FR2971651A1

FR2971651A1 - Filtre passe-bande a frequence variable

Info

Publication number: FR2971651A1
Application number: FR1151180A
Authority: FR
Inventors: Raphael Racaud; Franck Gentelet
Original assignee: Rockwell Collins France SAS
Current assignee: Rockwell Collins France SAS
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-02-14
Publication date: 2012-08-17

Abstract

Ce filtre passe (2) bande à fréquence variable comportant au moins deux lignes conductrices couplées (LM1, LM2), une de ces lignes (LM1) étant reliée à une capacité variable (CV), par exemple une diode Schottky.

Description

Arrière-plan de l'invention

La présente invention se situe dans le domaine des filtres passe-bande à fréquence variable.

D'une façon générale, on rappelle qu'un filtre passe bande est un filtre qui ne laisse passer qu'une bande de fréquences comprises entre une fréquence de coupure basse et une fréquence de coupure haute. Un filtre passe bande à fréquence variable est un filtre passe bande dans lequel la bande de fréquence (définie au choix par le couple fréquence centrale & largeur de bande passante, ou par le couple fréquence de coupure basse & fréquence de coupure haute), peut être choisie dans une plage de fréquences. La figure 1 représente deux cellules (ou pôles) 10 et 20 pouvant être utilisées dans un filtre à fréquence variable de l'état de la technique.

Ces deux cellules 10 et 20 comportent chacune une résistance R, une inductance L et une diode CVVAR à capacité variable de type varicap (« variable capacitance » en anglais) agencées comme dans un circuit RLC classique. La capacité de la diode varicap CVVAR pouvant être ajustée en fonction de la tension Voo qui lui est appliquée.

Les cellules 10 et 20 permettent de réaliser des filtres d'un signal radiofréquence RF;n en entrée d'une de leurs bornes, le signal filtré en sortie de l'autre de leurs bornes étant référencé RFout. La cellule 10 permet de réaliser un filtre passe bas et la cellule 20 permet de réaliser un filtre passe-haut.

De façon connue, les cellules 10 et 20 en série, comme représenté à la figure 2, permettent de réaliser un filtre passe-bande 30 à fréquence centrale fo variable, dont le gain est représenté figure 3. La figure 4 représente la variation typique de la capacité d'une diode varicap CVVAR en fonction de la tension Vos. Il apparaît sur cette figure qu'une tension Voo relativement importante est nécessaire pour faire varier la capacité de la diode varicap CVVAR sur toute la plage [3pF, 30pF]. Par ailleurs, les diodes varicap CVVAR sont très sensibles aux écarts de température. En effet, à titre d'exemple la variation de capacité d'une diode varicap pour une température variant de -40°C à +70°C est de l'ordre de 30%. Par conséquent, la conception d'un filtre passe bande à fréquence variable utilisant de telles diodes nécessite une phase de 1 calibrage pour adapter le comportement du filtre dans des conditions de température particulières. Les diodes de type Schottky sont avantageusement très peu sensibles aux écarts de température. De résistance linéique anode- cathode très faible, elles présentent typiquement une capacité variable de l'ordre de 2pF à 6pF. La figure 5 représente un autre filtre passe-bande de l'état de la technique. Ce filtre 30 comporte principalement deux lignes LT, LR en cuivre agencées en « T » et séparées d'un plan de masse commun par un isolant, et dans lequel : - une de ces lignes, dénommée ici « ligne de transmission », LT, est reliée à une diode CVscH à fréquence variable de type Schottky ; et - l'autre de ces lignes, dénommée ici « ligne résonante», LR, est reliée à une tension Vcc.

Dans un tel filtre, la diode CVscH à fréquence variable permet de faire varier la fréquence de moindre atténuation de la ligne résonante LR tout en atténuant les autres fréquences. Les caractéristiques du filtre passe-bande 30 sont déterminées par les dimensions des lignes de cuivre LT, LR et la capacité de la diode CVscH.

