EP0015610A1 - Filtre de réflexion de fréquence image en hyperfréquence et récepteur hyperfréquence comprenant un tel filtre - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an image frequency reflection filter for a transmission line with non-localized constants produced in a so-called planar structure and for example according to the microstrip technique (commonly called microstrip).
- This filter can be used in particular in a microwave receiver for television signals comprising a mixer which receives on the one hand a reception signal of frequency f S and on the other hand a signal of frequency f OL delivered by a local oscillator, and which itself provides a signal at an intermediate frequency f FI equal to the difference of the frequencies f S and f OL .
- the filter according to the invention is intended to prevent the transmission of the spurious signal of frequency f p called image frequency and equal to (2f OL - f s ) which is returned from the mixer to the input of the microwave receiver.
- the combination of the signals of frequency f S and f OL can give rise to the appearance of a whole series of other second-order products which are as many spurious signals, but whose the frequency is more distant than f p from the useful frequency band including f S and f OL and the filtering of which therefore does not have to be considered here.
- the object of the invention is to provide an original filter structure whose performance is significantly improved compared to existing filters, while remaining compact and therefore usable in many applications where a small footprint is an essential quality.
- the invention relates for this purpose to an image frequency reflection filter for transmission line with non-localized constants produced in a so-called planar structure and for example according to the microstrip technique, this reflection filter being usable in particular in a microwave receiver which comprises a mixer which, on the one hand, receives a reception signal of frequency f S and, on the other hand, a signal of frequency f OL delivered by a local oscillator to supply after mixing a signal at an intermediate frequency f FI equal to the difference in frequencies f S and f OL , this reflection filter being intended to prevent, by using a quarter-wave filter of length equal to a quarter of the wavelength, in the transmission line of the signal of frequency f p said image frequency and equal to (2 f OL - f S ) ' the transmission of this parasitic signal returned from the mixer to the input of the microwave receiver, this reflection filter being characterized in that it comprises an association of elements passive with non-localized constants placed substantially at the same point in the path of this parasitic signal and intended to allow
- the elements constituting this association are judiciously chosen so that their respective contributions, while being specific, combine their effects without reducing the action of the other element (s); moreover, the location of these elements is such that their distance from the mixer makes it possible to obtain at the latter an optimal impedance for the frequency f, the impedance being considered to be optimal when the noise is the lowest.
- the association according to the invention comprises the quarter wave filter, which makes it possible to obtain a very good reflection in a frequency band centered on f p and of width determined by the choice of that of this quarter wave filter, the adaptation circuit, which ensures optimal transmission at least of the signal of frequency f s , and the transverse recess, an additional element intended to allow in the quarter-wave filter the resonance of the odd mode.
- This last element contributes to reducing the width of the frequency band between the reflection band and the transmission band by lowering the upper limit of this transition frequency band, and therefore both improve the adaptation of the reflection filter according to the invention for the reception frequency f S and to ensure good adaptation also for the local frequency f OL .
- This last characteristic concerning f OL allows, as already mentioned, to reduce the power of the local oscillator without harming the quality of the microwave receiver in which it is inserted.
- the image frequency reflection filter comprises, as we have seen, a combination of passive elements with non-localized constants, intended to allow, by a respective action of each of these elements on a different part of the band frequency including at least the frequencies f S , f OL and f, obtaining the desired filter curve.
- This association comprises, in fact, at least one quarter-wave filter, such as those of FIGS. 1a and 1b, an odd-mode resonator, conforming to one of the arrangements shown in FIGS. 2a to 2c, and a circuit d adaptation, such as those of Figures 3a to 3e.
- the quarter-wave filter of FIG. 1a consists of a rectangular conductive tape 2, perpendicular to the microstrip transmission line 1 to which it is connected.
- the width of the ribbon 2 is, in the example described here, equal to twice that of line 1, the width of the reflected frequency band increasing with that of this ribbon, and its length is equal to a quarter of the length d wave associated with frequency f p in line 1.
