FR2686702A1 - INSTANTANEOUS DIGITAL FREQUENCY METER WITH SPATIAL SAMPLING. - Google Patents
INSTANTANEOUS DIGITAL FREQUENCY METER WITH SPATIAL SAMPLING. Download PDFInfo
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Abstract
Ce fréquencemètre comporte une ligne de transmission (1) fermée sur un court-circuit (2). Le signal dont la fréquence est à mesurer engendre un régime d'ondes stationnaires dans cette ligne qui est le siège d'un échantillonnage spatial réalisé à l'aide de détecteurs (11, 12, 13, 14, 15, 16) qui sont régulièrement espacés sur sa longueur et qui mènent à des bancs de discriminateurs de fréquence spatiale (31, 32, 33, 41, 42, 43) délivrant en parallèle les digits d'un mot binaire caractéristique de la fréquence à mesurer. Les discriminateurs de fréquence spatiale ont la particularité d'avoir des réponses en fréquence périodiques avec des bandes alternativement passantes et coupées séparées par des transitions qui sont régulièrement réparties dans la bande de fréquence totale du fréquencemètre et dont le nombre double lorsque l'on passe d'un discriminateur de fréquence spatiale à l'autre.This frequency meter comprises a transmission line (1) closed on a short-circuit (2). The signal whose frequency is to be measured generates a standing wave regime in this line which is the seat of a spatial sampling carried out using detectors (11, 12, 13, 14, 15, 16) which are regularly spaced over its length and which lead to banks of spatial frequency discriminators (31, 32, 33, 41, 42, 43) delivering in parallel the digits of a binary word characteristic of the frequency to be measured. Spatial frequency discriminators have the particularity of having periodic frequency responses with alternately pass and cut bands separated by transitions which are regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter and whose number doubles when one passes from 'one spatial frequency discriminator to another.
Description
l 2686702l 2686702
PREQUENCEMETRE NUMERIQUE INSTANTANEINSTANT DIGITAL PREQUENCEMETER
A ECHANTILLONNAGE SPATIALSPATIAL SAMPLING
La présente invention concerne un fréquence- The present invention relates to a frequency-
mètre opérant à partir d'une mesure de fréquence spatiale d'une enveloppe de régime d'ondes stationnaires engendré par le signal dont la fréquence est à mesurer dans une ligne de transmission court-circuitée. Dans ce genre de fréquencemètre, la mesure de fréquence s'effectue par analyse spectrale en recherchant le maximum significatif du module de la transformée de Fourier de l'enveloppe du régime d'ondes stationnaires détectée à l'aide d'un ensemble de diodes réparties le long de la ligne de transmission Comme, en pratique, on ne dispose que d'une transformée discrète de Fourier avec un nombre limité de points, cette mesure se fait par une détermination du point de transformée discrète de Fourier meter operating from a spatial frequency measurement of a standing wave regime envelope generated by the signal whose frequency is to be measured in a short-circuited transmission line. In this kind of frequency meter, the frequency measurement is carried out by spectral analysis by looking for the significant maximum of the modulus of the Fourier transform of the envelope of the standing wave regime detected using a set of distributed diodes. along the transmission line As, in practice, there is only a discrete Fourier transform with a limited number of points, this measurement is made by determining the point of discrete Fourier transform
correspondant au maximum en module et par une interpo- corresponding to the maximum in module and by an interpolation
lation autour de ce point.lation around this point.
Dans l'état actuel de la technique, l'inter- In the current state of the art, the inter-
polation ne s'effectue avec précision qu'en numérique ce qui oblige à numériser les points de la transformée discrète de Fourier ou, éventuellement les tensions détectées le long de la ligne de transmission, l'analyse polation is carried out with precision only in digital what obliges to digitize the points of the discrete Fourier transform or, possibly the voltages detected along the line of transmission, the analysis
spectrale s'effectuant alors également en numérique. spectral then also taking place in digital.
La présente invention a pour but d'éviter cette numérisation afin d'obtenir un fréquencemètre simple à The object of the present invention is to avoid this digitization in order to obtain a simple frequency counter with
réaliser ne nécessitant que peu de matériel. achieve requiring little equipment.
