WO2005029719A2 - Terminal utilisateur bi-directionnel de large diffusion à fréquences d'émission configurables - Google Patents

Terminal utilisateur bi-directionnel de large diffusion à fréquences d'émission configurables Download PDF

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/209—Hollow waveguide filters comprising one or more branching arms or cavities wholly outside the main waveguide

Definitions

  • the invention relates to a bi-directional user terminal with configurable transmission frequencies, in particular to a satellite terminal with return channel capable of operating in a frequency band such as the Ku, Ka or other bands.
  • a frequency band such as the Ku, Ka or other bands.
  • the present invention will be described with reference to a bidirectional terminal operating in Ka band.
  • FIG. 1 illustrates an example of a conventional architecture of a frequency transposition circuit or BUC (Block Up Conversion) in Ka band placed in an outdoor unit (or ODU for “Outdoor Unit”) of transmission.
  • the RF signal at an intermediate frequency IF in the 0.95-1.45GHz band comes from the indoor unit (or IDU for "indoor unit”) and is transposed into the Ka band by using a subharmonic mixer (X2) and a local oscillator (hereinafter OL) operating in the Ku band.
  • X2 subharmonic mixer
  • OL local oscillator
  • the output of mixer X2 is sent to a bandpass filter 1. Indeed, very selective bandpass filtering is necessary to eliminate in particular the residual component in Ka band (2 * OL) and which is at twice the frequency of the local oscillator, which must not be radiated by the terminal.
  • the output of the filter 1 is sent to an amplifier 2, the output of which is connected to, the source 3 of an antenna 4.
  • the emission bands correspond to frequencies of the local oscillator OL of the BUC, of 13,725 GHz and 14,275 GHz respectively.
  • the annoying components to be filtered corresponding to 2OL are then 27.45 and 28.55 GHz.
  • Figure 2 which illustrates the frequency plans.
  • This return channel comprises: - a local oscillator supplying a signal having a frequency selectable from at least two frequencies, - a transposition means which transposes a signal to be transmitted using the signal supplied by the local oscillator, - a broadband filtering means which lets pass the signals whose frequency corresponds to the transposed signal independently of the frequency of the local oscillator, and a waveguide element having a cover which depends on the frequency selected for the oscillator local.
  • the cover of the waveguide transforms the waveguide into a band rejector filter which rejects a band corresponding to a leakage of the transposition frequency in the wide band.
  • the cover is either a flat cover, or a cover including resonant cavities coupled by slot.
  • the waveguide comprises resonant cavities coupled by slot, and the cover is either a flat cover, or a cover comprising elements which electrically block the slots.
  • FIG. 4 represents the perspective configuration of a conventional band stop filter
  • FIGS. 5a and 5b schematically represent a first embodiment of the present invention
  • FIGS. 6a and 6b schematically represent a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7 illustrates the transmission frequency plans corresponding to the invention.
  • FIG. 3 illustrates the radio architecture of a BUC according to the present invention in the case of a bi-directional terminal operating in Ka band.
  • the proposed BUC is capable of covering the two aforementioned frequency bands, namely 28.4-28.6GHz and 29.5-30 GHz.
  • the BUC implements broadband pass band filtering covering the two frequency bands, namely 28.4-30 GHz, and capable of rejecting the frequency at 2 * OL lowest (corresponding to the low band BB).
  • the return channel to the BUC in FIG. 3 therefore comprises a harmonic mixer X2 receiving respectively as an input the RF signal at the intermediate frequency IF in the band 0.95-1.45 GHz and the signal from a local oscillator 10, the oscillation frequency OL of which is adjustable to 13,725 GHz or 14,275 GHz depending on the high or low operating band chosen.
  • the output of the mixer X2 is sent to a bandpass filter 11 covering the two bands, namely 28.4-30 GHz, in the embodiment shown.
  • the output of the bandpass filter 11 is sent to a rejector filter 12.
  • the rejector filter 12 is a configurable filter and is capable of effectively rejecting the frequency at 2 * highest OL (corresponding to the high band BH).
  • the rejector filter 12 is, for example, a waveguide rejector filter which can be easily connected to a bandpass filter which itself has guide ports.
  • the rejector filter 12 is connected to the source of the antenna 4.
  • An example of a rejector filter or band stop filter is shown in FIG. 4a.
  • it is a three-pole filter, namely a rectangular waveguide 20 coupled by slots 21 with three resonant cavities 22 tuned to the frequency to be rejected.
  • the resonant cavities 20 which form resonant elements LC have a length substantially equal to ⁇ g / 2 where ⁇ g is the guided wavelength calculated at the rejection frequency.
  • the cavities are coupled to the main guide by inductive slots 21.
  • the distance between two slots is preferably equal to 3 ⁇ g / 4 to avoid coupling effects between the slots, although theoretically it could be ⁇ g / 4.
  • the terminal thus described can be very simply configured by modifying the frequency of the local oscillator 10 and by activating / deactivating the rejector filter 12.
  • the modification of the frequency of the local oscillator 10 is done, for example, mechanically. '' by action on a switch accessible by the operator.
  • the modification of the frequency of the local oscillator can also be done via the indoor unit or IDU which then controls the external unit or ODU by a bus of the Disecq type for example. It is considered that the rejector filter is an integral part of the source (feed) of the antenna, so that the additional cost provided by this function remains minimal.
  • the first embodiment represented in FIGS. 5a and 5b, consists of structure guided 30 whose cover 31 is flat if no band stop filtering is required, as shown in FIG. 5a. Otherwise, this cover is replaced by a cover 32 which contains the coupling slots 33 as well as the resonant cavities 34, as shown in FIG. 5b.
  • the second embodiment shown in Figures 6a and
  • This scalable terminal can be easily configured by the user without the intervention of a professional, thanks to a manual switch (or automatic controlled by the IDU) and by a modification of the filtering by changing the cover of a waveguide.
  • This system significantly reduces the installation cost.
  • this technique can be extended to any other multi-band transmission device.
  • the present invention has been described with reference to a terminal operating in Ka band with a rejector filter constituted by a rectangular 3-pole waveguide, it is obvious to those skilled in the art that it can be used in terminals operating in other bands and with different waveguide rejector filters.
  • the present invention can also be implemented in high-frequency multi-band user terminals for applications of the MMDS (Microwave Multipoint Distribution System) type operating in the 40 GHz bands.
  • MMDS Microwave Multipoint Distribution System

