FR2687868A1 - Circuit de filtrage destine a attenuer des signaux haute frequence. - Google Patents

Abstract

Un circuit de filtrage passe-bas (600) destiné à un radiotéléphone et qui filtre les composantes spectrales harmoniques du signal modulé produit par le radiotéléphone comprend des inductances (660, 680) et des condensateurs (602, 620, 640), qui sont respectivement constitués par une partie à éléments répartis (604, 622, 642, 666, 682) et une partie à éléments discrets (616, 618, 637, 638, 654, 656, 664, 688). Les parties à éléments répartis de chaque inductance et de chaque condensateur du filtre atténuent les composantes spectrales de fréquences supérieures du signal qui leur est appliqué. Les composants à éléments discrets de chaque inductance et de chaque condensateur du filtre atténuent les composantes spectrales de fréquences inférieures du signal qui leur est appliqué.

Description

La présente invention concerne les circuits de filtrage et, plus spéciale-

ment, un circuit de filtrage passe-bas destiné à filtrer des composantes harmo-

niques haute fréquence d'un signal de radiofréquence produit par un émetteur.

Un système de télécommunications a pour fonction de transmettre des informations (ce que l'on appellera ci-après un "signal d'information") entre deux

endroits ou plus de deux endroits, et il comporte un émetteur et un récepteur inter-

connectés par une voie de transmission Les informations sont émises par l'émet-

teur à destination du récepteur sur la voie de transmission Un système de télé-

communications radio est un système de télécommunications dans lequel la voie de transmission comprend une voie de radiofréquence, la voie de radiofréquence

étant définie par un intervalle de fréquences du spectre électromagnétique.

L'émetteur constituant une partie d'un système de télécommunications radio comporte un circuit permettant de mettre le signal d'information qui doit être

émis sous une forme convenant pour sa transmission sur la voie de radio-

fréquence Ce circuit est appelé un circuit de modulation effectuant une opération

appelée modulation Au cours de cette opération, le signal d'information est appli-

qué sur une onde électromagnétique de radiofréquence L'onde électromagnétique

de radiofréquence est une fréquence comprise dans l'intervalle de fréquences défi-

nissant la voie de radiofréquence sur laquelle le signal d'information doit être émis.

L'onde électromagnétique de radiofréquence est couramment appelée "le signal de porteuse", et l'onde électromagnétique de radiofréquence, après qu'elle a été

modulée par le signal d'information, est couramment appelée "le signal modulé".

On connaît divers schémas de modulation pour appliquer le signal d'information

sur le signal de porteuse afin de former le signal modulé Par exemple, la modula-

tion d'amplitude, la modulation de fréquence et la modulation de phase sont des schémas de modulation grâce auxquels on peut appliquer un signal d'information

sur une onde porteuse afin de former le signal modulé.

Les systèmes de télécommunications radio sont avantageux en ce

qu'aucune interconnexion matérielle n'est nécessaire entre l'émetteur et le récep-

teur; une fois que le signal d'information a été modulé pour former le signal

modulé, le signal modulé peut être émis sur une grande distance.

Un système de télécommunications dit cellulaire est un type de sys-

tème de télécommunications radio Les émetteurs-récepteurs radio (classiquement

appelés radiotéléphones) qui fonctionnent dans un tel système de télécommunica-

tions cellulaire contiennent un circuit permettant de produire et de recevoir simul-

tanément des signaux modulés de manière à ainsi autoriser une communication

bidirectionnelle entre un radiotéléphone et des émetteurs-récepteurs situés à dis-

tance Les émetteurs-récepteurs situés à distance, appelés "stations de base", sont matériellement connectés à un réseau téléphonique classique afin de permettre la

communication entre un radiotéléphone et un emplacement fixe du réseau télé-

phonique classique On forme un système de télécommunications cellulaire en disposant un grand nombre de stations de base en des emplacements mutuellement séparés sur l'étendue d'une certaine zone géographique Chaque station de base contient un circuit destiné à recevoir des signaux modulés qui ont été émis à sa destination par un ou plusieurs radiotéléphones et d'émettre des signaux modulés à

destination de ce radiotéléphone ou de plusieurs radiotéléphones.

Une bande de fréquences du spectre électromagnétique (qui s'étend,

aux Etats-Unis d'Amérique, entre 800 M Hz et 900 M Hz) est attribuée aux com-

munications radiotéléphoniques d'un système cellulaire de télécommunications La

bande de fréquences attribuée est en outre divisée en plusieurs voies de transmis-

sion ayant des largeurs de bande définies Les signaux modulés produits par des

radiotéléphones sont émis sur des voies sélectionnées parmi les voies de transmis-

sion définies sur la bande de fréquences attribuée pour les communications radio-

téléphoniques De la même façon, les signaux modulés produits par les stations de

base sont également émis sur -des voies sélectionnées parmi les voies de transmis-

sion définies sur cette bande de fréquences.

Constituant des sous-produits de l'opération de modulation visant à

former le signal modulé, des harmoniques des signaux voulus sont également pro-

duits Ces harmoniques sont sensiblement des doubles du signal voulu, mais à des fréquences qui sont des multiples du signal voulu En résultat, le signal modulé qui est réellement produit est constitué par des composantes spectrales n'ayant pas seulement les fréquences voulues, mais aussi des fréquences qui sont des multiples

des fréquences voulues.

Par exemple, un radiotéléphone ayant pour fonction de produire un

signal modulé en vue de son émission sur une voie de transmission définie à l'inté-

rieur de la bande de fréquences attribuée pour ce genre de communication produit un signal modulé qui est constitué non seulement des composantes de fréquences

formant le signal voulu (dont les fréquences correspondent aux fréquences défi-

nissant la voie de transmission), mais aussi de composantes spectrales d'hanno-

niques du signal voulu Les composantes spectrales des harmoniques peuvent avoir

des fréquences allant jusqu'à 10 Gi-z, et plus.

L'émission de telles composantes spectrales peut naturellement inter-

férer avec des signaux modulés qui sont émis à d'autres fréquences, supérieures.

Par conséquent, les radiotéléphones typiques comprennent des cir-

cuits de filtrage tentant d'atténuer l'émission de toutes les composantes spectrales du signal modulé, sauf, naturellement, les composantes spectrales voulues.