Elle a pour objet un fréquencemètre numérique instantané à échantillonnage spatial comportant: It relates to an instantaneous digital frequency meter with spatial sampling comprising:
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une ligne de transmission qui est court- a transmission line that is short
circuitée en sortie et qui reçoit en entrée un signal de fréquence inconnue à mesurer, ledit signal engendrant dans la ligne de transmission un régime d'ondes stationnaires, des détecteurs répartis le long de la ligne de transmission échantillonnant l'amplitude de l'enveloppe du régime d'ondes stationnaires établi au sein de la ligne de transmission, des premiers moyens de discrimination de fréquence spatiale en nombre égal à m, m étant un entier supérieur à un, qui ont leurs entrées connectées en parallèle sur les sorties des détecteurs et dont les réponses en fréquence sont périodiques avec des bandes alternativement passantes et coupées séparées par des transitions qui sont régulièrement réparties dans la bande de fréquence totale du fréquencemètre et dont le nombre output circuit and which receives an input signal of unknown frequency to be measured, said signal generating in the transmission line a standing wave regime, detectors distributed along the transmission line sampling the amplitude of the envelope of the standing wave regime established within the transmission line, first means of spatial frequency discrimination in number equal to m, m being an integer greater than one, which have their inputs connected in parallel on the outputs of the detectors and whose the frequency responses are periodic with alternately passing and cut bands separated by transitions which are regularly distributed in the total frequency band of the frequency counter and the number of which
double lorsque l'on passe d'un premier moyen de discri- double when switching from a first means of discrimination
mination de fréquence spatiale à un autre, ce nombre partant d'une transition unique au voisinage de la moitié de la bande de fréquence totale du fréquencemètre pour un premier moyen de discrimination de fréquence spatiale, pour atteindre dans un autre 2 m-1 transitions, des deuxièmes moyens de discrimination de fréquence spatiale en nombre égal à _, qui ont leurs entrées connectées en parallèle sur les sorties des mination of spatial frequency to another, this number starting from a single transition in the vicinity of half of the total frequency band of the frequency meter for a first means of spatial frequency discrimination, to reach in another 2 m-1 transitions, second spatial frequency discrimination means equal in number to _, which have their inputs connected in parallel to the outputs of the
détecteurs et dont les réponses en fréquence sont complé- detectors and whose frequency responses are complete
mentaires de celles des premiers moyens de discrimination de fréquence spatiale et un ensemble de m comparateurs qui comparent of those of the first means of spatial frequency discrimination and a set of m comparators which compare
chacun le signal de sortie d'un premier moyen de discri- each the output signal of a first discrimination means
mination de fréquence spatiale avec celui du deuxième moyen de discrimination de fréquence spatiale dont la réponse en fréquence est complémentaire de la sienne, et qui délivrent ensemble un mot de m bits caractéristique de spatial frequency mination with that of the second spatial frequency discrimination means whose frequency response is complementary to its own, and which together deliver a word of m bits characteristic of
la fréquence à mesurer.the frequency to be measured.
Selon une variante de réalisation, les deuxièmes moyens de discrimination de fréquence spatiale à réponses en fréquence complémentaires de celles des premiers moyens de discrimination de fréquence spatiale sont remplacés par un unique deuxième moyen de discrimination de fréquence spatiale à réponse en fréquence de type passe-tout avec un niveau de signal de sortie correspondant au niveau moyen des sorties des premiers moyens de discrimination de5 fréquence spatiale, les m comparateurs comparant chacun le signal de sortie d'un premier moyen de discrimination de According to an alternative embodiment, the second spatial frequency discrimination means with frequency responses complementary to those of the first spatial frequency discrimination means are replaced by a single second spatial frequency discrimination means with frequency response of the all-pass type. with an output signal level corresponding to the average level of the outputs of the first spatial frequency discrimination means, the m comparators each comparing the output signal of a first frequency discrimination means
fréquence spatiale avec celui du deuxième moyen de discri- mination de fréquence spatiale. spatial frequency with that of the second spatial frequency discrimination means.
D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of
l'invention ressortiront de la description de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple Cette the invention will emerge from the description of several embodiments given by way of example.
description sera faite en regard du dessin dans lequel: une figure 1 représente un schéma synoptique d'un fréquencemètre selon l'invention, description will be made with reference to the drawing in which: a FIG. 1 represents a block diagram of a frequency counter according to the invention,
une figure 2 montre un diagramme de courbes représentant les réponses en fréquence de discriminateurs de fréquence spatiale utilisés dans le fréquencemètre selon l'invention, une figure 3 illustre un schéma de principe de réalisation d'un fréquencemètre selon l'invention, une figure 4 montre un diagramme de courbes illustrant les réponses en fréquence obtenues en sortie des amplificateurs différentiels apparaissant dans le schéma de principe de réalisation de la figure 3, une figure 5 illustre un schéma pratique de réalisation d'un fréquencemètre selon l'invention, une figure 6 illustre un schéma pratique a figure 2 shows a diagram of curves representing the frequency responses of spatial frequency discriminators used in the frequency meter according to the invention, a figure 3 illustrates a diagram of principle of realization of a frequency meter according to the invention, a figure 4 shows a curve diagram illustrating the frequency responses obtained at the output of the differential amplifiers appearing in the block diagram of embodiment of FIG. 3, a FIG. 5 illustrates a practical diagram of realization of a frequency counter according to the invention, a FIG. 6 illustrates a practical scheme
simplifié de réalisation d'un fréquencemètre selon l'in- simplified realization of a frequency meter according to the
vention, et une figure 7 représente une variante consis- tant à mettre en cascade deux montages de fréquencemètre vention, and FIG. 7 represents a variant consisting in cascading two frequency counter assemblies
illustrés aux figures précédentes. illustrated in the previous figures.
