WO2012079776A1 - Filtre stop bande actif avec capacite variable - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an improvement to the band rejection filter or active stop-band filter.
- the invention is applicable to transmission and / or reception systems meeting the DVB-H (for Digital Video Broadcasting - Handheld) or DVB-T (for Digital Video Broadcasting - Terrestrial) standards.
- the invention is more particularly applicable to fixed or mobile digital television receivers, in particular responding to the DVB standard, for filtering disturbing signals, such as, for example, WIMAX signals (for Worldwide Interoperability for Microwave Access), present in the so-called digital dividend band.
- disturbing signals such as, for example, WIMAX signals (for Worldwide Interoperability for Microwave Access), present in the so-called digital dividend band.
- the digital dividend represents the frequency resources that will be released when switching from analogue to digital television broadcasting.
- the digital dividend band is different in different parts of the world and, for example, between 698 MHz and 862 MHz for the Americas and 790 MHz and 862 MHz for the Europe-Asia region, as shown in Figure 1.
- WIMAX signals may saturate the DVB receiver.
- WIMAX signals must be filtered in different bands depending on the region. However, it is known that the signal must be attenuated in a 10 MHz wide band and the WIMAX signal must be rejected by 42dB. There are therefore cases where the WIMAX transmitter will not be present and where a filter will not be useful.
- the filtering of these disturbing signals can be carried out using a suitable band rejection or band-stop filter.
- a suitable band rejection or band-stop filter it is known to use a half-wave line resonator filter as shown in FIG. 2, which is sized to resonate at a high frequency, well above the useful frequency.
- the filter of Figure 2 comprises a transmission line LT ( ⁇ , ⁇ , k) to which is coupled a resonator ⁇ / 2 RE.
- LT transmission line
- ⁇ ⁇ , ⁇ , k
- the energy from the transmission line is "absorbed" by the resonator thereby creating a theoretically infinite attenuation in a relatively narrow band around the resonant frequency.
- this filter has the disadvantages of having losses that significantly degrade the rejection. It is more cumbersome and difficult to tune in central frequency.
- the negative-resistance circuit consists of a transistor Q1 whose base is connected to the resonator RE not shown and whose collector is connected to a series LCR circuit. As shown in the right-hand part of FIG. 4, the circuit is equivalent to a capacitance C eq connected in series with a resistor R neg - This circuit allows an easy agreement of the value of the charge capacitance by means of a simple bias voltage , while ensuring the compensation of filter losses, which ensures a high quality factor.
- FIG. 5 shows, as a function of frequency, the transmission (curve a) and the rejection (curve b) of the filter. These curves show a very strong rejection (> 42 dB) at the center frequency of the filter.
- the real negative part of the active capacitance (R neg ) is independent of C va r-
- the value of the varactor diode is adjusted to tune the filter towards the low frequencies, oscillations are observed due to the fact that the insertion losses are less important in low frequency than in high frequencies (effect of skin).
- the present invention proposes to insert parallel to the negative resistance circuit a variable capacitance element such as a varactor diode.
- a variable capacitance element such as a varactor diode.
- the variable capacitance element is mounted between the base of the transistor and the ground.
- FIG. 1 already described represents the frequency bands for the digital dividend according to the regions.
- FIG. 2 already described schematically represents an embodiment of a band-stop filter to which the invention can be applied.
- FIG. 5 already described represents the transmission and rejection curves obtained by simulating the band stop filter of FIG. 2 loaded by an active capacitor.
- FIG. 6 already described represents an embodiment of an active capacitor as well as the equivalent circuit.
- FIG. 7 represents an embodiment of an active capacitor according to the present invention as well as its equivalent circuit.
- FIG. 8 represents a validation model of a band-stop filter equipped with an active capacitor circuit as represented in FIG. 7 and
- FIG. 9 represents the simulation results of the filter of FIG.
- a varactor diode C va r is inserted in parallel on the active capacitor circuit formed of the transistor Q1 to which are connected in series an inductor L, a capacitor C and a resistor R connected to the mass.
