FR2605460A1 - UHF converter with waveguide - Google Patents

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Abstract

UHF converter comprising an input amplifier stage 7, a high-pass filter with waveguide 2, a local-frequency oscillator and mixer stage 12, and an intermediate-frequency amplifier stage 9, the input amplifier 7, oscillator/mixer 12 and intermediate-frequency amplifier 9 stages being made as a two-sided printed circuit, the rear side of which forms a complete metallised plane, these stages being designed with an in-succession linear arrangement, and a one-piece metal waveguide welded to the aforesaid metallised rear side, following the linear alignment of the stages.

Description

Convertisseur d'hyperfréquences à guide d'ondes. Waveguide microwave converter.

La présente invention est relative à un convertisseur d'hyperfréquences, du type comprenant un étage amplificateur d'entrée, un filtre passe-haut à guide d'ondes, un étage oscillateur de fréquence locale et éventuellement un étage amplificateur de fréquence intermédiaire. The present invention relates to a microwave converter, of the type comprising an input amplifier stage, a high-pass waveguide filter, a local frequency oscillator stage and possibly an intermediate frequency amplifier stage.

Le développement des télécommunications et en particulier l'apparition des satellites de transmission directe a eu notamment pour conséquence la prolifération des récepteurs en ultra-hautes fréquences et plus récemment en hyperfréquences. The development of telecommunications and in particular the appearance of direct transmission satellites has notably resulted in the proliferation of receivers in ultra-high frequencies and more recently in microwave frequencies.

Cette multiplication pose le problème des inerférences provoquées par le fonctionnement des étages convertisseurs de fréquence des multiples récepteurs, dont l'oscillateur de fréquence locale engendre outre sa fréquence nominale, de nombreux harmoniques dont certains peuvent soit directement, soit par battement, perturber les récepteurs voisins. Le problème s'avère particulièrement délicat avec les satellites de réception directe, travaillant dans la bande des 10-12 GHz et dont les récepteurs travaillent avec un convertisseur d'hyperfréquences comportant un oscillateur de fréquence locale pour le premier mélangeur aux environs de 10 GHz. Si le niveau d'oscillateur local est suffisant, il se comportera comme un brouilleur pour la station voisine. On se trouvera en outre confronté avec les produits d'intermodulation de nombreux émetteurs fournissant une porteuse entre 9,9 et 10,1 GHz.Les signaux utiles étant d'extrêmement faible niveau, il est d'une importance primordiale d'éviter dans toute la mesure possible le rayonnement parasite de l'oscillateur local, qui pourrait avoir notamment pour conséquence d'éblouir un récepteur en paralysant son étage d'entrée. This multiplication poses the problem of the interference caused by the operation of the frequency converter stages of the multiple receivers, whose local frequency oscillator generates in addition to its nominal frequency, many harmonics some of which can either directly or by beating, disturb the neighboring receivers . The problem is particularly delicate with direct reception satellites, working in the 10-12 GHz band and whose receivers work with a microwave converter comprising a local frequency oscillator for the first mixer at around 10 GHz. If the local oscillator level is sufficient, it will behave like a jammer for the neighboring station. We will also find ourselves confronted with the intermodulation products of many transmitters providing a carrier between 9.9 and 10.1 GHz. Since the useful signals are extremely low level, it is of paramount importance to avoid in any the possible parasitic radiation from the local oscillator, which could notably have the effect of dazzling a receiver by paralyzing its input stage.

Il existe par conséquent un besoin évident pour une conception de convertisseur d'hyperfréquences qui assure une atténuation maximum des fréquences-images et de la fréquence d'oscillateur local, tout en atténuant aussi faiblement que possible la bande des fréquences utiles, et en permettant un montage aisé et compact de l'ensemble. There is therefore an obvious need for a microwave converter design which ensures maximum attenuation of the frame frequencies and the local oscillator frequency, while at the same time attenuating the useful frequency band as little as possible, and allowing a Easy and compact assembly of the assembly.

