FR2802378A1 - Dispositif a circuit non reciproque et dispositif de telecommunications l'utilisant - Google Patents

Abstract

L'invention propose un dispositif à circuit non réciproque, compact et peu coûteux, qui produit une grande atténuation dans une bande de fréquences particulière, ainsi qu'un dispositif de télécommunications l'incorporant. Un circuit résonant série, dans lequel une bobine d'induction (L1) et un condensateur (C1) sont connectés en série l'un à l'autre est connecté entre un premier port (P1) d'un conducteur central (51) et la masse électrique, des condensateurs (C2) et (C3) sont connectés entre la masse électrique et, respectivement, un deuxième et un troisième ports d'accès (P2, P3) d'autres conducteurs centraux (52 et 53) et la masse électrique, et une résistance de terminaison (R) est connectée au troisième port (P3).

Description

La présente invention concerne des dispositifs à circuits non réciproques et des dispositifs de télécommunications. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif à circuit non réciproque, tel un isolateur et un circulateur, destiné à être utilisé dans la bande des hautes fréquences, comme par exemple la bande des hyperfréquences, et un dispositif de télécommunications l'incorporant.

Des dispositifs à circuits non réciproques, tels des isolateurs à constantes localisées et des circulateurs à constante localisée, sont utilisés dans les dispositifs de télécommunications tels que les téléphones cellulaires, pour tirer avantage des caractéristiques selon lesquelles les dispositifs présentent une très faible atténuation pour le sens de transmission du signal et une très grande atténuation dans le sens inverse.

Comme on peut le voir sur le circuit équivalent de la figure 8, un isolateur à constantes localisées comporte typiquement trois conducteurs centraux L disposés sur un corps magnétique (ferrite) de façon à être mutuellement en interaction, condensateurs d'adaptation CO connectés entre la masse électrique et des ports d'accès respectifs Pl, P2 et P3 des conducteurs centraux L, et une résistance terminaison R connectée au port P3, un champ magnétique continu Hex étant appliqué au corps magnétique et aux conducteurs centraux. Le corps magnétique indiqué par une ligne en trait interrompu sur la figure 8.

Dans un dispositif de télécommunications typique, les amplificateurs incorporés dans le circuit produisent inévitablement une certaine distorsion, ce qui provoque des rayonnements parasites, tels que les composantes du deuxième harmonique et du troisième harmonique de l'onde fondamentale. Il existe des règlements et des normes qui imposent de maintenir les rayonnements parasites en dessous d'un niveau particulier. On peut empêcher ces rayonnements parasites en utilisant amplificateurs qui présentent une bonne linéarité ; toutefois, ces amplificateurs sont assez coûteux. Un autre procédé, couramment employé, consiste a prévoir un filtre, ou un moyen analogue, pour atténuer les composantes des fréquences non voulues. Toutefois, l'utilisation de ces filtres augmente le coût et la taille du dispositif de télécommunications et, en outre, provoque des pertes.

De plus, dans le dispositif de télécommunications, on utilise des isolateurs circulateurs pour assurer un fonctionnement stable et la protection des amplificateurs dans le circuit. Plus particulièrement, les isolateurs à constantes réparties circulateurs à constantes réparties présentent des caractéristiques de filtrage passe bande dans la direction avant, atténuant ainsi les signaux, même dans la direction avant, qui se trouve dans des bandes de fréquences situées en dehors de la bande passante. Toutefois, le circuit non réciproque classique qui présente la structure de base présentée sur la figure 1 ne réussit pas à produire une atténuation suffisante à l'intérieur de la bande des fréquences non voulues.

