Europâisches P a t e n t a m t ® à European Patent Office (J) Numéro de publication: © Numéro de dépôt: 82401515.0 © Date de dépôt: 10.08.82 © Priori^: 25.0&81 FR 8116215 @ Date de publication de la demande: 16.03.t3 BuMetin 83m © Etatscomractants designee: CH DE 6B IT U NL SE 074 2 9 4 Al Office européen des brevets DEMANDE 0 DE BREVET EUROPEEN © Intel* H 03 F 1 / 0 2 H 03 F 3/193, G 01 S 7/28 © Demandeur: LMT RADIO PROFESStONNELLE 4&47,QuMAIphonseU6alo F-92103 Boulogne Btt»ncoort(FR) ® Inventeur: NUrchand, Maurice " THOMSON-CSFSCP1 173 Boulevard Haussmanri F-7S379 Paris Cedex08(FR) © Inventeur: Haentjerts.Ysn THOMSON-CSFSCPI 173 Boulevard Haussmann F-75379 Paris Cedex 08<FR) © Mandataire: Desperrier, Jean-Louis et aL THOMSON-CSF SCP1 173, BM Haussmann F-75379 Parts Cedex 08(FR) © Amplificateur hyperfréquence à transistor à effet de champ, notamment pour radar Doppier. L'invention concerne les préamplificateurs hyperfréquence pour radar Doppler de surveillance terrestre. Elle consiste à utiliser pour un tel préamplificateur à trois étages, trois transistors hyperfréquence (101-102) à effet de champ préadaptés et autopolarisés. En alimentant ce transistor à raide d'un régulateur de tension (122) dont la tension de sortie varie sous l'action d'un circuit de commande (123) on peut faire varier le gain de ce préamplificateur sans modifier le taux d'onde stationnaire, et obtenir ainsi une modulation du signal hyperfréquence amplifié par l'amplificateur. Elle permet d'obtenir une modulation supplémentaire, vocale par exemple, sur le signal d'émission d'un radar Doppler de surveillance terrestre. La invention présente se f r é q u e n c e à transistors à e f f e t onde hyperfréquence hyperfréquence et dans de à vide. tube hyper- d'amplifier Ces une amplificateurs utilisés dans les radars du type D o p p l e r , sont n o t a m m e n t particulièrement plus amplificateurs de champ qui p e r m e t t e n t utiliser sans aux rapporte destinés qui sont ceux à la s u r v e i l l a n c e pour lesquels on c h e r c h e à éliminer les tubes à vide en vue d e terrestre, réduire le poids, l ' e n c o m b r e m e n t , et la c o n s o m m a t i o n . Il est connu d'utiliser des transistors, et n o t a m m e n t des transistors à effet de champ, pour a m p l i f i e r des h y p e r f r é q u e n c e s , en p a r t i c u l i e r dans l a bande dite 1, qui se situe réalisés généralement aux alentours de 10 GHz. Ces transistors s o n t en utilisant semiconducteur comme de l ' a r s é n i u r e de galium. Ils ne peuvent f o n c t i o n n e r qu'en classe A, ce qui entraîne u n e consommation et constante assez importante. L'économie de c o n s o m - mation,' que l'on pouvait e s p é r e r en utilisant les t r a n s i s t o r s à la place d e s tubes à vide, se trouve ainsi f o r t e m e n t diminuée, puisque ces derniers s o n t susceptibles de f o n c t i o n n e r en classe C, avec une c o n s o m m a t i o n m o y e n n e donc bien plus faible c o m p t e tenu, d'une part du r e n d e m e n t intrinsèque d e C par la classe à la rapport classe A, et d'autre part d'un de taux remplissage g é n é r a l e m e n t faible lorsqu'ils sont utilisés en impulsions ( c a s des r a d a r s ) . diminuer Pour cette ficateur hyperfréquence prenant au moyens d'adaptation moins un et à transistors transistor des principalement caractérisé tation et de polarisation autopolarisé permettant variable, qui ce en fait l'invention consommation, à effet de champ, d'amplification moyens de propose un a m p