On distingue sur la figure 1 une ligne de transmission 1 avec une extrémité 2 court-circuitée et une extrémité 3 qui reçoit un signal sin wt dont la fréquence est à mesurer Cette ligne de transmission 1 est le siège d'un régime d'ondes stationnaires présentant une fréquence spatial Fs liée à la fréquence f du signal incident par la relation: f = c Fs/2 ( 1) c étant la vitesse de propagation des ondes dans la ligne de transmission N détecteurs quadratiques représentés chacun par une diode 11 respectivement 12, 13, 14, 15, 16 suivie d'un filtre passe-bas 21 respectivement 22, 23, 24, , 26 sont connectés en entrée à des prises régulièrement espacées le long de la ligne de transmission 1 Le pas d'écartement de ces prises correspond, pour satisfaire au théorème d'échantillonnage, à la moitié de la période spatiale minimum des enveloppes d'ondes stationnaires susceptibles de se développer sur la ligne de transmission 1 en présence d'un signal à mesurer ayant la fréquence maximum admissible par le fréquencemètre La connaissance de la distance du court-circuit au détecteur quadratique le plus proche permet de bénéficier de l'effet miroir provoqué par le court-circuit et de simuler une ligne de transmission à échantillonnage spatial de longueur double recevant aux deux extrémités le signal dont la fréquence We distinguish in Figure 1 a transmission line 1 with one end 2 short-circuited and one end 3 which receives a sin wt signal whose frequency is to be measured This transmission line 1 is the seat of a standing wave regime having a spatial frequency Fs linked to the frequency f of the incident signal by the relation: f = c Fs / 2 (1) c being the speed of propagation of the waves in the transmission line N quadratic detectors each represented by a diode 11 respectively 12 , 13, 14, 15, 16 followed by a low-pass filter 21 respectively 22, 23, 24,, 26 are connected at the input to sockets regularly spaced along the transmission line 1 The spacing pitch of these taken corresponds, to satisfy the sampling theorem, to half the minimum spatial period of standing wave envelopes likely to develop on transmission line 1 in the presence of a signal to be measured ayan t the maximum frequency admissible by the frequency meter Knowing the distance from the short-circuit to the nearest quadratic detector makes it possible to benefit from the mirror effect caused by the short-circuit and to simulate a transmission line with spatial sampling of double length receiving at both ends the signal whose frequency
est à mesurer.is to be measured.
Les N sorties des détecteurs quadratiques sont connectées aux N conducteurs d'un bus 4 raccordés aux entrées de deux bancs de m discriminateurs de fréquence spatiale 31, 32, 33 et 41, 42, 43 Le premier banc de discriminateurs de fréquence spatiale 31, 32, 33 est constitué de m discriminateurs de fréquence spatiale ayant des réponses en fréquence périodiques avec des bandes alternativement passantes et coupées séparées par des transitions qui sont régulièrement réparties dans la bande de fréquence totale du fréquencemètre et dont le nombre double d'un discriminateur de fréquence spatiale à l'autre en partant, dans un discriminateur de fréquence spatiale 31 d'une seule transition située au voisinage de la moitié de la bande de fréquence totale du fréquencemètre pour atteindre en limite dans un autre discriminateur de fréquence spatiale 33, 2 m-1 transitions et en passant par The N outputs of the quadratic detectors are connected to the N conductors of a bus 4 connected to the inputs of two banks of m spatial frequency discriminators 31, 32, 33 and 41, 42, 43 The first bank of spatial frequency discriminators 31, 32 , 33 is made up of m spatial frequency discriminators having periodic frequency responses with alternately passing and cut bands separated by transitions which are regularly distributed in the total frequency band of the frequency meter and whose number doubles as a frequency discriminator space to the other by starting, in a spatial frequency discriminator 31 of a single transition located in the vicinity of half of the total frequency band of the frequency meter to reach in limit in another spatial frequency discriminator 33, 2 m- 1 transitions and passing through
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tous les stades intermédiaires de 21, 22 2 m-2 transi- all intermediate stages of 21, 22 2 m-2 transi-
tions Le deuxième banc de m discriminateurs de fréquence spatiale 41, 42, 43 est constitué de discriminateurs de The second bank of m spatial frequency discriminators 41, 42, 43 consists of discriminators of
fréquence spatiale ayant des réponses en fréquence complé- spatial frequency with full frequency responses
Dentaires de celles des discriminateurs de fréquence spatiale 31, 32, 33 du premier banc Les sorties de chaque couple de discriminateurs de fréquence spatiale 31, 41 respectivement 32, 42 et 33, 43 des premier et deuxième Dental of those of spatial frequency discriminators 31, 32, 33 of the first bank The outputs of each pair of spatial frequency discriminators 31, 41 respectively 32, 42 and 33, 43 of the first and second
bancs à réponses en fréquence complémentaires sont connec- additional frequency response benches are connected
