FR3116399A1 - Ensemble radiofréquence à isolation améliorée - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un ensemble radiofréquence comprenant un circuit radiofréquence comprenant au moins un groupe de N≥2 amplificateurs (A1, A2) disposés en série sur un substrat (1), ledit ensemble comprenant un boitier (2) dans lequel le substrat (1) est disposé, chaque amplificateur comprenant un point de masse local (b1, b2, b3) et un point d’alimentation local (a1, a2, a3), lesdits points de masse commune étant reliés à une masse commune (GND) à l’extérieur du boitier (2), lesdits points d’alimentation commun étant reliés une alimentation commune (VDD) à l’extérieur du boitier, ledit ensemble comprenant au moins N-1 circuit parallèle LC disposé entre l’alimentation commune (VDD) et le point d’alimentation local (a2, a3) d’un amplificateur (A2) de manière à atténuer les boucles de courant entre deux amplificateurs en série. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne l’émission et la réception de signaux par exemple satellites au moyen d’un dispositif émetteur/récepteur. L’invention concerne plus particulièrement l’étage radiofréquence du récepteur connecté à l’antenne.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un dispositif émetteur/récepteur comprend classiquement un émetteur et un récepteur connectés à une même antenne notamment dans le domaine spatial, militaire et 5G à venir.
Le récepteur comprend notamment un étage radiofréquence permettant d’amplifier et mettre en forme le signal reçu par l’antenne et comprend à ce titre plusieurs composants électronique. L’étage radiofréquence est connecté de manière classique à un étage de traitement numérique par l’intermédiaire, éventuellement, d’un convertisseur analogique numérique. Des éléments assurant les fonctions inverses sont présents dans le récepteur.
L’étage radiofréquence comprend notamment plusieurs amplificateurs chacun constituant un étage d’amplification. Ces amplificateurs sont habituellement disposés sur un circuit intégré disposé dans un boitier (en anglais « packaging »). Ces amplificateurs partagent la même alimentation et la même masse. Cette alimentation commune et cette masse commune sont classiquement disposées à l’extérieur du boitier. Dès lors, le « chemin » pour aller chercher ces éléments communs conduit à des couplages parasites entre les amplificateurs qui nuisent aux performances d’autant plus que la fréquence de travail de ces amplificateurs est grande. Ainsi, dans le cas des communications satellites cette fréquence est grande et on comprendra donc que le couplage entre amplificateur est grand. En particulier, ces couplages parasites sont formés par des boucles de courant entre les masses de deux amplificateurs, entre les alimentations de deux amplificateurs et entre les masses et les alimentations de deux amplificateurs.
Pour diminuer ces couplages il est possible de diminuer le gain des amplificateurs. Cette solution n’est toutefois pas envisageable car elle conduit à des baisses de performance. Une autre solution est d’augmenter l’isolation du boitier en créant des alimentations et masses propres à chaque amplificateur. Là encore, cette solution n’est pas envisageable car elle conduit à une augmentation du coût du boitier et de la taille du circuit intégré.
Encore une solution est d‘ajouter un circuit RC entre l’alimentation de l’amplificateur et l’alimentation commune pour diminuer les boucles de courant entre l’alimentation commune et l’alimentation de l’amplificateur. Cette solution provoque toutefois des baisses de tensions entre l’alimentation commune et l’alimentation de l’amplificateur.
Ainsi aucune des solutions connues ne permet de découpler des amplificateurs dans un étage radiofréquence sans nuire aux performances de l’étage.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients.
A cet effet, l’invention propose un ensemble radiofréquence comprenant un circuit radiofréquence comprenant au moins un groupe de N≥2 amplificateurs disposés en série sur un substrat, ledit ensemble comprenant un boitier dans lequel le substrat est disposé, chaque amplificateur comprenant un point de masse local et un point d’alimentation local, lesdits points de masse commune étant reliés à une masse commune à l’extérieur du boitier, lesdits points d’alimentation commun étant reliés une alimentation commune à l’extérieur du boitier, ledit ensemble comprenant au moins N-1 circuit parallèle LC disposé entre l’alimentation commune et le point d’alimentation local d’un amplificateur de manière à atténuer les boucles de courant entre deux amplificateurs en série.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- chaque amplificateur de chaque groupe possède une même fréquence de travail, le circuit LC présentant une fréquence de résonance égale à la fréquence de travail de l’amplificateur ;
- chaque amplificateur de chaque groupe possède une même bande de fréquences de travail, le circuit LC présentant une fréquence de résonance égale à la fréquence centrale de la bande de fréquences de travail de l’amplificateur ;
- il comprend au moins N-1 circuit parallèle LC ;
- chaque amplificateur comprend une partie active et une partie passive disposées sur le support, un circuit LC associé à un amplificateur étant disposé à l’intérieur de la partie passive constituée par une charge ;
- l’inductance du circuit LC est constitué par une inductance en 8 ;
- il comprend des groupes d’amplificateurs connectés en parallèle, le total comprenant N≥2 amplificateurs.
