CA1227548A - Filtre actif hyperfrequence - Google Patents
Filtre actif hyperfrequenceInfo
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- CA1227548A CA1227548A CA000476316A CA476316A CA1227548A CA 1227548 A CA1227548 A CA 1227548A CA 000476316 A CA000476316 A CA 000476316A CA 476316 A CA476316 A CA 476316A CA 1227548 A CA1227548 A CA 1227548A
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D3/00—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
- H03D3/02—Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
- H03D3/24—Modifications of demodulators to reject or remove amplitude variations by means of locked-in oscillator circuits
- H03D3/241—Modifications of demodulators to reject or remove amplitude variations by means of locked-in oscillator circuits the oscillator being part of a phase locked loop
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- H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
- H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
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- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/07—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop using several loops, e.g. for redundant clock signal generation
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- H03L2207/00—Indexing scheme relating to automatic control of frequency or phase and to synchronisation
- H03L2207/12—Indirect frequency synthesis using a mixer in the phase-locked loop
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Abstract
Un filtre hyperfréquence actif qui comporte un oscillateur hyperfréquence associé à une boucle à verrouillage de phase rapide. Cette boucle comprend un mélangeur relié à la sortie de l'oscillateur et à la sortie d'un synthétiseur, un comparateur de phase recevant une raie résultant du mélange et un signal porteur modulé angulairement à filtrer, et un circuit amplificateur et filtre passe-bas recevant le signal de sortie du comparateur de phase, dont la sortie est reliée à l'entrée de commande de fréquence de l'oscillateur. Ainsi, le signal porteur modulé est transposé à la fréquence de l'oscillateur commandé en tension en même temps qu'il est soumis à un filtrage passebande par la boucle. Application au filtrage hyperfréquence dans les faisceaux hertziens.
Description
;~275~3 L9invention se rapporte au filtrage hyper-fréquence. La fonction de filtrage hyperfréquence est déli-cate etcoûteuse à réaliser lorsqu'on la désire performante.
Il existe plusieurs modes de réalisation de filtres hyperfréquences classiques, à éléments mécaniques.
Ces filtres peuvent être des filtres à cellules LC, des filtres à varactors, ou des filtres hyperfréquences à tiges.
Tous ces éléments permettent de construire des filtres hyperfréquences performants, mais sont en général coûteux.
Il existe d'autres modes de réalisation de filtres hyperfréquences, réalisés selon des technologies microélectroniques sur des substrats divers. Les filtres réalisés selon ces technologies sont plus faciles à fa-briquer mais ont des performances moindres; de plus leurs fréquences centrales ne peuvent pas être décalées facilement par exemple dans le but de réaliser un filtre agile en fréquence.
Le problème technique à résoudre est donc de réaliser un filtre hyperErequence réglable et performant, et qui soit en même temps Eacile à réaliser et peu coûteux.
Suivant l'invention, un filtre actif hyper-fréquence est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un oscillateur hyperfréquence commandé en tension ayant une sortie et une entrée de commande reliées par une boucle à
verrouillage de phase rapide, la boucle comportant un mélangeur ayant une entrée reliée à la sortie de l'oscilla-teur et une autre entrée reliée à un générateur local, et un comparateur de phase recevant un siynal modulé angulairement et un signal issu du mélangeur ayant respectivement des fréquences porteuses égales ou décalées, le comparateur comportant une sortie reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur hyperfréquence par un circuit amplificateur et filtre passe-bas de bande au moins égale à la bande de modulation du signal modulé.
. . - 1 -:~2Z75~
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description non limitative qui suit d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, donnée avec référence aux figures annexées dans S lesquelle5:
/
t - la -~7~
- La figure 1 est le schéma synoptique d'un premier mode de réalisation du filtre hyperfréquence suivant l'invention;
- les figures 2 et 3 représentent les spectres des signaux en différents points du dispositif suivant l'invention;
- la figure 4 est le schéma synoptique d'un second mode de réalisation du iiltre suivant l'invention.
Le filtre hyperfréquence selon l'invention comporte non pas des composants passifs comme dans les modes de réalisation, en mécanique ou en technologie avancee, mais des circuits actifs qui, du fait de leur faible 10 coût et de leur grande facilité d'intégration, permettent de résoudre le problème du filtrage hyperfréquence de façon efficace et peu coûteuse.