Des filtres en bloc de céramique, qui contiennent des éléments de cir-

cuit répartis, forment souvent le circuit de filtrage visant à atténuer l'émission de

toutes les composantes spectrales du signal modulé sauf les composantes spec-

trales voulues Toutefois, en raison de la structure de ces filtres en bloc de céra-

mique, les composantes spectrales du signal modulé qui leur sont appliquées à des fréquences correspondant aux harmoniques impairs des fréquences des bandes passantes de ces filtres en bloc de céramique (ces bandes passantes correspondent naturellement à l'intervalle de fréquences comprenant les composantes spectrales

du signal voulu) ne sont pas atténuées.

Pour tenter d'empêcher l'émission de ces harmoniques impairs du signal modulé, les circuits émetteurs de ces radiotéléphones comportent en outre fréquemment des filtres passe-bas disposés en ligne avec les filtres en bloc de

céramique Les filtres passe-bas sont utilisés pour tenter d'atténuer toutes les com-

posantes spectrales du signal modulé au-delà des fréquences de coupure de ces

filtres passe-bas.

Dans de nombreux exemples, les filtres passe-bas sont constitués

d'éléments localisés, c'est-à-dire d'éléments discrets Ces filtres passe-bas à élé-

ments localisés sont utiles pour atténuer les composantes spectrales d'un signal modulé qui leur est appliqué à des fréquences pouvant aller jusqu'à plusieurs gigahertz (G Hz) Toutefois, les effets parasites associés aux éléments discrets de

ces filtres passe-bas à éléments localisés limitent l'utilité de ces filtres pour l'atté-

nuation de composantes spectrales ayant des fréquences qui dépassent plusieurs gigahertz Le fait, aux fréquences supérieures, ces effets parasites entraînent un fonctionnement si mauvais des filtres passe-bas qu'il n'y a que peu, ou même pas du tout, d'atténuation des composantes spectrales de fréquences supérieures du

signal modulé qui leur est appliqué.

Les filtres passe-bas constitués par des éléments répartis, c'est-à-dire des éléments constitués de lignes de transmission, sont de même aussi souvent utilisés pour former des parties du circuit émetteur d'un radiotéléphone Ces types de filtres passe-bas (au contraire des filtres passe-bas à éléments localisés) atténuent efficacement les composantes spectrales de fréquences supérieures d'un signal modulé qui leur est appliqué Toutefois, les dimensions matérielles des

lignes de transmission formant les éléments de ce type de filtre passebas devien-

nent de plus en plus importantes au fur et à mesure qu'on cherche à diminuer la

fréquence de coupure du filtre passe-bas Ainsi, les dimensions matérielles néces-

saires pour les lignes de transmission formant les éléments répartis de semblables filtres passe-bas sont notablement supérieures lorsque la fréquence de coupure exigée du filtre passe-bas diminue en fréquence, par exemple lorsqu'on réduit la fréquence de coupure de 4 G Hz à 1 G Hz, les dimensions matérielles nécessaires d'un tel filtre diminuent de façon notable De plus, les filtres constitués d'éléments répartis n'atténuent pas les fréquences correspondant aux harmoniques impairs des fréquences centrales des bandes passantes de ces filtres (comme cela se produit également avec les filtres en bloc de céramique ci-dessus mentionnés) Toutefois, lorsque les valeurs inductives et capacitives des composants de ces filtres sont suffisamment grandes, les fréquences des harmoniques impairs qui ne sont pas atténuées ont des valeurs si grandes que la présence de ces harmoniques pose peu

de problèmes.

Puisque la minimisation de la taille est un but conceptuel crucial dans la réalisation des radiotéléphones portatifs (ainsi que dans d'autres structures de

radiotéléphones), un circuit de filtrage passe-bas qui est constitué seulement d'élé-

ments répartis et qui a pour fonction d'atténuer toutes les composantes spectrales

non voulues du signal modulé se révèle indûment grand.

Puisque les radiotéléphones portatifs (ainsi que les radiotéléphones ayant d'autres structures) sont logés dans des boîtiers de plus en plus miniaturisés,

il faut que les circuits de ces radiotéléphones aient, de la même façon, des dimen-

sions réduites Les exigences dimensionnelles importantes que demande un filtre passe-bas à éléments répartis lorsqu'on veut diminuer la fréquence de coupure du

filtre peuvent devenir une contrainte conceptuelle sérieuse.

On note également que, pour minimiser, sur la surface d'une plaquette de circuit l'aire nécessaire pour former un circuit constitué de semblables éléments répartis (un élément réparti imprimé sur la surface d'une plaquette de circuit est appelé une ligne microruban), on peut placer ces éléments répartis sous la surface de la plaquette de circuit et, par exemple, prévoir une couche moyenne dans une plaquette de circuit à trois couches (un élément réparti disposé sous la surface

d'une plaquette de circuit est appelé une ligne triplaque).

Il faut que les éléments répartis formant des lignes microruban impri-

mées à la surface dans une plaquette de circuit soient blindées pour empêcher que des émanations électromagnétiques produites par elles n'interfèrent avec d'autres circuits du radiotéléphone Les éléments répartis formant des lignes triplaque, qui sont disposées sous la surface du circuit n'ont pas besoin d'être blindées, mais il

n'est pas possible de les accorder après qu'on les a formées.

Pour atténuer toutes les composantes spectrales, sauf celles voulues, d'un signal modulé produit par le circuit émetteur selon plusieurs structures de radiotéléphones, en plus des filtres en bloc de céramique ci-dessus mentionnés, il

est possible de mettre en cascade suivant un arrangement série deux filtres passe-

bande, ou plus de deux Un premier filtre passe-bande constitué d'éléments loca-

lisés est utilisé pour produire l'atténuation d'un premier groupe, de basse fréquence, des composantes spectrales d'un signal modulé qui lui est appliqué Et un deuxième filtre passe-bande, constitué d'éléments répartis, est utilisé pour atténuer les composantes spectrales d'un signal voulu qui lui est appliqué appartenant à un deuxième groupe, de fréquences supérieures, de composantes spectrales Alors

qu'une semblable disposition en cascade de filtres atténue les composantes spec-

trales non voulues du signal modulé, elle amène des pertes d'insertion supplémen-

taires pour le signal émis, ainsi que des exigences dimensionnelles accrues résul-

tant de la construction de deux circuits de filtrage séparés.