- the quarter-wave filter consists of a circular conducting surface 3 connecting to the microstrip line 1 over a width equal to that of the strip 2 in the case of FIG. the diameter of this surface 3 is also equal to a quarter of the wavelength associated with the frequency f p in the line 1.
- FIGS. 2a and 2b respectively show the quarter-wave filters of FIGS. 1a and 1b, but this time equipped with an odd-mode resonator, in the form of a transverse recess 4 which subdivides the ribbon 2 or the surface 3 into two zones 5 and 6 excited by this odd mode.
- the wider recess 4 is occupied by an insulated conductive surface 7 intended to allow adjustment of the resonant frequency and the overvoltage of the resonator, in order to make the slope of the filtering curve steeper. between f p and f OL and therefore reduce the width of the frequency band corresponding to this area of the curve.
- the adaptation circuit of FIG. 3a consists of a small rectangular conductive tape 10, perpendicular to the line 1 and comparable to a capacitive element correcting the inductive effects of a quarter wave filter such as those of FIGS. with respect to the frequency signal f S.
- this ribbon 10 widens, immediately after the zone of connection to the line 1, respectively in a second conductive ribbon 11 or in a semicircular conductive surface 12, the association of the two elements being, in either case, intended to constitute a series LC circuit.
- FIG. 3a consists of a small rectangular conductive tape 10, perpendicular to the line 1 and comparable to a capacitive element correcting the inductive effects of a quarter wave filter such as those of FIGS. with respect to the frequency signal f S.
- this ribbon 10 widens, immediately after the zone of connection to the line 1, respectively in a second conductive ribbon 11 or in a semicircular conductive surface 12, the association of the two elements being, in either case, intended to constitute a series LC circuit.
- the adaptation circuit comprises two small rectangular conducting strips 15 and 16, perpendicular to the line 1, located at a distance from each other equal to the eighth of the length of wave associated with the frequency f S to be transmitted, and similar to two capacitors in parallel.
- the adaptation circuit comprises a conductive surface 18 rectangular, of length equal to three eighths of the wavelength associated with the frequency f to be transmitted and connected over its entire length to line 1; this surface 18 combines two discontinuities and is comparable to a zone of lower impedance for this frequency f S.
- Signals at frequency f S received by an antenna (not shown) are sent to a mixer 30 which also receives, via a directional filter 31, a signal at frequency f OL delivered by a local oscillator 32, and which delivers a signal at the intermediate frequency f FI .
- the filter 33 according to the invention is placed, as shown in FIG. 6, on the connection which precedes the entry of the mixer 30 and at a distance from it such that, for the image frequency f p to be reflected, the impedance seen by the mixer is optimal.
- the present invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described and shown, from which other modes and other embodiments can be provided, without thereby departing from the scope according to the invention. 'invention.
- the application of the invention has been described above in the case of the microstrip structure, but a filter according to the invention can also be used in the case of a suspended microstrip structure.
- the combination of elements shown in FIG. 4 is only an example, each of the elements being able to be replaced by an element recognized as being substantially equivalent.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un filtre de réflexion de fréquence image pour ligne de transmission à constantes non localisées réalisée en structure dite planar et par exemple suivant la technique du microruban (couramment appelé microstrip). Ce filtre est utilisable en particulier dans un récepteur hyperfréquence pour signaux de télévision comprenant un mélangeur qui reçoit d'une part un signal de réception de fréquence fS et d'autre part un signal de fréquence fOL délivré par un oscillateur local, et qui fournit lui-même un signal à une fréquence intermédiaire fFI égale à la différence des fréquences fS et fOL. Le filtre selon l'invention est destiné à empêcher la transmission du signal parasite de fréquence fp dite fréquence image et égale à (2fOL- fs) qui est renvoyé du mélangeur vers l'entrée du récepteur hyperfréquence.