L'invention utilise le fait qu'un oscillateur commandé en tension utilisé dans une boucle de phase rapide peut suivre les variations de phase détectées dans cette boucle, tant que ces variations restent à l'intérieur de la bande de la boucle de phase, cette bande étant limitée par le pôle de l'amplificateur et filtre de boucle. Ce pôle est dit prépondérant car situé
à une fréquence inférieure aux fréquences de coupures liées aux autres éléments de la boucle, p2r exemple celle de l'oscillateur commandé en tension En conséquence, I'oscillateur commandé en tension peut recopier fidelement toute modulation, à l'intérieur de la bande de la boucle, appliquée à son entrée de cornmande. Si donc un signal constitué d'une porteuse modulée angulairement est comparé en phase à un signal à la fréquence porteuse dérivé du signal de sortie de l'oscillateur, le signal de 25 modulation issu du cornparateur de phase peut être appliqué à l'entrée de commande de l'oscillateur commandé en tension via un amplificateur de boucle et un filtre de boucle; le signal de modulation ainsi filtré
`commande une modulation de fréquence de l'oscillateur commandé en tension autour de sa frequence centrale. Le signal hyperfréquence modulé
30 et filtré apparaît alors en sortie de l'oscillateur commandé en tension. En effet la fonction de transfert du pole prépondérant de l'amplificateur de boucle est directement iiée au spectre de fréquence issu de l'oscillateur commandé en tension asservi sur une référence. Ainsi le filtrage passe-bande réalisé antérieurement en hyperfréquence es remplacé par un 35 filtrage passe-bas en bande de base reporté sur le signal hyperfréquence 4~3 fourni par un oscillateur, commandé en tension par le signal filtré, auquel est associé une boucle de phase rapide.
La fréquence de référence à laquelle est asservie la fréquence de l'oscillateur est déterminée par le choix d'une fréquence locale fournie par 5 un synthétiseur ou un oscillateur local et peut être décalée pour décaler de la même manière la fréquence de l'oscillateur de sortie pourvu que la bande passante de l'amplificateur-filtre passe-bas de la boucle soit suff isante.
Le mode de réalisation du filtre hyperfréquence actif suivant l'invention utilise ces constatations. Sa structure est la suivante: un oscillateur commandé en tension 10, à une fréquence centrale qui peu être comprise par exemple entre 2 GHz et 4 GHz, fournit son signal hyperfréquence de sortie à la première entrée d'un mélangeur 11 qui reçoit sur sa seconde entrée un signal d'oscillation locale issu d'un 15 générateur local ~2, synthé~æ~ou oscillateur local, ayant une fréquence FL telle que Fo - FL = FR~ FR étant la fréquence porteuse d'un signal à
fréquence intermédiaire modulé, issu par exemple des étages à fréquence intermédiaire d'un emetteur. Ce mélangeur fournit un signal de battement a la fréquence FlR appliqué à la première entrée d'un comparateur de 20 phase 13~ La seconde entrée du comparateur 13 reçoit le signal à
fréquence intermédiaire modulé F~;~M, dont la fréquence porteuse est la fréquence de référence, FR. Ce comparateur de phase fournit le signal démodulé FM. Ce signal démodulé est appliqué à l'entrée d'un circuit ampllficateur 14 suivl d'un filtre de boucle en bande de base 15, passif ou 25 actif, qui soumet le signal de modulation à son action. La sortie du filtre 15 est reliée à l'entrée de commande de fréquence de l'oscillateur commandé en tension 10.
- Si le filtre passe-bas de la boucle 15 est du 2ème ordre, et si Ko est la pente en MHz par volt de l'oscillateur commandé en tension, et Kd 30 la pente en volts par radian du comparateur de phase, la fréquence de coupure de la fonction de transfert du filtre hyperfréquence est fonction de ces coefficients Ko et Kd et de la fonction de transfert du filtre passe-y` bas en bande de base 15. En particulier sa transmittance a des pentes à
12 dB/octave comme celle du liltre passe-bas du 2èMe ordre de la boucle.
"..-~2~7~
La figure 2 représente la fonction de filtrage en bande de base de la boucle de phase associée à l'oscillateur cornmandé en tension. La fréquence de coupure FC peut être de l'ordre de 50 MHz, la pente étant égale à -12 da/octave.
