WO2011036423A1 - Amelioration de la selectivite d'un coupleur bi-bande - Google Patents

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WO2011036423A1
WO2011036423A1 PCT/FR2010/052019 FR2010052019W WO2011036423A1 WO 2011036423 A1 WO2011036423 A1 WO 2011036423A1 FR 2010052019 W FR2010052019 W FR 2010052019W WO 2011036423 A1 WO2011036423 A1 WO 2011036423A1
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band
line
lines
port
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PCT/FR2010/052019
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François DUPONT
Benoît Bonnet
Sylvain Charley
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Stmicroelectronics (Tours) Sas
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
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    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips

Definitions

  • the present invention generally relates to electronic circuits and, more particularly, radiofrequency couplers.
  • the invention more particularly relates to a dual-band coupler (Dual Coupler).
  • a coupler is generally used to take a portion of the power present on a transmission line, called primary or primary, to another line, called coupled or secondary, located nearby.
  • the couplers are divided into two categories depending on whether they consist of discrete passive components (this is called a localized element coupler) or conductive lines close to each other to be coupled (this is called a line coupler). distributed).
  • the invention relates to the second category of couplers.
  • a dual-band coupler shares measurement ports between two transmission lines for carrying signals in two different frequency bands. Such sharing is possible in any dual-band system where the frequency bands are not used simultaneously. This is generally the case for radiofrequency applications (for example, mobile telephony for a bi, tri or quad-band telephone, WiFi, etc.).
  • a dual-band coupler makes it possible, for example, to share the same control or amplification circuit for two transmission channels.
  • the antennas connected at the output of the two main lines introduce additional coupling.
  • the greater this coupling the less good the isolation between the two antennas, the more the results of the measurement are distorted.
  • the coupler is not sufficiently selective in frequency of one channel with respect to the other.
  • US-A-2005/0239421 discloses a capacitive compensated directional bi-band coupler.
  • the signal of the secondary lines is taken via a duplexer.
  • the other ends of the secondary lines are connected to the ground by resistors.
  • An object of an embodiment of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of conventional dual-band couplers.
  • Another object of an embodiment of the present invention is to provide a symmetrical structure.
  • a dual-band directive directive in distributed lines comprising:
  • a first conductive line between first and second ports, for conveying a signal to be transmitted in a first frequency band
  • a second conductive line coupled to the first; a third conductive line between third and fourth ports, for conveying a signal to be transmitted in a frequency band greater than the first;
  • a first diplexer connecting the second and fourth ports, the respective ends of the second and fourth lines to a fifth port;
  • a resistive divider or a second diplexer connecting the first and third ports, the respective ends of the second and fourth lines to a sixth port.
  • the second and fourth lines are interrupted approximately in their middle, the two intermediate ends being connected to attenuators.
  • the first diplexer is sized to filter the frequencies of the first band between the fourth line and the fifth port and to filter the frequencies of the second band between the second line and the fifth port.
  • the respective ends of the second and fourth lines are connected to the sixth port by the second diplexer, sized to filter the frequencies of the first band between the fourth line and the sixth port and to filter the frequencies of the second band between the second line and the sixth port.
  • an attenuator connects, on the first and third ports, the respective ends of the second and fourth lines to a sixth port.
  • a second diplexer connects, on the first and third ports, the respective ends of the second and fourth lines to a sixth port.
  • the diplexer or diplexers are formed of low-pass and high-pass filters of at least order 2 and preferably of order 3.
  • radiofrequency signal transmission or reception circuit comprising:
  • At least one measuring circuit of information taken from the fifth or sixth port At least one measuring circuit of information taken from the fifth or sixth port.
  • FIG. 1 is an exemplary architecture of a dual-channel radiofrequency transmission chain of the type to which the present invention applies by way of example;
  • FIG. 2 represents an example of a dual-band coupler in distributed lines
  • FIG. 3 represents another example of a dual-band coupler in distributed lines
  • FIG. 4 shows an embodiment of a dual-band coupler in distributed lines
  • FIG. 5 illustrates the characteristics of a diplexer of the coupler of FIG. 4;
  • Figure 6 shows another embodiment of a dual-band coupler in distributed lines
  • FIG. 7 represents an embodiment of a diplexer of the coupler of FIGS. 4 and 6;
  • FIG. 8 represents another embodiment of a diplexer of the coupler of FIGS. 4 and 6;
  • Figure 9 shows another embodiment of a dual-band coupler in distributed lines
  • FIG. 10 represents an attenuator example of the coupler of FIG. 9.
  • FIG. 11 represents another example of an attenuator of the coupler of FIG. 9.
  • FIG. 1 is a block diagram of a radiofrequency transmission line using a two-band coupler of the type to which the present invention applies by way of example.
  • An emission circuit 11 sends a radio frequency signal to be transmitted.
  • a 12L or 12H (PA) amplifier is selected according to the frequency band used.
  • a first channel intended for a frequency band signal
  • TxL relatively low (compared to the other band of the system) and operating a 12L amplifier (PA), and a second channel intended for a relatively high frequency band (TxH signal) (higher than the frequencies of the other band) operating a 12H amplifier.
  • the respective outputs of the amplifiers 12L and 12H are intended to be connected to antennas 13L and 13H.