- Comme le mélangeur est un dispositif présentant une caractéristique non linéaire, la combinaison des signaux de fréquence fS et fOL peut donner lieu à l'apparition de toute une série d'autres produits de second ordre qui sont autant de signaux parasites, mais dont la fréquence est plus éloignée que fp de la bande de fréquence utile incluant fS et fOL et dont le filtrage n'a donc pas à être envisagé ici.
- Un filtre destiné à assurer une bonne réflexion des signaux à la fréquence parasite fp tout en transmettant de façon optimale les signaux à la fréquence de réception fS et, si possible, ceux à la fréquence locale fOL doit satisfaire aux conditions suivantes :
- - la bande de fréquence coupée par le filtre doit être suffisamment large pour que la réflexion de la fréquence fp soit importante dans toute la bande de fréquence que peut occuper f ;
- - les pertes doivent être aussi faibles que possible à la fréquence de réception fS, et si possible à la fréquence locale fOL également, dans le but de permettre l'utilisation d'un oscillateur local de plus faible puissance ;
- - le plan de référence du filtre par rapport au mélangeur doit être bien défini et localisé, afin que l'action du filtre soit indépendante de la fréquence.
- Aucun filtre connu ne répond simultanément à ces conditions. En effet, ni les filtres classiques à couplage avec la ligne de transmission ni les filtres dits en éperon (en anglais, spurline filters), qui sont comparés les uns aux autres dans l'article "Design of microstrip spur-line band-stop filters", paru dans la revue Microwaves, Optics and Acoustics, Novembre 1977, volume 1, N° 6, n'ont une action suffisamment complète pour concilier les impératifs mentionnés plus haut. Les filtres classiques ne réfléchissent que de façon médiocre la puissance incidente et sont en outre très sensibles aux influences extérieures (objets métalliques). A ces deux égards, les filtres dits en éperon constituent déjà une sensible amélioration, mais leur plan de référence par rapport au mélangeur n'est pas bien défini. D'autre part, les pertes de puissance pour la fréquence de l'oscillateur local ne sont pas négligeables (au moins 3 dB).
- Le but de l'invention est de proposer une structure originale de filtre dont les performances soient nettement améliorées par rapport aux filtres existants, tout en restant compact et donc utilisable dans de nombreuses applications où un faible encombrement est une qualité primordiale.
- L'invention concerne à cet effet un filtre de réflexion de fréquence image pour ligne de transmission à constantes non localisées réalisée en structure dite planar et par exemple suivant la technique du microruban, ce filtre de réflexion étant utilisable notamment dans un récepteur hyperfréquence qui comprend un mélangeur auquel parvient d'une part un signal de réception de fréquence fS et d'autre part un signal de fréquence fOL délivré par un oscillateur local pour fournir après mélange un signal à une fréquence intermédiaire fFI égale à la différence des fréquences fS et fOL, ce filtre de réflexion étant destiné à empêcher, par utilisation d'un filtre quart d'onde de longueur égale au quart de la longueur d'onde, dans la ligne de transmission du signal de fréquence fp dite fréquence image et égale à (2f OL - fS)' la transmission de ce signal parasite renvoyé du mélangeur vers l'entrée du récepteur hyperfréquence, ce filtre de réflexion étant caractérisé en ce qu'il comprend une association d'éléments passifs à constantes non localisées placés sensiblement au même point du parcours de ce signal parasite et destinés à permettre, par une action respective de chacun de ces éléments sur une partie différente de la bande de fréquences comprenant au moins les fréquences fS, fOL et fp , l'obtention de la courbe de filtrage souhaitée et en ce que cette association comprend au moins les éléments suivants, à savoir (a) le filtre quart d'onde, de largeur au moins égale à celle de la ligne de transmission à laquelle il est raccordé par une extrémité et dont l'autre extrémité non raccordée comporte un évidement transversal à la ligne de transmission et de longueur au plus égale à la dimension correspondante du filtre quart d'onde, cet évidement étant destiné à permettre dans ce filtre quart d'onde la résonance du mode impair, et (b) un circuit d'adaptation destiné à permettre la transmission du signal de fréquence fs sans réflexion.