La figure 3 représente en trait plein un exemple de spectre d'une onde modulée par variation de phase continue par un signal numérigue, centré sur sa fréquence porteuse FR. Sur cette môme figure 3 a été
représentée, en pointillés, I'action de filtrage par la boucle de phase sur le signal de sortie de l'oscillateur cs)mmandé en tension centrée sur la 10 fréquence porteuse de l'oscillateur 10, Fox c'est-à-dire la bande du filtrage hyperfrequence.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce premier mode de réalisation permet d'obtenir un filtre passe-bande hyperfréquence à deux pôles, c'est-à-dire à 12 dB par octave au moyen d'une boucle de phase.
L'association en série de plusieurs, soit n, boucles de phase de ce type permet de réaliser des filtres à 2n pôles et d'obtenir ainsi des filtrages à 12, 24, 36, 48 dBloctave. Le second mode de réalisation du filtre hyperEréquence selon l'invention représenté sur la flgure 4 est un filtre hyperfréquence à 4 pôles. Les mêmes éléments que sur la figure 1 20 ont été désignés par les mêmes repères. Ainsi, le premier oscillateur commandé en tension 10 est associé à la boucle de phase comportant un mélangeur 11 recevant le signal de sortie d'un synthétiseur 12 dont la sortie est reliée à la première entrée du comparateur de phase 13. Ce comparateur reçoit sur son autre entrée le signal à fréquence intermédiai 25 re modulé en phase. La sortie de ce comparateur est reliée via l'amplifi-cateur de boucle 14 eu le filtre 15 à l'en~rée de commande de l'oscillateur cQmmandé en tension 10.
Au lieu de prélever, pour l'émission, le signal de sortie de l'oscilla-teur commandé en tension 10, le signal de sortie du mélangeur 11, qui est 30 le signal de sortie de l'oscillateur 10 transposé en fréquence est appliqué àune entrée d'un second comparateur de phase 23 inséré dans une seconde boucle de phase, semblable à I première, associée à un second oscillateur commandé en tension 2û. Le mélangeur 21 de cette boucle de phase reçoit le signal d'oscillation locale du même synthétiseur 12, et transpose à la y; 35 fréquence FR le signal de sortie de l'oscillateur 20, ce signal transposé
....
~Z~7~9L1~3 étant appllqué à l'autre entrée du second comparateur de phase 23. De la même manière que dans la première boucle de phase, un amplificateur 24 suivi d'un filtre de boucle 25 transmet le signal de modulation FM à
l'entrée de commande de l'oscillateur commandé en tension 20. La sortie 5 émission de ce circuit de filtrage hyperfréquence est la sortie de l'oscillateur 20. En réception, la sortie est la sortie du filtre 25.
L'action de cette seconde boucle de phase permet d'augmenter la pente de la transmittance du filtre hyperfréquence ainsi réalisé aux fréquences de coupure, le signal de sortie de l'oscillateur commandé en 10 tension 20 étant centré à la fréquence Fox ayant une bande égale à la bande de la boucle de phase rapide, et coupant avec une pente à 24 dB par octave.
En ajoutant un troisième oscilla~eur commandé en tension associé
à une boucle de phase semblable, les entrées du comparateur de phase 15 correspondant étant reliées à la sortie du mélangeur de la même boucle et à celle du mélangeur de la boucle précédente, on obtient un filtre coupant à 36 dB/octave La bande de filtrage ainsi déterminée est liée à la bande de la boucle de phase rapide associée à l'oscillateur commandé en tension et est Jo indépendante de la fréquence centrale Fo du filtre hyperfréquence déter-minée par l'osclllateur commandé en tension; cet oscillateur peut aussi bien déllvrer des ondes décimétriques (300 MHz à 3 GHz), centimétriques (3 à 30 GHz), que millimétriques (30 à 300 GHz).
