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Circuit mélangeur équilibré
L'invention concerne les systèmes dénommés mélangeurs pour circuits à courant alternatif et, en particulier, des dispositifs de suppression des fréquences images dans de tels systèmes. Elle s'applique particulièrement aux mélangeurs utilisés dans les récep- teurs, du type superhétérodyne, pour la radio ou les communications par fil.
Les récepteurs superhétérodynes de courants porteurs modulés captent à leur entrée une fréquence porteuse modulée qu'ils appliquent ensuite à un mélangeur qui reçoit en même temps un courant alternatif fourni par un générateur local dont la fréquence diffère de la fréquence du courant porteur d'une fraction relati- vement petite de cette dernière. Dans ces conditions, la tension de sortie du mélangeur peut être représentée par des tensions
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alternatives de deux fréquences différentes, l'une étant égale à la somme des fréquences de la tension porteuse et de la tension locale, l'autre à la différence de ces fréquences.
Dans les sys- tèmes classiques, le circuit de sortie est accordé sur une de ces fréquences, habituellement la fréquence différence connue'sous le nom de moyenne fréquence, ou M.F., avec le résultat que toutes les autres fréquences ont des valeurs négligeables dans l'onde de tension de sortie. Des amplificateurs spécialement étudiés pour amplifier efficacement cette fréquence moyenne servent à alimenter en énergie les étages suivants du récepteur.
Quoique le dispositif mélangeur ait été décrit dans son application à un récepteur superhétérodyne, d'autres cas se pré- sentent dans le domaine du courant alternatif, où il est nécessaire d'employer des mélangeurs pour obtenir une fréquence modifiée d'une tension d'entrée, en faisant battre celle-ci avec une fréquence provenant d'un générateur local, et la présente invention s'appli- que également bien à ces derniers cas.
Comme l'amplificateur moyenne fréquence a été étudié spécialement pour traiter une valeur fixe de moyenne fréquence, il faut, si de tels récepteurs superhétérodynes doivent recevoir des courants porteurs de fréquences différentes à des moments différents,que le générateur local soit pourvu d'un dispositif tel que sa fréquence puisse varier de manière à amintenir une fréquence moyenne fixe. Si, comme cela se fait habituellement, les circuits récepteurs, parcourus par la fréquence porteuse, précédant le mélangeur, sont accordés sur cette fréquence por- teuse, il est nécessaire de maintenir une certaine relation fixe entre les valeurs des éléments d'accord du circuit porteur et celles des éléments du circuit du générateur local.
Maintenir une telle relation fixe s'appelle faire de la "commande unique", #
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et si le problème de la commande unique a été convenablement résolu dans les cas où la variation de la fréquence porteuse ne dépassait pas le rapport trois à un, il y a des cas où il serait ' utile de pouvoir capter des courants porteurs ayant une gamme de variation beaucoup plus étendue; le problème de la commande unique est alors si difficile, qu'aucune solution satisfaisante n'a été trouvée.
Un des cas où l'on rencontre des difficultés considé- rables est celui de la réception broadcasting, où l'antenne reçoit en même temps des ondes de fréquences très diverses. Il faut re- marquer qu'il est possible d'avoir deux fréquences qui, battant avec une fréquence locale donnée, produisent la même moyenne fréquence ; une fréquence qui est inférieure à celle de l'oscilla- teur local d'une valeur égale à la moyenne fréquence donnée, et une autre fréquence supérieure à celle de l'oscillateur local de la même valeur. Une de ces deux fréquences est dénommée communé- ment "fréquence image" de l'autre.
Si, comme il a été dit, l'an- tenne d'un récepteur superhétérodyne est alimentée par des ondes radio-électriques de nombreuses fréquences différentes, il est tout-à-fait possible, et cela arrive souvent en pratique, qu'une seconde fréquence soit présente dans les ondes radio-électriques atteignant l'antenne qui est la fréquence image du signal que l'on désire recevoir. Dans ce cas, le signal désiré et le signal image passeront tous deux dans l'amplificateur moyenne fréquence et de là à la sortie ou circuit de charge du récepteur. Il est clair que les circuits accordés de la fréquence porteuse pré- cédant le mélangeur rejetteront jusqu'à un certain point le signal indésirable,mais en pratique cette réjection est loin d'être parfaite.
