FR2904898A1 - Filtre passe bande actif selectif accordable en frequence - Google Patents

Abstract

Le filtre passe bande actif sélectif selon l'invention est basé sur une structure de filtre classique formé par un nombre réduit de résonateurs comportant un seul élément d'accord de la fréquence centrale et un seul élément actif compensateur des pertes intrinsèques du filtre passif.

Description

L'invention se rapporte à un filtre passe-bande actif sélectif accordable

en fréquence et à une méthode pour améliorer la sélectivité d'un tel filtre. Elle s'inscrit dans le cadre du projet Multi-Radio-Front-End (MRFE) pour la conception de terminaux fixes/mobiles multimodes, multistandards, intégrant par exemple des systèmes de téléphonie cellulaire (GSM, UMTS etc.), de réception de télévision numérique terrestre (DVB- H/T) et d'accès aux réseaux locaux (WLAN a/b/g). D'un point de vue technique, cette convergence de différents modes d'accès dans un seul objet communicant implique des problèmes de coexistence dus en particulier à la proximité des bandes de fréquences de fonctionnement de chacun des modes. La présente invention s'intéresse plus particulièrement à la coexistence des standards DVB-H/T et GSM pour laquelle il est clair que les signaux GSM émis dans la bande de fréquences 890-915MHz vont certainement perturber et dégrader la réception DVB-T/H en bande UHF si aucun dispositif de filtrage n'est incorporé dans le système pour isoler les 2 bandes. Les figures 1 a, 1 b et 1c présente nt différentes possibilités pour rejeter la bande parasite GSM tout en laissant passer la bande de réception DVB-T/H. La figure 1 a correspond à la courbe de réponse d'un filtre de type stop-bande 20 centrée dans la bande GSM. La bande de fréquence correspondant à la fréquence GSM est rejetée. La figure 1 b correspond à la courbe de réponse d'un filtre de type passe-bas. Ce filtre laisse passer les canaux DVB-H/T. La figure 1c correspond à la courbe de réponse d'un filtre de type passe-bande dont 25 la fréquence centrale s'accorde en fonction des canaux DVB à recevoir. L'invention se rapporte à un filtre passe bande sélectif dont la fréquence centrale est accordable en fonction des canaux DVB-H/T à recevoir, tout en rejetant aussi la bande GSM. Ce filtre doit laisser passer les canaux DVB-T/H, un canal ayant une bande de 8MHz. De plus ce filtre doit être apte à laisser passer plus particulièrement les canaux situés en limite de la fréquence maximale 860MHz, et à atténuer fortement les signaux GSM transmis dans la bande de 890 à 915MHz. 30 2904898 2 Dans tous les cas, le filtre doit posséder des pertes d'insertion très faibles afin de ne pas dégrader la sensibilité du récepteur. 5 Un tel filtre passe bande sélectif accordable possédant un nombre de résonateurs permettant d'assurer la bande passante demandée comprend par exemple 3 résonateurs et 2 éléments additionnels, en l'occurrence ici des inductances. Le réseau présenté ci-dessous comprend: • des inductances (Li) de couplage des résonateurs 10 • les 3 résonateurs (2* Ln/ Cri, Lr2/ Cr2) • et les 2 inductances additionnelles (Lzi) qui mises en série avec les résonateurs Ln/ Cri vont créer l'atténuation infinie dans la bande de fréquence à rejeter. 15 Pour faire varier la fréquence centrale, par une approche classique comme évoqué précédemment, il est connu de faire varier simultanément les capacités Cr des résonateurs, ce qui nécessite ici d'utiliser 3 éléments d'accord. En conséquence 3 résistances négatives pour compenser les pertes des éléments non-idéaux du filtre passif sont nécessaires. Ces résistances doivent d'autre part être ajustées en fonction du positionnement de la fréquence centrale du filtre. Pour des raisons de coût et de facilité d'intégration sur silicium il est usuel d'utiliser des résonateurs actifs. Ces résonateurs actifs comprennent des éléments passifs tels que des inductances et capacités et un élément actif. Cet élément actif a pour fonction de créer une résistance négative qui va compenser les pertes intrinsèques des éléments passifs.

Un tel filtre est représenté par la figure 3. De plus, lorsque la fréquence centrale varie, le niveau d'atténuation de la bande parasite est très variable. Ainsi, si une atténuation de 40 dB est spécifiée, cette spécification ne sera pas tenue dans toute la bande d'accord du filtre.

Du document US 5 550 520 il est connu un filtre passe bande actif et sélectif. Une représentation d'un filtre à un pole est illustrée par la figure 2a. Ce filtre comprend associé à une structure de filtre passe bande passif 12 comporatnt une entrée IN et une sortie OUT, un varactor 18 et un circuit de résistance négative 20. Le varactor 18 est accordable en fréquence par la tension VF et permet de déterminer la fréquence 2904898 3 centrale du filtre. La résistance négative 20 est accordable en fréquence par la tension Vq, permettant d'éliminer les oscillations et les variations de la résistance négative.

