Brevet FR2960363A1 — publié le 20111125

DISPOSITIF DE TRANSPOSITION FLEXIBLE EN FREQUENCE LARGE BANDE POUR RECEPTEUR DE TELECOMMANDE SATELLITE, ET RECEPTEUR ASSOCIES La présente invention se rapporte à un dispositif de double transposition en fréquence pour un récepteur de télécommande satellite ainsi qu'au récepteur de télécommande satellite lui-même. Un récepteur de télécommande satellite est situé à bord d'un satellite géostationnaire ou défilant et met en oeuvre une liaison de télécommande et mesure de distance entre les stations au sol et ledit satellite connue sous l'appellation liaison TTC de l'anglais « Telemetry, Tracking and Command » Les solutions connues d'architectures de récepteurs TTC utilisent un oscillateur local délivrant le plus souvent une fréquence fixe ou un nombre restreint de fréquences. Par la variation de la fréquence du ou des oscillateurs locaux, on obtient une flexibilité de la fréquence de réception du récepteur. Cette fréquence peut être rendue programmable et pilotable à distance par l'utilisation d'un oscillateur local à synthèse de fréquence qui peut être entière ou fractionnaire. L'utilisation d'un synthétiseur de type fractionnaire connu combine les avantages d'une couverture en fréquence très large bande tout en assurant un pas de sélection en fréquence très fin. Cette possibilité de reconfigurer la fréquence d'un récepteur TTC permet par exemple de coordonner les fréquences de plusieurs satellites lors d'un changement de position orbitale ou d'éviter l'utilisation de certaines fréquences brouillées. Un des inconvénients majeurs de l'utilisation d'un synthétiseur fractionnaire dans les architectures de récepteur TTC provient de la dégradation des performances pour certaines bandes de fréquence prédéfinies.30 La présente invention a notamment pour objectif de résoudre les limitations des synthétiseurs fractionnaires connus en supprimant les bandes de fréquences interdites inhérentes à de tels dispositifs. La solution apportée par l'invention consiste à utiliser la flexibilité en fréquence d'un second oscillateur local à synthèse de fréquences que comporte le récepteur selon l'invention. Par le pilotage adéquat et simultané des deux oscillateurs locaux, les bandes de fréquence interdites d'un synthétiseur fractionnaire peuvent être évitées afin de permettre au récepteur de couvrir une très large bande de fréquence sans discontinuité. A cet effet l'invention a pour objet un dispositif de double transposition en fréquence comportant au moins une première chaîne d'amplification et de filtrage recevant un signal à une première fréquence FRF, un premier mélangeur de fréquences réalisant une première transposition en fréquence dudit signal vers une première fréquence intermédiaire FF,I et délivrant ledit signal transposé en entrée d'une deuxième chaîne d'amplification et de filtrage, un second mélangeur de fréquences réalisant une deuxième transposition vers une seconde fréquence intermédiaire FF12 du signal délivré par ladite deuxième chaîne et délivrant ledit signal transposé en entrée d'une troisième chaîne d'amplification et de filtrage, un premier synthétiseur de fréquences fractionnaire , de bande de boucle B, apte à produire une première fréquence synthétisée Fou en entrée dudit premier mélangeur et un second synthétiseur de fréquences entière ou fractionnaire apte à produire une seconde fréquence synthétisée FOL2 en entrée dudit second mélangeur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de pilotage des fréquences FOLI, Fou desdits premier et second synthétiseurs adaptés à exécuter les étapes suivantes : o Initialisation de la fréquence FOL2 à une première valeur donnée FOL2,A, o Pour un couple de fréquences (FRF, FF12) donné, détermination de la fréquence Fou à l'aide des relations suivantes : - Si FRF > FOL1 et FFI1 FOL1 et FFI1 > FOL2, FRF = FOL1 + FOL2 + FFI2 (6), - Si FRF FOL2, FRF = FOL1 - FOL2 - FFI2 (7), - Si FRF AFREF + 2BX IFOL2,B - FOL2,AI L'invention a également pour objet un récepteur de télécommande pour un satellite géostationnaire comportant au moins des moyens de démodulation d'un signal à la fréquence intermédiaire FFI2 et un dispositif de double transposition selon l'invention recevant un signal à la fréquence FRF et délivrant ledit signal transposé à la fréquence intermédiaire FFI2. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : La figure 1, un synoptique de l'architecture d'un récepteur de 5 télécommande satellite TTC selon l'art antérieur, La figure 2, un synoptique d'un oscillateur local à synthétiseur fractionnaire selon l'art antérieur, La figure 3, une table d'application numérique illustrant la relation entre la fréquence Fou et les fréquences parasites induites par l'utilisation 10 d'un synthétiseur fractionnaire, La figure 4, un exemple de bandes de fréquences inutilisables par un synthétiseur fractionnaire, La figure 5, un synoptique de l'architecture d'un récepteur de télécommande satellite TTC selon l'invention, 15 La figure 6, une table d'application numérique illustrant la détermination des fréquences Fou et FOL2. La figure 1 décrit l'architecture d'un récepteur TTC 10 selon l'art antérieur. II comporte au moins une chaine de gain 101 radio fréquence 20 recevant un signal à une fréquence FRF, un premier mélangeur 102 de fréquences qui réalise une première transposition en fréquence du signal délivré par la chaîne de gain 101 vers une première chaine de gain 103 à fréquence intermédiaire FI1 et un second mélangeur 104 de fréquences réalisant une deuxième transposition en fréquence du signal délivré par la 25 chaine de gain 103 à fréquence intermédiaire vers une seconde chaîne de gain 105 à fréquence intermédiaire FI2. Les chaines de gain 101,103,105 constituent essentiellement des moyens de filtrage et d'amplification des signaux qu'elles reçoivent en entrée. Le récepteur TTC 10 comporte également un premier oscillateur local 30 à synthèse de fréquence fractionnaire 106 générant une fréquence et un second oscillateur local à synthèse de fréquence entière ou fractionnaire 107 tous deux aptes à générer des fréquences synthétisées FoL1,FoL2 nécessaires aux deux transpositions successives. La double transposition de fréquence réalisée par les deux oscillateurs locaux 106,107 est nécessaire pour passer d'une fréquence élevée FRF en entrée du récepteur à une fréquence plus faible FI2 en entrée des moyens de démodulation 108 du signal. La fréquence FI1 est obtenue par transposition de la fréquence FRF par la fréquence Fou. La relation qui les lie est : FFII=FRF-FOLI Si FRF > FOL1 , (1) 10 ou FFI1= FOLI-FRF si FRF La fréquence FI2 est obtenue par transposition de la fréquence FI1 par la fréquence FoL2. La relation qui les lie est : FFI2 = FFII - FOL2 Si FFI1 > FOL2 , (3) 15 ou FFI2 = FOL2- FFI1 Si FFII Par souci de simplification, la suite de la description est basée sur les relations (1) et (4) sachant que l'invention s'applique de façon identique aux cas d'application des relations (2) et (3). 20 On obtient ainsi, en combinant les relations (1) et (4) l'expression FRF = Fou + FOL2 -FFI2 (5) Les moyens de démodulation 108 fonctionnent avec un signal d'entrée à fréquence fixe, la fréquence FF12 est donc une constante imposée par les spécifications du système. 25 Le récepteur opère sur une large bande de fréquence : FRFmIn La figure 2 schématise l'architecture d'un oscillateur local à synthèse fractionnaire selon l'art antérieur. Un oscillateur local à synthèse fractionnaire 106 comporte au moins 30 les éléments suivants. Un oscillateur à quartz 201 délivre une fréquence fixe de référence FREF, éventuellement préalablement divisée 206 par un facteur P, vers un comparateur 202. Un diviseur fractionnaire 203 réalise une division en fréquence dans le rapport N+K/M où N et K sont des paramètres programmables et M est le coefficient fractionnaire du synthétiseur 106 (0 La figure 3 illustre un exemple d'application numérique pour la génération de la fréquence Fou comprise entre 3000 et 4000 MHz à partir d'une fréquence de référence FREF de 50MHz et un paramètre M=100000. Dans cet exemple N est compris entre 60 et 80, K entre 0 et 99999. Le pas de fréquence de l'oscillateur local est de 500Hz. N et K sont deux paramètres de commandes de l'oscillateur local. Limitation des performances d'un synthétiseur fractionnaire selon l'art antérieur L'architecture d'un synthétiseur fractionnaire selon l'art antérieur tel que décrit à la figure 1 présente certaines limitations. Par interaction entre la fréquence Fou et la fréquence de comparaison FREF, il existe un phénomène connu de création de raies parasites qui dégradent la pureté spectrale du signal généré par le synthétiseur fractionnaire. Ces raies parasites se produisent de part et d'autre de la fréquence Fou à une distance en fréquence égale à ÉF = ± IFoLI - ( A.FREF)I avec (A FREF) la valeur multiple de FREF le plus proche de Fou, A étant un entier positif et 1 1 désignant la valeur absolue d'un nombre. La dernière colonne du tableau de la figure 3 indique les fréquences des raies parasites observées pour différentes valeurs de fréquence Fou dans une bande de fréquence utile comprise entre 3 GHz et 4 GHz et une fréquence FREF fixe égale à 50MHz. Le tableau de la