l i - du type comdes hyperfréquence, polarisation de ce transistor, en ce que ce transistor et ces moyens d ' a d a p forment d'alimenter varier unitaire un composant le l'amplificateur gain tout en sous préadapté une conservant et tension un taux d'onde stationnaire s e n s i b l e m e n t c o n s t a n t . D'autres clairement particularités dans la d e s c r i p t i o n et avantages de l'invention suivante p r é s e n t é e à titre apparaîtront d'exemple non limitatif et faite en regard de la figure annexée qui r e p r é s e n t e le s c h é m a d'un a m p l i f i c a t e u r selon l ' i n v e n t i o n . L ' a m p l i f i c a t e u r h y p e r f r é q u e n c e dont le s c h é m a est r e p r é s e n t é sur l a figure 1, utilise c o m m e c o m p o s a n t s actifs h y p e r f r é q u e n c e trois t r a n s i s t o r s à effet de c h a m p 101 à 103. Ces t r a n s i s t o r s sont connus dans le c o m m e r c e sous la r é f é r e n c e THC 9311-9312, et c o m p o r t e n t en fait dans un boîtier u n à l'arséniure transistor une permettant de galium préadaptation tel que et 104, qui est muni d ' é l é m e n t s Ces autopolarisation. une éléments c o m p o r t e n t une i n d u c t a n c e de choc 105 qui relie la grille du t r a n s i s t o r à l a masse au point de vue continu, et une r é s i s t a n c e de polarisation 106 qui r e l i e la source à la masse et qui est shuntée par un c o n d e n s a t e u r de d é c o u p l a g e 107. Ces que les c o n d u c t e u r s ainsi éléments, reliant le transistor aux bornes de sortie du boîtier dans lequel il est livré, p e r m e t t e n t un m o n t a g e très simple, puisqu'il ne n é c e s s i t e aucun é l é m e n t e x t e r n e de p o l a r i s a t i o n , et un minimum d ' é l é m e n t s e x t e r n e s d ' a d a p t a t i o n aux circuits dans l e s q u e l s il est m o n t é . Ces trois t r a n s i s t o r s sont m o n t é s dans une s t r u c t u r e h y p e r f r é q u e n c e 108, f o r m é e selon une technique connue par un bloc métallique dans l e q u e l sont c r e u s é e s des cavités étages entre eux pour r e c e v a n t les d i f f é r e n t s la liaison ne p e r m e t t r e en isolant l e s organes, que par des c o n n e x i o n s t r a v e r s a n t les parois situées entre ces cavités par des orifices a d é q u a t s . Le étage premier 101 d'amplification est attaqué par un signal d'entrée PE qui est appliqué sur la grille du premier transistor 101 par un circuit d ' a d a p t a t i o n car il c o m p o r t e formateur faible essentiellement, d'impédance de la extérieurs 109, qui n'est pas r e p r é s e n t é en détail sur la f i g u r e grille de m a n i è r e connue dans l'art, un t r a n s - permettant du t r a n s i s t o r qui a t t a q u e n t d'adapter à celle, le transistor, relativement l'impédance plus i m p o r t a n t e , et dont la valeur des c i r c u i t s est, selon une pratique c o u r a n t e en h y p e r f r é q u e n c e , par exemple de 50 o h m s . La r é s i s t a n c e de source du t r a n s i s t o r 101 est reliée à la masse de l a structure médiaire 108, et son drain d'une i n d u c t a n c e condensateur de découplage est a l i m e n t é de charge en courant continu par l ' i n t e r - 110 découplée à la masse par 111 et par un c o n d e n s a t e u r de by-pass un 112. L'inductance 110 est r e p r é s e n t é e pour les besoins du dessin sous la f o r m e d'une bobine mais, compte tenu des fréquences utilisées, elle est b i e n entendu sous la forme d'une ligne à