  • a coupler 1 is interposed between the respective outputs of the amplifiers 12L and 12H and the antennas 13L and 13H, where appropriate with the interposition of a channel splitter 14 (SPLIT) for distinguishing the reception and reception stream transmissions RxL.
  • SPLIT channel splitter 14
  • a first main line of the coupler 1 is interposed between the output of the amplifier 12L and the antenna 13L.
  • An access port 11%, said low frequency input is 12L amplifier side while an access port ⁇ % (sometimes also designated DIR), said low frequency output, is 13L antenna side.
  • a second main line of the coupler 1 is interposed between the output of the amplifier 12H and the antenna 13H.
  • An 11% access port, called high frequency input, is on the 12H amplifier side while an access port OR% (or DIi%), said high frequency output, is 13H antenna side.
  • One or more coupled or secondary lines of the coupler take some of the power of the main lines.
  • CPLD and ISO measurement ports respectively connected to one side and the other of the secondary line (s) provide information on, for example, the signal strength. transmitted, losses due to antenna mismatch, etc.
  • measurements are provided to a circuit (CTRL) for controlling the gain of the 12L or 12H amplifier used.
  • CTRL circuit for controlling the gain of the 12L or 12H amplifier used.
  • a coupler is defined, inter alia, by its direc ⁇ tivity which represents the difference in power (expressed in dB) between the two ports of its coupled or secondary line, all the other ports being loaded by an impedance of 50 ohms.
  • An ideal coupler has an infinite directivity, that is to say that no power is present on the ISO port of its line secondary signal next to the OUT port of its main line when a signal is traveling on that main line from the input port to that output port.
  • a coupler is said directive when its directivity is sufficient for the powers recovered on the ports of its secondary line to distinguish the direction of flow of power in the main line.
  • the embodiments that will be described relate to the directional couplers in which the signals present on the CPLD and ISO terminals do not have the same levels. If these couplers are symmetrical, then they are bidirectional, that is, in the same way that a signal applied to the IN terminal is coupled to the CPLD terminal, a signal applied to the OUT terminal is coupled to the level of the ISO terminal.
  • Figure 2 is a schematic view of a two-band coupler in distributed lines.
  • a first main line 2L of the coupler 1 intended to be interposed on a radio frequency transmission line (low frequency band), is directly connected to two ports or terminals ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ and OUT ⁇ g respectively input and output.
  • a second main line 2H intended to be interposed on another radio frequency transmission line (high frequency band), is directly connected to two ports or terminals I3 ⁇ 4B and OUT ⁇ g respectively input and output.
  • a secondary line 3, for example interposed between the two main lines, comprises two ports or terminals respectively CPLD and ISO, and is intended to convey information proportional to the power transmitted in the main line used.
  • the lines 2L, 2H and 3 are, in practice, formed of conductive tracks carried by an insulating substrate.
  • the lengths of the lines depend on the desired operating frequency.
  • lines 2L and 2H have been represented with the same length but are in practice of different length.
  • the width of the lines depends on the directivity and the characteristic impedance sought.
  • the coupler of FIG. 2 is directional, the signals present on the CPLD and ISO ports not having the same levels. Such a coupler is however symmetrical, which makes it bidirectional. In a directional and symmetrical coupler as shown in FIG. 2, the roles of the terminals are defined by the connections of the coupler to the other elements.
  • the main parameters of a coupler are: insertion losses which represent the transmission loss between the two accesses of a main line (the insertion losses are defined while the other two ports of the coupler are loaded by an impedance 50 ohms);
  • the coupling which represents the transmission loss between the IN and CPLD ports (the coupling is defined while the other two ports OUT and ISO are loaded by a 50 ohms impedance);
  • the isolation which represents the transmission loss between the IN and ISO ports (the isolation is defined while the other two ports OUT and CPLD are loaded by a impedance of 50 ohms);
  • the coupler is driven by a low frequency signal on the terminal ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ .
  • a small part of the signal (whose power depends on the coupling) is found on the CPLD terminal.
  • a coupler is considered to have a good directivity if it is at least 20 dB. With a coupling of about -30 dB (which corresponds to taking 1/1000 of the transmitted power), the insulation is then of the order of -50 dB, which is acceptable and a small part of the signal is found on the ISO terminal.
  • the 13L antenna absorbs the entire signal without producing reflection. This corresponds to the operation of a simple coupler.
  • the isolation between the antennas 13L and 13H is not perfect and a coupling (arrow 24) appears between the two antennas.
  • a spurious signal is therefore sent by the antenna 13H for high frequencies (arrow 25) to the terminal OU ⁇ g of the coupler.
  • Part of this reflected signal is coupled to the ISO terminal (arrow 26).
  • This parasitic coupling degrades the performance of the coupler and especially distorts the measurement on the ISO terminal, thus the measurement of the losses in reflection (difference between the powers present on the terminals CPLD and ISO).
  • Figure 3 shows another embodiment of a dual-band coupler, equipped with attenuators.
  • conductive tracks 3L and 3H participate in the production of secondary lines respectively dedicated to the main lines 2L and 2H.
  • the respective ends of the secondary lines 3L and 3H are, on the CPLD terminal side, connected by a resistive separator 4 j .