A cette fin, le convertisseur d'hyperfréquences suivant l'invention possède des étages amplificateur d'entrée, oscillateur/mélangeur et amplificateur de fréquence intermédiaire éventuel réalisés en tant que circuit imprimé double face, dont la face dorsale forme un plan métallisé intact, ces étages étant conçus avec une disposition linéaire en succession, et un guide d'ondes métallique ouvert en une pièce, soudé sur la face dorsale métallisée précitée, suivant l'alignement linéaire des étages, de manière à former un ensemble compact. To this end, the microwave converter according to the invention has input amplifier, oscillator / mixer and optional intermediate frequency stages produced as a double-sided printed circuit, the back face of which forms an intact metallized plane, these stages being designed with a linear arrangement in succession, and a metal waveguide open in one piece, welded to the aforementioned metallized back face, following the linear alignment of the stages, so as to form a compact unit.

Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, les divers étages sont réalisés en tant que circuits imprimés distincts, dont l'assemblage rigide est assuré, en partie au moins, par le guide d'ondes soudé sur leurs faces dorsales. In a particular embodiment of the invention, the various stages are produced as separate printed circuits, the rigid assembly of which is provided, at least in part, by the waveguide welded on their dorsal faces.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure I est une vue en plan simplifiée des divers éléments d'un convertisseur d'hyperfréquences suivant l'invention.Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure I is a simplified plan view of the various elements of a microwave converter according to the invention.

La figure 2 est une vue simplifiée, en coupe suivant la ligne A-A de la figure 1, du convertisseur d'hyperfréquences suivant l'invention. Figure 2 is a simplified view, in section along the line A-A of Figure 1, of the microwave converter according to the invention.

Dans ces figures, des références identiques désignent des éléments analogues ou identiques. In these figures, identical references designate analogous or identical elements.

Le convertisseur d'hyperfréquences suivant l'invention, représenté schématiquement aux figures 1 et 2 dans ses éléments structuraux, comprend un étage amplificateur d'entrée réalisé sur un circuit imprimé 7, un étage oscillateur de fréquence locale et mélangeur réalisé sur un circuit imprimé 12 et un étage amplificateur de la fréquence intermédiaire résultante réalisé sur un circuit imprimé 9.  The microwave converter according to the invention, shown diagrammatically in FIGS. 1 and 2 in its structural elements, comprises an input amplifier stage produced on a printed circuit 7, a local frequency oscillator and mixer stage produced on a printed circuit 12 and an amplifier stage of the resulting intermediate frequency produced on a printed circuit 9.

L'étage amplificateur d'entrée 7 est couplé au mélangeur/oscillateur 12 à l'aide d'un filtre passe-haut à guide d'ondes 2 qui a pour but de laisser passer avec une atténuation minimum les fréquences utiles provenant de l'amplificateur d'entrée 7 tout en atténuant au maximum les fréquences-images et la fréquence d'oscillateur local qui pourraient sans cela parvenir aux circuits d'entrées et être rayonnées vers l'émetteur et/ou des récepteurs voisins en y provoquant d'imporantes perturbations. Il est difficile d'éviter un tel rayonnement parasite aux fréquences mises en jeu, se situant entre 10 et 12 GHz dans le cas des transmissions par satellite à réception directe, par exemple. The input amplifier stage 7 is coupled to the mixer / oscillator 12 using a high-pass filter with waveguide 2 which has the purpose of letting the useful frequencies coming from the input amplifier 7 while at the most attenuating the image frequencies and the frequency of the local oscillator which could otherwise reach the input circuits and be radiated to the neighboring transmitter and / or receivers, causing significant disturbances. It is difficult to avoid such parasitic radiation at the frequencies involved, lying between 10 and 12 GHz in the case of satellite transmissions with direct reception, for example.