c o n s t a n t e répartie, ainsi que les a u t r e s i n d u c t a n c e s du c i r c u i t . La sortie de ce premier étage est prise sur le drain du t r a n s i s t o r 101, et est reliée à la du grille 102 transistor par l'intermédiaire d'un c o n d e n s a t e u r de liaison 113. Ce d e u x i è m e étage est c o n n e c t é , de la même m a n i è r e que le p r e m i e r , par une i n d u c t a n c e de charge 114, un c o n d e n s a t e u r de d é c o u p l a g e 115, e t un c o n d e n s a t e u r de by-pass 116. Il est relié au t r o i s i è m e é t a g e par u n c o n d e n s a t e u r de liaison 107. Ce t r o i s i è m e étage est l u i - m ê m e alimenté par une i n d u c t a n c e de charge 118, un c o n d e n s a t e u r de d é c o u p l a g e 119 et un c o n d e n s a t e u r de b y pass 120. La sortie de l ' a m p l i f i c a t e u r h y p e r f r é q u e n c e est prise sur le drain du t r a n s i s t o r 103 par l ' i n t e r m é d i a i r e d'un c i r c u i t d ' a d a p t a t i o n 121 non p r é c i s é sur le dessin pour la simplicité, mais d'une technique c o u r a n t e en h y p e r - f r é q u e n c e c o m m e le circuit 109. Ce circuit d ' a d a p t a t i o n délivre un s i g n a l de sortie P S . Pour l'invention alimenter propose les trois d'utiliser étages un Le r é g u l a t e u r comporte de régulateur c o m m a n d é par un circuit de c o m m a n d e tension 123, et dont 122 lui-même 123. un t r a n s i s t o r ballast reçoit une tension d ' a l i m e n t a t i o n positive d'environ commande hyperfréquence, d'amplification le c o l l e c t e u r délivre 124 dont l'émetteur 10 volts du circuit d e la tension d'alimentation régulée aux trois i m p é d a n c e s de charge 110, 114 et 118. Le t r a n s i s t o r d'un t r a n s i s t o r 124 est c o n n e c t é selon le m o n t a g e D a r l i n g t o n à l ' a i d e 125 dont l ' é m e t t e u r est réuni à la base par une r é s i s t a n c e 126. L ' é m e t t e u r du transistor 124 est réuni à sa propre base par une d i o d e de polarisation 127. La base du transistor 125 est reliée également au c o l l e c t e u r d'un 128, dont l ' é m e t t e u r est relié à la masse par l ' i n t e r m é d i a i r e d u circuit d r a i n - s o u r c e d'un transistor à effet de champ 129. transistor La base du transistor 128 reçoit une tension grille du t r a n s i s t o r 129 une tension de c o m m a n d e . de r é f é r e n c e , et l a L'émetteur du t r a n s i s t o r réuni au c o l l e c t e u r d u 128 est é g a l e m e n t t r a n s i s t o r 124 par une r é s i s t a n c e 130. Le classique, réalisé ainsi montage mais dont la tension constitue régulateur un relativement de sortie est réglable en agissant par l a tension de c o m m a n d e appliquée sur la grille du t r a n s i s t o r 129, qui agit e n r é s i s t a n c e variable. D ' a u t r e part on peut, en s u p p r i m a n t ou en é t a b l i s s a n t la tension de référence, couper ou r é g u l a t e u r dans un délai e x t r ê m e m e n t dizaines de nanosecondes, établir la tension de sortie du rapide qui ne dépasse pas q u e l q u e s si la vitesse de coupure ou d ' é t a b l i s s e m e n t d e c e t t e tension de r é f é r e n c e est s u f f i s a n t e bien e n t e n d u . Le circuit de c o m m a n d e c o m p o r t e un c o n d e n s a t e u r de filtrage 131 qui est a l i m e n t é par la tension d ' a l i m e n t a t i o n . Ce c o n d e n s a t e u r de f i l t r a g e est relié à l ' e n t r é e d'un t r a n s i s t