- Les éléments constituant cette association sont judicieusement choisis de façon que leurs contributions respectives, tout en étant spécifiques, conjuguent leurs effets sans réduire l'action du ou des autres éléments ; par ailleurs, l'emplacement de ces éléments est tel que leur distance au mélangeur permet d'obtenir au niveau de celui- ci une impédance optimale pour la fréquence f , l'impédance étant considérée comme optimale lorsque le bruit est le plus faible. L'association selon l'invention comprend le filtre quart d'onde, qui permet d'obtenir une très bonne réflexion dans une bande de fréquence centrée sur fp et de largeur déterminée par le choix de celle de ce filtre quart d'onde, le circuit d'adaptation , qui assure une transmission optimale au moins du signal de fréquence fs, et l'évidement transversal, élément supplémentaire dèstiné à permettre dans le filtre quart d'onde la résonance du mode impair. Ce dernier élément contribue à réduire la largeur de la bande de fréquence comprise entre la bande de réflexion et la bande de transmission en abaissant la limite supérieure de cette bande de fréquence de transition, et donc à la fois à améliorer l'adaptation du filtre de réflexion selon l'invention pour la fréquence de réception fS et à assurer une bonne adaptation également pour la fréquence locale fOL. Cette dernière caractéristique concernant fOL permèt, comme on l'a déjà mentionné, de réduire la puissance de l'oscillateur local sans nuire à la qualité du récepteur hyperfréquence dans lequel il est inséré.
- D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris en se référant à la description qui suit et aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de l'invention, et dans lequels :
- - les figures la et lb représentent deux exemples de filtre quart d'onde ;
- - les figures 2a à 2c représentent trois exemples de filtre quart d'onde avec résonateur du mode impair ;
- - les figures 3a à 3e représentent cinq exemples de circuit d'adaptation ;
- - la figure 4 représente un exemple particulier de réalisation du filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention, conduisant à une courbe de filtrage telle que celle de la figure 5 ; et
- - la figure 6 montre comment ce filtre de réflexion selon l'invention s'insère dans un récepteur hyperfréquence.
- Le filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention comprend, on l'a vu, une association d'éléments passifs à constantes non localisées, destiné à permettre, par une action respective de chacun de ces éléments sur une partie différente de la bande de fréquence englobant au moins les fréquences fS, fOL et f , l'obtention de la courbe de filtrage souhaitée. Cette association comprend, en fait, au moins un filtre quart d'onde, tel que ceux des figures la et lb, un résonateur du mode impair , conforme à l'une des dispositions représentées sur les figures 2a à 2c, et un circuit d'adaptation, tel que ceux des figures 3a à 3e.
- Le filtre quart d'onde de la figure la consiste en un ruban conducteur 2 rectangulaire, perpendiculaire à la ligne de transmission microstrip 1 à laquelle il est raccordé. La largeur du ruban 2 est, dans l'exemple ici décrit, égale au double de celle de la ligne 1, la largeur de la bande de fréquence réfléchie augmentant avec celle de ce ruban, et sa longueur est égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence fp dans la ligne 1. Dans la variante représentée sur la figure lb, le filtre quart d'onde consiste en une surface conductrice 3 circulaire se raccordant à la ligne microstrip 1 sur une largeur égale à celle du ruban 2 dans le cas de la figure la ; le diamètre de cette surface 3 est égal lui aussi au quart de la longueur d'onde associé à la fréquence fp dans la ligne 1.