Ce qui serait nécessaire est donc une structure de filtre passe-bas qui

atténue toutes les composantes spectrales d'un signal modulé, sauf les parties vou-

lues de celui-ci, mais qui minimise également les exigences dimensionnelles de la

structure de filtre.

L'invention propose de façon avantageuse une structure de filtre passe-

bas de dimensions minimales qui a pour fonction d'atténuer les parties des com-

posantes spectrales d'un signal qui lui est appliqué dépassant la fréquence de cou-

pure du filtre.

L'invention propose en outre de façon avantageuse un circuit de fil-

trage pour radiotéléphone permettant d'atténuer les composantes harmoniques d'un signal modulé produit par le radiotéléphone, qui ont des fréquences supérieures à

la fréquence de coupure du circuit de filtrage.

L'invention produit en outre de façon avantageuse un radiotéléphone ayant pour fonction de produire un signal modulé dans lequel aucune composante

spectrale harmonique du signal modulé voulu n'est émise.

L'invention comporte d'autres particularités et avantages dont le détail apparaîtra plus clairement à la lecture des modes de réalisation préférés ci-après présentés. Selon l'invention, il est donc décrit un circuit de filtrage permettant d'atténuer des parties de composantes de fréquences sélectionnées d'un signal qui lui est appliqué Le circuit de filtrage comprend un circuit L-C possédant au moins une inductance et au moins un condensateur L'inductance (ou les inductances s'il y en a plusieurs) est formée d'une première et d'une deuxième partie La première partie de l'inductance est constituée par un composant inductif discret, et la

deuxième partie de l'inductance est constituée par un composant inductif réparti.

Le condensateur (ou les condensateurs s'il y en a plusieurs) est formé d'une pre-

mière et d'une deuxième partie La première partie du condensateur est constituée

par un composant capacitif discret, et la deuxième partie du condensateur est cons-

tituée par un composant capacitif réparti.

La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise

à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages, elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:

la figure 1 est une représentation graphique d'un signal modulé pro-

duit par un émetteur, par exemple le circuit émetteur d'un radiotéléphone, en fonc-

tion de la fréquence; la figure 2 est une représentation graphique, analogue à la figure 1,

mais montrant un signal modulé produit par un émetteur o les composantes spec-

traies harmoniques du signal modulé ont été atténuées par un circuit de filtrage passe-bas; la figure 3 est un schéma de circuit d'un filtre à cinq pôles formant le filtre passe-bas d'un mode de réalisation préféré selon l'invention;

la figure 4 est une représentation graphique illustrant les caractéris-

tiques de filtrage d'un filtre passe-bas constitué d'éléments localisés, en fonction de la fréquence; la figure 5 est une relation graphique illustrant la relation qui existe entre la fréquence de coupure d'un filtre passe-bas constitué d'éléments répartis et les longueurs nécessaires des éléments composants qui constituent le filtre ayant les fréquences de coupure correspondantes; la figure 6 est un schéma de principe du montage en cascade de filtres passe-bas, un premier filtre étant constitué d'éléments localisés, et un deuxième filtre étant constitués d'éléments répartis; la figure 7 A est un schéma de circuit d'une inductance constituée par une partie à éléments localisés et une partie à éléments répartis; la figure 7 B est un schéma de circuit d'un condensateur constitué par une partie à éléments localisés et une partie à éléments répartis; la figure 8 est, pour partie, un schéma de circuit, et, pour partie, un schéma simplifié, montrant un filtre à cinq pôles, analogue à celui présenté dans le schéma de circuit de la figure 3, selon un mode de réalisation préféré de l'inven- tion; la figure 9 est pour partie un schéma de circuit, et, pour partie, un schéma simplifié, montrant un filtre à cinq pôles, analogue à celui de la figure 8, mais selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 9 A est un modèle du filtre à cinq pôles de la figure 9; la figure 10 est une vue en plan agrandie d'une partie d'une plaquette de circuit sur laquelle le filtre de la figure 9 peut être disposé;

la figure 11 est une vue découpée d'une partie de la plaquette de cir-

cuit représentée sur la vue en plan de la figure 9; et

la figure 12 est un schéma de circuit d'un radiotéléphone dont le cir-

cut de filtrage du mode de réalisation préféré de l'invention forme une partie.

On se reporte d&abord à la représentation graphique de la figure 1, qui montre un signal modulé produit par un émetteur, par exemple un circuit émetteur faisant partie d'un radiotéléphone ou d'un autre émetteurrécepteur radio L'axe des abscisses, 106, est étalonné en termes de fréquence, par exemple en mégahertz, et l'axe des ordonnées et étalonné en termes d'amplitude, par exemple en milliwatts

(m W) ou en décibels (d B ou d Bm).

La forme d'onde 118 est tracée dans le système cartésien défini par les axes 106 et 112 et elle est représentative d'un signal modulé typique produit par un semblable émetteur en l'absence de filtrage, ou avec un filtrage inapproprié, des composantes spectrales harmoniques non voulues du signal modulé produit par l'émetteur. Comme précédemment mentionné, on forme un signal modulé en superposant un signal d'information à un signal de porteuse La forme d'onde 118, représentative d'un tel signal modulé, est obtenue par superposition d'un signal

d'information à un signal de porteuse ayant une fréquence centrale fc qui est dési-

gnée par le numéro de référence 124 Les informations contenues dans la forme d'onde se trouvent à l'intérieur d'une bande de fréquences centrée sur la fréquence centrale 124, ou à proximité de cette fréquence centrale 124, du signal modulé Cet intervalle de fréquences est appelé le spectre de modulation, et il est désigné sur la

figure 1 par la partie de forme d'onde 118 A qui est délimitée par la flèche 130.