tées aux entrées d'un comparateur 51 respectivement 52, 53 qui engendre en sortie un signal binaire dans un état ou un autre selon que la fréquence du signal à mesurer est située en bande passante ou en bande coupée du discriminateur de fréquence spatiale appartenant dans le tees at the inputs of a comparator 51 respectively 52, 53 which generates as output a binary signal in one state or another depending on whether the frequency of the signal to be measured is located in pass band or cut band of the spatial frequency discriminator belonging to the
couple considéré au premier banc Les sorties des compara- couple considered on the first bench The outputs of the compara-
teurs 51, 52, 53 délivrent un mot de m bits qui est caractéristique de la position relative de la fréquence à mesurer au sein de la bande de fréquence totale du fréquencemètre et qui est appliqué à un codeur 60 assurant teurs 51, 52, 53 deliver a word of m bits which is characteristic of the relative position of the frequency to be measured within the total frequency band of the frequency meter and which is applied to an encoder 60 ensuring
un transcodage de ce mot de m bits en binaire naturel. a transcoding of this word of m bits into natural binary.
La figure 2 est un diagramme de courbes illus- Figure 2 is a diagram of illus-
trant les réponses en fréquence des premier et deuxième bancs de discriminateurs de fréquence spatiale tracées en fonction de la fréquence temporelle du signal appliqué à la ligne de transmission 1 qui se déduit de la fréquence spatiale du régime d'ondes stationnaires installé sur la trating the frequency responses of the first and second banks of spatial frequency discriminators plotted as a function of the temporal frequency of the signal applied to the transmission line 1 which is deduced from the spatial frequency of the standing wave regime installed on the
ligne de transmission 1 par la relation linéaire ( 1). transmission line 1 by the linear relation (1).
La courbe V 1 correspond à la réponse en fré- Curve V 1 corresponds to the response in French
quence du discriminateur de fréquence spatiale 31 du premier banc Celle-ci présente une seule transition au voisinage du milieu de la bande de fréquence totale du fréquencemètre séparant une bande coupée occupant la plage des fréquences basses d'une bande passante occupant la quence of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank This presents a single transition in the vicinity of the middle of the total frequency band of the frequency meter separating a cut band occupying the low frequency range of a pass band occupying the
plage des fréquences hautes.high frequency range.
La courbe V'1 correspond à la réponse en fré- Curve V'1 corresponds to the response in fre-
quence du discriminateur de fréquence spatiale 41 du deuxième banc Celle-ci est de forme complémentaire à la quence of the spatial frequency discriminator 41 of the second bank This is of form complementary to the
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courbe V 1 Elle présente une seule transition au voisinage curve V 1 It has a single transition in the vicinity
du milieu de la bande de fréquence totale du fréquence- from the middle of the total frequency band to the frequency-
mètre séparant une bande passante occupant la plage des fréquences basses d'une bande coupée occupant la plage des fréquences hautes. La combinaison de ces deux formes de réponse en fréquence V 1, V'1 aux entrées additive et soustractive du comparateur 51 permet d'obtenir en sortie de celui-ci un signal binaire à l'état O si la fréquence du signal à mesurer se situe en bande coupée du discriminateur de fréquence spatiale 31 du premier banc, dans la plage des fréquences basses du fréquencemètre, ou à l'état 1 si la fréquence du signal à mesurer se situe en bande passante du discriminateur de fréquence spatiale 31 du premier banc meter separating a bandwidth occupying the low frequency range from a cut band occupying the high frequency range. The combination of these two forms of frequency response V 1, V'1 at the additive and subtractive inputs of comparator 51 makes it possible to obtain at its output a binary signal in state O if the frequency of the signal to be measured falls located in cut band of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank, in the low frequency range of the frequency meter, or in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in bandwidth of the spatial frequency discriminator 31 of the first bank
dans la plage des fréquences hautes du fréquencemètre. in the high frequency range of the frequency meter.
La courbe V 2 correspond à la réponse en fré- Curve V 2 corresponds to the response in French
quence du discriminateur de fréquence spatiale 32 du premier banc Celleci présente deux transitions situées au voisinage des milieux des plages des fréquences basses et hautes du fréquencemètre et délimitant une bande passante centrale entourée de deux bandes coupées, la largeur de la bande passante correspondant à celles des quence of the spatial frequency discriminator 32 of the first bench Celleci presents two transitions located in the vicinity of the midpoints of the ranges of low and high frequencies of the frequency meter and delimiting a central passband surrounded by two cut bands, the width of the passband corresponding to those of
deux bandes coupées.two cut strips.