L’invention concerne également un dispositif émetteur/récepteur comprenant un ensemble radiofréquence selon l’invention.
L’invention concerne également un dispositif émetteur/récepteur comprenant un ensemble radiofréquence selon l’invention.
L’invention permet d’améliorer les performances d’un ensemble radiofréquence à moindre coût.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
Comme illustré sur la un ensemble radiofréquence comprend au moins un groupe de plusieurs amplificateurs A1, A2 disposés en série sur un substrat 1, le tout étant disposé à l’intérieur d’un boitier 2 (en anglais, « package »).
L’ensemble comprend donc au moins un groupe de N≥2 amplificateurs, des groupes pouvant être disposés en parallèle les uns des autres.
La illustre un groupe de deux amplificateurs A1, A2. On considère que dans un même groupe tous les amplificateurs possèdent la même fréquence de travail ou bande de fréquences de travail.
Dans chaque groupe, chaque amplificateur comprend un point de masse local b1, b2 à l’intérieur du boitier 2 ainsi qu’un point d’alimentation local a1, a2, aussi à l’intérieur du boitier 2. Ces points locaux sont respectivement reliés à une masse commune GND d’une part et à une alimentation commune VDD. La masse commune GND et l’alimentation commune VDD sont disposées à l’extérieur du boitier 2. C’est depuis ces points locaux que les amplificateurs sont soit reliés à la masse soit à l’alimentation.
Comme cela est visible sur la , un circuit parallèle LC est disposé entre un point d’alimentation local a2 et le point d’alimentation commun VDD qui est relié aussi au point d’alimentation commun a1 de l’autre amplificateur A1. Ceci permet d’atténuer les boucles de courant entre deux amplificateurs A1, A2 en série ou en parallèle dans un même boitier.
En particulier, ce circuit LC permet d’atténuer la boucle de courant entre les points d’alimentation locaux (boucle du haut) et la boucle de courant entre la masse commune GND et l’alimentation commune VDD (grande boucle).
De préférence, le circuit LC est à l’intérieur du boitier 2.
De préférence, le circuit LC est dimensionné pour avoir une fréquence de résonance qui correspond à la fréquence ou bande de fréquences de travail de l’amplificateur selon les cas. De cette façon, le circuit ne laissera passer que les signaux ayant une fréquence différente de la fréquence ou bande de fréquences de travail (par exemple le courant issu de VDD ayant une fréquence nulle va passer pour alimenter les amplificateurs). De manière avantageuse, le circuit LC va permettre d’isoler les deux amplificateurs au centre de la bande de fréquences de travail dans le cas où l’amplificateur possède une bande de fréquences de travail.
De manière complémentaire, comme illustré, schématiquement sur la dans le cas d’un groupe de trois amplificateurs A1, A2, A3, au minimum deux circuits LC sont présents. Les amplificateurs possèdent tous les trois, dans un même groupe, une fréquence ou bandes de fréquences de travail identique. Chaque amplificateur A1, A2, A3 comprend un point d’alimentation local a1, a2, a3 et un point de masse local b1, b2, b3. Les circuits LC sont positionnés sur une ligne sur deux de connexion du point d’alimentation local a2, a3 à l’alimentation commune VDD. A titre d’exemple, comme illustré sur cette figure, on part de la dernière ligne de connexion du point d’alimentation local à l’alimentation commune VDD en remontant vers le premier amplificateur de la série, un circuit LC étant disposé sur une ligne de connexion sur deux. Bien entendu, on peut avoir un circuit LC sur la dernière ligne, un circuit LC sur la deuxième ligne et rien sur la première ligne.
La illustre un ensemble comprenant deux groupes de trois amplificateurs. Les amplificateurs de chaque groupe possèdent tous une même fréquence de travail. Comme on le voit sur cette figure, cinq circuits LC sont présents. Un groupe comprend deux circuits LC et l’autre groupe comprend trois circuits LC.