  • These lines are connected, on the ISO terminal side, by a resistive separator 4Q.
  • Each separator is formed of three resistors R1, R2 and R3.
  • Two resistors R1 and R2 are in series between the respective ends of the lines 3L and 3H ( ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ and INHB for the separator 4 j and OUT ⁇ g and OUT ⁇ g for the separator 4Q) and a third resistor R3 connects the midpoint of this series association to the terminal CPLD, respectively ISO.
  • FIG. 4 represents an embodiment of a dual-band coupler 1 preserving the directivity of the coupler.
  • the separator 4Q on the ISO terminal side is replaced by a diplexer 5, that is to say a low-pass filter on the line side 3L associated with a high-pass filter line side 3H.
  • the objective is to filter the signals received by the unused antenna in the transmission.
  • circuit Q is a diplexer whose function is to separate two frequency bands distant from each other.
  • FIG. 5 illustrates an example of diplexer 5 Q of the response curve of Figure 4. It is assumed arbitrarily introducing a diplexer 8 dB of insertion loss (to balance with the separator 4 j side terminal CPLD that also introduces an attenuation 8 dB).
  • FIG. 5 illustrates an example of diplexer 5 Q of the response curve of Figure 4. It is assumed arbitrarily introducing a diplexer 8 dB of insertion loss (to balance with the separator 4 j side terminal CPLD that also introduces an attenuation 8 dB).
  • FIG. 5 illustrates an example of application to mobile telephony in which the low frequency band LF is around 800 MHz and the high frequency band HF is around 2.2 GHz.
  • the LP channel of the diplexer passes between the end of the line 3L and the ISO terminal, the low frequencies and cuts the high frequencies while the HP channel, between the end of the line 3H and the ISO terminal, cuts the low frequencies to pass frequencies in the 2.2 GHz band.
  • the numerical example of FIG. 5 is arbitrary and the person skilled in the art will be able to adapt the diplexer 5 as a function of the frequency bands to be processed by the coupler.
  • a similar operation occurs by driving the coupler through the line 2H with a signal in the high frequency band, the insulation fault between the two antennas being filtered by the diplexer 5.
  • the diplexer is preferably sized to have attenuation corresponding to that of the attenuator 4 j side CPLD terminal.
  • FIG. 6 represents another embodiment in which a second diplexer 5 j is provided on the CPLD terminal side in place of the attenuator 4 j .
  • a second diplexer 5 j is provided on the CPLD terminal side in place of the attenuator 4 j .
  • Such an embodiment makes the symmetrical coupler, so bidirectional, unlike the assembly of Figure 4 which is not symmetrical.
  • FIG. 7 represents a first exemplary embodiment of a diplexer that can be used in the coupler of FIGS. 4 and 6.
  • a first branch between the ISO terminal and the end of line 3L forms a low-pass filter of order 3.
  • Three inductors LU, L12 and L13 are in series and the middle points of this series association are directly connected to the mass by capacitors, respectively Cil and C12.
  • a second branch between the ISO terminal and the end of the line 3H forms a high-pass filter of order 3.
  • Three capacitors C21, C22 and C23 are in series and the middle points of this series association are directly connected to the mass by inductances, respectively L21 and L22.
  • FIG. 8 represents another embodiment of a diplexer that can be used in the embodiments of FIGS. 4 and 6.
  • the inductances LU, L12, L13, L21 and L22 are replaced by resistors, respectively R11, R12, R13, R21 and R22.
  • inductive or resistive elements depends, for example, on the available technology and, in particular, the possibility of easily integrating inductive elements into this technology.
  • the low-pass and high-pass filters forming the diplexers are at least 2-order and preferably 3-order.
  • Figure 9 shows a coupler according to yet another embodiment.
  • each secondary line 3L, 3H is interrupted approximately in the middle to form two sections.
  • the ends of the sections that face each other are each connected to the ground by an attenuator.
  • each secondary line comprises two sections 31L, 32 ⁇ and 313 ⁇ 4, 32 ⁇ parallel to lines 2 ⁇ and 2 ⁇ .
  • the sections 31 and 32 are preferably symmetrical, that is to say of the same length.
  • Their respective outer ends are connected to the filters 5.
  • Their respective internal ends are respectively connected to attenuators 32 ⁇ , 34 ⁇ and 33 H , 34 H.
  • This coupler structure makes it possible to avoid the influence of the loads present on the CPLD and ISOj_ ports.
  • One advantage is that it facilitates impedance matching and improves directivity.
  • Attenuators 33 and 34 are preferably chosen to provide attenuation at least equal to half of the directivity of the coupler.
  • Fig. 10 shows an example of attenuator 33 or
  • This attenuator is formed of a resistance in parallel with a capacitance C between the inner end of the section concerned and the mass.
  • the resistance is 50 ohms and the capacity of the picofarad order.
  • FIG 11 shows another example of attenuator
  • This attenuator is formed of three resistors R arranged in pi between the inner end of the section concerned and the mass. With such attenuators, each half-coupler corresponds to the coupler described in the patent application FR No. 2 923 950 (B8533-07-TO-295-296) or the US patent application No. 2009/0128255.