Les performances du filtrage, c'est-à-dire la rotation de phase, le 25 temps de retard de groupe, et l'ondulation dépendent essentiellernent des limitations technologiques introduites par la réalisation de l'amplificateur et filtre de boucle 14, 15 (24, 25),de l'oscillateur commandé en tension 10 (20),du mélangeur de fréquences 11 (21)tet du compara~eur de phase 13 (23). Si l'oscillateur commandé en tenslon a une grande bande d'accord, sa 30 fréquence de coupure n'intervient pas comme pôle supplémentaire dans la fonction de transfert de la boucle, le seul p81e utile- étant le p81e prépondérant de l'amplificateur filtre de boucle. En conséquence l'oscilla-teur commandé en tension peut suivre aisément les décalages de fréquen-ce provoqués par le synthétiseur de ~ansposition de la boucleO Ce filtre y` 35 hyperfréquence peut donc être un filtre agile en fréquence par décalage :
~Z7~
de la fréguence issue du synthétiseur. Le signal de sortie du comparateur de phase est alors le signal modulé auquel est superposée une composante constante caractéristique du decalage ~Fo souhaité pour la fréquence centrale Fo de l'oscillateur.
Le filtre hyperfréquence décrit ci-dessus est particulièrement intéressant en vue de réaliser une intégration poussée orientée vers les technologies monolithiques.
Le domaine d'utilisation de ce type de filtre est extrêmement - vaste. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, particulièrement 10 adaptés à l'émission, il peu être utilisé dans les faisceaux hertziens, les télécommunications ou les petites stations terriennes économiques (mono-voie) de télécommunications par satellite, de transmission de données, ou de téléphonle.
Mais un tel filtre hyperfréquence est également utilisable en 15 réception. Le schéma est le même que celui de la figure 1, mais l'entrée reçoit le signal modulé reçu. L'oscillateur commandé en tension 10 a alors une fréquence Fo et le synthétiseur 12 une fréquençe locale FL telles que la fréquence résultant du battement de Fo et FL soit égale à la fréquence reçue. Le signal de modulation filtré par la boucle de phase associée à
20 I'oscillateur commandé en tension est prélevé dans ce cas à la sortie du filtre 15. Bien entendu, du fait que le cornparateur de phase et le mélangeur ont chacun un facteur de bruit, le facteur de bruit d'un tel ensemble est dégradé par rapport à un système classique et donc ce type de filtre hyperfréquence ne peut être utilisé en réception qu'en associa-25 tion avec un amplificateur à faible bruit placé en amont du comparateurde phase et ayant un gain suffisant pour masquer les facteurs de bruit du comparateur de ,ohase et du mélangeur.
- Comme indiyué ci-dessus, un filtre hyperfréquence de ce type nécessite une boucle de phase rapide, c'est-à-dire un oscillateur comman-30 dé en tension par l'intermédiaire d'une boucle de bande passante suffisan-te. En particulier, il n'est pas envisageable d'utiliser à la place de l'oscillateur un synthétiseur car la boucle varie alors seulement de quelques hertz à quelques centaines de kilohertz, alors que la bande nécessaire pour un canal de faisceau hertzien satellite pour transmettre 35 un train numérique de 2 fois 34 Mbits est d'environ de 40 MHz. Les ' :, :
~'7~
boucles de phase rapides actuellement réalisées ont des bandes passantes de l'ordre de 40 à 50 MHz c'est-à-dire qu'après transposition, la bande de filtrage dû la boucle est de l'ordre de 100 M Hz, et donc largement suffisante pour les applications envisagées ci-dessus.
....
Il existe plusieurs modes de réalisation de filtres hyperfréquences classiques, à éléments mécaniques.
Ces filtres peuvent être des filtres à cellules LC, des filtres à varactors, ou des filtres hyperfréquences à tiges.
Tous ces éléments permettent de construire des filtres hyperfréquences performants, mais sont en général coûteux.
Il existe d'autres modes de réalisation de filtres hyperfréquences, réalisés selon des technologies microélectroniques sur des substrats divers. Les filtres réalisés selon ces technologies sont plus faciles à fa-briquer mais ont des performances moindres; de plus leurs fréquences centrales ne peuvent pas être décalées facilement par exemple dans le but de réaliser un filtre agile en fréquence.
Le problème technique à résoudre est donc de réaliser un filtre hyperErequence réglable et performant, et qui soit en même temps Eacile à réaliser et peu coûteux.