5 La figure 2b représente un filtre passe bande actif sélectif dans une configuration de filtres à 2 sections. Chaque section de filtre passe bande comporte outre une structure de filtre passe bande passif 12, un varactor 18 ainsi qu'un circuit de résistance négative 20.

10 Or cette approche classique nécessite ainsi de nombreux éléments d'ajustement tels 2 éléments varactors ainsi que 2 résistances négatives et est de ce fait couteuse et encombrante. L'invention vise à remédier à ces inconvénients.

15 L'invention est un filtre passe bande actif sélectif formé par un réseau passif d'un nombre N impairs de résonateurs. associés à des inductances de couplage situées entre les résonateurs ainsi qu'à des inductances additionnelles connectées en série avec les résonateurs extrêmes. L'un des résonateurs dit résonateur central est situé 20 au centre du filtre et les autres sont dits résonateurs extrêmes. La capacité du résonateur central est variable et permet la variation de la fréquence centrale du filtre et un élément actif de compensation de pertes des éléments passifs est connecté en série avec la capacité variable du résonateur central.

25 L'invention a l'avantage de permettre de résoudre la problématique de coexistence de standards DHV H/T et GSM en utilisant une seul e capacité variable et un seul élément de compensation des pertes intrinsèques du filtre passif. L'invention a de plus l'avantage d'assurer un niveau d'atténuation de la bande GSM proche de 40dB, quelque soit la fréquence centrale du filtre.

30 Préférentiellement, l'élément actif du filtre passe bande actif sélectif est formé par une résistance négative accordable en fréquence. Préférentiellement, le réseau passif du filtre est basé sur un réseau de filtre à réponse de type Chebyshev d'ordre 3.

2904898 4 Préférentiellement, le filtre a une fréquence centrale accordable en fonction des canaux DVB-H/T. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que 5 d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : - les figures 1 a, 1 b, 1c déjà décrites, représentent les courbes de réponse illustrant différents filtres utilisés pour rejeter la bande de fréquence GSM - les figures 2 a et 2b déjà décrites, représentent respectivement une section 10 d'un filtre passe bande et un filtre passe-bande à 2 sections selon l'état de la technique ; - la figure 3 déjà décrite, représente un réseau de filtre passe-bande actif et sélectif et comprenant des capacités variables ; - la figure 4 représente un réseau du filtre passe-bande actif sélectif et 15 accordable selon l'invention ; - la figure 5, représente la courbe de réponse simulée du filtre passe-bande selon l'invention et - la figure 6 est une représentation d'une résistance négative.

20 Pour simplifier la description, les mêmes références seront utilisées dans ces dernières figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques. Les circuits selon l'état de la technique ayant été sommairement décrits précédemment ils ne seront pas redécrits par la suite. Par ailleurs, une même 25 référence est utilisée pour le circuit de l'état de la technique et pour les circuits selon l'invention lorsqu'il s'agit d'un même élément. La figure 4 représente donc un filtre passe bande selon l'invention. Ce filtre comporte un nombre réduit de résonateurs, le minimum nécessaire pour assurer la bande 30 passante demandée car le réseau de filtrage qui possède un minimum de pôles (ou de résonateurs) doit aussi être apte à rejeter la bande GSM d'un niveau élevé. Ce filtre est, par exemple, basé sur un réseau de filtres à réponse de type Chebyshev d'ordre 3.

2904898 5 Il comporte donc, par exemple, 3 éléments résonateurs Ln, Cri, Lr2, Cr2 et Ln, Cri formés par des éléments capacitifs et inductifs associés en parallèle. Pour raison de symétrie les éléments résonateurs Ln, Cri se retrouvent aux 2 extrémités du filtre. L'élément résonateur formé par les éléments Lr2, Cr2 est l'élément résonateur central 5 du filtre. L'étroitesse de la bande passante ainsi que les faibles pertes d'insertion exigées impliquent d'utiliser des résonateurs à très fort facteur de qualité. Ce filtre pourrait être également basé sur un réseau de filtres à réponse de type Chebyshev d'ordre supérieur. Il comporte 2 inductances additionnelles Lz1 pour créer 2 zéros de transmission dans 10 la bande GSM, ces inductances étant connectées en série avec les résonateurs d'extrémités. Le filtre étant symétrique, les inductances additionnelles sont les mêmes en entrée et en sortie du filtre. Ce filtre comporte un seul élément d'accord de la fréquence centrale. Cet élément 15 d'accord Cr2 est par exemple l'élément capacitif de l'élément résonateur central. La variation de cet élément permet la variation de la fréquence centrale du filtre dans toute la bande DVB-H/T tout en conservant les performances électriques. Ce filtre comporte de plus un seul élément actif RN, tel une résistance négative, 20 compensateur des pertes intrinsèques du filtre passif. Il est connecté en série avec l'élément résonateur central comprenant la capacité variable et permet donc de compenser les pertes du filtre. Il est de plus accordable en fréquence de façon à éliminer les oscillations et les variations de la résistance négative dues aux variations de la fréquence centrale du filtre.