Pour parvenir au résultat recherché, dans le convertisseur suivant l'invention, les circuits imprimés 7, 9 et 12 sont réalisés en tant que circuits imprimés double face, dont la face dorsale forme un plan métallisé intact, les étages correspondants du convertisseur ayant une disposition linéaire en succession. Sur la face dorsale métallisée précitée est soudé suivant l'invention, un guide d'ondes de filtre formé par une pièce métallique en caisson 15 (figure 2). Ce caisson 15 est par exemple obtenu à partir d'une feuille métallique appropriée, par exemple en cuivre, convenablement découpée et pliée. Les parois pliées perpendiculaires au fond du caisson sont soudées entre elles dans leurs zones de rencontre et elles sont soudées par leurs bords libres à la métallisation dorsale précitée. To achieve the desired result, in the converter according to the invention, the printed circuits 7, 9 and 12 are produced as double-sided printed circuits, the dorsal face of which forms an intact metallized plane, the corresponding stages of the converter having an arrangement linear in succession. On the aforementioned metallized back face is welded according to the invention, a filter waveguide formed by a metallic piece in a box 15 (FIG. 2). This box 15 is for example obtained from a suitable metal sheet, for example copper, suitably cut and folded. The folded walls perpendicular to the bottom of the box are welded together in their meeting areas and they are welded by their free edges to the aforementioned back metallization.

Le guide d'ondes 2 est couplé en entrée à la sortie de l'amplificateur 7 au moyen d'un élément de couplage 3 et, de même, il est couplé en sortie à l'entrée de l'étage mélangeur/oscillateur 12 au moyen d'un élément de couplage 1. Ces éléments de couplage 3 et 1 traversent le substrat du circuit imprimé correspondant, sans contact avec la métallisation dorsale, qui présente par exemple en cet endroit un trou circulaire de diamètre supérieur à la dimension de l'élément de couplage concerné. The waveguide 2 is coupled at the input to the output of the amplifier 7 by means of a coupling element 3 and, likewise, it is coupled at the output to the input of the mixer / oscillator stage 12 at by means of a coupling element 1. These coupling elements 3 and 1 pass through the substrate of the corresponding printed circuit, without contact with the back metallization, which for example has in this place a circular hole of diameter greater than the dimension of the coupling element concerned.

D'une façon analogue, un guide d'ondes 4 par lequel le signal de réception est appliqué au convertisseur, est couplé à l'amplificateur d'entrée 7 par un élément de couplage 5 traversant le substrat. A son tour, l'amplificateur d'entrée 7 est couplé par une technique de traits tiretés, à l'élément de couplage 3 par un guide d'ondes 6, dont les parois longitudinales 14 sont soudées sur des parties de masse appropriées du circuit imprimé d'amplificateur 7, qui forment un blindage efficace et protègent l'ensemble pour toutes les fréquences. Similarly, a waveguide 4 by which the reception signal is applied to the converter is coupled to the input amplifier 7 by a coupling element 5 passing through the substrate. In turn, the input amplifier 7 is coupled by a dashed line technique, to the coupling element 3 by a waveguide 6, the longitudinal walls 14 of which are welded to appropriate parts of the circuit printed amplifier 7, which form an effective shielding and protect the unit for all the frequencies.

Les références 8, 10, 11 et 13 désignent des pièces métalliques formant blindage entre les diverses parties du convertisseur. References 8, 10, 11 and 13 designate metal parts forming a shield between the various parts of the converter.

Dans une forme de réalisation très avantageuse de l'invention, les circuits imprimés de l'amplificateur d'entrée 7, de l'oscillateur/mélangeur 12 et de l'amplificateur de fréquence intermédiaire constituent des plaquettes de circuit distinctes. Ceci offre des avantages pour la réalisation et en outre permet de choisir pour chaque circuit le substrat le plus approprié, sans devoir adopter pour l'ensemble du convertisseur le substrat de qualité la plus élevée requise par un de ces circuits. On peut donc réaliser d'importantes économies de fabrication avec cette solution. In a very advantageous embodiment of the invention, the printed circuits of the input amplifier 7, the oscillator / mixer 12 and the intermediate frequency amplifier constitute separate circuit boards. This offers advantages for the realization and furthermore makes it possible to choose the most suitable substrate for each circuit, without having to adopt for the converter assembly the highest quality substrate required by one of these circuits. We can therefore achieve significant manufacturing savings with this solution.