Suivant l'invention, un filtre actif hyper-fréquence est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un oscillateur hyperfréquence commandé en tension ayant une sortie et une entrée de commande reliées par une boucle à
verrouillage de phase rapide, la boucle comportant un mélangeur ayant une entrée reliée à la sortie de l'oscilla-teur et une autre entrée reliée à un générateur local, et un comparateur de phase recevant un siynal modulé angulairement et un signal issu du mélangeur ayant respectivement des fréquences porteuses égales ou décalées, le comparateur comportant une sortie reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur hyperfréquence par un circuit amplificateur et filtre passe-bas de bande au moins égale à la bande de modulation du signal modulé.
. . - 1 -:~2Z75~
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description non limitative qui suit d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, donnée avec référence aux figures annexées dans S lesquelle5:
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t - la -~7~
- La figure 1 est le schéma synoptique d'un premier mode de réalisation du filtre hyperfréquence suivant l'invention;
- les figures 2 et 3 représentent les spectres des signaux en différents points du dispositif suivant l'invention;
- la figure 4 est le schéma synoptique d'un second mode de réalisation du iiltre suivant l'invention.
Le filtre hyperfréquence selon l'invention comporte non pas des composants passifs comme dans les modes de réalisation, en mécanique ou en technologie avancee, mais des circuits actifs qui, du fait de leur faible 10 coût et de leur grande facilité d'intégration, permettent de résoudre le problème du filtrage hyperfréquence de façon efficace et peu coûteuse.
L'invention utilise le fait qu'un oscillateur commandé en tension utilisé dans une boucle de phase rapide peut suivre les variations de phase détectées dans cette boucle, tant que ces variations restent à l'intérieur de la bande de la boucle de phase, cette bande étant limitée par le pôle de l'amplificateur et filtre de boucle. Ce pôle est dit prépondérant car situé
à une fréquence inférieure aux fréquences de coupures liées aux autres éléments de la boucle, p2r exemple celle de l'oscillateur commandé en tension En conséquence, I'oscillateur commandé en tension peut recopier fidelement toute modulation, à l'intérieur de la bande de la boucle, appliquée à son entrée de cornmande. Si donc un signal constitué d'une porteuse modulée angulairement est comparé en phase à un signal à la fréquence porteuse dérivé du signal de sortie de l'oscillateur, le signal de 25 modulation issu du cornparateur de phase peut être appliqué à l'entrée de commande de l'oscillateur commandé en tension via un amplificateur de boucle et un filtre de boucle; le signal de modulation ainsi filtré
`commande une modulation de fréquence de l'oscillateur commandé en tension autour de sa frequence centrale. Le signal hyperfréquence modulé
30 et filtré apparaît alors en sortie de l'oscillateur commandé en tension. En effet la fonction de transfert du pole prépondérant de l'amplificateur de boucle est directement iiée au spectre de fréquence issu de l'oscillateur commandé en tension asservi sur une référence. Ainsi le filtrage passe-bande réalisé antérieurement en hyperfréquence es remplacé par un 35 filtrage passe-bas en bande de base reporté sur le signal hyperfréquence 4~3 fourni par un oscillateur, commandé en tension par le signal filtré, auquel est associé une boucle de phase rapide.
La fréquence de référence à laquelle est asservie la fréquence de l'oscillateur est déterminée par le choix d'une fréquence locale fournie par 5 un synthétiseur ou un oscillateur local et peut être décalée pour décaler de la même manière la fréquence de l'oscillateur de sortie pourvu que la bande passante de l'amplificateur-filtre passe-bas de la boucle soit suff isante.
Le mode de réalisation du filtre hyperfréquence actif suivant l'invention utilise ces constatations. Sa structure est la suivante: un oscillateur commandé en tension 10, à une fréquence centrale qui peu être comprise par exemple entre 2 GHz et 4 GHz, fournit son signal hyperfréquence de sortie à la première entrée d'un mélangeur 11 qui reçoit sur sa seconde entrée un signal d'oscillation locale issu d'un 15 générateur local ~2, synthé~æ~ou oscillateur local, ayant une fréquence FL telle que Fo - FL = FR~ FR étant la fréquence porteuse d'un signal à
fréquence intermédiaire modulé, issu par exemple des étages à fréquence intermédiaire d'un emetteur. Ce mélangeur fournit un signal de battement a la fréquence FlR appliqué à la première entrée d'un comparateur de 20 phase 13~ La seconde entrée du comparateur 13 reçoit le signal à
fréquence intermédiaire modulé F~;~M, dont la fréquence porteuse est la fréquence de référence, FR. Ce comparateur de phase fournit le signal démodulé FM. Ce signal démodulé est appliqué à l'entrée d'un circuit ampllficateur 14 suivl d'un filtre de boucle en bande de base 15, passif ou 25 actif, qui soumet le signal de modulation à son action. La sortie du filtre 15 est reliée à l'entrée de commande de fréquence de l'oscillateur commandé en tension 10.