De manière plus générale, l’ensemble comprend au moins N-1 circuits LC, N étant le nombre d’amplificateurs. Dans ce cas, le positionnement des circuits LC est quelconque dès lors qu’ils sont positionnés entre le point d’alimentation commun et un amplificateur. Bien entendu, on peut prévoir autant de circuits que d’amplificateurs. Ce choix étant dicté par un compromis à trouver entre l’encombrement et le cout.
Pour implémenter la solution présentée ci-dessus, plusieurs options sont possibles.
Comme illustré sur les figures 4 et 5, le circuit LC peut prendre la forme d’une inductance en 8 connectée à une capacité C. La boucle du 8 commence d’une armature de la capacité et termine à l’autre armature de la capacité C. Le circuit LC se connecte par l’intermédiaire des pattes de connexions, une allant vers l’alimentation commune Vdd, l’autre vers un point d’alimentation local a1, a2, a3. La illustre une vue de dessus d’un tel circuit et la illustre une vue en 3D du circuit de la .
Un tel circuit LC est de taille typique de manière à pouvoir être facilement connecté entre deux amplificateurs à isoler. Par exemple, le circuit est de taille x .
La illustre des performances d’isolation entre deux amplificateurs d’un ensemble radiofréquences comprenant un groupe comprenant deux amplificateurs et chacun ayant une fréquence de travail dans une bande de fréquences comprise entre le point m8 à 10,90 GHz et m9 à 12,80 GHz. L’isolation obtenue entre deux amplificateurs (entre l’alimentation commune et l’alimentation d’un amplificateur) est de presque 20 dB en milieu de bande (point m10) et d’au moins 11 dB en bord de bande (point m11).
De manière alternative ou complémentaire, comme illustré sur la , chaque amplificateur comprend une partie passive disposée sur le substrat, un circuit LC associé à un amplificateur étant disposé à l’intérieur de la partie passive constituée, de préférence, par une charge. La capacité C du circuit LC est disposée au-dessus de l’inductance L du circuit LC. De préférence, l’inductance L du circuit LC est constituée par une inductance en 8.
Comme illustré sur cette figure, la charge prend la forme d’une spirale et sa taille est conditionnée par le fonctionnement souhaité pour l’ensemble radiofréquence. Dès lors, cette charge offre un espace inutilisé en son centre de sorte qu’il est possible d’y positionner plusieurs composants.
Claims (8)
- Ensemble radiofréquence comprenant un circuit radiofréquence comprenant au moins un groupe de N≥2 amplificateurs (A1, A2) disposés en série sur un substrat (1), ledit ensemble comprenant un boitier (2) dans lequel le substrat (1) est disposé, chaque amplificateur comprenant un point de masse local (b1, b2, b3) et un point d’alimentation local (a1, a2, a3), lesdits points de masse commune étant reliés à une masse commune (GND) à l’extérieur du boitier (2), lesdits points d’alimentation commun étant reliés une alimentation commune (VDD) à l’extérieur du boitier, ledit ensemble comprenant au moins N-1 circuit parallèle LC disposé entre l’alimentation commune (VDD) et le point d’alimentation local (a2, a3) d’un amplificateur (A2) de manière à atténuer les boucles de courant entre deux amplificateurs en série.
- Ensemble radiofréquence selon la revendication 1, dans lequel, chaque amplificateur de chaque groupe possède une même fréquence de travail, le circuit LC présentant une fréquence de résonance égale à la fréquence de travail de l’amplificateur.
- Ensemble radiofréquence selon la revendication 1, dans lequel chaque amplificateur de chaque groupe possède une même bande de fréquences de travail, le circuit LC présentant une fréquence de résonance égale à la fréquence centrale de la bande de fréquences de travail de l’amplificateur.
- Ensemble radiofréquence selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins N-1 circuit parallèle LC.
- Ensemble radiofréquence selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, chaque amplificateur comprend une partie active et une partie passive disposées sur le support, un circuit LC associé à un amplificateur étant disposé à l’intérieur de la partie passive constituée par une charge.
- Ensemble radiofréquence selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’inductance du circuit LC est constitué par une inductance en 8.
- Ensemble radiofréquence selon l’une des revendications précédentes, comprenant des groupes d’amplificateurs connectés en parallèle, le total comprenant N≥2 amplificateurs.
- Dispositif émetteur/récepteur comprenant un ensemble radiofréquence selon l’une des revendications précédentes.
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