o r d'alimentation du r é g u l a t e u r 122 par l ' i n t e r m é d i a i r e 132 du type D a r l i n g t o n intégré. La base du t r a n s i s t o r 132 est reliée à la masse par des r é s i s t a n c e s 133 et 134 en s é r i e . Le point commun de ces deux r é s i s t a n c e s est réuni à une c o n n e x i o n d ' e n t r é e du circuit de c o m m a n d e qui peut recevoir un signal de coupure C lequel p e r m e t de bloquer le t r a n s i s t o r 132, et par là même de c o u p e r l ' a l i m e n t a t i o n de l ' a m p l i f i c a t e u r h y p e r f r é q u e n c e lors de la d é t e c t i o n d ' u n défaut, par e x e m p l e à l'aide d'un circuit e x t é r i e u r . La connexion d ' a l i m e n t a t i o n entre les circuits 122 et 123 est d ' a u t r e part shuntée à la masse par un c o n d e n s a t e u r 135, qui p e r m e t de filtrer l a tension de sortie du circuit 123. Le circuit de c o m m a n d e a l i m e n t é à partir de la sortie reliée à son c o l l e c t e u r . directement 123 comprend é g a l e m e n t pour l ' é m e t t e u r , 132 par une r é s i s t a n c e du transistor Son é m e t t e u r un transistor 136 137 et sa base sont reliés à la m a s s e , et par l ' i n t e r m é d i a i r e de deux r é s i s t a n c e s 138 et 139 en série pour la b a s e . Le point commun de ces deux résistances 138 et 139 est relié à u n e connexion d'entrée du c i r c u i t de c o m m a n d e 123, qui peut recevoir un s i g n a l de c o m m a n d e analogique V. Ce signal est donc amplifié par le t r a n s i s t o r 136 et se retrouve collecteur avec de ce dernier. la phase inverse et un niveau adéquat sur l e Il est alors appliqué depuis ce c o l l e c t e u r à l a grille du t r a n s i s t o r à e f f e t de champ 129 du r é g u l a t e u r 122. La r é s i s t a n c e par le circuit présentée fonction des variations drain-source de ce t r a n s i s t o r 129 varie donc e n du signal de c o m m a n d e V. Ceci de f a i r e permet varier la tension d ' a l i m e n t a t i o n des étages d ' a m p l i f i c a t i o n h y p e r f r é q u e n c e de l ' a m p l i f i c a t e u r selon les variations de ce signal V. Les inventeurs utilisant taux ont les notamment d'onde constaté effet en transistors stationnaire dans que cités hyperfréquences de l'ensemble un tel montage, plus haut, le très variait peu avec la t e n s i o n d ' a l i m e n t a t i o n alors que le gain variait d'une façon très s i g n i f i c a t i v e . Ceci p e r m e t façon tout de moduler le signal PS en sortie de l ' a m p l i f i c a t e u r d e à fait simple et pratiquement désadapter sans cet ampli- ficateur. On a pu ainsi faire varier le gain de 10 décibels, ce qui correspond à une m o d u l a t i o n d ' a m p l i t u d e naire - compris résultat entre a pu être maximum était de 30%, 1,5 et obtenu en gardant 2. La bande s'étendait d'onde un taux de f r é q u e n c e dans de 9,3 à 9,9 GHz et stationlequel le gain ce t o t a l de 23 décibels à 9,6 GHz p e r m e t t a n t d'obtenir, avec u n e c o n s o m m a t i o n de 100 milliampères, et un signal PE s u f f i s a n t à l'entrée, u n niveau de sortie de + 14 d é c i b e l s - m i l l i w a t t s . Le signal de coupure C p e r m e t de supprimer l ' a l i m e n t a t i o n totale du dispositif, en cas par exemple de d é t e c t i o n d'un mauvais f o n c t i o n n e m e n t . La rapidité de c e t t e du c o n d e n s a t e u r coupure n'est pas très grande, de filtrage 135. Pour pouvoir en raison n o t a m m e n t alors moduler