- Si le filtre passe-bas de la boucle 15 est du 2ème ordre, et si Ko est la pente en MHz par volt de l'oscillateur commandé en tension, et Kd 30 la pente en volts par radian du comparateur de phase, la fréquence de coupure de la fonction de transfert du filtre hyperfréquence est fonction de ces coefficients Ko et Kd et de la fonction de transfert du filtre passe-y` bas en bande de base 15. En particulier sa transmittance a des pentes à
12 dB/octave comme celle du liltre passe-bas du 2èMe ordre de la boucle.
"..-~2~7~
La figure 2 représente la fonction de filtrage en bande de base de la boucle de phase associée à l'oscillateur cornmandé en tension. La fréquence de coupure FC peut être de l'ordre de 50 MHz, la pente étant égale à -12 da/octave.
La figure 3 représente en trait plein un exemple de spectre d'une onde modulée par variation de phase continue par un signal numérigue, centré sur sa fréquence porteuse FR. Sur cette môme figure 3 a été
représentée, en pointillés, I'action de filtrage par la boucle de phase sur le signal de sortie de l'oscillateur cs)mmandé en tension centrée sur la 10 fréquence porteuse de l'oscillateur 10, Fox c'est-à-dire la bande du filtrage hyperfrequence.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce premier mode de réalisation permet d'obtenir un filtre passe-bande hyperfréquence à deux pôles, c'est-à-dire à 12 dB par octave au moyen d'une boucle de phase.
L'association en série de plusieurs, soit n, boucles de phase de ce type permet de réaliser des filtres à 2n pôles et d'obtenir ainsi des filtrages à 12, 24, 36, 48 dBloctave. Le second mode de réalisation du filtre hyperEréquence selon l'invention représenté sur la flgure 4 est un filtre hyperfréquence à 4 pôles. Les mêmes éléments que sur la figure 1 20 ont été désignés par les mêmes repères. Ainsi, le premier oscillateur commandé en tension 10 est associé à la boucle de phase comportant un mélangeur 11 recevant le signal de sortie d'un synthétiseur 12 dont la sortie est reliée à la première entrée du comparateur de phase 13. Ce comparateur reçoit sur son autre entrée le signal à fréquence intermédiai 25 re modulé en phase. La sortie de ce comparateur est reliée via l'amplifi-cateur de boucle 14 eu le filtre 15 à l'en~rée de commande de l'oscillateur cQmmandé en tension 10.
Au lieu de prélever, pour l'émission, le signal de sortie de l'oscilla-teur commandé en tension 10, le signal de sortie du mélangeur 11, qui est 30 le signal de sortie de l'oscillateur 10 transposé en fréquence est appliqué àune entrée d'un second comparateur de phase 23 inséré dans une seconde boucle de phase, semblable à I première, associée à un second oscillateur commandé en tension 2û. Le mélangeur 21 de cette boucle de phase reçoit le signal d'oscillation locale du même synthétiseur 12, et transpose à la y; 35 fréquence FR le signal de sortie de l'oscillateur 20, ce signal transposé
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~Z~7~9L1~3 étant appllqué à l'autre entrée du second comparateur de phase 23. De la même manière que dans la première boucle de phase, un amplificateur 24 suivi d'un filtre de boucle 25 transmet le signal de modulation FM à
l'entrée de commande de l'oscillateur commandé en tension 20. La sortie 5 émission de ce circuit de filtrage hyperfréquence est la sortie de l'oscillateur 20. En réception, la sortie est la sortie du filtre 25.
L'action de cette seconde boucle de phase permet d'augmenter la pente de la transmittance du filtre hyperfréquence ainsi réalisé aux fréquences de coupure, le signal de sortie de l'oscillateur commandé en 10 tension 20 étant centré à la fréquence Fox ayant une bande égale à la bande de la boucle de phase rapide, et coupant avec une pente à 24 dB par octave.