Au cours de la modulation du signal d'information conduisant à la for-

mation du signal modulé, des harmoniques du signal voulu (désigné par la partie

de forme d'onde 118 A), possédant des composantes spectrales qui sont des mul-

tiples des fréquences des composantes spectrales du signal voulu, sont également produits Ces harmoniques sont représentés sur la figure par les parties 118 B et 118 C de la forme d'onde 118 L'harmonique représenté par la partie 118 B est formé de composantes spectrales ayant la fréquence centrale fh 1, désignée par le

numéro de référence 136, et l'harmonique représenté par la partie 118 C est cons-

titué de composantes spectrales ayant la fréquence centrale sh 2, désignée par le

numéro de référence 142.

Alors que ceci n'est pas représenté sur la représentation graphique de la figure 1, d'autres harmoniques constitués de composantes spectrales de multiples

supérieurs de la fréquence centrale 124 sont également produits pendant la modu-

lation d'un signal d'information sur un signal de porteuse.

Puisque la production de ces harmoniques peut interférer avec d'autres

signaux modulés ayant des fréquences correspondant aux fréquences des compo-

santes spectrales des harmoniques (comme représenté sur la figure 1 par les par-

ties de forme d'onde 118 B et 118 C), un filtrage des harmoniques visant à empêcher leur émission et une interférence ultérieure possible avec d'autres signaux modulés

est souhaitable.

La courbe 148, représentée par une ligne en trait interrompu, représente les caractéristiques de filtrage d'un filtre passe-bas Le filtre passebas a pour fonction d'atténuer les composantes spectrales d'un signal modulé qui leur est appliqué et qui possède des fréquences dépassant la fréquence de coupure du filtre passe-bas, et, ici, le filtre passe- bas possède une fréquence de coupure qui est supérieure à la fréquence maximale du spectre de modulation comprenant la partie de forme d'onde 118 A. La figure 2 est une représentation graphique d'un signal modulé qui ne

possède pas de composantes spectrales harmoniques formant une partie du signal.

Un tel signal est émis de façon idéale par un émetteur, par exemple la partie émet-

trice d'un radiotéléphone ou d'un autre émetteur-récepteur radio De la même façon que les axes 106 et 112 des abscisses et des ordonnées de la figure 1, les axes 156 et 162 sont étalonnés en termes respectifs de fréquence et d'amplitude La forme d'onde 168 ne comprend que la partie de forme d'onde 168 A La forme d'onde 168 est représentative d'un signal modulé après application d'un filtre

passe-bas ayant une caractéristique de filtrage analogue à la caractéristique de fil-

trage représentée par la courbe 148 de la figure 1 Les informations contenues dans le signal modulé sont présentes à l'intérieur de la partie de forme d'onde 168 A, et les harmoniques du signal modulé voulu sont atténués et ne forment pas une partie du signal modulé émis par l'émetteur Puisque les harmoniques sont atténués et ne sont pas émis, le signal modulé émis par l'émetteur n'interfère pas avec d'autres

signaux modulés produits aux fréquences des harmoniques Comme indiqué ci-

dessus, les circuits de filtrage passe-bas existants ne filtrent pas de manière appro-

priée les harmoniques des fréquences supérieures ou bien ont des dimensions

matérielles importantes.

On passe maintenant au schéma de circuit de la figure 3, qui montre un circuit L-C, indiqué dans son ensemble par le numéro de référence 200 Le circuit forme un filtre passe-bas à cinq pôles, que l'on peut construire d'après les

enseignements de l'invention Alors que les descriptions ci-après données des

modes de réalisation préférés de l'invention décrivent des filtres passebas à cinq pôles, on comprendra que les enseignements de l'invention peuvent être de même

utilisés pour former un filtre ayant de nombreuses autres conceptions possibles.

Le circuit 200 formant le filtre à cinq pôles est constitué de trois con-

densateurs 202, 220 et 240, les premiers côtés de chacun de ces filtres étant con-

nectés en commun au potentiel de la terre Les deuxièmes côtés des condensa-

teurs 202 et 220 sont connectés par l'intermédiaire d'une inductance 260, tandis

que les deuxièmes côtés des condensateurs 220 et 240 sont connectés par l'inter-

médiaire d'une inductance 280 Des éléments d'impédance 292 et 296 sont en outre montrés dans le schéma de circuit et ils sont respectivement représentatifs des

impédances d'entrée et de terminaison Comme cela est connu, on choisit les capa-

cités des condensateurs 202-240 et les valeurs des inductances 260-280 en fonc-

tion des valeurs des impédances d'entrée et de terminaison et de la fréquence de

coupure voulue du filtre 200 formé par la combinaison L-C.

Comme précédemment mentionné, les éléments de circuit constituant un circuit de filtrage tel que le circuit 200 peuvent être constitués par des éléments localisés, c'est-à-dire discrets Toutefois, les caractéristiques de filtrage d'un filtre

passe-bas constitué de tels éléments atténuent de façon non appropriée les com-

posantes spectrales dont les fréquences dépassent plusieurs gigahertz.

La figure 4 est une représentation graphique de la caractéristique de

filtrage d'un filtre passe-bas tel que le circuit 200 de la figure 3 lorsque les élé-

ments de circuit formant le filtre sont constitués d'éléments localisés L'axe des abscisses 306 est étalonné en termes de fréquence, ici en mégahertz, et l'axe des ordonnées 312 est étalonné en termes d'amplitude, par exemple en milliwatts (m W) ou en décibels (d B ou d Bm) La courbe 318 représente la caractéristique de filtrage du filtre passe-bas lorsque celui-ci est constitué d'éléments localisés La bande passante voulue du filtre passe-bas comprend un intervalle de fréquences défini par l'intervalle de fréquences délimité par le segment fléché 330 et une fréquence de coupure ayant la valeur désignée par le numéro de référence 336 Dans

un radiotéléphone ayant pour fonction d'émettre des signaux modulés dans un sys-

tème cellulaire de télécommunications des Etats-Unis d'Amérique, la fréquence de

coupure d'un filtre passe-bas formant une partie du circuit émetteur d'un tel radio-

téléphone peut par exemple avoir une fréquence dont la valeur vaut environ

1 G Hz.

Un filtre passe-bas idéal atténue les composantes spectrales du signal

qui lui est appliqué lorsque ces composantes ont des fréquences dépassant la fré-

quence de coupure du filtre Toutefois, comme précédemment mentionné, lorsque le circuit de filtrage passe-bas est constitué d'éléments localisés, l'atténuation des

composantes spectrales de haute fréquence du signal appliqué n'est pas appro-

priée La partie latérale droite de la courbe 318 montre qu'il se produit une très faible atténuation des composantes spectrales de haute fréquence d'un signal qui est appliqué à un tel filtre De ce fait, pour les fréquences très élevées, ce filtre

passe-bas est presque complètement inopérant comme filtre passe-bas.