l'ampli- ficateur par tout ou rien, et le faire f o n c t i o n n e r en impulsions alors que l a modulation due au signal V c o n s e r v a i t le f o n c t i o n n e m e n t en ondes e n t r e - tenues, le circuit de c o m m a n d e comprend en outre des moyens p e r m e t t a n t d'appliquer sur la base du transistor 128 une tension de r é f é r e n c e p o u v a n t être coupée à partir d'un signal de c o m m a n d e numérique E . Ces moyens comprennent transistor un alimenté à partir du c o l l e c t e u r du t r a n s i s t o r relié à la masse par deux r é s i s t a n c e s 151 dont l'émetteur est 132 et dont le collecteur e s t 140 et 141 en série. La r é s i s t a n c e 141 est shuntée par une diode Zener 142 qui fournit une tension s t a b i l i s é e de r é f é r e n c e à la base du transistor 128. La base du transistor 139 est reliée à son émetteur par une résistance 143 et au c o l l e c t e u r d'un t r a n s i s t o r 145 par une r é s i s t a n c e 144. L ' é m e t t e u r et le c o l l e c t e u r du t r a n s i s t o r le p r e m i e r d i r e c t e m e n t , 145 sont reliés à la m a s s e , et le second par deux r é s i s t a n c e s 146 et 147 e n série. La connexion c o m m u n e à ces deux r é s i s t a n c e s est reliée à la b a s e 148 dont l ' é m e t t e u r d'un t r a n s i s t o r est à la masse à la et le c o l l e c t e u r c a t h o d e de la diode 142. 145 est reliée à la masse par deux r é s i s t a n c e s La base du t r a n s i s t o r 149 et 150 en s é r i e . Le de numérique signal commande E est appliqué à une borne d'entrée du circuit 123 qui est reliée au point c o m m u n aux résistances 149 et 150. Ainsi un signal numérique de c o m m a n d e , compatible par e x e m p l e avec des circuits TTL, appliqué sur c e t t e e n t r é e E, fait varier la t e n s i o n de r é f é r e n c e appliquée 122 e n t r e au r é g u l a t e u r valeur une nulle et l a valeur de r é f é r e n c e p r o p r e m e n t dite en r e p r o d u i s a n t les variations de c e numérique. signal impulsions, L'amplificateur à l'intérieur le signal mais fonctionne hyperfréquence de ces impulsions ainsi en demeure en classe A. Dans l'exemple numérique cité plus haut, on o b t i e n t un temps d e montée descente de et des impulsions hyperfréquences inférieur à 100 n a n o s e c o n d e s . L'amplificateur hyperfréquence ainsi décrit exemple dans un radar Doppler de s u r v e i l l a n c e plificateur trois avant moyens l'émetteur de puissance. de modulation combinables terrestre Dans entre utilisé être peut par comme p r é a m - ce cas on peut u t i l i s e r eux selon -les r é s u l t a t s voulus. Le premier moyen de modulation consiste à appliquer comme s i g n a l h y p e r f r é q u e n c e PE à amplifier un signal formé d'impulsions avec un t a u x de remplissage quelconque. Quand ce taux de r e m p l i s s a g e est de 100%, il est clair que l'on a à ce m o m e n t là un signal e n t r e t e n u p u r . Le deuxième numérique sur moyen l'entrée de modulation E du circuit de consiste à appliquer commande. exemple de réduire la c o n s o m m a t i o n de l ' a m p l i f i c a t e u r , Ceci un signal permet par lorsque le signal PE est formé d'impulsions, en e n c a d r a n t ces impulsions à l'aide du signal E, ce qui coupe l'alimentation, et donc le débit des t r a n s i s t o r s 101 à 103, en dehors des impulsions h y p e r f r é q u e n c e d é s i r é e s . Le t r o i s i è m e V un signal parole. Cette moyen de modulation consiste à