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Structure Of Receivers (AREA)

Abstract

L'invention propose un produit évolutif capable de couvrir deux sous bandes. Une unité extérieure comporte, sur sa voie montante, un oscillateur commutable couplé à un guide d'onde disposant d'un capot amovible permettant de transformer ledit guide en filtre réjecteur de bande.

Description

Terminal utilisateur bi-directionnel de large diffusion à fréquences d'émission configurables.
L'invention se rapporte à un terminal utilisateur bi-directionnel à fréquences d'émission configurables, notamment à un terminal satellite avec voie de retour susceptible de fonctionner dans une bande de fréquence telle que les bandes Ku, Ka ou autre. La présente invention sera décrite en se référant à un terminal bidirectionnel fonctionnant en bande Ka.
Ainsi, la figure 1 illustre un exemple d'architecture classique d'un circuit de transposition de fréquences ou BUC (Block Up Conversion) en bande Ka placé dans une unité extérieure (ou ODU pour « Outdoor Unit ») de transmission. Le signal RF à une fréquence intermédiaire IF dans la bande 0.95-1.45GHz est issu de l'unité intérieure (ou IDU pour « indoor unit ») et est transposé en bande Ka en mettant en oeuvre un mélangeur sous-harmonique (X2) et un oscillateur local (ci-après OL) opérant en bande Ku. La sortie du mélangeur X2 est envoyée sur un filtre passe-bande 1. En effet, un filtrage passe bande très sélectif est nécessaire pour éliminer en particulier la composante résiduelle en bande Ka (2*OL) et qui se trouve à deux fois la fréquence de l'oscillateur local, qui ne doit pas être rayonnée par le terminal. De manière connue, la sortie du filtre 1 est envoyée sur un amplificateur 2 dont la sortie est connectée à , la source 3 d'une antenne 4. Pour des raisons de mise en . œuvre, les opérateurs souhaitent une application en bande Ka avec une émission large bande sélectionnable dans deux bandes de fréquences, par exemple la bande 28.4-28.6GHz et la bande 29.5-30 GHz, l'une ou l'autre des bandes de fréquence étant affectée à l'utilisateur suivant son besoin et/ou sa situation géographique. Dans le cas d'un tel déploiement, les bandes d'émission correspondent à des fréquences de l'oscillateur local OL du BUC, respectivement de 13.725 GHz et 14.275 GHz. Les composantes gênantes à filtrer correspondant à 2OL sont alors 27.45 et 28.55 GHz. Comme représenté sur la figure 2 qui illustre les plans de fréquence . correspondant aux deux fréquences émises en bande Ka (respectivement en bande haute et en bande basse), les composantes 2OL (28.55 GHz et 27,45 GHz) sont en dehors des plans. Une approche classiquement mise en œuvre dans ce cas est de proposer deux types de terminaux distincts capables de couvrir l'une ou l'autre des bandes de fréquence, ceci au détriment du coût du terminal.
L'invention propose donc un produit évolutif capable de couvrir plusieurs bandes ou sous bandes, dont la configuration est aisée et peut être faite sur site sans l'intervention d'un professionnel afin de réduire sensiblement les coûts d'installation. D'autre part, l'invention propose un seul type de terminal permettant de couvrir les différentes bandes, ce qui présente un intérêt économique important. De ce fait, la minimisation des coûts d'industrialisation et l'augmentation des volumes de production permettent de diminuer les coûts du terminal. De plus, un même produit peut être utilisé par plusieurs opérateurs. L'invention concerne plus particulièrement une unité extérieure d'un terminal de réception incluant une voie de retour. Cette voie de retour (BUC) comporte : - un oscillateur local fournissant un signal ayant une fréquence sélectionnable parmi au moins deux fréquences, - un moyen de transposition qui transpose un signal à émettre à l'aide du signal fournit par l'oscillateur local, - un moyen de filtrage large bande qui laisse passer les signaux dont la fréquence correspond au signal transposé indépendamment de la fréquence de l'oscillateur local, et un élément en guide d'onde ayant un capot qui dépend de la fréquence sélectionnée pour l'oscillateur local.. Selon une caractéristique de l'invention, le capot du guide d'onde transforme le guide d'onde en filtre réjecteur de bande qui rejette une bande correspondant à une fuite de la fréquence de transposition dans la large bande. Selon un premier mode de réalisation, le capot est soit un capot plat, soit un capot incluant des cavités résonantes couplées par fente. Selon un autre mode de réalisation, le guide d'onde comporte des cavités résonantes couplées par fente, et le capot est soit un capot plat, soit un capot comportant des éléments venant électriquement boucher les fentes. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 déjà décrite représente une architecture de BUC selon l'état de la technique, dans le cas d'un terminal fonctionnant en bande Ka. la figure 2 déjà décrite représente les plans de fréquence d'émission d'un système utilisant deux sous-bandes, tel que décrit à la figure 1. la figure 3 représente schématiquement un exemple de réalisation de l'invention, la figure 4 représente la configuration en perspective d'un filtre stop bande classique, les figures 5a et 5b représentent schématiquement un premier mode de réalisation de la présente invention, les figures 6a et 6b représentent schématiquement un second mode de réalisation de la présente invention, et la figure 7 illustre les plans de fréquence d'émission correspondant à l'invention. La figure 3 illustre l'architecture radio d'un BUC conforme à la présente invention dans le cas d'un terminal bi-directionnel fonctionnant en bande Ka. Le BUC proposé est capable de couvrir les deux bandes de fréquence précitées, à savoir 28.4-28.6GHz et 29.5-30 GHz. Comme expliqué ci-après avec référence à la figure 7, le BUC met en œuvre un filtrage passe bande large bande couvrant les deux bandes de fréquence, à savoir 28.4-30 GHz, et capable de rejeter la fréquence à 2*OL la plus basse (correspondant à la bande basse BB). De manière plus spécifique, la voie de retour au BUC de la figure 3 comporte donc un mélangeur sous harmonique X2 recevant respectivement en entrée le signal RF à la fréquence intermédiaire IF dans la bande 0.95-1.45 GHz et le signal issu d'un oscillateur local 10 dont la fréquence d'oscillation OL est ajustable à 13.725 GHz ou 14.275 GHz en fonction de la bande de fonctionnement haute ou basse choisie. La sortie du mélangeur X2 est envoyée sur un filtre passe-bande 11 couvrant les deux bandes, à savoir 28.4-30 GHz, dans le mode de réalisation représenté. La sortie du filtre passe-bande 11 est envoyée sur un filtre réjecteur 12. Conformément à l'invention, le filtre réjecteur 12 est un filtre configurable et est capable de rejeter efficacement la fréquence à 2*OL la plus haute (correspondant à la bande haute BH). Le filtre réjecteur 12 est, par exemple, un filtre réjecteur en guide d'onde qui peut être aisément raccordé à un filtre passe bande présentant lui-même des accès guide. Le filtre réjecteur 12 est connecté à la source de l'antenne 4. Un exemple de filtre réjecteur ou filtre stop-bande est représenté sur la figure 4a. Il s'agit dans ce cas d'un filtre à trois pôles, à savoir d'un guide d'onde rectangulaire 20 couplé par des fentes 21 à trois cavités résonnantes 22 accordées sur la fréquence à rejeter. De manière plus spécifique, les cavités résonnantes 20 qui forment des éléments résonnants LC ont une longueur sensiblement égales à λg/2 où λg est la longueur d'onde guidée calculée à la fréquence de réjection. Les cavités sont couplées au guide principal par des fentes inductives 21. La distance entre deux fentes est égale, de préférence, à 3λg/4 pour éviter des effets de couplage entre les fentes, bien que théoriquement, elle pourrait être de λg/4. Le terminal ainsi décrit peut être configuré de manière très simple en modifiant la fréquence de l'oscillateur local 10 et en activant /désactivant le filtre réjecteur 12. La modification de la fréquence de l'oscillateur local 10 se fait par exemple de manière 'mécanique' par action sur un interrupteur accessible par l'opérateur. En variante, la modification de la fréquence de l'oscillateur local peut aussi se faire par l'intermédiaire de l'unité intérieure ou IDU qui commande alors l'unité externe ou ODU par un bus de type Disecq par exemple. On considère que le filtre réjecteur fait partie intégrante de la source (feed) de l'antenne, afin que le surcoût apporté par cette fonction reste minime. Pour activer ou désactiver un filtre réjecteur du type de celui représenté à la figure 4, à savoir pour rendre ce filtre configurable, deux modes de réalisation suivants sont possibles : Le premier mode de réalisation, représenté sur les figures 5a et 5b, consiste en structure guidée 30 dont le capot 31 est plat si aucun filtrage stop-bande n'est requis, comme représenté sur la figure 5a. Dans le cas contraire, ce capot est remplacé par un capot 32 qui contient les fentes 33 de couplage ainsi que les cavités résonnantes 34, comme représenté sur la figure 5b. Le deuxième mode de réalisation, représenté sur les figures 6a et
6b, consiste en une structure guidée 40 incluant les fentes de couplage 41 et les cavités résonnantes 42 mais ouvertes sur leur partie supérieure. Dans le cas d'un guide non-filtrant le capot 43 comprend des éléments profilés 44 permettant de boucher les ouvertures que sont les fentes 41 et les cavités ouvertes 42 comme montré sur la figure 6a. Dans le cas inverse, le guide devient filtrant en fixant simplement un capot plat 45 par-dessus la structure guidée 40. La figure 7 illustre les deux plans de fréquence sur la figure 6b (bande basse et bande haute) avec commutation de l'oscillateur local à la fréquence OL et activation/désactivation d'un filtre réjecteur à 28.55GHz. Ce terminal évolutif peut être aisément configuré par l'utilisateur sans intervention d'un professionnel, grâce à un interrupteur manuel (ou automatique commandé par l'IDU) et par une modification du filtrage en changeant le capot d'un guide d'onde. Ce système permet de diminuer sensiblement le coût d'installation. Dans le même soucis de réduction des coûts d'installation des terminaux, cette technique peut être sur étendue à tout autre dispositif émission multi-bandes. La présente invention a été décrite en se référant à un terminal fonctionnant en bande Ka avec un filtre réjecteur constitué par un guide d'onde rectangulaire à 3 pôles, il est évident pour l'homme de l'art qu'elle peut être utilisée dans des terminaux fonctionnant dans d'autres bandes et avec des filtres réjecteurs en guide d'ondes différents. Par exemple, la présente invention peut également mise en œuvre dans des terminaux utilisateur multi-bandes haute fréquence pour des applications de type MMDS (Microwave Multipoint Distribution System) opérant dans les bandes 40GHz .

