FR2685586A1 - Device for routing in terms of frequency, with impedance matching - Google Patents

Device for routing in terms of frequency, with impedance matching Download PDF

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    • H03H7/38Impedance-matching networks
    • H03H2007/386Multiple band impedance matching

Abstract

Device for routing (1) in terms of frequency between a first channel (2) and at least two second channels (10, 20), each including a filter (13, 23) transmitting a frequency band specific to the second channel (10, 20), having a circuit (14, 24) blocking the frequency band of the other second channel (10, 20), these filters (13, 23) being linked to the first channel (2) via a specific line (12, 22) amplifying more the impedance of the tuned filter (13, 23) for the frequency band of the other second channel (20, 10) than it does for the frequency band of the second channel in question (10, 20). Application to radiotelephone diplexers.

Description

DISPOSITIF D'AIGUILLAGE EN FREQUENCE
A ADAPTATION D'INPEDANCE
La présente invention concerne un dispositif d'aiguillage en fréquence entre plusieurs voies individuelles raccordées à une voie commune.
FREQUENCY SWITCHING DEVICE
ADAPTATION OF INDEPENDENCE
The present invention relates to a frequency switching device between several individual channels connected to a common channel.

On connaît de tels dispositifs d'aiguillage en fréquence qui permettent de mettre en communication simultanément une voie commune avec plusieurs autres voies, chaque autre voie ayant un filtre laissant passer une bande de fréquences propre à la voie et bloquant le passage des autres bandes de fréquences, les filtres étant réunis au niveau de la voie commune. Un tel dispositif d'aiguillage est, par exemple, utilisé pour la mise en communication de plusieurs émetteurs et/ou récepteurs avec une antenne commune.Such frequency switching devices are known which allow a common channel to be put in communication simultaneously with several other channels, each other channel having a filter allowing a frequency band specific to the channel to pass and blocking the passage of the other frequency bands. , the filters being combined at the level of the common channel. Such a switching device is, for example, used for putting several transmitters and / or receivers into communication with a common antenna.

Pour chaque voie individuelle, il faut cependant que sa bande de fréquences ne soit pas atténuée par l'impédance des filtres des autres voies, qui sont branchés en parallèle au niveau de la voie commune.For each individual channel, however, its frequency band must not be attenuated by the impedance of the filters of the other channels, which are connected in parallel at the level of the common channel.

Une solution consiste à choisir une structure de filtre qui entraîne une augmentation de l'impédance considérée en dehors de la bande passante de ce filtre. Cependant, cela impose des contraintes quant à la structure du filtre qui peuvent nuire à la qualité de transmission en bande passante. De plus, si les bandes de fréquences sont proches, il est difficile d'avoir une impédance de filtre qui varie brutalement, si bien qu'il faut ajouter des étages supplémentaires au filtre, qui dévient encombrant et coûteux. One solution consists in choosing a filter structure which causes an increase in the impedance considered outside the passband of this filter. However, this imposes constraints on the structure of the filter which can adversely affect the quality of transmission in bandwidth. In addition, if the frequency bands are close, it is difficult to have a filter impedance which varies abruptly, so that it is necessary to add additional stages to the filter, which become bulky and expensive.

I1 faut souvent réaliser un compromis aboutissant à choisir un filtre présentant une transmission médiocre en bout de bande transmise, du fait que son impédance commence à croître, ce qui permet d'avoir une impédance ayant suffisamment augmenté pour la bande de fréquences de la voie voisine. Le résultat de ce compromis dégrade les performances du dispositif. I1 est évidemment possible de choisir des bandes de fréquences tres écartées l'une de l'autre, mais cela conduit à mal utiliser la bande passante du médium de transmission. It is often necessary to achieve a compromise leading to choosing a filter having a mediocre transmission at the end of the transmitted band, owing to the fact that its impedance begins to increase, which makes it possible to have an impedance having increased sufficiently for the frequency band of the neighboring channel. . The result of this compromise degrades the performance of the device. It is obviously possible to choose frequency bands which are very far apart from each other, but this leads to improper use of the bandwidth of the transmission medium.