Malheureusement, le filtre 30 de la figure 5 présente un inconvénient en ce qu'il se caractérise par une plage de variation de la fréquence centrale fc très faible. La figure 6 représente un troisième filtre passe-bande de l'état de la technique, dit à « lignes couplées ». Ce filtre ne comporte aucun composant discret ; il est donc très peu sensible à la température. Il présente un facteur de bruit beaucoup plus faible que les filtres RLC toujours grâce à l'absence de composants discrets. Les caractéristiques de ce filtre (largeur LBp de la bande passante, pente p visibles figure 7 qui représente le gain en fréquence du filtre) peuvent être ajustées en jouant sur les dimensions des lignes de cuivre 41, 42. Mais le filtre passe bande 40 n'est pas à fréquence variable. L'invention vise un filtre passe bande à fréquence variable qui ne présente pas les inconvénients des filtres passe bande de l'état actuel de la technique.35 Objet et résumé de l'invention

Plus précisément, l'invention concerne un filtre passe bande à fréquence variable comportant au moins deux lignes conductrices couplées l'une de ces lignes étant reliée à un élément dont la capacité est variable. Dans un mode particulier de réalisation, l'élément à capacité variable du filtre selon l'invention est constitué par une diode Schottky. Dans ce mode particulier de réalisation, le filtre selon l'invention est peu sensible aux écarts de température. Il ne nécessite donc pas de phase de calibrage en température. Grâce à la capacité induite par le couplage des bandes conductrices qui engendre un coefficient de surtension élevé, on peut obtenir un filtre passe bande à fréquence variable travaillant dans une large plage de fréquences, par exemple [30 MHz, 2GHz], même lorsqu'on utilise un élément dont la plage de variation de la capacité est relativement limitée, comme une diode Schottky par exemple. La bande passante du filtre selon l'invention peut être ajustée par construction en dimensionnant la géométrie des lignes conductrices, notamment leur largeur, et l'espacement entre ces lignes. Dans un mode particulier de réalisation, les lignes conductrices couplées sont sensiblement de même largeur. On obtient ainsi un filtre à fréquence variable dont les pentes passe-haut et passe-bas sont sensiblement équivalentes.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures : - la figure 1, déjà décrite, représente deux cellules de l'art antérieur ; - la figure 2, déjà décrite, représente un premier filtre passe bande de l'art antérieur ; 3 - la figure 3, déjà décrite, représente le gain du filtre passe bande de la figure 2 ; - la figure 4, déjà décrite, représente la variation typique de la capacité d'une diode varicap ; - la figure 5, déjà décrite, représente un deuxième filtre passe bande de l'art antérieur ; - la figure 6, déjà décrite, représente un troisième filtre passe bande de l'art antérieur ; - la figure 7, déjà décrite, représente le gain du filtre et des caractéristiques du filtre passe bande de la figure 6 ; - la figure 8 représente un filtre passe bande à fréquence variable conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 9 représente un filtre passe bande à fréquence variable conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 10 représente le gain du filtre passe bande de la figure 9 ; - la figure 11 représente à l'échelle, la topologie du filtre passe bande de la figure 9 ; et - les figures 12A et 12B représentent deux modes de réalisation d'une ligne conductrice pouvant être utilisées dans l'invention.

Description détaillée d'un premier mode de réalisation

La figure 8 représente un filtre passe bande à fréquence variable conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Ce filtre 1 comporte deux lignes conductrices couplées LM1, LM2 séparées d'au moins un plan de masse commun par un isolant. Dans le mode de réalisation décrit ici, les lignes conductrices sont en cuivre.

Dans le mode de réalisation décrit ici, les lignes conductrices LM1, LM2 sont de même largeur. La ligne conductrice LM1 est reliée à une première borne d'une capacité variable CV, la deuxième borne de cette capacité variable étant reliée à la masse.

La première borne de la capacité variable CV est connectée à une tension variable Vcc.