- the series equivalent circuit of the active capacity circuit is represented in the center of FIG. 7. In this case, it is formed of a capacitance C eq in series with a resistor R neg and the variable capacitance diode C va r is connected in parallel on this series circuit between the base of the transistor Q1 and the ground. It can be shown that the circuit shown in the middle of Figure 7 is equivalent to a series RC circuit where the value of R equals total negative resistance R neg _totale given below and the value of C is equal to Ceq_totale, given below below:
- Zin R neg _totale - j / ⁇ C eq _totale
- R neg _Total is the equivalent negative resistance seen at the input of the structure of the active capacitance in parallel with the Varactor diode.
- C eq _Total is the equivalent capacitance seen at the input of the structure of the active capacitance in parallel with the Varactor diode.
- the structure described above comprises an active capacitance and a varactor diode connected in parallel with the input of the transistor of the circuit forming the active capacitance. Compared to conventional structures, this new structure while improving the stability of the active capacity filter, provides the following advantages:
- the rejection of the band stop filter is constant (> 40 dB) regardless of the selected frequency.
- the filter shows a very good adaptation. This adaptation is strictly ⁇ 0, which shows that the filter is electrically stable.
- S1 1 is less than 0 and no oscillation has been detected by a measurement at the spectrum analyzer. This therefore makes it possible to determine that the filter is electrically stable.
- This new active capacity makes it possible to control a sudden variation of its real negative part, which can not be done in the case of the conventional structure,
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Abstract
La présente invention concerne un filtre stop bande actif comprenant une entrée de filtre et une sortie de filtre reliées par une ligne de transmission LT, un résonateur RE couplé à la ligne de transmission et connectable à une impédance de charge formée par un circuit à résistance négative (Q1, R, L, C). Le filtre comporte parallèlement au circuit à résistance négative, une capacité variable (Cvar)- Le filtre est utilisable dans des terminaux multistandards.
Description
FILTRE STOP BANDE ACTIF AVEC CAPACITE VARIABLE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un perfectionnement au filtre réjecteur de bande ou filtre stop-bande actif. L'invention est applicable aux systèmes de transmission et/ou réception répondant aux normes DVB-H (pour Digital Video Broadcasting - Handheld) ou DVB-T (pour Digital Video Broadcasting - Terrestrial).
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
L'invention trouve plus particulièrement une application dans les récepteurs de télévision numérique fixes ou mobiles, répondant notamment au standard DVB, pour filtrer des signaux perturbateurs, tels que, par exemple, des signaux WIMAX (pour Worldwide Interoperability for Microwave Access), présents dans la bande de fréquences dite bande du dividende numérique.
Le dividende numérique représente les ressources de fréquences qui seront libérées lors du passage de la diffusion de la télévision du mode analogique au mode numérique. La bande du dividende numérique est différente selon les régions du monde et, par exemple, comprise entre 698 MHz et 862 MHz pour la région Amériques et 790 MHz et 862 MHz pour la région Europe-Asie, comme représenté sur la figure 1.
Ces bandes de fréquences libérées seront dédiées aussi bien à la diffusion de télévision numérique mobile qu'à des applications de télécommunications. Elles sont particulièrement convoitées par les opérateurs de télécommunications et les diffuseurs de chaînes, car d'une efficacité supérieure vis-à-vis des fréquences supérieures à 1GHz, en termes de couverture et de pénétration dans les bâtiments, et en termes de coût de création et d'exploitation des réseaux. Elles peuvent, par exemple, être utilisées pour la transmission de nouveaux signaux tels que les signaux WIMAX. Ces nouveaux signaux représentent alors une source de perturbation pour la réception des signaux DVB. De plus, lorsque le récepteur DVB et l'émetteur WIMAX sont présents dans un même terminal
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26)
(terminal multi-mode et multi-standard), les signaux WIMAX risquent de saturer le récepteur DVB.