La présente invention vise à résoudre ce problème.The present invention aims to solve this problem.

A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'aiguillage en fréquence entre une première voie et au moins deux secondes voies comportant chacune un filtre laissant passer une bande de fréquences qui lui est propre et effectuant le blocage de la bande de fréquences de l'autre seconde voie, caractérisé par le fait que les bornes homologues d'un côté desdits filtres sont réunies, chacune, par un transformateur d'impédance propre amplifiant l'impédance du filtre associé perçue par ce transformateur d'impédance pour la bande de fréquences de l'autre filtre et amplifiant, mais de façon moindre, cette impédance pour la bande de fréquences du filtre considéré.To this end, the invention relates to a frequency switching device between a first channel and at least two second channels, each comprising a filter allowing a frequency band of its own to pass and blocking the frequency band of l another second channel, characterized in that the homologous terminals on one side of said filters are each joined by a proper impedance transformer amplifying the impedance of the associated filter perceived by this impedance transformer for the frequency band of the other filter and amplifier, but to a lesser extent, this impedance for the frequency band of the filter considered.

Chaque filtre peut ainsi interrompre, par exemple par un circuit série à haute impédance, le passage des fréquences des bandes des autres voies et présenter, sur la première voie, une impédance plus élevée, pour les fréquences transmises par l'autre seconde voie, que pour ses fréquences transmises propres, ce qui évite un détournement d'énergie vers une seconde voie non concernée par les fréquences de la seconde voie considérée. Lesdites amplifications d'impédance, aboutissant au changement dans le rapport des impédances en bande de fréquences propre par rapport à l'autre bande, coupée, peuvent avoir toute valeur souhaitée, d'un facteur, propre à chacune, inférieur, égal ou bien supérieur à l'unité.Each filter can thus interrupt, for example by a high impedance series circuit, the passage of the frequencies of the bands of the other channels and present, on the first channel, a higher impedance, for the frequencies transmitted by the other second channel, than for its own transmitted frequencies, which avoids a diversion of energy towards a second channel not concerned by the frequencies of the second channel considered. Said impedance amplifications, resulting in the change in the ratio of the impedances in the own frequency band relative to the other band, cut, can have any desired value, by a factor, specific to each, lower, equal or much higher to unity.

Avantageusement, lesdits filtres sont du type Cauer
Chebyshev. De tels filtres sont décrits dans dans............
Advantageously, said filters are of the Cauer type
Chebyshev. Such filters are described in ............

On peut ainsi choisir la position des pôles de la fonction de transfert en tension des filtres de façon à bloquer les fréquences de l'autre seconde voie, et avoir une impédance de filtre qui varie peu dans la bande de fréquences de 1'autre seconde voie, ce qui assure un maintien des caractéristiques d'impédance élevée dans l'autre, ou les autres, seconde voie.It is thus possible to choose the position of the poles of the voltage transfer function of the filters so as to block the frequencies of the other second channel, and to have a filter impedance which varies little in the frequency band of the other second channel. , which ensures maintenance of the high impedance characteristics in the other, or the others, second channel.

Ledit transformateur d'impédance peut être constitué d'une ligne de transmission de longueur adaptée. Ainsi, cette ligne sert à la fois à véhiculer la bande de fréquences et à effectuer la transformation d'impédance, ce qui évite l'implantation de matériel supplémentaire.Said impedance transformer can consist of a transmission line of suitable length. Thus, this line is used both to convey the frequency band and to carry out the impedance transformation, which avoids the installation of additional equipment.

Avantageusement, cette ligne de transmission a une impédance caractéristique égale à l'impédance présentée, du côté de ladite ligne de transmission, par le filtre raccordé.Advantageously, this transmission line has a characteristic impedance equal to the impedance presented, on the side of said transmission line, by the connected filter.