Les publications des demandes de brevets non examinées japonaises n l0-93 308 et 10-79 607 décrivent, l'une et l'autre, un dispositif à circuit non réciproque qui produit une grande atténuation dans la bande de fréquences des rayonnements parasites, en particulier les composantes du deuxieme et du troisième harmonique de l'onde fondamentale. Dans les dispositifs à circuits non réciproques qui y sont décrits, en plus de la structure présentée sur la figure 8, il est prévu une bobine d'induction sur un port d'entrée ou un port de sortie, et un condensateur est extérieurement connecté, de manière qu'il soit constitué filtre passe-bas. Ainsi, les composantes de la bande des fréquences non voulues sont atténués de maniere à réduire les rayonnements parasites, et le dispositif de télécommunications peut être construit, dans son ensemble, de manière plus compacte par rapport à la disposition dans laquelle un filtre sépare est placé extérieurement.

Toutefois, dans les dispositifs à circuits non réciproques qui sont décrits dans les publications de demandes de brevets non examinées japonaises n 10-93 308 et 79 607, une bobine d'induction et un ou deux condensateurs sont nécessaires pour constituer un filtre passe-bas, ce qui pose des problèmes en ce que le nombre de pièces augmente et en ce que l'ajustement valeurs d'inductance et capacité est sensible, ce qui empêche une réduction de la taille et du coût. Ainsi l'adjonction de condensateurs discrets augmente le nombre de pièces et le cout. D'autre part, l'utilisation d'une carte de montage et de condensateurs d'adaptation impose des restrictions en ce qui concerne les valeurs caractéristiques chacun des composants, tout ceci augmentant les difficultés de conception. En outre, le fait que les condensateurs destinés au filtrage soient placés parallèlement aux condensateurs d'adaptation conduit à une augmentation de la taille. De plus, une bobine d'induction ayant une valeur d'inductance relativement grande est nécessaire pour constituer le filtre passe-bas.

Par conséquent, c'est un but de l'invention de produire un dispositif à circuit non réciproque peu coûteux et compact, qui produit une grande atténuation dans une bande de fréquences particulière, ainsi qu'un dispositif de télécommunications l'incorporant. Dans ce but, un dispositif à circuit réciproque selon l'invention comporte une unité magnétique qui reçoit un champ magnétique continu, ladite unité magnétique ayant plusieurs conducteurs centraux disposés de façon à être mutuellement en intersection, et un circuit résonant série constitué d'une bobine d'induction et d'un condensateur, lequel présente fréquence de résonance plus élevée que la fréquence de fonctionnement du dispositif à circuit non réciproque, qui est connecté entre la masse électrique et section port d'accès de l'un des conducteurs centraux utilisée comme port d'entrée ou de sortie. Plus spécialement, une bobine d'induction est connectée en série avec un condensateur d'adaptation classique de manière à former un circuit résonant série sur la section port d'accès de l'un des conducteurs centraux utilisées comme port d'entrée ou de sortie. Quant au fait que le circuit résonant série est connecté au port d'entrée ou au port de sortie, ou encore aux deux ports d'entrée et sortie, ceci est déterminé en fonction de la forme (taille), de l'atténuation, et autres paramètres souhaités.

Avec la structure ci-dessus mentionnée, le circuit résonant série constitué de la bobine d'induction et du condensateur forme un piège qui présente un pôle à une fréquence supérieure à la fréquence fonctionnement du dispositif à circuit réciproque, produisant ainsi une grande atténuation dans la bande de fréquences supérieure à la fréquence de fonctionnement, et atténuant les rayonnements parasites des composants du deuxieme et du troisième harmonique de l'onde fondamentale (la fréquence centrale de fonctionnement).

Ainsi, du fait que le circuit résonant série sert à la fois de circuit d'adaptation et de filtre coupe-bande, il n' pas nécessaire de prévoir extérieurement un filtre destiné à empêcher rayonnements non voulus, les composants du filtre, et un circuit résonant série type LC, etc. Ainsi, on peut réduire le nombre des pièces et on peut mettre oeuvre le dispositif à circuit non réciproque et le dispositif de télécommunications avec une taille réduite et un coût réduit.