La courbe V'2 correspond à la réponse en fré- The curve V'2 corresponds to the response in fre
quence du discriminateur de fréquence spatiale 42 du deuxième banc Elle est de forme complémentaire à celle de quence of the spatial frequency discriminator 42 of the second bank It has a shape complementary to that of
la courbe V 2.the curve V 2.
La combinaison de ces deux formes de réponse en fréquence V 2, V'2 aux entrées additive et soustractive du comparateur 52 permet d'obtenir en sortie de celui-ci un signal binaire à l'état O si la fréquence du signal à mesurer se situe en bande coupée du discriminateur de fréquence spatiale 32, dans la première moitié de la plage des fréquences basses ou dans la deuxième moitié de la plage des fréquences hautes du fréquencemètre, ou à l'état 1 si la fréquence du signal à mesurer se situe en bande The combination of these two forms of frequency response V 2, V'2 at the additive and subtractive inputs of comparator 52 makes it possible to obtain at its output a binary signal in state O if the frequency of the signal to be measured falls located in the cut band of the spatial frequency discriminator 32, in the first half of the low frequency range or in the second half of the high frequency range of the frequency counter, or in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in band
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passante du discriminateur de fréquence spatiale 32, dans la deuxième moitié de la plage des fréquences basses ou dans la première moitié de la plage des fréquences hautes bandwidth of the spatial frequency discriminator 32, in the second half of the low frequency range or in the first half of the high frequency range
du fréquencemètre.of the frequency meter.
L'état du signal binaire de sortie du compara- The state of the binary output signal of the comparison
teur 52 permet de situer la fréquence du signal à mesurer par rapport à une alternance de 1 + 21 plages partageant la bande de fréquence totale du fréquencemètre Combiné avec l'état du signal binaire de sortie du comparateur 51, il permet de situer la fréquence du signal à mesurer par rapport à une succession de 22 plages de même largeur tor 52 makes it possible to locate the frequency of the signal to be measured in relation to an alternation of 1 + 21 ranges sharing the total frequency band of the frequency meter Combined with the state of the binary output signal of the comparator 51, it makes it possible to locate the frequency of the signal to be measured in relation to a succession of 22 ranges of the same width
couvrant la bande de fréquence totale du fréquencemètre. covering the total frequency band of the frequency meter.
La courbe Vm correspond à la réponse en fré- The Vm curve corresponds to the response in
quence du dernier discriminateur de fréquence spatiale 33 du premier banc Celle-ci présente 2 m-1 transitions entre bandes passantes et coupées, régulièrement réparties dans quence of the last spatial frequency discriminator 33 of the first bank This presents 2 m-1 transitions between bandwidths and cut, regularly distributed in
la bande de fréquence totale du fréquencemètre. the total frequency band of the frequency meter.
La courbe V'm correspond à la réponse en fré- The curve V'm corresponds to the response in fre
quence du dernier discriminateur de fréquence spatiale 43 du deuxième banc Elle est de forme complémentaire à celle quence of the last spatial frequency discriminator 43 of the second bank It has a shape complementary to that
de la courbe Vm.of the Vm curve.
La combinaison de ces deux formes de réponses en The combination of these two forms of responses in
fréquence aux entrées additive et soustractive du compara- frequency at the additive and subtractive inputs of the comparison
teur 53 permet d'obtenir en sortie de celui-ci un signal binaire à l'état O si la fréquence du signal à mesurer se situe dans une bande coupée du discriminateur de fréquence spatiale 33 ou à l'état 1 si la fréquence du signal à mesurer se situe dans une bande passante du discriminateur de fréquence spatiale 33 permettant ainsi de situer la fréquence du signal à mesurer par rapport à une alternance de 1 + 2 m-1 plages partageant la bande de fréquence totale tor 53 makes it possible to obtain at its output a binary signal in state O if the frequency of the signal to be measured is located in a band cut from the spatial frequency discriminator 33 or in state 1 if the frequency of the signal to be measured is located in a passband of the spatial frequency discriminator 33, thus making it possible to locate the frequency of the signal to be measured with respect to an alternation of 1 + 2 m − 1 ranges sharing the total frequency band
du fréquencemètre Ce signal binaire complété par l'ensem- of the frequency meter This binary signal supplemented by the set-
ble des signaux de sortie des autres comparateurs 51, 52, 53 permet de déterminer la fréquence du signal à mesurer en la situant par rapport à une succession de 2 m plages de même largeur couvrant la bande de fréquence totale du ble of the output signals of the other comparators 51, 52, 53 makes it possible to determine the frequency of the signal to be measured by locating it in relation to a succession of 2 m ranges of the same width covering the total frequency band of the
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fréquencemètre et constituant une sorte de graduation frequency meter and constituting a sort of graduation
d'autant plus fine que le nombre m est grand. the more fine the greater the number m.