Cette ligne de transmission peut être une ligne microruban. On peut ainsi la réaliser sur un module de circuit imprimé portant les autres composants. Sa réalisation par gravure n'induit pas de coût supplémentaire et sa forme géometrique, donc ses caractéristiques électriques, sont fixes, ce qui assure sa qualité. This transmission line can be a microstrip line. It can thus be produced on a printed circuit module carrying the other components. Its realization by engraving does not induce any additional cost and its geometrical form, therefore its electrical characteristics, are fixed, which ensures its quality.

Cette ligne de transmission peut aussi être une ligne coaxiale. Les filtres peuvent ainsi être raccordés à une première voie distante.This transmission line can also be a coaxial line. The filters can thus be connected to a first remote channel.

Le dispositif d'aiguillage selon l'invention peut comporter deux secondes voies. On réalise ainsi un diplexeur de construction simple.The switching device according to the invention can comprise two second tracks. A simple construction diplexer is thus produced.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de la forme de réalisation préférée d'un dispositif d'aiguillage en fréquence selon l'invention, en référence au dessin, sur lequel - la figure 1 représente le circuit électrique d'un
diplexeur selon l'invention; - la figure 2 illustre l'évolution, en fonction de la
fréquence, de la transmission en tension
des filtres du diplexeur - la figure 3 illustre l'évolution du module d'une
impédance en bout d'une ligne et - la figure 4 illustre l'évolution du module d'impédance
de la figure 3 à deux fréquences
différentes.
The invention will be better understood using the description of the preferred embodiment of a frequency switching device according to the invention, with reference to the drawing, in which - FIG. 1 represents the electrical circuit of a
diplexer according to the invention; - Figure 2 illustrates the evolution, depending on the
frequency, voltage transmission
filters of the diplexer - Figure 3 illustrates the evolution of the module of a
impedance at the end of a line and - Figure 4 illustrates the evolution of the impedance module
of figure 3 at two frequencies
different.

Le dispositif d'aiguillage 1 représenté sur la figure 1 comporte une première voie 2 raccordée à une première et à une deuxième seconde voie, respectivement 10 et 20, ayant chacune une borne dite de sortie, respectivement 11 et 21. Chaque seconde voie 10 et 20 comporte un transformateur d'impédance, respectivement 12 et 22, constitué d'une ligne microruban, relié, d'un côté, à la première voie 2 et relié, de l'autre côté, à un filtre, respectivement 13 et 23, propre à la seconde voie 10 et 20 associée.The switching device 1 represented in FIG. 1 comprises a first channel 2 connected to a first and a second second channel, respectively 10 and 20, each having a so-called output terminal, respectively 11 and 21. Each second channel 10 and 20 comprises an impedance transformer, respectively 12 and 22, consisting of a microstrip line, connected, on one side, to the first channel 2 and connected, on the other side, to a filter, respectively 13 and 23, specific to the second associated channel 10 and 20.

Chaque filtre 13,23 d'une seconde voie 10,20 laisse passer une bande de fréquences qui lui est propre et atténue la bande de fréquences de l'autre seconde voie 20,10 au moyen d'un montage dipôle, respectivement 14 et 24, constitué d'un circuit "bouchon" formé d'une inductance respectivement 15 et 25, branchée en parallèle sur un condensateur, respectivement 16 et 26, ce dipôle 14 ou 24 étant accordé au voisinage de la fréquence centrale de la bande de fréquences de l'autre seconde voie 20 ou 10. Un côté, arbitrairement appelé sortie, de ce dipôle 14 ou 24, est relié à la borne 11 ou 21 de la seconde voie 10 ou 20 concernée.Each filter 13,23 of a second channel 10,20 allows its own frequency band to pass and attenuates the frequency band of the other second channel 20,10 by means of a dipole circuit, respectively 14 and 24 , consisting of a "plug" circuit formed by an inductor respectively 15 and 25, connected in parallel to a capacitor, respectively 16 and 26, this dipole 14 or 24 being tuned in the vicinity of the central frequency of the frequency band of the other second channel 20 or 10. One side, arbitrarily called output, of this dipole 14 or 24, is connected to terminal 11 or 21 of the second channel 10 or 20 concerned.