En ajoutant un troisième oscilla~eur commandé en tension associé
à une boucle de phase semblable, les entrées du comparateur de phase 15 correspondant étant reliées à la sortie du mélangeur de la même boucle et à celle du mélangeur de la boucle précédente, on obtient un filtre coupant à 36 dB/octave La bande de filtrage ainsi déterminée est liée à la bande de la boucle de phase rapide associée à l'oscillateur commandé en tension et est Jo indépendante de la fréquence centrale Fo du filtre hyperfréquence déter-minée par l'osclllateur commandé en tension; cet oscillateur peut aussi bien déllvrer des ondes décimétriques (300 MHz à 3 GHz), centimétriques (3 à 30 GHz), que millimétriques (30 à 300 GHz).
Les performances du filtrage, c'est-à-dire la rotation de phase, le 25 temps de retard de groupe, et l'ondulation dépendent essentiellernent des limitations technologiques introduites par la réalisation de l'amplificateur et filtre de boucle 14, 15 (24, 25),de l'oscillateur commandé en tension 10 (20),du mélangeur de fréquences 11 (21)tet du compara~eur de phase 13 (23). Si l'oscillateur commandé en tenslon a une grande bande d'accord, sa 30 fréquence de coupure n'intervient pas comme pôle supplémentaire dans la fonction de transfert de la boucle, le seul p81e utile- étant le p81e prépondérant de l'amplificateur filtre de boucle. En conséquence l'oscilla-teur commandé en tension peut suivre aisément les décalages de fréquen-ce provoqués par le synthétiseur de ~ansposition de la boucleO Ce filtre y` 35 hyperfréquence peut donc être un filtre agile en fréquence par décalage :
~Z7~
de la fréguence issue du synthétiseur. Le signal de sortie du comparateur de phase est alors le signal modulé auquel est superposée une composante constante caractéristique du decalage ~Fo souhaité pour la fréquence centrale Fo de l'oscillateur.
Le filtre hyperfréquence décrit ci-dessus est particulièrement intéressant en vue de réaliser une intégration poussée orientée vers les technologies monolithiques.
Le domaine d'utilisation de ce type de filtre est extrêmement - vaste. Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, particulièrement 10 adaptés à l'émission, il peu être utilisé dans les faisceaux hertziens, les télécommunications ou les petites stations terriennes économiques (mono-voie) de télécommunications par satellite, de transmission de données, ou de téléphonle.
Mais un tel filtre hyperfréquence est également utilisable en 15 réception. Le schéma est le même que celui de la figure 1, mais l'entrée reçoit le signal modulé reçu. L'oscillateur commandé en tension 10 a alors une fréquence Fo et le synthétiseur 12 une fréquençe locale FL telles que la fréquence résultant du battement de Fo et FL soit égale à la fréquence reçue. Le signal de modulation filtré par la boucle de phase associée à
20 I'oscillateur commandé en tension est prélevé dans ce cas à la sortie du filtre 15. Bien entendu, du fait que le cornparateur de phase et le mélangeur ont chacun un facteur de bruit, le facteur de bruit d'un tel ensemble est dégradé par rapport à un système classique et donc ce type de filtre hyperfréquence ne peut être utilisé en réception qu'en associa-25 tion avec un amplificateur à faible bruit placé en amont du comparateurde phase et ayant un gain suffisant pour masquer les facteurs de bruit du comparateur de ,ohase et du mélangeur.
- Comme indiyué ci-dessus, un filtre hyperfréquence de ce type nécessite une boucle de phase rapide, c'est-à-dire un oscillateur comman-30 dé en tension par l'intermédiaire d'une boucle de bande passante suffisan-te. En particulier, il n'est pas envisageable d'utiliser à la place de l'oscillateur un synthétiseur car la boucle varie alors seulement de quelques hertz à quelques centaines de kilohertz, alors que la bande nécessaire pour un canal de faisceau hertzien satellite pour transmettre 35 un train numérique de 2 fois 34 Mbits est d'environ de 40 MHz. Les ' :, :
~'7~
boucles de phase rapides actuellement réalisées ont des bandes passantes de l'ordre de 40 à 50 MHz c'est-à-dire qu'après transposition, la bande de filtrage dû la boucle est de l'ordre de 100 M Hz, et donc largement suffisante pour les applications envisagées ci-dessus.