appliquer sur l ' e n t r é e analogique, modulation qui peut être par se superpose exemple par e x e m p l e modulation de à la modulation du une radar et peut p e r m e t t r e alors une t r a n s m i s s i o n vocale vers d'autres r a d a r s situés dans la m ê m e zone de surveillance, ou vers des r é c e p t e u r s p o r t é s par des véhicules s p é c i a l e m e n t é q u i p é s . Le signal V peut é g a l e m e n t c o r r e s p o n d r e à un signal de c o m m a n d e a u t o m a t i q u e de gain obtenu à partir d'une m e s u r e du niveau du signal é m i s par le radar. Une autre application d'un utiliser l ' a m p l i f i c a t e u r comme é m e t t e u r tel signal de CAG consiste à m u l t i c a n a u x de faible p u i s s a n c e . En utilisant le signal de CAG on régularise la bande passante, et il est p a r exemple émetteur 9,6 G H z . possible pouvant avec 10 décibels fonctionner dans de une commande bande de de gain 600 MHz d'avoir centrée un à 1. A m p l i f i c a t e u r h y p e r f r é q u e n c e à t r a n s i s t o r s à effet de champ, d u type c o m p r e n a n t au moins un t r a n s i s t o r (105) et des moyens de polarisation (106, (104), des moyens d ' a d a p t a t i o n caractérisé 107) de ce transistor, de et d'adaptation hyperfréquence d'amplification en ce que ce t r a n s i s t o r et ces m o y e n s forment polarisation un composant unitaire (101) p r é a d a p t é et a u t o p o l a r i s é p e r m e t t a n t d ' a l i m e n t e r l ' a m p l i f i c a t e u r sous u n e tension variable, ce qui en fait varier le gain tout en c o n s e r v a n t un t a u x d'onde s t a t i o n n a i r e s e n s i b l e m e n t c o n s t a n t . 2. A m p l i f i c a t e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'il c o m p r e n d en outre un r é g u l a t e u r de tension (122) p e r m e t t a n t d ' a l i m e n t e r l ' a m p l i f i c a t e u r sous une tension régulée v a r i a b l e . selon 3. A m p l i c a t e u r la 2, c a r a c t é r i s é revendication qu'il en ce c o m p r e n d en outre un circuit de c o m m a n d e (123) c o m p o r t a n t des m o y e n s d ' a m p l i f i c a t i o n (136-139) commande et d'amplifier un signal analogique permettant de l'appliquer au r é g u l a t e u r pour faire varier de la t e n s i o n d ' a l i m e n t a t i o n fournie par celui-ci, et des moyens de modulation (140-151) permettant de fournir au r é g u l a t e u r un signal de r é f é r e n c e et de m o d u l e r par tout ou rien celui-ci à partir d'un signal numérique de c o m m a n d e . 4. A m p l i f i c a t e u r selon la r e v e n d i c a t i o n 3, c a r a c t é r i s é en ce que l e circuit de commande comprend outre en des moyens (132-134) pour fournir au r é g u l a t e u r (122) la tension d ' a l i m e n t a t i o n à réguler ; ces m o y e n s p e r m e t t a n t en outre de couper c e t t e tension sous la c o m m a n d e d'un s i g n a l de c o u p u r e . selon l'une quelconque 5. A m p l i f i c a t e u r caractérisé en ce qu'il comprend trois des r e v e n d i c a t i o n s étages d'amplification 1 à 4, hyper- f r é q u e n c e (101-103) munis chacun d'un transistor du type THC 9 3 1 1 - 9 3 1 2 , et que le r é g u l a t e u r permettent de faire de tension (122) varier la tension et le circuit de c o m m a n d e d'alimentation entre (123) 7 volts et 3,5 volts, ce qui fait varier le gain de l ' a m p l i f i c a t e u r e n t r e : 2 3 décibels e t 13 décibels dans la bande de f r é q u e n c e des 10 G H z .