- Les figures 2a et 2b montrent respectivment les filtres quart d'onde des figures la et lb, mais équipés cette fois d'un résonateur du mode impair, sous la forme d'un évidement transversal 4 qui subdivise le ruban 2 ou la surface 3 en deux zones 5 et 6 excitées par ce mode impair. Sur la figure 2c, l'évidement 4, plus large, est occupé par une surface conductrice isolée 7 destiné à permettre le réglage de la fréquence de résonance et de la surtension du résonateur, afin de rendre plus raide la pente de la courbe de filtrage entre fp et fOL et donc de diminuer la largeur de la bande de fréquence correspondant à cette zone de la courbe.
- Le circuit d'adaptation de la figure 3a consiste en un petit ruban conducteur 10 rectangulaire, perpendiculaire à la ligne 1 et assimilable à un élément capacitif corrigeant les effets inductifs d'un filtre quart d'onde tel que ceux des figures la et lb à l'égard du signal de fréquence fS. Dans les variantes des figures 3b et 3c, ce ruban 10 s'élargit, aussitôt après la zone de raccord à la ligne 1, respectivement en un deuxième ruban conducteur 11 ou en une surface conductrice 12 semi-circulaire, l'association des deux éléments étant, dans l'un ou l'autre cas, destinée à constituer un circuit LC série. Dans le mode de réalisation de la figure 3d, le circuit d'adaptation comprend deux petits rubans conducteurs 15 et 16 rectangulaires, perpendiculaires à la ligne 1, situés à une distance l'un de l'autre égale au huitième de la longueur d'onde associée à la fréquence fS à transmettre, et assimilables à deux condensateurs en parallèle. Enfin, dans le mode de réalisation de la figure 3e, particulièrement intéressant d'après les résultats des essais entrepris, le circuit d'adaptation comprend une surface conductrice 18 rectangulaire, de longueur égale aux trois huitièmes de la longueur d'onde associée à la fréquence f à transmettre et raccordée sur toute sa longueur à la ligne 1 ; cette surface 18 associe deux discontinuités et est assimilable à une zone de plus faible impédance pour cette fréquence fS.
- La figure 4 montre une réalisation particulière du filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention, constitué par exemple de l'association des éléments représentés sur les figures 2c et 3c, à savoir :
- - un filtre quart d'onde 20 permettant d'obtenir l'atténuation souhaitée dans une bande de fréquence centrée sur la fréquence parasite f (voir un exemple de courbe de filtrage sur la figure 5) ;
- - un circuit LC série 21 venant en parallèle sur la ligne 1 et améliorant la qualité de la transmission autour de la fréquence de réception fS par une bonne adaptation (voir aussi la figure 5) ;
- -un résonateur 22 du mode impair, destiné à rendre plus étroite la bande de fréquence comprise entre la bande réfléchie et la bande transmise, et donc à permettre une bonne adaptation également pour la fréquence locale fOL (voir aussi la figure 5).
- Le filtre de réflexion de fréquence image représenté sur la figure 4, qui est donc, comme le montre la figure 5, un filtre coupe- bande, peut être utilisé notamment dans un récepteur hyperfréquence pour signaux de télévision. Des signaux à la fréquence fS reçus par une antenne (non représentée) sont envoyés vers un mélangeur 30 qui reçoit également, par l'intermédiaire d'un filtre directionnel 31, un signal à la fréquence fOL délivré par un oscillateur local 32, et qui délivre un signal à la fréquence intermédiaire fFI. Le filtre 33 selon l'invention est placé, comme le montre la figure 6, sur la connexion qui précède l'entrée du mélangeur 30 et à une distance de celui- ci telle que, pour la fréquence image fp à réfléchir, l'impédance vue par le mélangeur soit optimale.
- Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre selon l'invention. On a par exemple décrit ci-dessus l'application de l'invention au cas de la structure microstrip, mais un filtre selon l'invention peut aussi être utilisé dans le cas d'une structure microstrip suspendue. Par ailleurs, l'association d'éléments représentée sur la figure 4 h'est qu'un exemple, chacun des éléments pouvant être remplacé par un élément reconnu comme sensiblement équivalent.
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