Dans cette réalisation avec des plaquettes de circuit imprimé distinctes, le caisson 15 du guide d'ondes de filtre qui est en une pièce et soudé sur les faces dorsales des circuits imprimés, constitue un élément de liaison assurant une excellente rigidité à l'ensemble. In this embodiment with separate printed circuit boards, the box 15 of the filter waveguide which is in one piece and welded to the dorsal faces of the printed circuits, constitutes a connecting element ensuring excellent rigidity to the assembly.

Il ressort de la description ci-dessus que la réalisation du convertisseur d'hyperfréquences suivant l'invention assure une excellente protection contre les rayonnements parasites, grâce à la métallisation continue au dos des circuits imprimés, et plus particulièrement la construction du filtre passe-haut qui forme un ensemble mécanique et électrique avec la métallisation dorsale et l'ensemble complètement fermé des divers étages. It emerges from the above description that the embodiment of the microwave converter according to the invention provides excellent protection against parasitic radiation, thanks to the continuous metallization on the back of the printed circuits, and more particularly the construction of the high-pass filter. which forms a mechanical and electrical assembly with the back metallization and the completely closed assembly of the various stages.

Le filtre à guide d'ondes est conçu mécaniquement de telle sorte que sa caractéristique se comporte comme un filtre passe-haut qui transfère les fréquences utiles de la bande passante avec une atténuation de transmission minimale, et d'autre part, atténue au maximum la fréquence d'oscillateur local et les fréquences-images
Dans un exemple de réalisation pratique d'un tel convertisseur, on a constaté une puissance d'oscillateur rayonnée au guide d'ondes d'entrée de -80 dBm au maximum et une atténuation des fréquences-images supérieure à -80 dB par rapport à la référence. Ceci constitue des valeurs largement supérieures aux meilleures valeurs obtenues avec les réalisations antérieures.The waveguide filter is mechanically designed so that its characteristic behaves like a high-pass filter which transfers the useful frequencies of the bandwidth with minimum transmission attenuation, and on the other hand, attenuates the maximum local oscillator frequency and frame rates
In a practical example of such a converter, an oscillator power radiated to the input waveguide has been observed of -80 dBm at most and an attenuation of the image frequencies greater than -80 dB relative to the reference. This constitutes values much higher than the best values obtained with previous embodiments.

Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportes sans sortir du cadre du présent brevet.  It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of this patent.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Convertisseur d'hyperfréquences, comprenant un étage amplificateur d'entrée (7), un filtre passe-haut à guide d'ondes (2), un étage oscillateur de fréquence locale et mélangeur (12), et éventuellement un étage amplificateur de fréquence intermédiaire (9), caractérisé en ce que les étages amplificateur d'entrée (7), oscillateur/mélangeur (12) et amplificateur de fréquence intermédiaire (9) éventuel sont réalisés en tant que circuit imprimé double face, dont la face dorsale forme un plan métallisé intact, ces étages étant conçus avec une disposition linéaire en succession, et un guide d'ondes métallique en une pièce, soudé sur la face dorsale métallisée précitée, suivant l'alignement linéaire des étages, de manière à former un ensemble compact. 1. Microwave converter, comprising an input amplifier stage (7), a high-pass waveguide filter (2), a local frequency oscillator and mixer stage (12), and possibly a amplifier stage intermediate frequency (9), characterized in that the input amplifier (7), oscillator / mixer (12) and optional intermediate frequency amplifier (9) stages are produced as a double-sided printed circuit, the dorsal face of which forms an intact metallized plane, these stages being designed with a linear arrangement in succession, and a one-piece metallic waveguide, welded to the aforementioned metallized back face, according to the linear alignment of the stages, so as to form a compact assembly . 2. Convertisseur d'hyperfréquences suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les divers étages (7), (9), (12) sont réalisés en tant que circuits imprimés distincts, dont l'assemblage rigide est assuré, partiellement au moins, par le guide d'ondes (2) soudé sur leurs faces dorsales. 2. Microwave converter according to claim 1, characterized in that the various stages (7), (9), (12) are produced as separate printed circuits, the rigid assembly of which is ensured, at least partially, by the waveguide (2) welded on their dorsal faces. 3. Convertisseur d'hyperfréquences suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les substrats des circuits imprimés des divers étages (7), (9), (12) sont faits de matières différentes, choisies chacune en fonction des exigences particulières de l'étage concerné. 3. Microwave converter according to claim 2, characterized in that the substrates of the printed circuits of the various stages (7), (9), (12) are made of different materials, each chosen according to the specific requirements of the floor concerned. 4. Convertisseur d'hyperfréquences suivant l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que le guide d'ondes (2) est couplé à l'entrée et à la sortie, respectivement, avec l'amplificateur d'entrée (7) et le mélangeur (12), au moyen d'un élément de couplage (3), (1) traversant le substrat du circuit imprimé, sans contact avec la métallisation dorsale de celui-ci, et pénétrant dans la partie correspondante du guide d'ondes (2) soudé sur cette métallisation dorsale. 4. Microwave converter according to any one of claims I to 3, characterized in that the waveguide (2) is coupled to the input and to the output, respectively, with the input amplifier ( 7) and the mixer (12), by means of a coupling element (3), (1) passing through the substrate of the printed circuit, without contact with the back metallization thereof, and penetrating into the corresponding part of the guide wave (2) welded on this back metallization. 5. Convertisseur d'hyperfréquences suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracérisé en ce que les dimensions du guide d'ondes (2) sont déterminées de manière à atténuer aussi faiblement que possible la bande de fréquences transmises, tout en atténuant au maximum la bande des fréquences-images ainsi que la fréquence de l'oscillateur local, grâce au blindage efficace assuré par la métallisation dorsale continue du ou des circuits imprimés des divers étages et le guide d'ondes qui lui est soudé sur toute la longueur de ce guide. 5. Microwave converter according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the dimensions of the waveguide (2) are determined so as to attenuate as weakly as possible the transmitted frequency band, while attenuating maximum the band of image frequencies as well as the frequency of the local oscillator, thanks to the efficient shielding ensured by the continuous dorsal metallization of the printed circuit (s) of the various stages and the waveguide which is welded to it over the entire length of this guide. 6. Convertisseur d'hyperfréquences suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le guide d'ondes (2) est formé à partir d'une feuille métallique découpée et repliée en forme de caisson allongé (15), dont les parties perpendiculaires au fond sont soudées entre elles aux endroits de rencontre, le caisson (15) ainsi formé étant soudé par les bords libres de ses parois sur la métallisation dorsale précitée du ou des circuits imprimés. 6. Microwave converter according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the waveguide (2) is formed from a metal sheet cut and folded in the form of an elongated box (15), whose parts perpendicular to the bottom are welded together at the meeting points, the box (15) thus formed being welded by the free edges of its walls to the aforementioned back metallization of the printed circuit (s). 7. Convertisseur d'hyperfréquences suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que sur la face frontale du circuit imprimé de l'étage amplificateur d'entrée (7) est soudé un guide d'ondes d'entrée (4), de conception semblable à celle du guide d'ondes dorsal (2), dont une extrémité surplombe l'élément de couplage avec l'entrée de ce guide d'ondes dorsal (2).  7. Microwave converter according to any one of claims 1 to 6, characterized in that on the front face of the printed circuit of the input amplifier stage (7) is welded an input waveguide ( 4), similar in design to that of the back wave guide (2), one end of which overhangs the coupling element with the inlet of this back wave guide (2).
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