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SYSTEMES MODULATEURS D'IMPULSIONS ELECTRIQUES
La présente invention est relative à des systèmes mo- dulateurs et, plus particulièrement, à une méthode et à des organes nouveaux, pour la modulation en largeur d'impulsions, suivant des signaux porteurs de communications. La présente invention se réfère en partie à la demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique, le 23 Novembre 1943, sous le N 511.406.
L'un des objets de l'invention est l'obtention d'une méthode et d'organes nouveaux, pour la modulation en largeur d'une série d'impulsions de largeurs normalement égales, en vue de la transmission de la communication.
Un autre objet de l'invention est l'obtention d'un système modulateur de largeur d'impulsions à bande dynamique amé- liorée et à variation minimum de puissance moyenne.
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Un autre objet encore de l'invention est de tirer d'un circuit excité par choc par des impulsions, une série d'impulsions de largeur variable, modulées suivant une communication prédéterminée à transmettre.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui re- présentent, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de mise en oeuvre de ladite invention.
La figure 1 est un schéma représentant en partie symboli- quement, sous forme de rectangles, une forme préférée de système mo- dulateur de largeur d'impulsions, conforme à certaines caractéris- tiques de l'invention.
La figure 2 est un diagramme montrant, à titre d'exemple, la relation de temps entre une série d'impulsions non modulées, une onde modulatrice et les impulsions modulées en largeur résultantes, suivant le système représenté sur la figure 1.
La figure 3 est un schéma représentant, sous la même forme que la figure 1, une variante du circuit modulateur de largeur d'im- pulsions.
La figure 4 est un diagramme analogue à celui de la fig.2, montrant le mode de fonctionnement du système de la figure 3.
La réalisation de l'invention représentée sur la figure 1 comporte une source de tension 1, de type connu quelconque, présentait une caractéristique de variation de potentiel relativement abrupte.
Une forme convenable, représentée à titre d'exemple, produit des im- pulsions sensiblement rectangulaires, telles que a, b. Ladite série d'impulsions est appliquée à un circuit résonnant 2, aux bornes du- quel est monté un redresseur 3, dont la fonction est de limiter les ondulations résultant de l'excitation par choc du circuit 2, à la première ondulation d'une polarité. Un tube à réactance 4 est monté en parallèle, effectivement, avec le circuit résonnant 2. La grille de commande dudit tube est excitée par une source de tension modula- trice 5.
Comme il est bien connu dans la technique, le tube a réac-
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tance 4 présente, une impédance additionnelle aux bornes du circuit accordé 2, dont la valeur, si on la fait varier, modifie l'accord du circuit 2 entre certaines limites prédéterminées. Dans cette ré- alisation, le tube à réactance 4 présente une résistance variant en synchronisme aveo le signal modulateur aux bornes du circuit accordé, résistance qui sert à faire varier la fréquence de résonance, sui- vant des lois bien connues. Etant donné que le tube 4 est en parallè- le aveo la résistance R, par rapport au circuit accordé 2, il existe une composante de modulation aux bornes de ladite résistance R. La résistance R est choisie relativement élevée par rapport à la résis- tance du tube 4.
En faisant passer l'énergie de sortie du circuit accordé 2 à travers un circuit passe-haut 6, on élimine les oompo- santes de modulation à basse fréquence produites aux bornes de la résistance R. L'énergie de sortie du filtre 6 traverse un conforma-. teur-amplificateur convenable 7, de manière à redonner aux impulsion± la forme rectangulaire et une nouvelle conformation peut être, si on le désire, appliquée aux dites impulsions par différentiation et inversion en 8, de telle manière qu'on obtienne des impulsions étroi- tes, dont la position dans le temps correspond aux flancs avant et arrière desdites impulsions rectangulaires.
Sur la figure 2, la courbe 2 représente une série d'im- pulsions rectangulaires de largeurs égales et également espacées, à à j incluse, produites par la source d'impulsions 1 et appliquées au circuit résonnant 2. Toutefois les impulsions de la source 1 peuvent avoir des formes variées, à condition qu'elles présentent un flanc soit avant, soit arrière ayant une position dans le temps déterminée, comme exposé ci-dessous. Ledit circuit 2 a une fréquence de résonance normale qui peut être modifiée par le fonctionnement du tube à réactance 4 sous la commande d'une source de modulation quelconque, indiquée, à titre d'exemple, par l'onde de tension B.
Si l'on suppose que la fréquence de résonance normale du circuit accordé 2 a lieu pour la tension de modulation négative maximum, ladite fréquence de résonance varie alors entre des limites prédé-
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terminées par les maxima positif et négatif de la courbe de la ten- sion modulatrice.