La synthèse des discriminateurs de fréquence spatiale s'effectue en combinant de manière adéquate les réponses des discriminateurs de fréquence à bande étroite régulièrement répartis dans la bande de fréquence totale The spatial frequency discriminators are synthesized by adequately combining the responses of the narrowband frequency discriminators regularly distributed in the total frequency band.
du fréquencemètre que constituent les points de la trans- of the frequency meter constituted by the points of the trans-
formée discrète de Fourier calculée à partir des tensions discrete Fourier formed calculated from voltages
délivrées par les N détecteurs quadratiques. delivered by the N quadratic detectors.
En effet, ces points de la transformée discrète de Fourier constituent un spectre réel puisque la ligne de transmission est court-circuitée et que les tensions Indeed, these points of the discrete Fourier transform constitute a real spectrum since the transmission line is short-circuited and that the voltages
détectées sont symétriques par rapport au court-circuit. detected are symmetrical with respect to the short circuit.
Ils ont pour valeurs: F (k) = E Vn cos l 2 r k p (n) n N p(n) étant la position normalisée du N ème détecteur (en général 1, 2, 3 ou bien 0,5-1,5-2,5) les détecteurs étant numérotés dans un ordre croissant en partant de celui connecté à proximité de l'extrémité libre 3 de la ligne de transmission et en allant vers celui connecté à proximité de l'extrémité court-circuitée 2 de la ligne de transmission, k étant l'ordre de l'échantillon de la transformée discrète de Fourier numéroté dans un ordre Their values are: F (k) = E Vn cos l 2 rkp (n) n N p (n) being the normalized position of the N th detector (in general 1, 2, 3 or 0.5-1.5 -2.5) the detectors being numbered in ascending order starting from that connected near the free end 3 of the transmission line and going to that connected near the short-circuited end 2 of the line of transmission, k being the order of the sample of the discrete Fourier transform numbered in order
croissant en allant des fréquences basses vers les fré- increasing by going from low frequencies to
quences hautes, et Vn la tension détectée par le N ème détecteur. Pour réaliser un filtre ayant une réponse en fréquence de forme déterminée, il suffit de pondérer les points de la transformée discrète de Fourier par les valeurs prises aux abcisses k Fmax de ces points par la N réponse en fréquence considérée X(f): X(f) =Z X (k Fmax) F (k) k N En exprimant F (k) par sa valeur il vient: X(f) = X (k Fmax) E vn Cosl 2 W k p(n)l k N N N ce qui peut s'écrire aussi en permutant les sommations: X(f) = Vn l X (k Fmax) cos l 2 W k p(n)ll n k N N Cette dernière expression montre que la réponse en fréquence cherchée X(f) peut être obtenue par une combinaison linéaire des tensions Vn détectées pondérées par des coefficients Cn réels de valeurs: Cn = X (k Fmax) cos l 2 v k p(n)l k N N Dans ce qui précède, on n'a pas tenu compte des effets de l'échantillonnage qui sont grands car le nombre N des détecteurs est généralement faible de sorte qu'il faut en pratique optimiser les coefficients de pondération high frequencies, and Vn the voltage detected by the N th detector. To make a filter with a frequency response of determined form, it suffices to weight the points of the discrete Fourier transform by the values taken at the abscissae k Fmax of these points by the N frequency response considered X (f): X ( f) = ZX (k Fmax) F (k) k N By expressing F (k) by its value it comes: X (f) = X (k Fmax) E vn Cosl 2 W kp (n) lk NNN which can also be written by permuting the summations: X (f) = Vn l X (k Fmax) cos l 2 W kp (n) ll nk NN This last expression shows that the frequency response sought X (f) can be obtained by a linear combination of the detected voltages Vn weighted by real coefficients Cn of values: Cn = X (k Fmax) cos l 2 vkp (n) lk NN In the above, the effects of sampling were not taken into account which are large because the number N of the detectors is generally small so that in practice it is necessary to optimize the weighting coefficients
en fonction des performances que l'on désire maximiser. depending on the performance you want to maximize.