Comme cela aussi a été précédemment mentionné, un circuit de fil-

trage passe-bas, comme le circuit 200 de la figure 3, peut aussi bien être également constitué d'éléments répartis Alors qu'un circuit de filtrage passe-bas constitué par

de semblables éléments répartis atténue de façon appropriée les composantes spec-

trales de fréquences supérieures d'un signal qui lui est appliqué, les dimensions

matérielles nécessaires pour un circuit de filtrage passe-bas constitué par des élé-

ments répartis lorsqu'il faut que la fréquence de coupure du filtre ainsi formé ait une valeur relativement basse, par exemple la fréquence de coupure de 1 G Hz d'un

filtre passe-bas utilisé par un radiotéléphone fonctionnant dans un système cellu-

laire de télécommunications, sont grandes. La figure 5 est une représentation graphique de la relation existant entre

la longueur demandée à un circuit de filtrage passe-bas constitué par des éléments répartis et la fréquence de coupure du circuit de filtrage passe-bas ainsi formé L'axe des abscisses 406 est étalonné en termes de longueur, par exemple en millimètres, et l'axe des ordonnées 412 est étalonné en termes de fréquence, par exemple en gigahertz La courbe 418 représente la relation entre la longueur il demandée aux lignes de transmission constituant les éléments répartis d'un tel filtre passe-bas et la fréquence demandée à un filtre ayant des fréquences de coupure de différentes valeurs Lorsque la fréquence de coupure du filtre diminue, la longueur nécessaire pour les lignes de transmission constituant le filtre augmente Puisque la minimisation de la taille est un but conceptuel crucial dans la réalisation de radio-

téléphones portatifs, un circuit de filtrage passe-bas constitué seulement d'élé-

ments répartis et ayant une fréquence de coupure dont la valeur correspond à la fréquence de coupure d'un filtre passe-bas formant une partie d'un radiotéléphone

ayant pour fonction d'émettre des signaux dans un système cellulaire de télécom-

munications possède des dimensions trop grandes.

La figure 6 est un schéma fonctionnel montrant le montage en cascade de deux filtres passe-bas Un premier filtre passe-bas, désigné par le bloc 456 est

un filtre passe-bas constitué par des éléments localisés Un deuxième filtre passe-

bas, désigné par le bloc 462, est constitué par des éléments répartis Chacun des

filtres, lesquels sont, comme on l'a déjà dit, respectivement désignés par les numé-

ros de référence 456 et 462, peut par exemple être un filtre passe-bas à trois pôles, comme le circuit 200 de la figure 3 On construit de manière avantageuse le filtre constitué par les éléments localisées de façon qu'il ait une fréquence de coupure d'une faible valeur, par exemple la fréquence de coupure de 1 G Hz ci-dessus mentionnée On construit de façon avantageuse le filtre constitué par les éléments répartis de façon qu'il ait une fréquence de coupure d'une valeur notablement plus

grande que la fréquence de coupure de 1 G Hz ci-dessus mentionnée, ce qui per-

met de limiter les dimensions nécessaires du circuit de filtrage.

Lorsqu'un signal est appliqué par la ligne 468 au filtre 456, il y a atté-

nuation des composantes spectrales du signal qui sont supérieures à la fréquence de coupure du filtre Toutefois, en raison de la caractéristique de filtrage d'un filtre passe-bas constitué par des éléments localisés (comme décrit précédemment en relation avec la figure 4), les composantes spectrales de fréquences supérieures du signal appliqué au filtre 456 par la ligne 468 ne sont pas atténuées par le filtre,

mais sont transmises à la ligne 472.

Le signal produit par le filtre 456 sur la ligne 472 est appliqué au filtre 462 Le filtre 462 est conçu de façon à avoir une fréquence de coupure supérieure à

la fréquence de coupure du filtre 456, puisque le filtre 456 atténue de manière con-

venable les composantes spectrales de fréquences inférieures au-delà de la fré-

quence de coupure du filtre 456 Le filtre 462 a pour fonction d'atténuer les com-

posantes spectrales de fréquences supérieures du signal appliqué sur la ligne 472,

après une atténuation inappropriée par le filtre 456.

Le signal produit par le filtre 462 sur la ligne 476 est un signal dans

lequel les composantes spectrales non voulues se trouvant au-dessus des fré-

quences de coupure des deux filtres 456 et 462 sont atténuées.

Toutefois, un tel montage en cascade demande deux circuits de fil-

trage séparés, ce qui entrame des dimensions matérielles nécessaires accrues ainsi

que des pertes d'insertion respectivement associées aux deux filtres Par consé-

quent, le montage en cascade de deux circuits de filtrage séparés est loin de la solution idéale qui permettrait d'atténuer les composantes spectrales harmoniques

d'un signal modulé produit par le circuit émetteur d'un radiotéléphone.

Le bloc 480, représenté par une ligne en trait interrompu, désigne le filtre selon un mode de réalisation préféré de la présente invention Le signal appliqué au filtre via la ligne 468 est filtré, et un signal filtré est produit sur la ligne

476 Au lieu de monter en cascade deux filtres, le filtre du mode de réalisation pré-

féré forme un unique filtre, mais les éléments composants qui forment le filtre sont constitués par des parties faites d'éléments discrets et des parties faites d'éléments répartis De plus, les valeurs des composants capacitifs et inductifs formant le filtre sont suffisamment grandes pour que les fréquences des harmoniques impairs, qui ne sont pas atténuées, aient des valeurs suffisamment importantes pour que

l'impossibilité d'atténuer ces harmoniques pose peu de problèmes.