La série d'ondes indiquée en C, figure 2, montre les premières ondulations qui apparaissent à la sortie du circuit réson- nant 2 lors de l'excitation par choc dudit circuit, par l'application de la série d'impulsions a à j. Il est à noter, par exemple, que les impulsions résultantes a1, e1, j1, ont toutes une largeur égale, étant donné que lesdites Impulsions représentent les premières ondu- lations du circuit excité par choc ayant lieu lorsque la tension mo- dulatrice commandant le tube à réactance 4 a une valeur nulle.
A me- sure que la tension modulatrice augmente, l'accord du circuit excité par choc 2 varie, de sorte que les premières ondulations produites sont légèrement plus larges; par exemple, l'impulsion b1 est plus large que l'impulsion a1 et l'impulsion c1 ayant lieu à la valeur positive maximum de l'onde de tension modulatrice est la modulation la plus large produite. Inversement, à mesure que la tension modula- trioe décroît, la largeur des impulsions décroît également; par exem- ple dl a la même largeur que b1 et à mesure que la courbe de tension modulatrice prend une valeur de plus en plus négative, lesdites im- pulsions deviennent de plus en plus étroites, de sorte que f1 est plus étroite que e1 et que G1, à la valeur négative maximum, est l'impulsion la plus étroite de toutes.
A mesure que la courbe de la tension modulatrice s'élève, les Impulsions augmentent à nouveau en largeur, comme indiqué par les ondulations h1 et j1. Les ondulations a1 à j1, après avoir traversé le conformateur-amplificateur 7, peuvent être conformées à nouveau, si on le désire, en impulsions rectangulaires, a2 à j2 incluse, ayant respectivement le même es- pacement que les impulsions originales a à j, mais de largeur va- riable, suivant le tension modulatrice appliquée à partir de la source 5 au tube-réactance 4. Lesdites impulsions rectangulaires modulatrices finales peuvent être, si o le désire, comme exposé précédemment, différentiées en impulsions étroites a3, a'3' etc. correspondant respectivement aux flancs avant et arrière.
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Il y a lieu de noter ici que, pour obtenir les ondulations de tension par choc aux bornes du circuit accordé, comme décrit précédemment, il est nécessaire de s'assurer qu'une impulsion de courant analogue aux ondes A et B, traverse le circuit accordé. On y parvient à l'aide de la forte résistance-série 9 de la figure 1.
Le tube redresseur 3 élimine les ondulations négatives qui suivent les ondulations positives, de sorte que seules les impulsions - positives désirées sont obtenues. Par exemple, le redresseur élimine l'ondulation a'1 suivant l'ondulation a1 et l'ondulation négative c'1 qui suit ordinairement l'ondulation c1. Le redresseur 3 élimine éga- lement l'ondulation négative qui serait provoquée par le flanc ar- rière des Impulsions rectangulaires originales, par exemple l'ondu- lation négative a", qui résulterait autrement du flanc arrière de l'impulsion a et l'ondulation négative c"1 qui résulterait autre- ment du flanc arrière de l'impulsion c et qui, dans ce cas, commen- cerait simultanément avec l'ondulation négative ci 1 suivant l'ondu- lation positive c1.
On peut voir, ainsi, que l'invention établit un système de modulation de largeur d'impulsions simple, produisant soit en vue d'une transmission directe, soit pour un potentiel de modulation por- teur à fréquence radioélectrique, des impulsions d'amplitude sensi- blement égale et de largeur modulée suivant la communication, ou au- tre signal modulateur quelconque.
Dans le cas où les impulsions rectangulaires originales sont relativement étroites, ce qui empêche la production d'impulsions de largeur plus grande, on a intercalé dans le dispositif de la fig.3 un circuit 10, conformateur d'impulsions à flanc avant vertical et à flanc arrière à variation exponentielle, tel que celui décrit dans la demande de brevet déjà citée. Par exemple, sur la fig.3, il est indi- qué une source d'impulsions 1' qui peut produire des impulsions rela- tivement étroites k, 1 etc. Lesdites impulsions sont, tout d'abord, différentiées par le circuit différentiateur résistance-condensateur 9, puis appliquées au circuit 10, qui comporte la triode 11.
A la sor- tie du circuit 10, on obtient des impulsions négatives ayant un flanc
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avant sensiblement rectiligne et un flanc arrière asymptotique. En ce qui concerne le circuit représenté, lesdites Impulsions négatives résultantes sont, de préférence, appliquées à travers un inverseur de phase 12, qui produit des impulsions positives de forme analogue, indiquées par exemple, en k', Il etc. Lesdites impulsions sont alors appliquées à une penthode à impédance d'anode élevée 13, dont l'énergie de sortie est appliquée au circuit résonnant 2.