Il apparaît donc comme nécessaire de filtrer ces signaux perturbateurs avant traitement des signaux DVB. Les signaux WIMAX doivent être filtrés dans des bandes différentes selon les régions. Cependant on sait que l'on doit atténuer le signal dans une bande large de 10 MHz et le signal WIMAX doit être rejeté de 42dB. Il existe donc des cas où l'émetteur WIMAX ne sera pas présent et où un filtre ne sera pas utile. Le filtrage de ces signaux perturbateurs peut être réalisé à l'aide d'un filtre réjecteur de bande ou stop-bande approprié. Ainsi, il est connu d'utiliser un filtre à résonateur en ligne demi onde tel que représenté à la figure 2, qui est dimensionné pour résonner à une fréquence élevée, bien au dessus de la fréquence utile. Le filtre de la figure 2 comprend une ligne de transmission LT (Ζο,Θ, k) à laquelle est couplé un résonateur λ/2 RE. A la fréquence de résonnance, l'énergie provenant de la ligne de transmission est « absorbée » par le résonateur créant de ce fait une atténuation théoriquement infinie dans une bande relativement étroite autour de la fréquence de résonance. Toutefois, ce filtre a comme inconvénients d'avoir des pertes qui dégradent considérablement la réjection. Il est de plus encombrant et difficile à accorder en fréquence centrale. Pour remédier notamment aux problèmes d'encombrement, il a été proposé de connecter à une extrémité du résonateur RE, une capacité C1 comme représenté sur la figure 3. Dans ce cas, sa longueur électrique équivalente augmente et la fréquence de la bande rejetée diminue. Pour que le résonateur rejette une fréquence particulière, il suffit alors de choisir convenablement la valeur de la capacité. Cependant, cette capacité C1 n'est pas idéale, elle possède une résistance parasite Rs qui augmente lorsque la valeur de la capacité augmente. Cette résistance peut sous certaines conditions dégrader le facteur de qualité global de la ligne chargée. Ceci est d'autant plus critique que pour accorder ce type de structures, le recours à des varactors qui présentent de fortes pertes est incontournable.
Pour résoudre les problèmes ci-dessus, il a été proposé de remplacer la capacité de charge par un circuit à résistance négative simulant une capacité active tel que représenté à la figure 4, la partie de gauche représentant le circuit à résistance négative et la partie de droite le modèle équivalent série. Sur la partie de gauche de la figure 4, le circuit à résistance négative est constitué d'un transistor Q1 dont la base est reliée au résonateur RE non-représenté et dont le collecteur est relié à un circuit LCR série. Comme représenté sur la partie droite de la figure 4, le circuit est équivalent à une capacité Ceq montée en série avec une résistance Rneg- Ce circuit permet un accord facile de la valeur de la capacité de charge grâce à une simple tension de polarisation, tout en assurant la compensation des pertes du filtre, ce qui assure un fort facteur de qualité. Les résultats de simulation sont présentés sur la figure 5 qui donne en fonction de la fréquence la transmission (courbe a) et la réjection (courbe b) du filtre. Ces courbes montrent une très forte réjection (>42 dB) à la fréquence centrale du filtre. Cette dernière peut être accordée par un simple réglage de la tension de polarisation. Toutefois, cette structure présente un inconvénient majeur. Elle est très sensible aux variations de la tension de polarisation. Ces variations peuvent entraîner rapidement une instabilité électrique du filtre stop bande (S1 1 >1 ). D'autre part, cette structure de capacité active n'est pas accordable, ce qui permet de réaliser uniquement des filtres à fréquences fixes.
Pour remédier aux inconvénients ci-dessus, il a été proposé d'insérer entre le résonateur et le circuit à capacité variable constitué d'un circuit à résistance négative tel que décrit à la figure 4, une diode varactor, comme représenté sur la figure 6. Cette diode varactor est caractérisée par sa capacité variable équivalente Cvar- Comme cette diode varactor est insérée en série avec la capacité active, l'impédance d'entrée s'écrit :
1 1
Zin = ( Rne„ +— +— )
mg jCeqto jCVarto
D'après l'équation de l'impédance d'entrée citée ci-dessus, la partie réelle négative de la capacité active (Rneg) est indépendante de Cvar- Dans
ce cas, si l'on ajuste la valeur de la diode varactor pour accorder le filtre vers les basses fréquences, on observe des oscillations dues au fait que les pertes d'insertion sont moins importantes en basse fréquence qu'en haute fréquences (effet de peau).