Pour la première seconde voie 10, une inductance 17 et un condensateur 18 sont branchés en parallèle entre la borne 11 et la masse, tandis qu'une inductance 19 est branchée entre le côté, arbitrairement appelé entrée, qui n'est pas relié à la borne 11, du dipôle 14 et la masse.For the first second channel 10, an inductor 17 and a capacitor 18 are connected in parallel between the terminal 11 and the ground, while an inductor 19 is connected between the side, arbitrarily called input, which is not connected to the terminal 11, dipole 14 and ground.

Pour la deuxième seconde voie 20, un condensateur 27 est relié entre l'entrée du dipôle 24, opposée à la borne 21, et la masse. Les éléments autres que le dipôle 14 ou 24 ont, entre autres, pour but d'adapter l'impédance du filtre 10 ou 20 de chaque côté du dipôle respectif 14 ou 24, pour, qu'en particulier, il n'y ait pas de variations brutales d'impédance dans chaque seconde voie 10 ou 20 pour les fréquences de la bande transmise par cette seconde voie 10 ou 20, les lignes 12 et 22 ayant ici une impédance caractéristique égale à celle du côté entrée du filtre 13 ou 23 concerné.L'impédance du filtre 13 ou 23 perçue par la ligne 12 ou 22 associée, pour la bande de fréquences de l'autre seconde voie 20 ou 10, est transformée, à l'autre extrémité de cette ligne 12 ou 22 reliée à la première voie 2, en une impédance quasi-infinie, à la qualité près des composants et aux variations d'impédance près dans la bande de fréquences considérée. Cette transformation est réglée en choisissant une longueur appropriée de ligne 12 ou 22 qui, selon la théorie, bien connue par l'homme du métier, des lignes à constantes réparties, effectue une transformation d'une valeur d'impédance en une autre valeur dépendant de la longueur de la ligne 12 ou 22 et passant cycliquement par un maximum en fonction de la longueur de ligne, pouvant être de valeur infinie si l'impédance n'a pas de composante résistive, l'espacement de ces maxima dépendant de la fréquence.For the second second channel 20, a capacitor 27 is connected between the input of the dipole 24, opposite the terminal 21, and the ground. The elements other than the dipole 14 or 24 have, among other things, the purpose of adapting the impedance of the filter 10 or 20 on each side of the respective dipole 14 or 24, so that, in particular, there is no sudden variations in impedance in each second channel 10 or 20 for the frequencies of the band transmitted by this second channel 10 or 20, lines 12 and 22 here having a characteristic impedance equal to that of the input side of the filter 13 or 23 concerned The impedance of the filter 13 or 23 perceived by the associated line 12 or 22, for the frequency band of the other second channel 20 or 10, is transformed, at the other end of this line 12 or 22 connected to the first channel 2, at an almost infinite impedance, with quality close to the components and near impedance variations in the frequency band considered. This transformation is regulated by choosing an appropriate length of line 12 or 22 which, according to the theory, well known to those skilled in the art, lines with distributed constants, performs a transformation from one impedance value to another dependent value of the length of the line 12 or 22 and passing cyclically through a maximum as a function of the line length, which can be of infinite value if the impedance has no resistive component, the spacing of these maxima depending on the frequency .

Pour ce qui est des fréquences de la bande transmise, l'adaptation d'impédance entre le filtre 13 ou 23 et la ligne 12 ou 22 fait qu'il n'y a pas de modification notable de l'impédance du filtre 13 ou 23. Même en cas d'adaptation imparfaite d'impédance entre le filtre 13 ou 23 et la ligne 12 ou 22, il suffit que l'impédance dans la bande passante soit augmentée de façon moindre que ne l'est celle en bande coupée pour atteindre le résultat voulu.As regards the frequencies of the transmitted band, the impedance adaptation between filter 13 or 23 and line 12 or 22 means that there is no significant change in the impedance of filter 13 or 23 Even in the event of imperfect adaptation of impedance between the filter 13 or 23 and the line 12 or 22, it is sufficient that the impedance in the pass band is increased less than is that in cut band to reach the desired result.