De plus, avec cette structure, il est possible de réduire les valeurs de la capacité et de l'inductance par rapport à celles du filtre passe-bas de la publication de demande de brevet non examinée japonaise n 93 308 et on peut davantage réduire la taille du dispositif à circuit non réciproque.

De façon générale, l'atténuation la deuxième composante harmonique est plus faible que celle de la troisième composante harmonique dans le dispositif à circuit non réciproque et, par conséquent, les rayonnements non voulus sont plus efficacement atténués lorsque la fréquence de résonance du circuit résonant série se trouve au voisinage de la fréquence de la deuxième composante harmonique. Cette fréquence de résonance est de préférence située entre la fréquence de l'onde fondamentale et celle de la troisième composante harmonique.

est possible de former le circuit résonant série sans augmenter le nombre de pièces en formant solidairement la bobine d'induction qui constitue le circuit résonant série avec les conducteurs centraux et, de plus, on peut réduire coût.

dispositif de télécommunications selon l'invention comporte dispositif à circuit non réciproque qui possède les caractéristiques ci-dessus décrites. On obtient ainsi un dispositif de télécommunications compact et coûteux qui offre des caractéristiques favorables.

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 figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un isolateur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; figure 2 est une vue en plan de dessus de l'isolateur selon premier mode de réalisation, où la culasse supérieure a été retirée ; figure 3 est un schéma de circuit équivalent de l'isolateur selon premier mode de réalisation ; figure 4 est un graphe montrant les caractéristiques de fréquence d'atténuation de l'isolateur selon le premier mode de réalisation et d'un isolateur classique ; figure 5 est un schéma de circuit équivalent d'un isolateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; figure 6 est un graphe montrant les caractéristiques de fréquence d'atténuation de l'isolateur selon le deuxième mode de réalisation et de l'isolateur classique ; la figure 7 est un schéma fonctionnel d'un dispositif de télécommuni cations selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et la figure 8 est un schéma de circuit équivalent de l'isolateur classique. On va maintenant décrire, en liaison avec les figures 1 à 3, la structure d'un isolateur selon un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective éclatée de l'isolateur, la figure 2 est une vue en plan de dessus de l'isolateur où la culasse supérieure a été retirée, et la figure 3 est un schéma de circuit équivalent de celui-ci.

Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, l'isolateur comporte une culasse superieure 2 en forme de boîte, qui est formée en un métal magnétique, un aimant permanent 3 en forme de disque qui est disposé sur la face interne de culasse superieure 2, une culasse inférieure 8 en forme de U qui est elle-même formée en métal magnétique, la culasse supérieure 2 et la culasse inférieure constituant un circuit magnétique fermé, un boîtier en résine 7 disposé sur la face inférieure 8a de la culasse inférieure 8, un ensemble magnétique 5 auquel appliqué un champ magnétique continu par l'aimant permanent 3, des condensateurs d'adaptation C1, C2 et C3, et une résistance de terminaison R.

L'ensemble magnétique 5 comporte un corps magnétique 55 en forme de disque et trois conducteurs centraux 51, 52 et 53. Une section de mise à la masse électrique commune des trois conducteurs centraux 51, 52 et 53 est en appui contre la face inférieure du corps magnétique 55. En outre, les trois conducteurs centraux 51 à 53 sont incurvés et disposés sur la face supérieure du corps magnétique 55, des feuilles isolantes (non représentées) étant interposées entre eux, de manière à former un angle de 120 les uns par rapport aux autres. Des sections formant des ports d'accès Pl, P2, P3, qui se trouvent aux extrémités avant des conducteurs centraux 51 à 53 font saillie vers l'extérieur. On forme conducteurs centraux 51 à 53 en découpant à la presse une feuille conductrice métallique constituée par exemple de cuivre, et les conducteurs centraux 51 et présentent une section de mise à la masse circulaire comme borne de mise à la masse électrique commune et sont réalisés de manière à faire saillie, vers l'extérieur, de cette section de mise à la masse électrique en présentant un intervalle angulaire spécifié (120 ) entre eux. Dans l'isolateur, la partie terminale avant du conducteur central 51 est usinée étroite suivant une forme de méandres et une bobine d'induction Ll ayant une valeur d'inductance spécifiée est formée intégralement avec la section port d'accès Pl du conducteur central 51.