La figure 3 montre un schéma de principe du fréquencemètre numérique dans lequel chaque paire de discriminateurs de fréquence spatiale connectée en entrée d'un comparateur 51 ', 52 ', 53 ' est réalisée à l'aide d'un unique amplificateur différentiel 71, 72 ou 73 recevant FIG. 3 shows a block diagram of the digital frequency meter in which each pair of spatial frequency discriminators connected at the input of a comparator 51 ′, 52 ′, 53 ′ is produced using a single differential amplifier 71, 72 or 73 receiving
sur ses entrées les tensions Vn délivrées par les détec- on its inputs the voltages Vn delivered by the detectors
teurs transmises par des résistances matérialisant des coefficients de pondération Chaque résistance représente un coefficient de pondération C"n qui est positif si elle est connectée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur différentiel ou négatif si elle est connectée à l'entrée tors transmitted by resistors materializing weighting coefficients Each resistance represents a weighting coefficient C "n which is positive if it is connected to the non-inverting input of the differential amplifier or negative if it is connected to the input
inverseuse de l'amplificateur différentiel et qui corres- inverter of the differential amplifier and which corresponds to
pond à la somme des coefficients de pondération Cn, C'n de même ordre des discriminateurs de la paire considérée. La figure 4 représente les tensions de sortie V 71 à V 73 des amplificateurs différentiels 71 à 73 de la figure 3 qui réalisent directement la différence des pond to the sum of the weighting coefficients Cn, C'n of the same order of the discriminators of the pair considered. FIG. 4 represents the output voltages V 71 to V 73 of the differential amplifiers 71 to 73 of FIG. 3 which directly realize the difference of the
sorties des discriminateurs de fréquence spatiale complé- outputs of the spatial frequency discriminators
mentaires du type représenté sur la figure 2 Les compa- of the type shown in Figure 2 The comparisons
rateurs de sortie 51 ' à 53 ' ont alors leur référence égale output rators 51 'to 53' then have their equal reference
à O et fonctionnent alors en détecteurs de polarité. to O and then operate as polarity detectors.
La figure 5 montre un schéma de réalisation de fréquencemètre numérique dans lequel l'amplificateur différentiel de chaque paire de discriminateurs est FIG. 5 shows an embodiment diagram of a digital frequency meter in which the differential amplifier of each pair of discriminators is
réalisé à l'aide de deux étages successifs d'amplifi- realized using two successive stages of amplifi-
cateurs opérationnels inverseurs 710, 711 respectivement 720, 721 et 730, 731 pourvus chacun d'une résistance de contre-réaction 712, 713 respectivement 722, 723 et 732, 733. La figure 6 montre un schéma d'une réalisation reversing operational cators 710, 711 respectively 720, 721 and 730, 731 each provided with a feedback resistance 712, 713 respectively 722, 723 and 732, 733. FIG. 6 shows a diagram of an embodiment
simplifiée du fréquencemètre dans laquelle les amplifi- simplified frequency meter in which the amplifiers
cateurs différentiels des couples de discriminateurs de fréquence spatiale ont un premier étage commun 700 et des deuxièmes étages distincts 714, 715, 716 La mise en differential cators of the pairs of spatial frequency discriminators have a common first stage 700 and separate second stages 714, 715, 716
commun du premier étage 700 des amplificateurs diffé- first stage common 700 different amplifiers
rentiels diminue le nombre d'amplificateurs opérationnels reduces the number of operational amplifiers
utilisés ainsi que le nombre des résistances de pondé- used as well as the number of weight resistors
ration Elle est justifiée par l'égalité suivante concernant la réponse en fréquence X"m(f) d'un même couple de discriminateurs de fréquence spatiale X"m(f) = C"m,n Vn =T ( C"m,n-Xn)Vn + L Xn Vn n N n Si les coefficients Xn sont choisis tels que le terme C"m,n-Xn soit négatif quel que soit le couple de discriminateurs de fréquence spatiale, il apparaît que les coefficients de pondération de tous les couples de ration It is justified by the following equality concerning the frequency response X "m (f) of the same pair of spatial frequency discriminators X" m (f) = C "m, n Vn = T (C" m, n-Xn) Vn + L Xn Vn n N n If the coefficients Xn are chosen such that the term C "m, n-Xn is negative regardless of the pair of spatial frequency discriminators, it appears that the weighting coefficients of all couples of
discriminateurs de fréquence spatiale peuvent être décom- spatial frequency discriminators can be decom-
posés en un jeu de coefficients de pondération tous négatifs (C"m,n- Xn) variant pour chaque couple de discriminateurs de fréquence spatiale et en un jeu de coefficients de pondération Xn tous positifs invariant pour tous les couples de discriminateurs de fréquence spatiale Le jeu de coefficients positifs de pondération Xn est mis en oeuvre à l'aide du premier étage commun à amplificateur opérationnel inverseur 700 connecté en entrée par des résistances aux différentes sorties des détecteurs tandis que les jeux de coefficients négatifs de pondération sont mis en oeuvre à l'aide des deuxièmes posed in a set of weighting coefficients all negative (C "m, n- Xn) varying for each pair of spatial frequency discriminators and in a set of weighting coefficients Xn all positive invariant for all pairs of spatial frequency discriminators Le set of positive weighting coefficients Xn is implemented using the first common stage with inverter operational amplifier 700 connected at the input by resistors to the different outputs of the detectors while the sets of negative weighting coefficients are implemented at l second help
étages individuels à amplificateurs opérationnels inver- individual stages with reverse operational amplifiers
seurs 714, 715, 716 connectés en entrée par des résis- sisters 714, 715, 716 connected at the input by resistors
tances à la sortie du premier étage et des différents détecteurs Ce montage revient dans la pratique à utiliser comme deuxième discriminateur de chaque couple un discriminateur de fréquence spatiale unique dont la réponse en fréquence est de type passe-tout et qui délivre en sortie un signal dont le niveau correspond au niveau moyen de sortie du premier discriminateur de fréquence tances at the output of the first stage and of the various detectors This arrangement amounts in practice to using as a second discriminator of each couple a unique spatial frequency discriminator whose frequency response is of the all-pass type and which outputs a signal whose the level corresponds to the average output level of the first frequency discriminator
spatiale de chaque couple.spatial of each couple.
