 30 transposition sont les deux bandes de fréquences B1+ et B1- précitées. Un filtre référencé 2FILB couplé en sortie du mélangeur MEL3, est apte à séparer ces deux bandes de fréquences B1+ et B1-. Chacune est délivrée alternativement à une entrée d'un moyen de mélange MMEL via un commutateur COM. Dans cet exemple, le moyen de mélange comprend deux mélangeurs référencés MEL41 et MEL42, montés en parallèle. Chaque mélangeur est apte à recevoir les signaux délivrés par le filtre 2FILA, c'est-à-dire les signaux de la deuxième bande de fréquences B2 transposés et filtrés, de largeur 2*IB2. Un filtre 4FILC est alors apte à filtrer les signaux issus du moyen de mélange MMEL, de façon qu'il couvre une bande de fréquences désirée, dont la largeur est égale ici à 4*IB2. Cette bande de fréquences est centrée sur P3. La largeur de la bande de fréquences 4*IB2 obtenue équivaut au double de la largeur de bande obtenue avec une architecture selon l'art antérieur. Pour davantage élargir la bande de fréquence finale, il est possible de paralléliser plusieurs blocs BLC, en alimentant le multiplieur de chaque nouveau bloc par différentes porteuses, chacune étant espacée de la porteuse précédente d'un espace fréquentiel de 4*(2161+IB2).20 REVENDICATIONS1. Procédé de synthèse de fréquences de type mixte analogique/numérique, les fréquences synthétisées étant comprises dans une bande de fréquences finale choisie, caractérisé par le fait qu'il comprend : - une génération de signaux (A) en balayant une première bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un premier pas de fréquence prédéterminé, suivie d'une mise sur porteuse (B) des signaux de la première bande à l'aide une première porteuse, - une génération de signaux (A) en balayant une deuxième bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un deuxième pas de fréquence prédéterminé, suivie d'une mise sur porteuse des signaux de la deuxième bande à l'aide une deuxième porteuse (B), - une transposition des signaux de la première bande à l'aide d'une troisième porteuse fonction de la bande de fréquence finale choisie (C), et - un mélange des signaux de la deuxième bande avec les signaux 20 de la première bande transposés (D). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur du deuxième pas est inférieure à la valeur du premier pas, la valeur du premier pas correspondant à la largeur de la deuxième bande de fréquence. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur du 25 deuxième pas est supérieure à la valeur du premier pas, la valeur du deuxième pas correspondant à la largeur de la largeur de la première bande de fréquence. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la synthèse de fréquences est cohérente. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque transposition et mise sur porteuse est suivie d'un filtrage adapté. 6. Synthétiseur de fréquences de type mixte analogique/numérique, les fréquences synthétisées étant comprises dans une bande de fréquences finale choisie, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un premier moyen de synthèse de fréquences (GGP) apte à générer des signaux en balayant une première bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un premier pas de fréquence prédéterminé, - un premier mélangeur (MEL1) couplé en sortie du premier moyen de synthèse de fréquences, apte à recevoir une première porteuse en entrée et à mettre sur porteuse les signaux de la première bande à l'aide de la première porteuse, - un deuxième moyen de synthèse de fréquences (GPF) apte à générer des signaux en balayant une deuxième bande de fréquences, les fréquences de deux signaux consécutifs étant séparées d'un deuxième pas de fréquence prédéterminé, - un deuxième mélangeur (MEL2) couplé en sortie du deuxième moyen de synthèse de fréquences, apte à recevoir une deuxième porteuse en entrée et à mettre sur porteuse les signaux de la deuxième bande à l'aide de la deuxième porteuse, - un troisième mélangeur (MEL3) apte à transposer en fréquences 25 les signaux de la première bande à l'aide d'une troisième porteuse fonction de la bande de fréquence finale choisie, et - un moyen de mélange (MMEL) apte à mélanger les signaux de la deuxième bande avec les signaux de la première bande transposés. 7. Synthétiseur selon la revendication précédente, dans lequel la 30 valeur du deuxième pas est inférieure à la valeur du premier pas. 8. Synthétiseur selon la revendication 6, dans lequel la valeur du deuxième pas est supérieure à la valeur du premier pas. 9. Synthétiseur selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel chaque composant alimenté est alimenté par un unique oscillateur de 5 référence (OSC). 10. Synthétiseur selon l'une des revendications 6 à 9, comprenant en outre en sortie de chaque mélangeur (MEL1, MEL2, MEL3) et du moyen de mélange (MMEL), un filtre adapté (NFIL, 2FILA, 2FILB, 4FILC). 11. Synthétiseur selon la revendication précédente, 10 dans lequel la première bande de fréquences transposée comprend deux sous-bandes de fréquences (B1+, B1-), dans lequel ledit moyen de mélange (MMEL) comprend deux mélangeurs (MEL41, MEL42), chacun étant apte à recevoir les signaux mis sur porteuse de la deuxième bande de fréquences, 15 ledit synthétiseur comprenant en outre un commutateur (COM) couplé en sortie du filtre de sortie du troisième mélangeur (MEL3), ledit commutateur (COM) étant apte à délivrer lesdites sous-bandes à l'un ou l'autre des mélangeurs du moyen de mélange (MMEL). 12. Utilisation d'un synthétiseur (SYNT) selon l'une des 20 revendications 6 à 12, au sein d'un radar aéroporté. 25