Le boîtier en résine 7 est formé en un matériau électriquement isolant. Une paroi inférieure 7b est solidairement formée avec une paroi latérale 7a ayant la forme cadre rectangulaire, tandis que des bornes d'entrée/sortie 71 et 72 une borne de mise à la masse électrique 73 sont prévues de façon à être partiellement encastrées dans la résine. Un trou passant 7c est formé dans partie sensiblement centrale de la paroi inférieure 7b, et l'ensemble magnétique 5 est insére dans ce trou passant 7c. Les sections de mise à la masse électrique des conducteurs centraux 51 à 53 se trouvant sur la face inférieure de cet ensemble magnétique 5 sont connectées à la face inférieure 8a de la culasse inférieure 8, par exemple par soudage. Une extrémité de chacune des bornes d'entrée/sortie 71 et 72 et de la borne de la mise à la masse électrique 73 est exposée la face supérieure de la paroi inférieure 7b, et son autre extrémité est exposée à la face inférieure de la paroi inférieure 7b et à une face externe de la paroi latérale.

Autour du bord circonférentiel du trou passant 7c, sont disposés les condensateurs d'adaptation de type puce Cl, C2 et C3, ainsi que la résistance de terminaison de type puce R. Les sections ports d'accès Pl et P2 des conducteurs centraux 51 et 52 sont connectées aux bornes d'entrée/sortie 71 et 72. Les électrodes inférieures des condensateurs C 1 à C3 et l'électrode se trouvant sur un côté de la résistance de terminaison R sont respectivement connectées aux bornes de mise la masse électrique 73 et 73. L'électrode supérieure du condensateur C 1 est connectée à une partie terminale avant de la bobine d'induction Ll formée sur la section port d'accès P1 du condensateur central 51. Les électrodes supérieures des condensateurs C2 et C3 sont connectées aux sections ports d'accès P2 et P3 des conducteurs centraux 52 et 53, et l'autre extrémité de la résistance de terminaison R est connectée à la section port d'accès P3.

Ainsi, dans l'isolateur, comme on peut le voir sur le schéma de circuit équivalent de la figure 3, un circuit résonant série dans lequel la bobine d'induction Ll est connectée en série avec le condensateur C1 est lui-même connecte entre le port Pl du conducteur central 51 et la masse électrique, les condensateurs C2 et C3 sont connectés entre la masse électrique et les ports respectives P2 et P3, et la résistance de terminaison R est connectée au port P3. Sur la figure 3, le corps magnétique est indiqué par une ligne en trait interrompu, le champ magnétique continu est indiqué par Hex, les conducteurs centraux 51 à 53 sont représentés par une bobine d'induction équivalente L, et les autres symboles correspondent à ceux utilisés sur les figures 1 et 2.

Le circuit résonant série constitué de la bobine d'induction L l et du condensateur C1 fait fonction d'un piège, et atténue les radiations non voulues des composantes du deuxième et du troisième harmonique de l'onde fondamentale. L'inductance de la bobine d'induction L 1 et la capacité du condensateur C 1 sont déterminées de façon que la fréquence de résonance soit supérieure à la fréquence de fonctionnement de l'isolateur. De façon générale, l'atténuation de la deuxième composante harmonique est plus faible que celle de la troisième composante harmonique. Ainsi, pour produire une forte atténuation de la deuxième composante harmonique, on fixe la fréquence de résonance dans un intervalle compris entre la fréquence de l'onde fondamentale et celle de la troisieme composante harmonique, en prenant en compte d'autres caractéristiques, qui comprennent la largeur de la bande passante et les caractéristiques d'isolation.