figure 3 ne représente que quelques exemples de valeurs de fréquence Fou qu'il est possible de générer. On peut voir que les fréquences des raies parasites sont confondues avec la fréquence Fou lorsque celle-ci est égale à un multiple de la fréquence FREF. Lorsque Fou n'est pas égale à un multiple de la fréquence FREF, deux raies parasites apparaissent de part et d'autre de la fréquence Fou et sont d'autant plus éloignées de celle-ci que la valeur de la fréquence FOL1 s'éloigne d'un multiple de la fréquence FREF et se rapproche d'un multiple de la fréquence FREF/2. Dans l'exemple numérique de la figure 3, la distance en fréquence entre la fréquence Fou et les raies parasites est la plus élevée pour Fou = 3025 MHz. Les raies parasites sont localisées autour des fréquences multiples de la fréquence FREF. Le filtre de boucle 205 du synthétiseur fractionnaire 106 a notamment pour fonction de filtrer le bruit de phase et les raies parasites. Les performances de filtrage sont réglées en fonction d'un paramètre de bande de boucle qui est exprimé en Hertz. Ce paramètre est au moins fixé de façon à optimiser au moins le niveau de bruit de phase de l'oscillateur local. Les raies parasites sont également filtrées par le filtre de boucle 205 à un niveau acceptable pour le fonctionnement du récepteur TTC lorsque la distance OF entre une raie parasite et la fréquence Fou est supérieure à x fois la bande de boucle du synthétiseur fractionnaire 104. A titre d'exemple, X peut être pris égal à 10. Ce paramètre est réglé en fonction de la tolérance du récepteur aux perturbations liées aux raies parasites. En reprenant l'exemple numérique de la figure 3 et pour une bande de boucle B égale à 250kHz, les raies parasites pénalisantes pour le récepteur TTC sont situées dans des bandes de fréquence de ± 2.5MHz tous les 50MHz ce qui correspond à 10% de la bande totale. Ces bandes de fréquence représentent ainsi des bandes interdites où il n'est pas possible de générer une fréquence Fou sans apparition de raies parasites. Ainsi, l'utilisation d'un synthétiseur fractionnaire ne permet pas de couvrir de façon continue toute la bande de fréquence souhaitée avec un niveau de dégradation acceptable. De façon générale, le synthétiseur fractionnaire ne fonctionnera pas correctement pour des fréquences Fou situées dans des bandes de largeur 2B.X centrées autour des fréquences A.FREF avec A un entier strictement positif. La figure 4 schématise la répartition en fréquence des bandes interdites pour les applications numériques indiquées à la figure 3. La bande de fréquence de fonctionnement du récepteur TTC FRF est liée à la bande couverte par le synthétiseur fractionnaire 106 par la relation suivante FRF = Fou + FoL2 - FF12. Les bandes interdites ou inutilisables d'un tel synthétiseur fractionnaire 106 se répercutent sur la bande utile d'entrée du récepteur TTC. Pour résoudre ce problème, le récepteur TTC selon l'invention comporte, en outre des éléments déjà mentionnés à l'appui de la figure 1, un dispositif de pilotage de fréquence 500, tel que représenté à la figure 5, qui a pour fonction la détermination des fréquences adaptées de chaque synthétiseur 106;107 pour pouvoir couvrir en entrée du récepteur TTC toute la bande de fréquence souhaitée de façon continue sans avoir à éviter les bandes de fréquence interdites précédemment mentionnées. Les bandes interdites du premier synthétiseur fractionnaire 106 sont évitées par un changement adéquat de la fréquence du second synthétiseur 107 qui est adapté à générer au moins deux fréquences distinctes FOL2,A et FOL2,B dont l'écart en fréquence est supérieur strictement à la largeur d'une bande interdite, c'est-à-dire 2B.X ou 5 MHz avec les valeurs numériques utilisées pour l'exemple de la figure 3. Le second synthétiseur 107 est préférablement un oscillateur local à synthèse entière mais peut également être un oscillateur local à synthèse fractionnaire. L'architecture d'un récepteur TTC selon l'invention est illustrée à la figure 5. Ce récepteur comporte en plus des éléments déjà décrits à l'appui de la figure 1, un dispositif 500 qui permet le pilotage des fréquences Fou et Fou. Pour un couple de fréquences (FRF ,FFI2) donné, le dispositif 500 selon l'invention exécute les étapes suivantes. La fréquence du second synthétiseur 107 est initialement fixée à sa première valeur Fou = FOL2,A. La valeur de la fréquence Fou du premier synthétiseur fractionnaire 106 est déterminée à partir de la relation (5) FRF = Fou + Fou - FFI2 dans le cas où FRF > Fou et FFI1 FOL1 et FFI1 > Fou, alors FRF = FOL1 + Fou + FFI2 (6) Si FRF Fou, alors FRF = FOL1 - FOL2 - FFI2 (7) 10 Si FRF AFREF + 2BX IFOL2,B - FOL2,AI Le dispositif 500 selon l'invention exécute, pour un couple de fréquences (FRF ,FFI2) donné, les étapes précédentes afin de générer les fréquences (FoLu, FOL2) appropriées. Dans une variante de réalisation de l'invention, les relations (5),(6),(7) et (8) sont pré exécutées afin de générer une table, telle que celle illustrée à la figure 6, qui contient pour chaque couple de fréquences (FRF ,FFI2) le couple associé (FOLI, Fou). Le dispositif 500 est un circuit intégré numérique, par exemple un composant logique programmable, une mémoire morte ou tout autre dispositif permettant de délivrer à sa sortie une commande de fréquence des synthétiseurs 106,107. Le dispositif de pilotage 500 associé aux deux synthétiseurs 106,107 de fréquence et aux trois chaines de gain 101,103,105 constituent un dispositif de double transposition de fréquence 501 selon l'invention. La figure 6 présente dans un tableau les valeurs respectives des fréquences Fou et Fou qui sont générées par chaque synthétiseur de fréquence du récepteur TTC selon l'invention pour pouvoir couvrir toute la plage de fréquence en entrée du récepteur FRF sans discontinuité et dans le cas où la relation (5) s'applique. L'exemple de la figure 6 concerne une bande utile en entrée du récepteur comprise entre 4000 et 4500 MHz avec un second synthétiseur apte à générer, par exemple, soit la fréquence FoL2,A = 900 MHz soit la fréquence FOL2,B = 910 MHZ. La contrainte à respecter pour le choix de ces deux fréquences est que l'écart entre elle soit supérieur à 5 MHz et inférieur à 45 MHz. D'autres choix de fréquence sont possibles tant que les contraintes précitées sont respectées et ce dans le but de contourner la génération d'une fréquence Fou située dans une bande interdite tout en garantissant une continuité dans la couverture de la bande de fréquence en entrée.30 REVENDICATIONS1. Dispositif (501) de double transposition en fréquence comportant au moins une première chaine (101) d'amplification et de filtrage recevant un signal à une première fréquence FRF, un premier mélangeur (102) de fréquences réalisant une première transposition en fréquence dudit signal vers une première fréquence intermédiaire FFI1 et délivrant ledit signal transposé en entrée d'une deuxième chaine (103) d'amplification et de filtrage, un second mélangeur (104) de fréquences réalisant une deuxième transposition vers une seconde fréquence intermédiaire FFI2 du signal délivré par ladite deuxième chaine (103) et délivrant ledit signal transposé en entrée d'une troisième chaine (105) d'amplification et de filtrage, un premier synthétiseur de fréquences fractionnaire (106), de bande de boucle B, apte à produire une première fréquence synthétisée Fou en entrée dudit premier mélangeur (102) et un second synthétiseur de fréquences (107) entière ou fractionnaire apte à produire une seconde fréquence synthétisée Fou en entrée dudit second mélangeur (104), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (500) de pilotage des fréquences Fou, Fou desdits premier et second synthétiseurs (106,107) adaptés à exécuter les étapes suivantes : o Initialisation de la fréquence Fou à une première valeur donnée FOL2,A, o Pour un couple de fréquences (FRF, FFI2) donné, détermination de la fréquence Fou à l'aide des relations suivantes : - Si FRF > Fou et FFI1 Fou et FFI1 > FOL2, FRF = Fou + FOL2 + FFI2 (6), ^ Si FRF FOL2, FRF = FOL1 ' FOL2 - FFI2 (7), - Si FRF AFREF + 2BX IFOL2,B ' FOL2,AI 2. Dispositif (501) de double transposition en fréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens (500) de pilotage des fréquences FoLu, FoL2 sont adaptés à exécuter initialement et pour un ensemble de couples de fréquences FRF, FFI2 donnés lesdites étapes de calcul permettant de déterminer les valeurs associées des fréquences FoL1,FoL2 desdits synthétiseurs de fréquence (106,107) et à enregistrer l'ensemble des fréquences FRF,FFI2,FOLI,FOL2 obtenues dans une mémoire qu'ils comportent. 3. Dispositif (501) de double transposition en fréquence selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits moyens (500) de pilotage des fréquences FoLu, FoL2 sont réalisés par un circuit intégré de type ASIC ou FPGA comprenant au moins une mémoire. 4. Récepteur de télécommande pour un satellite géostationnaire comportant au moins des moyens de démodulation (108) d'un signal à la fréquence intermédiaire FF12 et un dispositif de double transposition selon l'une des revendications précédentes recevant un signal à la fréquence FRF et délivrant ledit signal transposé à la fréquence intermédiaire FF12.