Dans le cas de plus de deux secondes voies 10 et 20, il faut choisir les longueurs respectives des lignes telles 12 et 22 de façon à ce que chaque filtre 13 et 23 présente, à travers la ligne associée, une impédance élevée pour les bandes de fréquences des autres secondes voies. Ceci peut être calculé et réalisé, car, comme indiqué précédemment, la distance des maxima d'impédance dépend de la fréquence. On dispose donc théoriquement d'une pluralité de longueurs appropriées pour chaque fréquence, et il existe au moins une longueur pour laquelle toutes les impédances sont approximativement maximales (figure 3).In the case of more than two second channels 10 and 20, it is necessary to choose the respective lengths of the lines such as 12 and 22 so that each filter 13 and 23 has, through the associated line, a high impedance for the bands of frequencies of the other second channels. This can be calculated and carried out because, as indicated above, the distance of the impedance maxima depends on the frequency. There is therefore theoretically a plurality of appropriate lengths for each frequency, and there is at least one length for which all the impedances are approximately maximum (FIG. 3).

Le mode de réalisation exposé utilise des éléments passifs. Il est bien évident que des éléments actifs conviendraient aussi.The disclosed embodiment uses passive elements. It is obvious that active elements would also be suitable.

La figure 2 montre, en fonction de la fréquence, l'évolution de la transmission T des filtres 13 et 23.FIG. 2 shows, as a function of the frequency, the evolution of the transmission T of the filters 13 and 23.

Le filtre 13 de la première seconde voie 10 transmet la bande de fréquences autour d'une fréquence f1, par exemple 400 MHz, et empêche le passage de la bande de fréquences autour d'une fréquence f2, par exemple 900 MHz, comme indiqué par la courbe C1. La courbe C1 passe par O pour f2 et comporte une portion de valeur de
T proche de 1 autour de f1. Pour sa part, le filtre 23 laisse passer la fréquence C et empêche le passage de la fréquence f1, comme représenté par la courbe C2.
The filter 13 of the first second channel 10 transmits the frequency band around a frequency f1, for example 400 MHz, and prevents the passage of the frequency band around a frequency f2, for example 900 MHz, as indicated by curve C1. The curve C1 passes through O for f2 and includes a portion of value of
T close to 1 around f1. For its part, the filter 23 allows the frequency C to pass and prevents the passage of the frequency f1, as represented by the curve C2.

La figure 3 montre la variation du module de l'impédance
Z en extrémité d'une ligne à caractéristiques réparties, en fonction de la longueur de cette ligne, à une fréquence donnée. Ainsi, si l'on raccorde une impédance Z1 (point A) à la ligne, on peut choisir une longueur
L2-L1 de ligne au bout de laquelle (point B) l'impédance est de très grande valeur.
Figure 3 shows the variation of the impedance module
Z at the end of a line with distributed characteristics, as a function of the length of this line, at a given frequency. So, if you connect an impedance Z1 (point A) to the line, you can choose a length
L2-L1 line at the end of which (point B) the impedance is of very high value.

La figure 4 montre de façon schématique, pour deux fréquences f et f4, les variations du module Z de l'impédance en fonction de la longueur de la ligne, la distance des maxima d'une même fréquence étant égale à une demi-longueur d'onde. On voit ainsi qu'il existe périodiquement des coïncidences de position (points C et
D) des maxima relatifs aux deux fréquences f3 et f4.
FIG. 4 schematically shows, for two frequencies f and f4, the variations of the module Z of the impedance as a function of the length of the line, the distance of the maxima of the same frequency being equal to half a length d 'wave. We thus see that there are periodically coincidences of position (points C and
D) maxima relating to the two frequencies f3 and f4.