Dans le mode de réalisation décrit ici, la capacité variable est une diode Schottky. Dans ce mode de réalisation, la deuxième ligne LM2 est reliée à une résistance R, elle-même reliée à la masse. Dans le mode de réalisation décrit ici, la résistance R a une valeur de 50 Ohm. Dans le mode de réalisation décrit ici, la deuxième ligne LM2 est reliée à une borne d'entrée du filtre, et la première ligne LM1 est reliée à une borne de sortie filtre.

Description détaillée d'un second mode de réalisation

La figure 9 représente un filtre passe bande à fréquence variable conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Ce filtre 2 comporte trois lignes conductrices couplées LM2, LM1, LM3 de même largeur, séparées d'au moins un plan de masse commun par un isolant. La ligne conductrice LM1 est reliée à une première borne d'une capacité variable CV, la deuxième borne de cette capacité variable étant reliée à la masse. Dans le mode de réalisation décrit ici, la capacité variable est une diode Schottky. La première borne de la capacité variable CV est connectée à une tension variable Vcc. La ligne LM1 est située entre les deux autres lignes LM2, LM3.

Dans ce mode de réalisation, la deuxième ligne LM2 et la troisième ligne LM3 ont chacune une extrémité directement reliée à la masse. Dans le mode de réalisation décrit ici, la deuxième ligne LM2 est reliée à une borne d'entrée du filtre, et la troisième ligne LM3 est reliée à une borne de sortie du filtre.

La figure 10 représente le gain du filtre passe bande de la figure 9 et la figure 11 le tracé des pistes correspondant. Plus précisément la figure 11 représente les dimensions des lignes LM1, LM2 et LM3 et un emplacement EMP pour la capacité variable.

Autres modes de réalisation

Dans les deux modes de réalisation décrits en référence aux figures 8 et 9, les lignes conductrices sont en cuivre. En variante, elles peuvent être constituées par tout métal, ou par un alliage par exemple de cuivre et de nickel. Dans les deux modes de réalisation décrits, la capacité variable est une diode Schottky. Dans les deux modes de réalisation décrits, les lignes conductrices sont des lignes micro ruban de surface (en anglais microstrip). La figure 12A représente l'une de ces lignes LM1 obtenue classiquement par micro gravure en surface d'un isolant ISO déposé sur un plan de masse GND. Ce mode de réalisation est très simple à mettre en oeuvre et économique. En variante et comme représenté à la figure 12B, on peut également utiliser des lignes micro ruban enterrées (en anglais strip-line), c'est-à-dire dire prises dans une couche d'isolant ISO en sandwich entre deux plans de masse GND. Cette variante permet d'obtenir une meilleure isolation électromagnétique vis-à-vis de perturbant à haute énergie. 620

Claims

REVENDICATIONS1. Filtre passe bande à fréquence variable (1,
2) comportant au moins deux lignes conductrices couplées (LM1, LM2), une desdites lignes (LM1) étant reliée à un élément à capacité variable (CV). 2. Filtre passe bande selon la revendication 1, comportant exactement deux lignes conductrices couplées (LM1, LM2), et dans lequel : - une ligne (LM1) est reliée à un élément à capacité variable (CV) ; et - l'autre ligne (LM2) est reliée à une résistance.
3. Filtre passe bande selon la revendication 1, comportant exactement trois lignes conductrices couplées (LM1, LM2, LM3), la ligne (LM1) reliée à un élément à capacité variable (CV), étant placée entre les deux autres lignes (LM2, LM3).
4. Filtre passe bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lesdites lignes conductrices couplées sont sensiblement de même largeur.
5. Filtre passe bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit élément à capacité variable est constituée par une diode de type Schottky.
6. Filtre passe bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 apte à ne laisser passer qu'une bande de fréquence, ladite bande de fréquence étant choisie, en fonction de la valeur du dit élément à capacité variable (CV), dans la plage [30 MHz, 2GHz].
7. Filtre passe bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel lesdites lignes conductrices couplées sont en surface d'un isolant ISO. 30
8. Filtre passe bande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel lesdites lignes conductrices couplées sont en sandwich dans une couche d'un isolant ISO.