  • T-attenuators or other forms of attenuators may also be provided.
  • Attenuators 33 and 34 are preferably chosen to provide attenuation at least equal to half of the directivity of the coupler.

Landscapes

  • Transmitters (AREA)
  • Transceivers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un coupleur bi-bande directif (1) en lignes distribuées comportant : une première ligne conductrice (2L) entre des premier (INLB) et deuxième ports, destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une première bande de fréquences; une deuxième ligne conductrice (3L) couplée à la première; une troisième ligne conductrice (2H) entre des troisième (INHB) et quatrième ports, destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une bande de fréquences supérieure à la première; une quatrième ligne conductrice (3H) couplée à la troisième; et au moins un diplexeur (5) reliant, côté deuxième et quatrième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un cinquième port (ISO).

Description

AMELIORATION DE LA SELECTIVITE D ' UN COUPLEUR BI -BANDE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, les coupleurs radiofréquence . L'invention concerne plus particulièrement un coupleur bi-bande (Dual Coupler) .
Exposé de 1 ' art antérieur
Un coupleur est généralement utilisé pour prélever une partie de la puissance présente sur une ligne de transmission, dite principale ou primaire, vers une autre ligne, dite couplée ou secondaire, située à proximité.
Les coupleurs se répartissent en deux catégories selon qu'ils sont constitués de composants passifs discrets (on parle alors de coupleur à éléments localisés) ou de lignes conductrices proches l'une de l'autre pour être couplées (on parle alors de coupleur à lignes distribuées). L'invention concerne la deuxième catégorie de coupleurs .
Dans de nombreuses applications, on a besoin de prélever une partie de la puissance transmise sur une ligne, par exemple, pour contrôler la puissance d'un amplificateur dans un circuit d'émission, pour contrôler la linéarité d'un amplificateur d'émission en fonction des pertes liées à la réflexion d'une antenne, pour adapter dynamiquement une antenne, etc. Un coupleur sert à prélever cette information.
Un coupleur bi-bande partage des ports de mesure entre deux lignes de transmission destinées à véhiculer des signaux dans deux bandes de fréquences différentes. Un tel partage est possible dans tout système bi-bande où les bandes de fréquences ne sont pas utilisées simultanément. C'est généralement le cas des applications radiofréquence (par exemple, la téléphonie mobile pour un téléphone bi, tri ou quadri-bande, le Wifi, etc.). Un coupleur bi-bande permet, par exemple, de partager un même circuit de commande ou d'amplification pour deux voies de transmission.
Toutefois, dans un coupleur bi-bande, les antennes connectées en sortie des deux lignes principales introduisent un couplage additionnel. Plus ce couplage est important (moins l'isolation entre les deux antennes est bonne), plus les résultats de la mesure sont faussés. Le coupleur n'est alors pas suffisamment sélectif en fréquence d'une voie par rapport à 1 ' autre .
Le document US-A-2005/0239421 décrit un coupleur bi- bande directionnel à compensation capacitive. Le signal des lignes secondaires est prélevé par l'intermédiaire d'un duplexeur. Les autres extrémités des lignes secondaires sont connectées à la masse par des résistances.
II serait souhaitable d'améliorer la sélectivité d'un coupleur bi-bande.
Il serait également souhaitable de disposer d'une structure symétrique .
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des coupleurs bi-bande usuels.
Un objet d'un autre mode de réalisation de la présente invention vise plus particulièrement à préserver la directivité du coupleur. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une solution de faible encombrement.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer une structure symétrique.
Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, il est prévu un coupleur bi-bande directif en lignes distribuées comportant :
une première ligne conductrice entre des premier et deuxième ports, destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une première bande de fréquences ;
une deuxième ligne conductrice couplée à la première ; une troisième ligne conductrice entre des troisième et quatrième ports, destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une bande de fréquences supérieure à la première ;
une quatrième ligne conductrice couplée à la troisième ;
un premier diplexeur reliant, côté deuxième et quatrième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un cinquième port ;
un diviseur résistif ou un second diplexeur reliant, côté premier et troisième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un sixième port.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les deuxième et quatrième lignes sont interrompues approximati- vement en leur milieu, les deux extrémités intermédiaires étant connectées à des atténuateurs .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier diplexeur est dimensionné pour filtrer les fréquences de la première bande entre la quatrième ligne et le cinquième port et pour filtrer les fréquences de la deuxième bande entre la deuxième ligne et le cinquième port.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes sont reliées au sixième port par le second diplexeur, dimensionné pour filtrer les fréquences de la première bande entre la quatrième ligne et le sixième port et pour filtrer les fréquences de la deuxième bande entre la deuxième ligne et le sixième port.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un atténuateur relie, côté premier et troisième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un sixième port.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un deuxième diplexeur relie, côté premier et troisième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un sixième port.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le ou les diplexeurs sont formés de filtres passe-bas et passe- haut au moins d'ordre 2 et, de préférence, d'ordre 3.