Un redres- seur 3 est relié comme sur la fig.l (à celà près que les connexions d'anode et de cathode sont inversées), en parallèle avec le circuit résonnant 2 et le tube-réaotanoe 4 est commandé par la source de tension modulatrice 5. Les impulsions tirées du circuit résonnant excité par choc 2 sont appliquées à travers le filtre 6 et peuvent être conformées à nouveau dans le conformateur-amplificateur 7.
Toutefois il est à noter que le tube-réactance 4 est relié, en fait, directement au circuit résonnant 2, ce qui élimine pratiquement la composante de modulation présente aux bornes de la résistance R de la' figure 2. La faible impédance du circuit résonnant 2 présente encore, toutefois, des composantes de modulation qui sont filtrées en 6. Lorsque le circuit 2 a un coefficient de surtension élevé, le filtre 6 peut être omis étant donné que dans ce cas, les composantes de modulation sont négligeables.
Sur la figure 4, l'effet qui se produit dans le circuit modulateur de la figure 3 est représenté grossièrement, par une série de diagrammes. On peut voir qu'une série d'impulsions rectan- gulaires étroites, comme indiqué en k à s inclus, est transmise, par le circuit inverseur de phase et par le circuit conformateur 10, en impulsions plus larges, k' à s' inclus, à flanc avant vertical et flanc arrière à variation exponentielle. Les flancs avant desdites impulsions excitent par choc le circuit résonnant 12 pour produire, de façon correspondant à la valeur instantanée de l'onde modulatrice, des ondulations initiales k1 à s1.
Le tube redresseur 3 supprime les ondulations positives suivant les ondulations négatives dé- sirées , mais le problème des ondulations négatives provenant
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des flancs arrière abrupts des impulsions reotangulaires k à s est résolu par la transformation desdites impulsions rectangulaires en impulsions dont le flanc arrière est à variation exponentielle.
Etant donné qu'il peut être désirable, ou même indispensable, que les ondulations résultantes produites par l'excitation par choc du circuit résonnant aient une ;largeur plus grande que la largeur des impulsions originales, il est clair que ce résultat est rendu possi- ble par la caractéristique de l'invention relative aux impulsions à flanc avant vertical et à flanc arrière à variation exponentielle.
C'est par cette caractéristique que l'invention élimine la produc- tion d'ondulations négatives, qui seraient autrement produites par les flancs arrière des impulsions d'entrée rectangulaires. par exem ple, si lesdites impulsions d'entrée avaient une largeur inférieure à celle de la première ondulation, l'ondulation négative résultant du flanc arrière provoquerait des variations dans la forme normale des ondulations positives. Un tel effet nuisible est indiqué par les ondulations négatives k'1 et par l'ondulation positive résultante r1, courbe d, figure 4, où l'impulsion k est utilisée comme impul- sion d'exoitation par choc. De cette manière, même aveo une source d'impulsions relativement étroites, l'invention produit des impul- sions modulées en largeur ayant une caractéristique de forme donnée.
D'après la description qui précède, il apparait aisément que le cire cuit résonnant 2 peut être excité par choc par des impulsions de dif- férentes formes autres que rectangulaires et par des impulsions à flanc avant vertical et à flanc arrière à variation exponentielle, à condition que les formes d'impulsions présentent des flancs d'exci- tation par choc d'une polarité donnée et une variation de potentiel suffisamment abrupte, règlée dans le temps suiv¯ant un diagramme conforme aux limites d'accord du circuit.
La position dans le temps des chocs n'est pas nécessairement régulière mais elle peut avoir lieu à des intervalles irréguliers, à conditions que lesdits chocs soient suffisamment fréquents pour qu'on obtienne un nombre d'impul- sions de sortie siffusant, pour définir de manière convenable, la
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communication modulatrioe.
Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que les impulsions des ondulations de la courbe C, fig.2 et de la courbe D de la fige 4 peuvent être utilisées directement pour moduler une onde porteuse en vue d'une transmission. En fait, lesdites impulsions nécessitent une bande de fréquence beaucoup plus étroite que les impulsions rectangulaires de la courbe D de la fige 2 et de la courbe E de la fig. 4, ladite bande étant essentiellement déterminée par la pente des flancs avant et arrière. Le rapport signal/bruit des im- pulsions ondulées est, toutefois, plus faible que celui des impul- sions rectangulaires.
Les impulsions étroites de la courbe E de la fig.2, produites par différentiation des impulsions rectangulaires., servent d'impulsions de modulation, en vue de la transmission mieux que les impulsions rectangulaires sans augmenter la largeur de bande nécessaire et avec des exigences réduites en ce qui concerne la puis- sance transmise.
Bien entendu, l'invention est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, et sans s'écarter du domaine de l'invention.