On a décrit un filtre 13,23 effectuant le blocage de la transmission de la fréquence f2, f1 intéressant l'autre seconde voie 20,10 au moyen d'un dipôle série 14,24. Il est bien évident que l'homme du métier connaît d'autres façons de réaliser ce blocage, par exemple au moyen d'un dipôle accordé à la fréquence à bloquer, constitué d'une inductance en série avec un condensateur, dipôle branché, dans ce cas, en parallèle vers la masse, au lieu d'être branché en série, ce qui équivaut à un court-circuit à la fréquence bloquée, donc à une tension nulle. We have described a filter 13,23 blocking the transmission of the frequency f2, f1 concerning the other second channel 20,10 by means of a series dipole 14,24. It is obvious that a person skilled in the art knows other ways of achieving this blocking, for example by means of a dipole tuned to the frequency to be blocked, consisting of an inductor in series with a capacitor, dipole connected, in this case, in parallel to ground, instead of being connected in series, which is equivalent to a short circuit at the blocked frequency, therefore at zero voltage.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'aiguillage (1) en fréquence entre une1. Frequency switching device (1) between a première voie (2) et au moins deux secondes voies first channel (2) and at least two second channels (10,20) comportant chacune un filtre (13,23) laissant (10,20) each comprising a filter (13,23) leaving passer une bande de fréquences qui lui est propre et pass a specific frequency band and effectuant le blocage de la bande de fréquences de blocking the frequency band of l'autre seconde voie (20,10), caractérisé par le fait the other second path (20,10), characterized by the fact que les bornes homologues d'un côté desdits filtres that the homologous terminals on one side of said filters (13,23) sont réunies, chacune, par un transformateur (13,23) are each brought together by a transformer d'impédance (12,22) propre amplifiant l'impédance du own impedance (12,22) amplifying the impedance of the filtre associé perçue par ce transformateur associated filter perceived by this transformer d'impédance (12,22) pour la bande de fréquences de impedance (12,22) for the frequency band of l'autre filtre (23,13) et amplifiant, mais de façon the other filter (23,13) and amplifying, but so moindre, cette impédance pour la bande de fréquences lower, this impedance for the frequency band du filtre (13,23) considéré. of the filter (13,23) considered. 2. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 1,2. Referral device according to claim 1, dans lequel chaque filtre (13,23) comporte un circuit wherein each filter (13,23) has a circuit série de blocage (14,24). blocking series (14,24). 3. Dispositif d'aiguillage selon l'une des3. Referral device according to one of revendications 1 ou 2, dans lequel les filtres claims 1 or 2, wherein the filters (13,23) sont du type Cauer-Chebyshev. (13,23) are of the Cauer-Chebyshev type. 4. Dispositif d'aiguillage selon l'une des4. Referral device according to one of revendications 1 à 3, dans lequel ledit trans claims 1 to 3, wherein said trans formateur d'impédance (12,22) est une ligne de impedance trainer (12,22) is a line of transmission de longueur adaptée. transmission of suitable length. 5. Dispositif d'aiguillage selon la revendication 4,5. Referral device according to claim 4, dans lequel la ligne de transmission (12,22) a une in which the transmission line (12,22) has a impédance caractéristique égale à l'impédance characteristic impedance equal to impedance présentée, du côté de ladite ligne de transmission presented, on the side of said transmission line (12,22), par le filtre raccordé (13,23).  (12,22), by the connected filter (13,23). 6. Dispositif d'aiguillage selon l'une des6. Referral device according to one of revendications 4 ou 5, dans lequel la ligne de trans claims 4 or 5, wherein the trans line mission (12,22) est une ligne microruban. mission (12,22) is a microstrip line. 7. Dispositif d'aiguillage selon l'une des7. Referral device according to one of revendications 4 ou 5, dans lequel la ligne de trans claims 4 or 5, wherein the trans line mission (12,22) est une ligne coaxiale. mission (12,22) is a coaxial line. 8. Dispositif d'aiguillage selon l'une des8. Referral device according to one of revendications 1 à 7, comportant deux secondes voies Claims 1 to 7, comprising two second tracks (10,20).  (10.20).
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