L'invention a donc principalement pour but de créer un
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système mélangeur dans lequel la fréquence désirée est séparée de la fréquence image sans faire appel aux propriétés de résonance des circuitsaccordés.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est re- présentée, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La figure 1 est un schéma de connexions montrant les éléments du système conforme à l'invention; et
La figure 2 est un schéma détaillé montrant les tubes électroniques et les circuits de réalisation du système représenté à la figure 1.
Comme le montre la figure 1, le nouveau système comprend deux mélangeurs identiques 1 et 2 de type classique quelconque approprié. Ces tubes mélangeurs reçoivent des signaux d'entrée identiques qui comprennent chacun le signal désiré et le signal image. Ils reçoivent également des tensions provenant d'un tube oscillateur commun 3. Ces tensions venant du tube 3 ont même amplitude, mais sont déphasées de telle manière que la tension appliquée au mélangeur 2 est en avance de nonante degrés sur la tension appliquée au mélangeur 1.
Un circuit déphaseur 4, d'un type classique quelconque, convient, pourvu qu'il puisse réaliser ce déphasage dans toute la gamme de fréquences des signaux porteurs pouvant être envoyés aux mélangeurs 1 et 2, en cours de fonctionnement. Un circuit déphaseur convenable est représenté à la figure 2 et sera décrit ultérieurement.
Les sorties des mélangeurs 1 et 2 sont ensuite réunies dans un dispositif dénommé circuit de combinaison de phases 5.
Ce circuit de combinaison de phases est arrangé de façon à dé- phaser la sortie du mélangeur 2 de nonante degrés en avant par rapport à la sortie du mélangeur 1 et à produire ensuite une #
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tension de sortie proportionnelle à la différence entre les composantes introduites par la fréquence image dans les deux tensions citées en dernier lieu. Un circuit de combinaison de phases convenable est représenté à la figure 2 et comprend les éléments de circuit numérotés de 46 à 52. La tension résultante à la sortie du circuit de combinaisons de phase correspondra au signal désiré, toutes les tensions correspondant au signal d'image étant complètement annulées par opposition.
Pour faciliter la compréhension, on considérera d'abord uniquement le fonctionnement du mélangeur 1 quand il reçoit à son entrée les deux signaux normal et d'image. Parmi les éléments formant l'expression mathématique de la sortie de ce mélangeur, il y a un terme contenant le produit des fréquences du signal désiré et de l'oscillateur local. Si un signal normal est re- présenté par A sin w t et le signal oscillateur pour le mélangeur 1 par B sin # t, le terme du produit contient le facteur AB sin# t sin #t. Ce facteur peut, en trigonométrie, être divisé en ses composantes :
EMI5.1
AB cos ( h- - w t 2 et -AB cos ( il + éV ) t.
2
Le transformateur de sortie dans le circuit plaque mélangeur est accordé à la moyenne fréquence. Si la fréquence de l'oscillateur est réglée sur une fréquence supérieure à la fré- quence désirée et décalée de la valeur de la moyenne fréquence, le terme de différence AB cos (#1-#) t représentera la tension
2 aux bornes du transformateur de sortie. Les autres fréquences sont court-circuitées.
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En analysant de même une fréquence image comprenant un signal indésirable C sin #1t de fréquence supérieure à celle de l'oscillateur et différant de celle-ci de la valeur de la moyenne fréquence, on verra qu'un second terme moyenne fréquence apparaîtra aux bornes du transformateur de sortie. Ce terme dû au signal image, peut être représenté par BC cos (#1l - #) t.
2
Dans le second mélangeur, les mêmes signaux d'entrée sont appliqués à la grille de signal, mais la fréquence de l'oscil- lateur injectée est déphasée en avance de 90 degrés, de sorte que le signal oscillateur pour ce mélangeur peut être' représenté par l'expression B cos #t. Le terme différence de moyenne fré- quence pour le signal désiré (inférieur en fréquence à la fréquence de l'oscillateur) peut être représenté par -AB sin (Il - #) t.