On va décrire ci-dessous les avantages de l'invention. La figure 4 montre la caractéristique d'atténuation relative à la direction de transmission dans l'isolateur selon le présent mode de réalisation (la structure de la figure 3) et dans l'isolateur classique (la structure de base de la figure 8), la ligne en trait continu indiquant les caractéristiques du présent mode de réalisation, tandis que la ligne en trait interrompu indique les caractéristiques de l'isolateur classique. Les dimensions générales sont sensiblement 7,0 mm de largeur, 7,0 mm de profondeur et 2,0 mm de hauteur, tandis que la fréquence de l'onde fondamentale (la fréquence centrale de fonctionnement) est fixée à 900 MHz, et que, par exemple, l'inductance de la bobine d'induction L1 est fixée à environ 1,1 nH, et la capacité du condensateur Cl à environ 6,7 pF. Ainsi, la fréquence de résonance du circuit résonant serie est d'environ 1,9 GHz. La capacité des condensateurs C2 et et celle des condensateurs CO de l'isolateur classique sont fixées à 9,0 pF.

Comme on peut le voir sur la figure 4, un pôle d'atténuation est formé dans la fréquence de résonance du circuit résonant série du mode de réalisation et l'atténuation ayant lieu dans l'intervalle de fréquences plus élevé que la fréquence de l'onde fondamentale est supérieure à celle que l'on obtient avec l'isolateur classique. Plus spécialement, l'atténuation du deuxième composant harmonique est d'environ 19 dB et l'atténuation de la troisième composante harmonique est d'environ dB dans l'isolateur classique, tandis que l'atténuation de la deuxième composante harmonique est d'environ 30 dB et celle de la troisième composante harmonique est d'environ 39 dB dans le présent mode de réalisation, ce qui donne une amélioration d'environ 11 dB pour ces deux composantes.

figure 5 montre la structure d'un dispositif à circuit non réciproque selon un deuxième mode de réalisation. Dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, circuit résonant série constitué de la bobine d'induction du condensateur est connecté au port d'entrée ou au port de sortie de l'isolateur - par contre, dans l'isolateur représenté sur la figure 5, un circuit résonant série constitué de la bobine d'induction Ll et du condensateur Cl est connectée entre le port d'entrée P1 la masse électrique, et un circuit résonant série constitué de la bobine d'induction L2 et du condensateur C2 est connecté entre le port de sortie P2 et la masse électrique. Les fréquences de résonance de ces deux circuits résonants série sont fixées de manière à être supérieures à la fréquence de fonctionnement d'isolateur.

va décrire ci-dessous les avantages du présent mode de réalisation. La figure 6 montre les caractéristiques d'atténuation relatives à direction de transmission dans l'isolateur du présent mode de réalisation (la structure de la figure 6) et dans l'isolateur classique (la structure de base la figure 8). L'inductance des bobines d'induction Ll et L2 est fixée à environ 1,1 nH, la capacité des condensateurs C 1 et C2 est fixée à environ 6,7 pF, et les autres valeurs sont fixées comme dans le premier mode de réalisation.

Ainsi que l'on peut le voir sur la figure 6, l'atténuation produite dans l'intervalle de fréquences se trouvant au-dessus de la fréquence de l'onde fondamentale est même plus grande que l'atténuation obtenue dans le premier mode de réalisation. Plus spécialement, l'atténuation de la deuxième composante harmonique est d'environ 33 dB et l'atténuation de la troisième composante harmonique est d'environ 50 dB, ce qui donne, respectivement, une amélioration d'environ 14 dB et 22 dB par rapport à l'atténuation obtenue avec l'isolateur classique. connectant le circuit résonant série aux deux ports d'entrée et de sortie, on augmente encore l'atténuation à la bande de fréquence supérieure à la fréquence fonctionnement.

