FR2794306A1

FR2794306A1 - Multiplicateur d'hyperfrequence

Info

Publication number: FR2794306A1
Application number: FR9906691A
Authority: FR
Inventors: Van Christian Trinh
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-12-01
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: FR2794306B1

Abstract

Un multiplicateur d'hyperfréquence recevant un signal entrant à une fréquence F0 comprend en cascade un filtre d'entrée coupe-bande (2T) au moins à la fréquence N. F0, un filtre de sortie passe-bande (5T) à une fréquence N. F0, N étant un entier, et au moins une diode de Schottky (3T) interconnectée entre les filtres. Le filtre d'entrée coupe-bande coupe en outre à une fréquence M. F0, avec M Not= N. Le multiplicateur peut être un tripleur avec deux diodes de Schottky (3T, 4T) en antiparallèle, ou un quadrupleur ou un doubleur. Le multiplicateur a une largeur de bande plus étendue et est moins onéreux que les multiplicateurs connus à filtre d'entrée passe-bas et diode snappoff et permet une mise en cascade aisée de plusieurs multiplicateurs.

Description

multiplicateur d'hyperfréquence

La présente invention concerne un multiplicateur d'hyperfréquence.

Une des façons de générer un signalà fréquence élevée dans une bande de fréquence millimétrique est de multiplier la fréquence d'un oscillateur localà l'aide de multiplicateurs. Les harmoniques indésirables de rang 2,3 ou 4, du signal produit par l'oscillateur et entrant dans le multiplicateur, sont filtrés efficacement selon la bande de fréquence utile.

En général, un multiplicateur d'hyperfréquence comprend un filtre passe-bas, une diode snappoff et un filtre passe-bande. La multiplication de fréquence snappoff est fondée sur un temps de commutation de la diode nettement inférieurà l'inverse de la pulsation à la fréquence de sortie du multiplicateur. La diode snappoff fonctionne comme un générateur d'impulsion comprenant une conductance d'entrée relativement faible et une capacité relativement élevée. La diode snappoff est équivalenteà un court-circuit pendant l'alternance directe et une grande partie de l'alternance inverse suivante du signal entrant; elle s'ouvre brusquement pour décharger le courant stocké dans l'inductance d'entrée dans la capacité de la diode qui génère une impulsionà la fréquence souhaitée.

Les multiplicateursà diode snappoff sont très sensibles au niveau du signal entrant et aux variations de température, ainsi qu'aux oscillations parasites de type paramétrique. La mise en cascade de plusieurs multiplicateurs est un problème difficileà surmonter du fait de la sensibilité aux niveaux entrants. La présente invention viseà remédier aux inconvénients des multiplicateurs d'hyperfréquenceà diode snappoff. A cette fin, un multiplicateur d'hyperfréquence recevant un signal entrantà une fréquence FO comprenant en cascade une diode et un filtre de sortie passe-bandeà une fréquence N.FO, N étant un entier, est caractérisé en ce qu'il comprend un filtre d'entrée coupe-bande au moinsà la fréquence N.FO recevant le signal entrant et reliéà la diode qui est une diode de Schottky.

Comparativementà une diode snappoff, une diode de Schottky est équivalenteà une capacité en parallèle avec une résistance. Elle exige moins de puissance du signal entrant dans le multiplicateur et admet une plus grande largeur de bande. En outre, une diode de Schottky est moins sujetteà son environnement et. donc plus stable et est mieux reproductible et moins chère ce qui permet d'associer plusieurs multiplicateurs pour constituer une chaîne de multiplication relativement insensible aux variations de niveaux puisque les différents étages peuvent fonctionner en saturation. En pratique, le filtre d'entrée coupe-bande coupe en outreà une fréquence M.FO, M étant un entier différent deN, afin de ramener un court- circuit à un harmonique de rang inférieur/supérieur à N.FO vers la diode.

Trois types de multiplicateurs sont notamment prévus. Pour un tripleur de fréquence, M est égalà 2 et N est égalà 3, et une deuxième diode de Schottky est montée en antiparallèle avec la première.

Pour un quadrupleur de fréquence, le filtre d'entrée coupe-bande coupe en outreà une fréquence M.FO, M est égalà 2 etN est égalà 4.

Pour un doubleur de fréquence, le filtre dl entrée coupe-bande coupe en outreà une fréquence M.FO, M est égalà 4 etN est égalà 2. L'adaptation d'une diode Schottky ou de deux diodes de Schottky est différente de celle d'une diode snappoff. Le filtre d'entrée coupe-bande dans le multiplicateur de l'invention peut comprendre deux couples d'une ligne en quart d'ondeà la fréquence M.FO et d'une ligne en quart d'ondeà la fréquence N.FO, séparés par une ligne un quart d'ondeà la fréquence FO. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairementà la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels:

- la figure1 est un bloc-diagramme schématique d'un tripleur de fréquence selon l'invention, inclus dans un étage de sortie d'un émetteur ou d'entrée d'un récepteur;

- laf igure 2 montre en détail la structure du tripleur de fréquence;

- laf igure 3 est un bloc-diagramme schématique d'un quadrupleur de fréquence selon l'invention; et - laf igure 4 est un bloc-diagramme schématique d'un doubleur de fréquence selon l'invention. Un multiplicateur de fréquence du type tripleur de fréquence 1T est décrit en détail ci-après en référence aux figures1 et 2.