Claims

REVENDICATIONS
1. Unité extérieure d'un terminal de réception incluant une voie de retour, caractérisée en ce que la voie de retour (BUC) comporte : - un oscillateur local (10) fournissant un signal ayant une fréquence sélectionnable parmi au moins deux fréquences, - un moyen de transposition (X2) qui transpose un signal à émettre à l'aide du signal fournit par l'oscillateur local, - un moyen de filtrage (11) large bande qui laisse passer les signaux dont la fréquence correspond au signal transposé indépendamment de la fréquence de l'oscillateur local, et - un élément en guide d'onde (12, 30, 40) ayant un capot (31 , 32, 43, 45) qui dépend de la fréquence sélectionnée pour l'oscillateur local.
2. Unité extérieure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capot du guide d'onde transforme le guide d'onde (30, 40) en filtre réjecteur de bande qui rejette une bande correspondant à une fuite de la fréquence de transposition dans la large bande.
3. Unité extérieure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le capot est soit un capot plat (31), soit un capot (34) incluant des cavités résonantes couplées par fente.
4. Unité extérieure selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le guide d'onde comporte des cavités résonantes
(42) couplées par fente 41), et en ce que le capot (43, 45) est soit un capot plat (45), soit un capot (43) comportant des éléments venant électriquement boucher les fentes.
5. Unité extérieure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'oscillateur local comporte des moyens pour sélectionner la fréquence d'oscillation.
6. Unité extérieure selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens pour sélectionner la fréquence d'oscillation sont soit un commutateur manuel soit une commande issue d'une unité interne ou terminal.
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