La figure 7 A est un schéma partiellement fonctionnel et partiellement de circuit montrant une inductance, désignée dans son ensemble par le numéro de

référence 500, qui est construite selon les enseignements de l'invention L'induc-

tance 500 est constituée de deux parties, une première partie, indiquée par le numéro de référence 506, qui est constituée par un composant inductif discret (par exemple une bobine) et une deuxième partie, désignée par le numéro de référence

512, qui est constituée par un élément réparti (par exemple une ligne de transmis-

sion). La figure 7 B est un schéma partiellement fonctionnel et partiellement de circuit montrant un condensateur, désigné dans son ensemble par le numéro de

* référence 550, qui est construit selon les enseignements de l'invention Le conden-

sateur 550 est constitué de deux parties, une première partie, désigné par le numéro de référence 556, qui est constituée par un condensateur discret, et une deuxième partie, désignée par le numéro de référence 562, qui est constituée par un élément

réparti (par exemple une ligne de transmission).

On peut utiliser des inductances et des condensateurs semblables à l'inductance 500 et au condensateur 550 respectivement montrés sur les figures 7 A

et 7 B pour former un circuit de filtrage, par exemple le circuit 200 de la figure 3.

L'utilisation d'éléments localisés, lesquels sont désignés par les numéros de réfé-

rence 506 et 556 des figures 7 A et 7 B, permet d'obtenir un filtre passe-bas qui possède une fréquence de coupure de valeur relativement petite (par exemple la

valeur de 1 G Hz ci-dessus mentionnée) De façon analogue, l'utilisation d'élé-

ments répartis, désignés par les numéro de référence 512 et 562, de l'induc-

tance 500 et du condensateur 550, des figures 7 A et 7 B, permet d'obtenir un filtre passe-bas pouvant atténuer de manière appropriée les composantes spectrales de haute fréquence d'un signal qui leur est appliqué Puisqu'il ne faut construire qu'un seul circuit de filtrage pour atténuer de façon appropriée les composantes spectrales non voulues d'un signal qui lui est appliqué, les problèmes associés au

montage en cascade de deux circuits de filtrage séparés sont évités.

La figure 8 est un schéma partiellement fonctionnel et partiellement de circuit montrant un circuit de filtrage passe-bas à cinq pôles, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 600, selon un mode de réalisation préféré de

l'invention De la même façon que le circuit 200 représenté sur le schéma de cir-

cuit de la figure 3, le circuit 600 est constitué de trois condensateurs et de deux

inductances.

Un premier condensateur, désigné par le bloc 602, suivant une ligne en trait interrompu, est constitué par un composant capacitif discret et un composant

capacitif réparti Ainsi, le condensateur 602 est constitué d'une ligne de transmis-

sion 604 qui est couplée par ses parties terminales opposées à des condensateurs

discrets 616 et 618.

De la même façon, un deuxième condensateur, désigné par le bloc 620,

également indiqué par une ligne en trait interrompu, est constitué par un compo-

sant capacitif discret et un composant capacitif réparti Ainsi, le condensateur 620 est constitué par une ligne de transmission 622 qui est couplée par ses extrémités

opposées à des condensateurs discrets 637 et 638.

De même, un troisième condensateur, désigné par le bloc 640, égale-

ment indiqué par une ligne en trait interrompu, est constitué par un composant capacitif discret et un composant capacitif réparti Ainsi, le condensateur 640 est constitué par une ligne de transmission 642 qui est couplée par ses extrémités

opposées à des condensateurs discrets 654 et 656.

Les condensateurs 602, 620 et 640 sont tous connectés en commun, au

niveau de leurs premières extrémités, à un même potentiel de terre Les condensa-

teurs 602 et 620 sont interconnectés, par leurs deuxièmes extrémités, à l'inductance 660, indiquée par une ligne en trait interrompu L'inductance 660 est constituée par un composant inductif discret et un composant inductif réparti Ainsi, l'inductance

660 est constituée d'une bobine 664 et d'une ligne de transmission 666.

De la même façon, l'inductance 680 interconnecte les deuxièmes côtés des condensateurs 620 et 640 L'inductance 680, désignée par un bloc représenté par une ligne en trait interrompu, est également constituée par un composant

inductif discret et un composant inductif réparti Ainsi, l'inductance 680 est cons-

tituée par une ligne de transmission 682 et une bobine 688.

Puisque les parties à composants capacitifs et inductifs discrets des composants du circuit de filtrage 600 ont pour fonction d'atténuer les composantes

spectrales de fréquences inférieures d'un signal qui leur est appliqué, les dimen-

sions matérielles du circuit de filtrage sont minimisées De même, puisque les par-

ties à composants répartis des composants constituant le circuit de filtrage 600

atténuent de façon convenable les composantes spectrales de fréquences supé-

rieures d'un signal qui leur est appliqué, toutes les composantes spectrales, sauf celles voulues, d'un signal appliqué au circuit de filtrage 600 sont atténuées de

façon appropriée.

On passe maintenant au schéma partiellement fonctionnel et partielle-

ment de circuit de la figure 9, qui montre un autre circuit de filtrage passe-bas à cinq pôles, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 700 selon un

autre mode de réalisation préféré de l'invention Les éléments répartis qui cons-

tituent des parties de chaque élément composant du circuit 700 sont formés, pour

parties, par des lignes triplaque, disposées sous la surface d'une plaquette de cir-

cuit Comme précédemment mentionné, lorsque les lignes de transmission formant les éléments répartis sont constituées par des lignes triplaque plutôt que par des lignes microruban, un appareillage de blindage supplémentaire destiné à empêcher

l'émanation d'ondes de radiofréquence qui pourraient interférer avec d'autres cir-

cuits n'est pas nécessaire.

De nouveau, le circuit de filtrage passe-bas à cinq pôles qui constitue

le circuit 700 comprend trois condensateurs et deux inductances Chaque conden-

sateur et chaque inductance du circuit 700 comprend à la fois des composants à

éléments répartis et des composants à éléments discrets On note que les compo-

sants à éléments répartis du circuit 700 qui forment des lignes microruban sont

indiqués par des blocs hachurés et que les parties composantes à éléments distri-

bués formant des lignes triplaque sont indiquées par des blocs ne comporant pas de hachurage. Un premier condensateur, désigné par le bloc 702, représenté à l'aide d'une ligne en trait interrompu, est constitué par un composant capacitif discret et un composant capacitif réparti Ainsi, le condensateur 702 est constitué par des lignes triplaque 704, 706, 708 et 710 et par des lignes microruban 712 et 714 Les lignes microruban 712 et 714 sont électriquement couplées aux lignes triplaque 708 et 710 par l'intermédiaire de traversées s'étendant à travers une plaquette de

circuit entre les lignes triplaque et les lignes microruban associées Des condensa-

teurs discrets 716 et 718 sont électriquement couplés par leurs premières extré-

mités aux lignes microruban respectives 712 et 714 Les deuxièmes côtés des con-

densateurs 716 et 718 sont connectés à la terre électrique.