Le tripleur de fréquence 1T comprend en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2T, deux diodes de Schottky 3T et 4T, un filtre de sortie passe-bande5T et un amplificateur6T. A titre d'exemple, le tripleur de fréquence 1T est inclus dans un étage de sortie hyperfréquence d'un émetteurà radiofréquence ou dans un étage d'entrée hyperfréquence d'un récepteur radiofréquence. Le filtre d'entrée 2T reçoit un signal d'entréeà une fréquence prédéterminée FO établie par un oscillateur local OSC à transistors bipolaires, par exemple égaleà 13 GHz. La fréquence FO est multipliée par trois dans le tripleur de fréquence. L'amplificateur6T du tripleur applique un signal amplifiéà la fréquence triple3 FO<B≥ 39 GHz à une première entréeEl d'un mélangeur ME.

Le mélangeur ME, lorsque le tripleur est inclus dans l'étage de sortie de l'émetteur, est un modulateur en anneau et reçoità une deuxième entrée E2 un signalà une fréquence intermédiaire FIE par exemple égaleà 3 GHz et transpose celle-ci en un signal d'émissionà radiofréquence élevée RFE <B≥ FIE + 3.FO <B≥ 42 GHz délivré par une sortie SM du mélangeur. Le signalà fréquence intermédiaire est par exemple un signal dont la porteuseà fréquence intermédiaire a subi une modulation d'amplitude en quadrature QAM à plusieurs niveaux par un signal numérique de données ayant un débit de plusieurs dizaines de Mbit/s.

Réciproquement, lorsque le tripleur 1T est inclus dans l'étage d'entrée du récepteur en communication avec l'émetteur, le mélangeur ME est un récepteur de fréquence image et reçoità la deuxième entréeE2 un signal de réceptionà radiofréquence élevée RFR <B≥ 41 GHz. Le signal est mélangé avec le signal amplifiéà la fréquence triple3 FO<B≥ 39 GHz dans le mélangeur en un signalà fréquence intermédiaire FIR <B≥ RFR - 3.FO <B≥ 2 GHz fourni par la sortie de mélangeur SM.

Bien que les signaux d'émission et de réception aient des fréquences élevées RFE et RFR, la fréquence FO du signal entrant appliqué au tripleur 1T et établi par l'oscillateur local OSC est comparativement faible. Comme montré en détailà la figure 2, le filtre d'entrée 2T et le filtre de sortie5T sont réalisés en ligne hyperfréquenceà microruban comprenant un substrat diélectrique SB, par exemple en alumine, ayant une face revêtue d'un plan métallique de masse, tel qu'une plaque en molybdène. La deuxième face du substrat SB, représentéeà la figure 2, comporte des rubans métalliques sérigraphiés.

Le filtre d'entrée 2T est un filtre coupe-bande à deux fréquences M.FO et N.FO, avec M etN des entiers respectivement égauxà 2 et3. Le filtre 2T ramène ainsi des courts-circuits aux fréquences harmoniques 2.FO et 3.FO à la borne commune d'entrée des diodes de Schottky 3T et 4T qui sontf ixées sur la deuxième face du substrat SB.

Le filtre d'entrée 2T comprend deux couples de lignes en quart d'onde terminées par un circuit ouvert, appelées également stubs.

Un premier couple est composé d'une ligne en quart d'onde 21 au deuxième harmonique 2.FO de la fréquence FO et d'une ligne en quart d'onde 22 au troisième harmonique 3.FO de la fréquence FO. Le port commun entre ces deux lignes en quart d'onde est reliéà un microruban d'une ligne d'entrée2E transmettant le signal entrantà la fréquence FO fourni, selon l'exemple illustréà la figure1, par l'oscillateur OSC. De même, le deuxième couple comprend une ligne en quart d'onde23 à la fréquence M.FO <B≥ 2.FO et une ligne en quart d'onde 24à la fréquence N.FO <B≥ 3.FO dans le prolongement l'une de l'autre. Le filtre coupe-bande comprend également une ligne en quart d'onde 20à la fréquence FO du signal entrant dans le prolongement de la ligne d'entrée2E, s'étendant perpendiculairement aux couples 21-22 et 23-24 et ayant des extrémités confondues avec les ports communs aux lignes en quart d'onde 21 et 22 dans le premier couple et aux lignes en quart d'onde 23 et 24 dans le deuxième couple. Le port commun aux lignes en quart d'onde23 et 24 est reliéà la borne d'entrée des diodes de Schottky antiparallèles3T et 4T.