....
Claims (5)
1. Filtre actif hyperfréquence caractérisé
en ce qu'il comporte au moins un oscillateur hyperfréquence (10) commandé en tension ayant une sortie et une entrée de commande reliées par une boucle à verrouillage de phase rapide, la boucle comportant un mélangeur (11) ayant une entrée reliée à la sortie de l'oscillateur et une autre entrée reliée à un générateur local (12), et un compara-teur de phase (13) recevant un signal modulé angulairement et un signal issu du mélangeur ayant respectivement des fréquences porteuses égales ou décalées, le comparateur comportant une sortie reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur hyperfréquence par un circuit amplificateur (14) et filtre passe-bas (15) de bande au moins égale à la bande de modulation du signal modulé.
en ce qu'il comporte au moins un oscillateur hyperfréquence (10) commandé en tension ayant une sortie et une entrée de commande reliées par une boucle à verrouillage de phase rapide, la boucle comportant un mélangeur (11) ayant une entrée reliée à la sortie de l'oscillateur et une autre entrée reliée à un générateur local (12), et un compara-teur de phase (13) recevant un signal modulé angulairement et un signal issu du mélangeur ayant respectivement des fréquences porteuses égales ou décalées, le comparateur comportant une sortie reliée à l'entrée de commande de l'oscillateur hyperfréquence par un circuit amplificateur (14) et filtre passe-bas (15) de bande au moins égale à la bande de modulation du signal modulé.
2. Filtre selon la revendication 1, carac-térisé en ce que, pour une utilisation en filtre d'émission, le filtre actif hyperfréquence a une sortie constituée par la sortie de l'oscillateur (10).
3. Filtre selon la revendication 1, carac-térisé en ce que, pour une utilisation en filtre de réception le filtre actif hyperfréquence a une sortie constituée par une sortie du circuit filtre passe-bas (15).
4. Filtre selon la revendication 1, carac-térisé en ce qu'il comporte n oscillateurs supplémentaires, n entier supérieur ou égal à 1, ayant une même fréquence centrale (F0), chacun associé à une boucle à verrouillage de phase semblable à la première, les mélangeurs (21) ayant une entrée reliée en sortie de l'oscillateur (20) correspon-dant et une autre entrée reliée en sortie d'un générateur local commun (12), le comparateur de phase (23) d'une boucle recevant un signal issu du mélangeur (21) de la même boucle et le signal issu du mélangeur (11) de la boucle précédente, la transmittance du filtre ayant une pente aux fréquences de coupure égale à n fois la pente de la transmittance à la fréquence de coupure des filtres passe-bas (15,25).
5. Filtre selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il a une fréquence centrale égale à une fréquence centrale d'oscillation F0 de l'oscillateur hyper-fréquence lorsqu'une fréquence porteuse du signal modulé
angulairement est égale à la fréquence d'une raie résultant du mélange d'un signal à fréquence d'oscillation F0 et d'un signal à fréquence FL issu du générateur local, et qui peut être décalée pour réaliser un filtre hyperfréquence agile en fréquence par décalage en fréquence du signal de fréquence FL issu du générateur local (12).
angulairement est égale à la fréquence d'une raie résultant du mélange d'un signal à fréquence d'oscillation F0 et d'un signal à fréquence FL issu du générateur local, et qui peut être décalée pour réaliser un filtre hyperfréquence agile en fréquence par décalage en fréquence du signal de fréquence FL issu du générateur local (12).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8403802A FR2561468B1 (fr) | 1984-03-13 | 1984-03-13 | Filtre actif hyperfrequence |
| FR8403802 | 1984-03-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1227548A true CA1227548A (fr) | 1987-09-29 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000476316A Expired CA1227548A (fr) | 1984-03-13 | 1985-03-12 | Filtre actif hyperfrequence |
Country Status (4)
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| CA (1) | CA1227548A (fr) |
| FR (1) | FR2561468B1 (fr) |
| GB (1) | GB2155711B (fr) |
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- 1985-03-08 US US06/709,756 patent/US4647875A/en not_active Expired - Fee Related
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