II est également prévu un circuit d'émission ou de réception de signaux radiofréquence, comportant :
au moins un amplificateur ;
au moins un coupleur ; et
au moins un circuit de mesure d'une information prélevée sur le cinquième ou sixième port.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1 est un exemple d'architecture d'une chaîne d'émission radiofréquence double voie du type à laquelle s'applique à titre d'exemple la présente invention ;
la figure 2 représente un exemple de coupleur bi-bande en lignes distribuées ;
la figure 3 représente un autre exemple de coupleur bi-bande en lignes distribuées ;
la figure 4 représente un mode de réalisation d'un coupleur bi-bande en lignes distribuées ; la figure 5 illustre les caractéristiques d'un diplexeur du coupleur de la figure 4 ;
la figure 6 représente un autre mode de réalisation d'un coupleur bi-bande en lignes distribuées ;
la figure 7 représente un mode de réalisation d'un diplexeur du coupleur des figures 4 et 6 ;
la figure 8 représente un autre mode de réalisation d'un diplexeur du coupleur des figures 4 et 6 ;
la figure 9 représente un autre mode de réalisation d'un coupleur bi-bande en lignes distribuées ;
la figure 10 représente un exemple d'atténuateur du coupleur de la figure 9 ; et
la figure 11 représente un autre exemple d'atténuateur du coupleur de la figure 9.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier, les différentes exploitations possibles du signal prélevé sur la ligne secondaire du coupleur n'ont pas été détaillées, l'invention étant compatible avec toute utilisation usuelle.
La figure 1 est un schéma bloc d'une ligne d'émission radiofréquence utilisant un coupleur bi-bande du type à laquelle s'applique à titre d'exemple la présente invention.
Un circuit 11 (SEND) d'émission envoie un signal radiofréquence à émettre. Dans un système bi ou multi-bande, un amplificateur 12L ou 12H (PA) est sélectionné selon la bande de fréquences utilisée. Dans l'exemple de la figure 1, on suppose une première voie destinée à une bande de fréquences (signal
TxL) relativement basse (par rapport à l'autre bande du système) et exploitant un amplificateur 12L (PA) , et une deuxième voie destinée à une bande de fréquences (signal TxH) relativement élevée (supérieures aux fréquences de l'autre bande) exploitant un amplificateur 12H. Les sorties respectives des amplificateurs 12L et 12H sont destinées à être reliées à des antennes 13L et 13H. Un coupleur 1 est intercalé entre les sorties respectives des amplificateurs 12L et 12H et les antennes 13L et 13H, le cas échéant avec interposition d'un séparateur de voies 14 (SPLIT) destiné à distinguer les flux d'émission de flux de réception RxL et RxH destinés à des circuits de réception (non représentés) .
Une première ligne principale du coupleur 1 est intercalée entre la sortie de l'amplificateur 12L et l'antenne 13L. Un port d'accès 11%, dit d'entrée basse fréquence, est côté amplificateur 12L tandis qu'un port d'accès θυ% (parfois également désigné DIR) , dit de sortie basse fréquence, est côté antenne 13L. Une deuxième ligne principale du coupleur 1 est intercalée entre la sortie de l'amplificateur 12H et l'antenne 13H. Un port d'accès 11%, dit d'entrée haute fréquence, est côté amplificateur 12H tandis qu'un port d'accès OU% (ou DIi%) , dit de sortie haute fréquence, est côté antenne 13H. Une ou plusieurs lignes couplées ou secondaires du coupleur prélèvent une partie de la puissance des lignes principales. Des ports de mesure CPLD et ISO, respectivement reliés d'un côté et de 1 ' autre de la ou des lignes secondaires (port CPLD côté ports IN et port ISO côté ports OUT) fournissent des informations sur, par exemple, la puissance du signal transmis, les pertes dues à la désadaptation de l'antenne, etc. Dans l'exemple de la figure 1, les mesures sont fournies à un circuit 15 (CTRL) ) pour commander le gain de l'amplificateur 12L ou 12H utilisé. Le fait d'utiliser un coupleur bi-bande permet de partager un même circuit de commande (voire les mêmes amplificateurs) pour plusieurs voies différentes.
Un coupleur se définit, entre autres, par sa direc¬ tivité qui représente la différence en puissance (exprimée en dB) entre les deux accès de sa ligne couplée ou secondaire, tous les autres ports étant chargés par une impédance de 50 ohms. Un coupleur idéal présente une directivité infinie, c'est-à-dire qu'aucune puissance n'est présente sur le port ISO de sa ligne secondaire située en regard du port de sortie OUT de sa ligne principale quand un signal circule sur cette ligne principale du port d'entrée vers ce port de sortie. En pratique, un coupleur est dit directif quand sa directivité est suffisante pour que les puissances récupérées sur les ports de sa ligne secondaire permettent de distinguer le sens de circulation de la puissance dans la ligne principale.
Les modes de réalisation qui vont être décrits concernent les coupleurs directifs dans lesquels les signaux présents sur les bornes CPLD et ISO ne présentent pas les mêmes niveaux. Si ces coupleurs sont symétriques, ils sont alors bidirectionnels, c'est-à-dire que, de la même manière qu'un signal appliqué sur la borne IN est couplé sur la borne CPLD, un signal appliqué sur la borne OUT est couplé au niveau de la borne ISO.