Les deux lignes en quart d'onde 21 et23 et les lignes en quart d'onde 22 et 24 ramènent ainsi respectivement des courts-circuits aux harmoniques 2.FO et 3.FO à la borne d'entrée des diodes3T et 4T, c'est-à-dire mettentà la masseà ces harmoniques les bornes d'entrée des diodes de Schottky. Les deux couples de stubs 21-22 et 23-24 constituent des capacitésà la fréquence FO; la fait de les placerà une distance l'un de l'autre de X/4 grâceà la ligne 20 est équivalentà un filtre passe-bande. Toute l'énergieà ces harmoniques est ainsi transféréeà travers les diodes vers le filtre de sortie5T ce qui évite une adaptationà ces fréquences.

Les diodes de Schottky 3T et 4T fonctionnantà fréquence très élevée écrêtent de manière symétrique les harmoniques de rang impair, tel que l'harmonique 3.FO, afin d'augmenter le rendement.

Le filtre de sortie5T est un filtre passe-bande classiqueà la fréquence N.FO <I≥ 3.FO sous la forme de lignes en quart d'ondeà microruban coupléesà cette fréquence. Le filtre5T élimine ainsi tous les harmoniques de la fréquence Fo à l'exception du troisième harmonique 3.FO qui est appliquéà l'entrée de l'amplificateur6T. A l'entrée du filtre passe- bande 5T, une ligne en quart d'onde50 à la fréquence FO ramène un court-circuità la borne de sortie commune aux diodes3T et 4T afin que celles-ci symétrisent convenablement les harmoniques 2.FO et 3.FO.

L'amplificateur6T comprend deux circuits d'amplification intégrés monolithiques micro-ondes (MMIC) 61 et62 et fourni un signal amplifiéà la fréquence N.FO <B≥ 3.FO à la première entréeEl du mélangeur ME, selon l'exemple illustréà la figure1, le cas échéantà travers un autre filtre passe-bande analogue au filtre5T. Selon une deuxième réalisation de l'invention montréeà la figure3, le multiplicateur de fréquence est un quadrupleur de fréquence1Q. Il comprend également en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2Q, une diode de Schottky 3Q, unf iltre de sortie passe-bande5Q et un amplificateur6Q.

La diode de Schottky crée une non linéarité dissymétrique favorisant les deux premiers harmoniques de rang pair 2.FO et 4.FO les plus puissants.

Toutefois, le filtre d'entrée2Q qui a une structure analogue au filtre 2T montréà la figure 2 est un filtre coupe-bande à deux fréquences M.FO <B≥ 2.FO et N.Fo <B≥ 4.FO afin de ramener des courts- circuits à ces deux fréquencesà la borne d'entrée de la diode3Q. En particulier, les lignes 22 et 24 dans le filtre2Q sont des lignes en quart d'ondeà la fréquence 4.FO. Le filtre de sortie5Q filtreà la fréquence N.FO <B≥ 4.FO quadruple de la fréquence FO. Selon une troisième réalisation de l'invention montréeà la figure 4, le multiplicateur de fréquence est un doubleur de fréquence1D. Il comprend également en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2D, une diode de Schottky 3D, unf iltre de sortie passe-bande5D et un amplificateur6D.

Comme dans le tripleur, le filtre d'entrée2D qui a une structure analogue au filtre 2T est un filtre coupe-bande à deux fréquences N.FO <B≥ 2.FO et M.FO <B≥ 4.FO, M etN étant ici égauxà 4 et 2, afin de ramener des courts-circuitsà ces deux fréquencesà la borne d'entrée de la diode3D. Le filtre de sortie 5D f iltre à laf réquence N. FO<B≥ 2. FO double de la fréquence FO.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Multiplicateur d'hyperfréquence recevant un signal entrantà une fréquence Fo comprenant en cascade une diode et un filtre de sortie passe-bande (5T, 5Q, 5D) à une fréquence N.FO, N étant un entier, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre d'entrée coupe-bande (2T,2Q, 2D) au moinsà la fréquence N.FO recevant le signal entrant et reliéà la diode qui est une diode de Schottky (3T, 3Q, 3D). 2 -Multiplicateur conformeà la revendication 1, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2T) coupe en outreà une fréquence M.FO, M étant un entier différent deN. 3 - Multiplicateur conformeà la revendication1 ou 2, dans lequel M est égalà 2 etN est égalà 3, et comprenant une deuxième diode de Schottky (4T) en antiparallèle avec la première(3T). 4- Multiplicateur conformeà la revendication1 ou 2, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2Q) coupe en entréeà une fréquence M.FO, M étant égalà 2 etN étant égalà 4. 5 - Multiplicateur conformeà la revendication1 ou 2, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2D) coupe en entréeà une fréquence M.FO, M étant égalà 4 etN étant égalà 2. 6 - Multiplicateur conformeà l'une quelconque des revendications1 à 5, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2T,2Q, 2D) comprend deux couples d'une ligne en quart d'onde (21,23) à la fréquence M.FO et d'une ligne en quart d'onde (22, 24)à la fréquence N.FO, séparés par une ligne en quart d'onde (20)à la fréquence FO, M etN étant des entiers différents. 7 - Multiplicateur conformeà l'une quelconque des revendications1 à 6, dans lequel le filtre de sortie(5T, 5Q, 5D) comprend en entrée une ligne en quart d'onde(50) à la fréquence Fo.