Un deuxième condensateur, désigné par le bloc 720 et représenté par une ligne en trait interrompu, est constitué d'un composant capacitif discret et d'un composant capacitif réparti Ainsi, le condensateur 720 est constitué par des lignes triplaque 722, 724, 726, 728, 730 et 732 et des lignes microruban 734 et 736 Les lignes microruban 734 et 736 sont couplées aux lignes triplaque respectives 730 et 732 par l'intermédiaire de traversées s'étendant à travers une plaquette de circuit entre les lignes triplaque et les lignes microruban associées Des condensateurs discrets 737 et 738 sont électriquement couplés par leurs premiers côtés aux lignes microruban respectives 734 et 736 Les deuxièmes côtés des condensateurs 737 et

738 sont électriquement couplés à la terre.

Un troisième condensateur, désigné par le bloc 740 à l'aide d'une ligne

en trait interrompu, est constitué d'un composant capacitif discret et d'un compo-

sant capacitif réparti Ainsi, le condensateur 740 est constitué de lignes triplaque 742, 744, 746 et 748 et de lignes microruban 750 et 752 Les lignes microruban

750 et 752 sont électriquement couplées aux lignes triplaque 746 et 748 par l'inter-

médiaire de traversées s'étendant à travers une plaquette de circuit entre les lignes triplaque et les lignes microruban associées Des condensateurs discrets 754 et 756

sont chacun électriquement couplés aux lignes microruban respectives 750 et 752.

Les deuxièmes côtés des condensateurs 754 et 756 sont électriquement couplés à la terre. Une première inductante, désignée par le bloc 760 à l'aide d'une ligne

en trait interrompu, est constituée d'un composant inductif discret et d'un compo-

sant inductif réparti Ainsi, l'inductance 760 comprend une ligne triplaque 762 et

des lignes microruban 764 et 766 La ligne triplaque 762 est électriquement cou-

plée à la ligne microruban 764 par l'intermédiaire d'une traversée s'étendant à tra-

vers une plaquette de circuit entre la ligne triplaque et la ligne microruban Une

bobine 768 est électriquement connectée aux lignes microruban 764 et 766.

Une deuxième inductance, désignée par le bloc 780 à l'aide d'une ligne

en trait interrompu, est constituée d'un composant inductif discret et d'un compo-

sant inductif réparti Ainsi, l'inductance 780 comprend une ligne triplaque 782 et

des lignes microruban 784 et 786 La ligne triplaque 782 est électriquement cou-

plée à la ligne microruban 784 par l'intermédiaire d'une traversée s'étendant à tra-

vers une plaquette de circuit entre la ligne triplaque et la ligne microruban Une

bobine 788 est électriquement couplée, par ses côtés opposés, aux lignes micro-

ruban 784 et 786.

Les longueurs des lignes triplaque 762 et 782 des inductances respec-

tives 760 et 780 commandent l'amplitude du couplage mutuel entre les éléments

répartis que constituent respectivement les condensateurs 706 et 720 et les con-

densateurs 720 et 740.

On notera que les lignes triplaque formant les éléments répartis sont formées par des segments de ligne de transmission sensiblement rectangulaires, car les caractéristiques de tels segments peuvent être facilement concrétisées D'autres combinaisons de segments de ligne de transmission ou d'autres combinaisons des lignes de transmission sont naturellement possibles On passe maintenant au schéma fonctionnel de la figure 9 A, qui montre un modèle concret du circuit 700 de la figure 9 Le modèle de la figure 9 est désigné dans son ensemble par le numéro de référence 700 A Les éléments du circuit 700 A sont numérotés de façon analogue et représentent une structure analogue Par conséquent, on ne décrira pas de nouveau en détail cette structure On notera toutefois que le couplage mutuel entre les segments de ligne de transmission formant les éléments répartis des condensateurs adjacents du filtre à trois pôles constituant le circuit 700 A peut être facilement concrétisés, et ce couplage mutuel est illustré par le modèle 700 A du

circuit 700.

Plus particulièrement, le couplage mutuel entre les lignes triplaque 708 A et 726 A est représenté par l'élément 802 A; le couplage mutuel entre les lignes triplaque 704 A et 722 A est représenté par l'élément 804 A; le couplage mutuel entre les lignes triplaque 706 A et 724 A est représenté par l'élément 806 A;

le couplage mutuel entre les lignes triplaque 710 A et 728 A est représenté par l'élé-

ment 808 A. De la même façon, le couplage mutuel entre les lignes triplaque 726 A

et 746 A est représenté par l'élément 810 A; le couplage mutuel entre les lignes tri-

plaque 722 A et 742 A est représenté par l'élément 812 A; le couplage mutuel entre

les lignes triplaque 724 A et 744 A est représenté par l'élément 814 A; et le cou-

plage mutuel entre les lignes triplaque 728 A et 748 A est représenté par l'élément

816 A.

Puisqu'une concrétisation précise du circuit 700 de la figure 9 est réali-

sée par le circuit 700 A de la figure 9 A, on peut donc concevoir avec précision un

circuit de filtrage passe-bas ayant les caractéristiques voulues.

On passe maintenant à la vue en plan de la figure 10, qui représente une partie d'une plaquette de circuit, désignée dans son ensemble par le numéro de référence 900, sur laquelle un circuit de filtrage, tel que le circuit 700 de la figure 9, est disposé Puisque seuls les composants capacitifs et inductifs discrets sont disposés à la surface de la plaquette de circuit 900, seuls les condensateurs discrets 916, 918, 937, 938, 954 et 956 et les inductances discrètes 968 et 988 sont représentés Puisque les éléments répartis constitués par les lignes triplaque sont disposés au-dessous de la surface de la plaquette de ciruit 900, ces lignes triplaque

ne sont pas représentées sur la figure.