La figure 2 est une vue schématique d'un coupleur bi- bande en lignes distribuées. Une première ligne principale 2L du coupleur 1, destinée à être intercalée sur une ligne de transmission radiofréquence (bande basses fréquences) , est directement reliée à deux ports ou bornes Ι¾β et OUT^g respectivement d'entrée et de sortie. Une deuxième ligne principale 2H, destinée à être intercalée sur une autre ligne de transmission radiofréquence (bande hautes fréquences) , est directement reliée à deux ports ou bornes I¾B et OUT^g respectivement d'entrée et de sortie. Une ligne secondaire 3, par exemple intercalée entre les deux lignes principales, comporte deux ports ou bornes respectivement CPLD et ISO, et est destinée à véhiculer une information proportionnelle à la puissance transmise dans la ligne principale utilisée. Les lignes 2L, 2H et 3 sont, en pratique, formées de pistes conductrices portées par un substrat isolant. Les longueurs des lignes dépendent de la fréquence de fonctionnement souhaitée. Pour simplifier la représentation des figures, les lignes 2L et 2H ont été représentées de même longueur mais sont en pratique de longueur différente. La largeur des lignes dépend de la directivité et de l'impédance caractéristique recherchée.
Le coupleur de la figure 2 est directif, les signaux présents sur les ports CPLD et ISO ne présentant pas les mêmes niveaux. Un tel coupleur est toutefois symétrique, ce qui le rend bidirectionnel. Dans un coupleur directif et symétrique tel qu'illustré par la figure 2, les rôles des bornes sont définis par les connexions du coupleur aux autres éléments .
Les principaux paramètres d'un coupleur sont : les pertes d'insertion qui représentent la perte de transmission entre les deux accès d'une ligne principale (les pertes d'insertion se définissent alors que les deux autres ports du coupleur sont chargés par une impédance de 50 ohms) ;
le couplage qui représente la perte de transmission entre les ports IN et CPLD (le couplage se définit alors que les deux autres ports OUT et ISO sont chargés par une impédance de 50 ohms) ;
l'isolation qui représente la perte de transmission entre les ports IN et ISO (l'isolation se définit alors que les deux autres ports OUT et CPLD sont chargés par une impédance de 50 ohms) ; et
la directivité qui représente la différence de pertes en transmission entre les ports ISO et CPLD, depuis le port IN.
En supposant que le coupleur est attaqué par un signal basse fréquence sur la borne Ι¾β, la majeure partie de ce signal (flèche 21) est transmise vers l'antenne 13L. Une faible partie du signal (dont la puissance dépend du couplage) se retrouve sur la borne CPLD. On considère qu'un coupleur présente une bonne directivité si elle est d'au moins 20 dB. Avec un couplage d'environ -30 dB (ce qui correspond à prélever 1/1000 de la puissance transmise), l'isolation est alors de l'ordre de -50 dB, ce qui est acceptable et une faible partie du signal se retrouve sur la borne ISO. Idéalement, l'antenne 13L absorbe tout le signal sans produire de réflexion. Ceci correspond au fonctionnement d'un coupleur simple. Dans un coupleur bi-bande, l'isolation entre les antennes 13L et 13H n'est pas parfaite et un couplage (flèche 24) apparaît entre les deux antennes. Un signal parasite est donc renvoyé par l'antenne 13H destinée aux hautes fréquences (flèche 25) vers la borne OU ^g du coupleur. Une partie de ce signal réfléchi est couplé sur la borne ISO (flèche 26) . Ce couplage parasite dégrade les performances du coupleur et surtout fausse la mesure sur la borne ISO, donc la mesure des pertes en réflexion (différence entre les puissances présentes sur les bornes CPLD et ISO) .
La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un coupleur bi-bande, équipé d'atténuateurs.
Dans l'exemple de la figure 3, des pistes conductrices 3L et 3H participent à la réalisation de lignes secondaires respectivement dédiées aux lignes principales 2L et 2H. Les extrémités respectives des lignes secondaires 3L et 3H sont, côté borne CPLD, reliées par un séparateur résistif 4j. Ces lignes sont reliées, côté borne ISO, par un séparateur résistif 4Q. Chaque séparateur est formé de trois résistances RI, R2 et R3. Deux résistances RI et R2, généralement de même valeur, sont en série entre les extrémités respectives des lignes 3L et 3H ( Ι¾Β et INHB pour le séparateur 4j et OUT^g et OUT^g pour le séparateur 4Q) et une troisième résistance R3 relie le point milieu de cette association en série à la borne CPLD, respectivement ISO.
Toutefois, ces deux séparateurs détériorent la directivité du coupleur dans le cas d'un défaut d'isolation entre les deux antennes 13L et 13H. Par exemple, on suppose que la borne Ι¾ est attaquée par un signal à transmettre à 0 dBm et que le coupleur a une directivité de 20 dB. Avec un couplage de 30 dB, et en supposant que les séparateurs provoquent une atténuation de 8 dB, on retrouve -38 dBm sur la borne CPLD. On suppose également que les pertes d'insertion sont nulles. Les 0 dBm se retrouvent côté antenne 13L (en négligeant les pertes d'insertion et les pertes liées au couplage). Avec une directivité de 20 dB et une isolation parfaite entre les antennes 13L et 13H, on retrouve -50 dBm à l'extrémité de la ligne 3L qui se transforment en -58 dBm sur la borne ISO. Toutefois, en supposant une isolation de 10 dB entre les deux antennes, on retrouve -10 dBm sur l'antenne 13H qui, par couplage, se transforment en -40 dBm à l'extrémité de la ligne 3H côté borne ISO. Par conséquent, ce couplage se traduit par un niveau de -48 dBm sur la borne ISO au lieu des -58 dBm que l'on devrait obtenir. Le résultat obtenu revient à celui que donnerait un coupleur ayant une directivité de 10 dB (donc très peu directif) .