25 Néanmoins, les résonateurs extrêmes Lr1/Cr1 résonnant toujours à la même fréquence la variation de la capacité Cr2 du résonateur central entraîne inévitablement une variation de la bande passante du filtre. Pour y remédier, il est proposé de calculer tous les éléments du filtre tels que sa bande passante couvre les 30 derniers canaux DVB-H/T et tels que le niveau d'atténuation exigé de la bande GSM soit assuré. Cette bande passante devra être initialement suffisamment large pour que, lorsque l'on décale la fréquence centrale vers les basses fréquences, celle-ci reste toujours supérieure à la bande du dernier canal à recevoir, soit 8MHz.

2904898 6 Un exemple de structure d'une résistance négative connue de l'état de la technique est représenté par la figure 6. Elle est basée sur des transistors QI, Q2 monté s symétriquement et reliés à des composants discrets de la façon suivante: La base du transistor QI est relié au collecteur du transistor Q2 par l'intermédiaire d'une capacité 5 CL et de même inversement, la base du transistor Q2 e st relié au collecteur du transistor QI par l'intermédiaire d'une autre capacité CL. Les résistances de base RB et les résistances de charge RC relient base et collecteur des 2 transistors à une tension VCC. Les ports d'entrée et de sortie sont reliés aux bases respectives des transistors QI et Q2 par une capacité de blocage de tension continue Cd . Le 10 prototype réalisé est basé sur des transistors silicium (NEC-NE58219) en boîtier et des composants passifs discrets (MURATA) montés sur un substrat multicouche FR4. Les résultats de simulation donnent des pertes d'insertion quasi-nulles grâce à l'effet 15 compensateur de pertes de la résistance négative. Par ailleurs, grâce à la structure du filtre, avec des zéros de transmissions placés constamment dans la bande GSM, l'atténuation de cette bande obtenue est supérieure à 27 dB quelque soit sa fréquence centrale d'accord.

20 Une technologie usuelle de réalisation du filtre est une technologie à base de composants discrets reportés sur un substrat de type FR4. Une intégration sur silicium pour une production de masse est une autre technologie utilisée et permet une atténuation de la bande GSM supérieure à 40dB pour toutes les valeurs de fréquence centrales correspondant à une réception DVB-T/H.

25 La figure 5 représente les courbes de réponse simulées du filtre passe-bande selon l'invention pour différentes valeurs de la capacité CR2. La fréquence centrale du filtre est ajustable. La courbe 1 correspond à une fréquence centrale de 470MHz alors que les courbes 2 à 6 correspondent respectivement à des fréquences centrales de 30 560MHz, 620 MHz, 660 MHz, 760 MHz et 860MHz. Avec des zéros de transmissions placés constamment dans la bande GSM de 890MHz à 915MHz, l'atténuation obtenue pour cette bande est supérieure à 27 dB quelque soit sa fréquence centrale d'accord et particulièrement pour le filtre ayant 2904898 7 une fréquence centrale de 860MHz (courbe 6) et l'atténuation est supérieure à 40dB pour les fréquences centrales correspondantes aux courbes 1 à 5.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Filtre passe bande actif sélectif formé par un réseau passif d'un nombre N impairs de résonateurs, l'un des résonateurs, dit résonateur central (LR2, CR2), étant situé au centre du filtre et les autres (LR1, CRI) étant dits résonateurs d'extrémités, ces résonateurs sont connectés à des inductances de couplage (LI) et les résonateurs extérieurs sont de plus connectées en série avec des inductances additionnelles (Lzi), caractérisé en ce que la capacité (CR2) du résonateur central est variable et permet la variation de la fréquence centrale du filtre, un élément actif (RN) de compensation de pertes des éléments passifs est connecté en série avec la capacité variable.

2. Filtre passe bande actif sélectif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément actif (RN) est formé par une résistance négative accordable en fréquence.

3. Filtre passe bande actif sélectif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le réseau passif du filtre est basé sur un réseau de filtre à réponse de type Chebyshev d'ordre 3.

4. Filtre passe bande actif sélectif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le filtre a une fréquence centrale accordable en fonction des canaux DVB-H/T.