La figure 7 représente le schéma d'une variante consistant à mettre en cascade deux montages de fréquencemètre analogues à ceux qui viennent d'être décrits, avec un codeur mis en commun, utilisant des lignes de transmission de longueurs différentes Le FIG. 7 represents the diagram of a variant consisting in cascading two frequency meter assemblies similar to those which have just been described, with a shared encoder, using transmission lines of different lengths
premier montage 100 fonctionne avec une ligne de trans- first assembly 100 works with a trans-
mission 101 ayant des prises intermédiaires dont l'écar- mission 101 having intermediate catches including the
tement est prévu en fonction de la bande totale de fré- according to the total frequency band
quence de fonctionnement et fournit un mot de m' bits représentatif de la fréquence à mesurer Le deuxième montage 200 fonctionne avec une ligne de transmission 201 ayant des prises intermédiaires à écartement plus grand prévu pour une bande de fréquence de fonctionnement 2 M' fois plus faible et fournit un mot binaire de m" bits représentatif de la fréquence à mesurer avec une précision il 2 m' fois plus grande que le mot binaire du premier montage mais avec des ambiguïtés levées par le mot binaire de ce premier montage Le mot binaire de m' bits délivré par le premier montage 100 et celui de m" bits délivré par le deuxième montage 200 sont appliqués à un codeur commun 300 qui fournit une mesure de la fréquence en code binaire operating sequence and provides a word of m 'bits representative of the frequency to be measured The second assembly 200 operates with a transmission line 201 having intermediate taps with a greater spacing provided for a band of operating frequency 2 M' times lower and provides a binary word of m "bits representative of the frequency to be measured with an accuracy il 2 m 'times greater than the binary word of the first assembly but with ambiguities raised by the binary word of this first assembly The binary word of m bits delivered by the first circuit 100 and that of m "bits delivered by the second circuit 200 are applied to a common encoder 300 which provides a measurement of the frequency in binary code
naturel sur m'+m" bits.natural on m '+ m "bits.
La précision de ces deux montages en cascade est celle d'un montage fournissant m'+m" bits de fréquence nécessitant environ 2 m'+m" détecteurs alors qu'ils n'en The precision of these two cascade assemblies is that of an assembly providing m '+ m "frequency bits requiring approximately 2 m' + m" detectors when they do not
comportent que 2 m' + 2 m".have only 2 m '+ 2 m ".
En pratique, les effets de l'échantillonnage dans ces deux montages en cascade font que la sensibilité du second montage 200 s'annule périodiquement en fonction de la fréquence Le comparateur 400 a pour fonction de déterminer si le deuxième montage 200 travaille dans une zone de faible sensibilité Si tel est le cas, il faut substituer à la fréquence mesurée par le second montage, celle correspondant à la zone de faible sensibilité Dans l'hypothèse o le court-circuit placé à l'extrémité de la ligne de transmission 200 est distant du premier détecteur de la moitié du pas d'écartement entre détecteurs, cette valeur à substituer est O Cette substitution est In practice, the effects of sampling in these two cascade circuits mean that the sensitivity of the second circuit 200 is periodically canceled as a function of the frequency. The comparator 400 has the function of determining whether the second circuit 200 works in a zone of low sensitivity If this is the case, it is necessary to substitute for the frequency measured by the second assembly, that corresponding to the zone of low sensitivity In the hypothesis where the short-circuit placed at the end of the transmission line 200 is distant of the first detector by half the spacing step between detectors, this value to be substituted is O This substitution is
effectuée par des portes logiques de type "et" 500 com- carried out by logic gates of type "and" 500
mandées par le comparateur 400 et intercalées entre le ordered by comparator 400 and inserted between the
deuxième montage 200 et le codeur 300. second assembly 200 and the encoder 300.
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