Ce problème lié aux pertes en réflexion (return loss) n'est pas traité par le document US-A-2005/0239421 susmentionné qui prévoit de placer un duplexeur côté port couplé, mais de relier les ports ISO des deux lignes secondaires à la masse par une résistance de 50 ohms et à la ligne principale par une capacité .
La figure 4 représente un mode de réalisation d'un coupleur bi-bande 1 préservant la directivité du coupleur.
Selon ce mode de réalisation, le séparateur 4Q côté borne ISO est remplacé par un diplexeur 5 , c'est-à-dire un filtre passe-bas côté ligne 3L associé à un filtre passe-haut côté ligne 3H. L'objectif est de filtrer les signaux reçus par l'antenne non utilisée dans la transmission.
On notera que le circuit 5Q est un diplexeur dont le rôle est de séparer deux bandes de fréquence éloignées l'une de
1 ' autre et non un duplexeur dont le rôle est de séparer les voies d'émission des voies de réception.
On aurait pu penser placer des filtres respectivement passe-bas et passe-haut entre les lignes principales respec- tivement 2L et 3L et leurs antennes 13L et 13H. Toutefois, de tels filtres doivent supporter la puissance transmise, ce qui engendre une taille importante. De plus, la présence d'un filtre sur la ligne principale introduit des pertes d'insertion qui, pour être minimisées, demandent des inductances à facteur de qualité élevé, donc de taille importante. La figure 5 illustre un exemple de courbe de réponse du diplexeur 5Q de la figure 4. On suppose de façon arbitraire un diplexeur introduisant 8 dB de pertes d'insertion (pour équilibrer avec le séparateur 4j côté borne CPLD qui introduit également une atténuation de 8 dB) . La figure 5 illustre un exemple d'application à la téléphonie mobile dans lequel la bande basses fréquences LF est aux environs de 800 MHz et la bande hautes fréquences HF est aux environs de 2,2 GHz. La voie LP du diplexeur laisse passer, entre l'extrémité de la ligne 3L et la borne ISO, les fréquences basses et coupe les fréquences hautes tandis que la voie HP, entre l'extrémité de la ligne 3H et la borne ISO, coupe les fréquences basses pour laisser passer les fréquences dans la bande des 2,2 GHz. L'exemple numérique de la figure 5 est arbitraire et l'homme du métier pourra adapter le diplexeur 5 en fonction des bandes de fréquence à traiter par le coupleur.
En reprenant l'exemple d'un signal attaquant la borne I ^B à 0 dBm pour un coupleur ayant une directivité théorique de 20 dB et un couplage de -30 dB, on retrouve comme dans l'exemple de la figure 3 un signal à -38 dBm sur la borne CPLD. Toutefois, côté borne ISO, le signal à -40 dBm provenant de l'antenne 13H et de son couplage à 10 dB avec l'antenne 13L est coupé par le filtre passe-haut. En effet, le signal est dans la bande de fréquence basse. Par conséquent, on retrouve bien désormais sur la borne ISO un signal à -58 dBm.
Un fonctionnement similaire se produit en attaquant le coupleur par la ligne 2H avec un signal dans la bande hautes fréquences, le défaut d'isolation entre les deux antennes se trouvant filtré par le diplexeur 5.
Le diplexeur est de préférence dimensionné pour avoir une atténuation correspondant à celle de l'atténuateur 4j côté borne CPLD.
La figure 6 représente un autre mode de réalisation dans lequel un deuxième diplexeur 5j est prévu côté borne CPLD à la place de l'atténuateur 4j. Un tel mode de réalisation rend le coupleur symétrique, donc bidirectionnel, à la différence du montage de la figure 4 qui n'est pas symétrique.
La figure 7 représente un premier exemple de réalisation d'un diplexeur utilisable dans le coupleur des figures 4 et 6.
Une première branche entre la borne ISO et l'extrémité de la ligne 3L forme un filtre passe-bas d'ordre 3. Trois inductances LU, L12 et L13 sont en série et les points milieu de cette association en série sont directement reliés à la masse par des condensateurs, respectivement Cil et C12.
Une deuxième branche entre la borne ISO et l'extrémité de la ligne 3H forme un filtre passe-haut d'ordre 3. Trois condensateurs C21, C22 et C23 sont en série et les points milieu de cette association en série sont directement reliés à la masse par des inductances, respectivement L21 et L22.
La figure 8 représente un autre mode de réalisation d'un diplexeur utilisable dans les modes de réalisation des figures 4 et 6. Par rapport à la figure 7, les inductances LU, L12, L13, L21 et L22 sont remplacées par des résistances, respectivement Rll, R12, R13, R21 et R22.