Dans le montage de la figure 6, des bobines d'induction et des condensateurs de mêmes valeurs d'inductance et de capacité sont utilisées au port d'entrée et port de sortie. Selon une autre possibilité, on peut utiliser des bobines d'induction et des condensateurs ayant des valeurs différentes d'inductance de capacité, de manière que les fréquences de résonance des circuits résonants série soient différentes l'une de l'autre. Dans ce cas, deux pôles d'atténuation forment dans l'intervalle de fréquences supérieur à fréquence de fonctionnement, ce qui permet de faire varier la caractéristique d'atténuation en fonction besoins.

Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la présente invention peut être appliquée à un circulateur sans que l'on connecte résistance de terminaison R au port P3.

Dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la bobine d'induction L1 constituant le circuit résonant série est formée intégralement du même matériau les conducteurs centraux 51 à 53 ; toutefois, ceci ne constitue pas une limitation, car d'autres types d'éléments d'induction tels qu'une bobine d'induction type puce et une bobine de solénoïde peuvent être utilisées et la bobine d'induction peut être formée par réalisation d'un motif d'électrode sur un substrat diélectrique ou à l'intérieur de celui-ci. Plus particulièrement, dans une structure dans laquelle on utilise un élément d'écartement pour maintenir les composants de manière stable, on peut former le circuit résonant série sans augmenter nombre de pièces si l'on forme la bobine d'induction sur ou dans l'élément d'écartement.

structure du dispositif à circuit non réciproque n'est pas limitée à celle du premier mode de réalisation et peut être telle que le conducteur central soit formé d'une pellicule d'électrode à l'intérieur ou sur le dessus d'un corps diélectrique ou magnétique. Le nombre de pièces ne doit pas nécessairement être augmenté dans un tel cas si l'on forme la bobine d'induction sur un substrat stratifié ou dans un tel substrat.

La figure 7 montre la structure d'un dispositif de télécommunications selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce dispositif de télécommunications, une antenne ANT est connectée à une borne d'antenne d'un duplexeur DPX qui possède un filtre d'émission TX et un filtre de réception RX, un isolateur ISO est connecté entre l'extrémité d'entrée du filtre d'émission TX un circuit d'emission, et un circuit de réception est connecté à l'extrémité de sortie du filtre de réception RX. Le signal d'émission venant du circuit d'émission transmis à l'antenne ANT via l'isolateur ISO et le filtre d'émission TX. Le signal de réception reçu par l'antenne ANT est envoyé au circuit de réception via le filtre de réception L'isolateur du mode de réalisation décrit ci-dessus peut être utilisé titre de l'isolateur ISO. On obtient alors un dispositif de télécommunications compact et peu coûteux, qui fournit des caractéristiques préférables, en utilisant dispositif à circuit non réciproque selon l'invention.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir dispositifs dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif mais nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas cadre de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Dispositif à circuit non réciproque, caractérisé en ce qu'il comprend une unité magnétique (5) qui reçoit un champ magnétique continu (Hex), ladite unité magnétique possédant une pluralité de conducteurs centraux (51 à 53) disposes de façon à être mutuellement en intersection ; et un circuit résonant série constitué d'une bobine d'induction (L1) et d'un condensateur 1), possédant une fréquence de résonance supérieure à la fréquence de fonctionnement dudit dispositif à circuit non réciproque, et connecte entre la masse électrique et une section port d'accès (P1) de l'un des conducteurs centraux, qui est utilisée comme port d'entrée ou de sortie.

2. Dispositif à circuit non réciproque selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite fréquence de résonance dudit circuit résonant série fixée de façon à être inférieure à la fréquence de la troisième composante harmonique de la fréquence de fonctionnement du dispositif à circuit réciproque.

3. Dispositif à circuit non réciproque selon l'une des quelconque des revendications et 2, caractérisé en ce que ladite bobine d'induction (L constituant ledit circuit résonant série est solidairement formé du même matériau que ladite pluralité de conducteurs centraux.

4. Dispositif de télécommunications, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif à circuit non réciproque tel que défini dans l'une quelconque revendications 1 2 et 3.