La figure 11 est une vue découpée d'une partie de la plaquette de cir-

cuit 900, suivant la ligne 11-11 de la figure 10 La vue découpée de la figure 11 illustre la connexion entre la ligne microruban 914 formant un contact à la surface de la plaquette de circuit 900 et la ligne triplaque 910 disposée au-dessous de la surface de la plaquette de circuit 900 Une traversée 910 A connecte ensemble la ligne microruban 914 et la ligne triplaque 910 Des traversées identiques relient entre elles les lignes microruban formant des contacts et les lignes triplaque en

d'autres emplacements du circuit formant le circuit de filtrage du mode de réalisa-

tion préféré de l'invention.

On passe finalement au schéma fonctionnel de la figure 12, qui repré-

sente un radiotéléphone, désigné dans son ensemble par le numéro de référence 950, lequel incorpore un circuit de filtrage construit selon les enseignements de l'invention Le radiotéléphone 950 comprend un circuit émetteur et un circuit récepteur.

Le circuit émetteur du radiotéléphone 950 est constitué par un trans-

ducteur, par exemple un microphone 954, qui fournit un signal modulé via une ligne 958 à un modulateur 962 Le modulateur 962 produit un signal modulé sur

une ligne 966, lequel signal est fourni à un filtre passe-bande 970, formant de pré-

férence une partie d'un duplexeur 974 Le filtre 970 produit un signal sur une ligne

978, lequel signal est appliqué à un filtre 982, qui possède de préférence une struc-

ture correspondant à celle du filtre 700 de la figure 8 Le filtre 982 forme un filtre passe-bas qui a pour fonction d'atténuer toutes les parties, sauf les parties voulues, du signal qui lui est appliqué sur la ligne 978 Le filtre 982 produit un signal filtré sur une ligne 986, lequel signal est appliqué à une antenne 990, par laquelle le

signal filtré est émis.

Le circuit récepteur du radiotéléphone 950 reçoit un signal, après réception par l'antenne 990 et application au circuit de filtrage 982, via la ligne

986, d'un signal filtré sur une ligne 994, lequel signal est fourni à un filtre passe-

bande 998 Le filtre 998 comprend de préférence une partie du duplexeur 974 Le filtre 998 produit un signal filtré sur une ligne 1000, lequel signal est fourni à un démodulateur 1002 Le démodulateur 1002 produit un signal démodulé sur une

ligne 1004, lequel signal est appliqué à un transducteur, par exemple un haut-

parleur 1006.

Puisque le filtre du mode de réalisation préféré de l'invention présente des dimensions matérielles minimales en même temps qu'il atténue de façon appropriée toutes les composantes spectrales, sauf les composantes voulues, du signal qui lui est appliqué, le filtre du mode de réalisation de l'invention peut

avantageusement faire partie d'un radiotéléphone.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du

circuit dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nulle-

ment limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Circuit de filtrage ( 200; 600; 700) permettant d'atténuer des par-

ties composantes de fréquences sélectionnées d'un signal qui lui est appliqué, ledit filtre étant caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit L-C possédant au moins une inductance ( 260, 280; 660, 680; 760, 780) et au moins une inductance ( 202, 220, 240; 602, 620, 640; 702, 720, 740), o ladite ou lesdites inductances sont formées de première et deuxième parties respectives, la première partie de l'inductante, ou des inductances, étant constituée d'un composant inductif discret ( 664, 688; 768, 788), et la deuxième partie de l'inductance, ou des inductances étant constituée par un composant

inductif réparti ( 666, 682; 762, 764, 766, 782, 784, 786), et o ledit condensa-

teur, ou lesdits condensateurs, sont formés de première et deuxième parties res-

pectives, la première partie du condensateur, ou des condensateurs, étant cons-

tituée par un composant capacitif discret ( 616, 618, 637, 638, 654, 656; 716, 718,

737, 738, 754, 756), et la deuxième partie dudit condensateur, ou desdits conden-

sateurs, étant constituée par un composant capacitif réparti ( 604, 622, 642; 704-

714,722-736,742-752).

2 Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une

partie dudit circuit L-C est disposée sur une plaquette de circuit ( 900).

3 Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant inductif réparti constituant la deuxième partie de l'inductance, ou des inductances,

comprend une ligne de transmission.

4 Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ligne de

transmission constituant le composant inductif réparti comprend une ligne tri-

plaque ( 762, 782) disposée à l'intérieur de la plaquette de circuit ( 900).

Filtre selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'inductance, ou les inductances, comprennent en outre une ligne microruban ( 764, 766, 784, 786) formée sur une surface de la plaquette de circuit ( 900) et une traversée reliant entre

elles la ligne microruban ( 764, 766, 784, 786) et la ligne triplaque ( 762, 782) dis-

posée à l'intérieur de la plaquette de circuit ( 900).

6 Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit L-C comprend au moins deux condensateurs ( 702, 720, 740) séparés l'un de l'autre qui sont interconnectés par une inductance ( 760, 780), o le couplage mutuel entre les dieux, ou plus de deux, condensateurs ( 702, 720, 740) séparés l'un de l'autre est commandé par une sélection appropriée de la longueur du composant inductif

réparti ( 762, 782) constituant la deuxième partie de l'inductance.

7 Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le composant

capacitif réparti constituant la deuxième partie du condensateur, ou des condensa-

teurs, comprend une ligne de transmission. 8 Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce que la ligne de

transmission constituant le composant capacitif réparti comprend une ligne tri-

plaque ( 704, 706, 708, 710, 722, 724, 726, 728, 730, 732, 742, 744, 746, 748)

disposée à l'intérieur de la plaquette de circuit ( 900).

9 Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que la ligne tri-

plaque constituant le composant capacitif réparti est constituée par au moins deux

segments de ligne triplaque ayant des dimensions prédéterminées.

Filtre selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensa-

teur ou les condensateurs comprennent en outre un contact électrique ( 914) formé à la surface de la plaquette de circuit ( 900) et une traversée ( 910 A) connectant entre le contact électrique ( 914) et la ligne triplaque ( 910) disposée à l'intérieur de la

plaquette de circuit ( 900).