2 Pour le signal d'image, le terme moyenne fréquence est :
EMI6.1
- BC sin ( Gl) l - n) t.Comme sin ( - lf ) = - sin tp " ceci équivaut
2 à + BC sin ( #1- il.) t. Les sorties des deux mélangeurs sont 2 réunies dans le circuit de combinaison de phases, dans lequel la phase relative de la sortie du mélangeur 2 est déphasée en avant de 90 degrés par rapport à la sortie du mélangeur 1. Ceci donne pour la sortie portée au compte du mélangeur 2 les termes :
EMI6.2
- AB cos s ( .(1 - u ) t 2 pour le signal désiré et + BC cos ( c.U 1 - h ) t 2 pour le signal image.
La sortie du circuit de combinaison de phases est égale à la différence entre les sorties des deux mélangeurs après que la sortie du mélangeur 2 a été déphasée en avant de 90 degrés par rapport à la sortie du mélangeur 1, ce qui donne pour le signal désiré :
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EMI7.1
AB cos s (-- - w ) t + AB cos s (-a-. - W ) t = AB cos (A.- GJ )t, 2 2 et pour le signal image :
EMI7.2
BCcos ( 1 --- ) t - BCcos (.1) 1 --'1..) t = o. 2
Donc à la sortie du circuit de combinaison de phases nous trouvons un signal désiré (de fréquence #, inférieure à 2# la fréquence # de l'oscillateur ) qui bat avec l'oscillateur 2# de façon à donner la moyenne fréquence et qui est d'amplitude dou- ble, tandis qu'un signal d'image (de fréquence 1 supérieure 2# à la fréquence -Il-- de l'oscillateur) est annulé par opposition.
2#
L'étude des équations montre que si, au lieu de dé- phaser la sortie du mélangeur 2 de 90 degrés en avant par rapport à la sortie du mélangeur 1, on la déphase de 90 degrés en arrière, les termes représentant le signal désiré, c'est-à-dire la fré- quence#- #,, s'annuleront mutuellement tandis que les termes 2# de la fréquence image, c'est-à-dire # 1-#, s'ajoutent.
2# Cela signifie qu'il est possible de choisir la fréquence d'entrée "image" ou fréquence supérieure #1 comme fréquence du circuit 2# de sortie au lieu de la fréquence "désirée" ou fréquence d'entrée inférieure 61-) . Un tel glissement en arrière peut s'obtenir 2# de différentes façons bien connues, par exemple en intervertissant simplement les bornes de l'inductance 47.
En se reportant à la figure 2, une tension d'entrée venant, par exemple, d'une antenne et comprenant à la fois un signal d'onde porteuse modulée normal et une porteuse indésirable décalée, en fréquence, de la porteuse normale de deux fois la moyenne fréquence du système récepteur, est appliquée aux bornes 10, 11. Le canal partant des bornes 10, 11 peut contenir, si on le désire, un filtre passe-bas comprenant une self 12 une paire de condensateurs 13, 14. De tels filtres sont
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tout-à-fait classiques. En fait leur emploi est facultatif mais s'ils sont utilisés, leur fréquence de coupure devra être supé- rieure à la plus haute fréquence porteuse à recevoir, mais inférieure à la somme de la plus basse fréquence à recevoir et de la plus basse fréquence de l'oscillateur local 3.
La sortie du filtre passe-bas est mise aux bornes d'une résistance appropriée 15 dont une extrémité est reliée par l'inter- médiaire d'une batterie de polarisation 16 aux cathodes de deux tubes mélangeurs 1 et 2. L'autre extrémité de la résistance 15 est connectée aux grilles de commande des tubes mélangeurs 1 et 2.
Ceux-ci peuvent être d'un type quelconque approprié, mais sont représentés, pour la simplicité, comme des tétrodes, dont les anodes sont réunies par l'intermédiaire d'une paire de circuits anti-résonnants comprenant respectivement les condensateurs 17, 18 et les selfs 19, 21. Les bornes communes des deux circuits anti-résonnants indiqués ci-dessus sont reliées à la borne posi- tive d'une source de tension appropriée 22 dont la borne négative est connectée aux cathodes des tubes 1 et 2. Les autres électro- des de commande des tubes 1 et 2 sont, respectivement, connectées à leurs cathodes par l'intermédiaire de selfs 23, 24 et de conden- sateurs 25, 26, ceux-ci étant shuntés par les résistances 27, 28.