Le choix entre une réalisation à partir d'éléments inductifs ou résistifs dépend, par exemple, de la technologie disponible et, notamment, de la possibilité d'intégrer facilement des éléments inductifs dans cette technologie.
Pour des raisons de sélectivité, les filtres passe-bas et passe-haut formant les diplexeurs sont au moins d'ordre 2 et, de préférence d'ordre 3.
La figure 9 représente un coupleur selon encore un autre mode de réalisation.
Par rapport au mode de réalisation de la figure 6, chaque ligne secondaire 3L, 3H est interrompue approximativement en son milieu pour former deux tronçons. Les extrémités des tronçons qui se font face sont chacune reliées à la masse par un atténuateur. Ainsi, chaque ligne secondaire comporte deux tronçons 31L, 32^ et 31¾, 32^ parallèles aux lignes 2^ et 2^. Les tronçons 31 et 32 sont de préférence symétriques, c'est-à-dire de même longueur. Leurs extrémités respectives externes sont reliées aux filtres 5. Leurs extrémités respectives internes sont respectivement connectées à des atténuateurs 32^, 34^ et 33H, 34H.
Cette structure de coupleur permet de s ' affranchir de l'influence des charges présentes sur les ports CPLD et ISOj_. Un avantage est que cela facilite l'adaptation d'impédance et améliore la directivité.
Les atténuateurs 33 et 34 sont de préférence choisis pour fournir une atténuation au moins égale à la moitié de la directivité du coupleur.
La figure 10 représente un exemple d'atténuateur 33 ou
34. Cet atténuateur est formé d'une résistance en parallèle avec une capacité C entre l'extrémité interne du tronçon concerné et la masse. Par exemple, la résistance est de 50 ohms et la capacité de l'ordre du picofarad.
La figure 11 représente un autre exemple d'atténuateur
33 ou 34. Cet atténuateur est formé de trois résistances R agencées en pi entre l'extrémité interne du tronçon concerné et la masse. Avec de tels atténuateurs, chaque demi-coupleur correspond au coupleur décrit dans la demande de brevet FR n°2 923 950 (B8533 - 07-TO-295-296) ou de la demande de brevet US n°2009/0128255.
On pourra aussi prévoir des atténuateurs en T ou d'autres formes d'atténuateurs.
Les atténuateurs 33 et 34 sont de préférence choisis pour fournir une atténuation au moins égale à la moitié de la directivité du coupleur.
Il est désormais possible de réaliser un coupleur bi- bande qui soit sélectif en fréquence tout en étant de dimension réduite. En effet, les diplexeurs sur les lignes couplées ne voient qu'une faible puissance. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les dimensions des lignes en fonction des bandes de fréquences souhaitées pour le coupleur sont déterminables par l'homme du métier en utilisant les méthodes habituelles. De plus, les dimensions des composants, des diplexeurs et atténuateurs, sont également déterminables par l'homme du métier en fonction de l'atténuation souhaitée. En outre, bien que l'invention ait été décrite en relation avec une chaîne d'émission radiofréquence, elle se transpose sans difficulté à une chaîne de réception.

Claims

REVENDICATIONS
1. Coupleur bi-bande directif (1) en lignes distribuées comportant :
une première ligne conductrice (2L) entre des premier et deuxième ports (IN^g, OU ^g) , destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une première bande de fréquences ;
une deuxième ligne conductrice (3L) couplée à la première ;
une troisième ligne conductrice (2H) entre des troisième et quatrième ports (1 β, OU ^g) , destinée à véhiculer un signal à transmettre dans une bande de fréquences supérieure à la première ;
une quatrième ligne conductrice (3H) couplée à la troisième ;
un premier diplexeur (5Q) reliant, côté deuxième et quatrième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un cinquième port (ISO) ; et
un diviseur résistif (4) ou un second diplexeur (5j) reliant, côté premier et troisième ports, les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes à un sixième port (CPLD) .
2. Coupleur selon la revendication 1, dans lequel les deuxième (31L, 32L) et quatrième (31H, 32H) lignes sont interrompues approximativement en leur milieu, les deux extrémités intermédiaires étant connectées à des atténuateurs (33, 34) .
3. Coupleur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier diplexeur (5Q) est dimensionné pour filtrer les fréquences de la première bande entre la quatrième ligne (3H) et le cinquième port (ISO) , et pour filtrer les fréquences de la deuxième bande entre la deuxième ligne (3L) et le cinquième port.
4. Coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les extrémités respectives des deuxième et quatrième lignes sont reliées au sixième port (CPLD) par le second diplexeur (5j) , dimensionné pour filtrer les fréquences de la première bande entre la quatrième ligne (3H) et le sixième port (CPLD) et pour filtrer les fréquences de la deuxième bande entre la deuxième ligne (3L) et le sixième port.
5. Coupleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel le ou les diplexeurs (5) sont formés de filtres passe-bas et passe-haut au moins d'ordre 2 et, de préférence, d'ordre 3.
6. Circuit d'émission ou de réception de signaux radiofréquence, comportant :
au moins un amplificateur (12L, 12H) ;
au moins un coupleur (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ; et
au moins un circuit (15) de mesure d'une information prélevée sur le cinquième ou sixième port.
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