La source de tension 22 fournit aussi du courant à un générateur d'oscillations 31 d'un type approprié quelconque, mais représenté ici sous forme d'un oscillateur Hartley, ayant sa cathode reliée à un point intermédiaire d'une self 32 shuntée par un condensateur variable 33. Une extrémité de la self 32 est reliée par un condensateur 34 à l'anode de l'oscillateur 31, tan- dis que l'autre extrémité de la self 32 est reliée à la borne négative de la source de tension 22 et aussi à l'électrode de commande du tube 31, par l'intermédiaire d'un condensateur 35
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shunté par une résistance 36. Le circuit de l'oscillateur 31 décrit ci-dessus, est de type classique.
Une self 37, couplée inductivement à la self 32, a une de ses extrémités connectée, à travers une self 38 et un con- densateur 39, à l'électrode de commande d'un tube mélangeur 2.L'autre extrémité de la self 37 est reliée à travers une self 41 et une résistance 42 à l'électrode de commande de l'autre tube mélangeur 1. Une prise milieu sur la self 41 est connectée par l'intermédiaire d'un condensateur 43 et d'une résistance 44 au point commun de la self 37 et de la self 38, et le point commun du condensateur 43 et de la résistance 44 est relié par un condensateur approprié 45 aux cathodes des tubes mélangeurs 1 et 2. Dans le dispositif décrit, les résistances 42 et 44 sont, de préférence, de valeur égale, ainsi que les condensateurs 39 et 43.
La self 41 a une valeur quatre fois plus élevée que celle de la self 38. Les éléments numérotés de 38 à 44 forment le circuit déphaseur 4 de la figure 1. Par son intermédiaire, l'oscillateur 31 envoie aux deux tubes mélangeurs 1 et 2, deux tensions iden- tiques déphasées l'une par rapport à l'autre de 90 degrés. Le circuit d'entrée 10, 11 applique à ces mêmes tubes mélangeurs une paire de tensions à la fréquence porteuse et à la fréquence image, et les tubes mélangeurs 1 et 2 appliquent respectivement aux selfs 19 et 21, une paire de tensions à la fréquence différence entre l'oscillateur 1 et les deux tensions d'entrée mentionnées à l'instant.
Deux selfs 46 et 47, couplées inductivement aux selfs 19 et 21 respectivement ont leurs extrémités voisines reliées entre elles et leurs extrémités opposées connectées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une chaîne constituée d'une résis- tance 48, d'un condensateur 49, d'une résistance semblable 51 et. d'un condensateur semblable 52. Le point commun du condensateur
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49 et de la résistance 51 est relié au point commun des selfs 46, 47. Un circuit de sortie à la moyenne fréquence a ses bornes formées par le point commun de la résistance 48 et du condensateur 49 et par le point commun de la résistance 51 et du condensateur 52.
Comme le courant qui traverse les éléments numéros 48 à 52 est à la moyenne fréquence fixe, les valeurs de ces éléments peuvent être proportionnées, par des moyens trop bien connus pour être décrits ici, de façon que la somme de l'angle de retard de la tension aux bornes du condensateur 49 sur la tension de sortie du mélangeur 1 plus l'angle d'avance de la tension aux bornes de la. résistance 51 sur la tension à la sortie du mélangeur 2, soit égale à 90 degrés.
Par exemple les résistances 48 ét 51 peuvent avoir la même valeur en ohms que les réactances à la moyenne fréquence des condensateurs 49 et 52.
La description précédente montre que l'invention cre un circuit dans lequel des fréquences différentes d'une fréquence standard dans uh sens, sont séparées des fréquences différentes de cette fréquence standard dans le sens opposé. L'invention crée en plus un système superhétérodyne dans lequel un signal désiré est séparé d'un signal de fréquence image, dans une gamme très étendue de fréquences porteuses. Un avantage particulier de l'invention réside dans le fait que des variations de fréquence porteuse peu- vent être bonifiées sans avoir recours à de la commande unique entre le circuit résonnant de l'oscillateur local et le circuit résonnant de la porteuse.
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