Résumé de l'invention
Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose d'insérer parallèlement au circuit à résistance négative un élément à capacité variable tel qu'une diode varactor. Cette structure permet d'obtenir un filtre stop bande accordable ayant une réjection constante tout en assurant un circuit électrique stable et une consommation réduite.
Selon un mode de réalisation, lorsque le circuit à résistance négative est constitué d'un transistor dont le collecteur est connecté à un circuit série formé d'une résistance, d'une capacité et d'une inductance, l'élément à capacité variable est monté entre la base du transistor et la masse.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description d'un mode de réalisation non limitatif, cette description étant faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels ;
La figure 1 déjà décrite représente les bandes de fréquence pour le dividende numérique selon les régions.
La figure 2 déjà décrite représente schématiquement un mode de réalisation d'un filtre stop bande auquel peut s'appliquer l'invention.
La figure 3 déjà décrite représente le dessin du filtre stop bande de la figure 2 muni d'une capacité de charge.
La figure 4 déjà décrite représente le schéma électrique et le modèle équivalent d'une capacité active.
La figure 5 déjà décrite représente les courbes de transmission et de réjection obtenues en simulant le filtre stop bande de la figure 2 chargé par une capacité active.
La figure 6 déjà décrite représente un mode de réalisation d'une capacité active ainsi que le circuit équivalent.
La figure 7 représente un mode de réalisation d'une capacité active conforme à la présente invention ainsi que son circuit équivalent.
La figure 8 représente une maquette de validation d'un filtre stop bande muni d'un circuit à capacité active tel que représenté sur la figure 7 et
La figure 9 représente les résultats de simulation du filtre de la figure
8.
Description d'un mode de réalisation
Pour simplifier la description, dans les dessins les mêmes références représentent les mêmes éléments. Comme représenté sur la figure 7 et conformément à la présente invention, une diode varactor Cvar est insérée en parallèle sur le circuit à capacité active formé du transistor Q1 auquel sont connectées en série une inductance L, une capacité C et une résistance R reliée à la masse. Le circuit équivalent série du circuit à capacité active est représenté au centre de la figure 7. Dans ce cas, il est formé d'une capacité Ceq en série avec une résistance Rneg et la diode à capacité variable Cvar est connectée en parallèle sur ce circuit série entre la base du transistor Q1 et la masse. On peut montrer que le circuit représenté au milieu de la figure 7 est équivalent à un circuit RC série où la valeur de R est égale à résistance négative totale Rneg_totale donnée ci-dessous et la valeur de C est égale à Ceq_totale, donnée ci-dessous :
jCeqo) jCvaro)
OÙ ^ ~ ( ^ rieg '^ eq var -ω )2 + ( C eq + C var )
Zin = Rneg _totale - j/Ceq_totale ω
dans laquelle Rneg_Totale est la résistance négative équivalente vue en entrée de la structure de la capacité active en parallèle avec la diode Varactor.
Ceq_Totale est la capacité équivalente vue en entrée de la structure de la capacité active en parallèle avec la diode Varactor.
D'après l'équation citée ci-dessus, l'on constate maintenant que si la diode à capacité variable Cvar augmente, la résistance équivalente de la structure (Rneg_Totale) diminue et vice versa. Ce règlement automatique est donc indispensable pour maintenir un circuit électriquement stable lorsqu'il s'agit d'applications qui exigent de pouvoir être accordées. En effet, quand Cvar augmente, les pertes du circuit diminuent avec la fréquence de réjection, si bien que si Rneg_totale reste inchangée, il y a risque d'oscillation. La diminution simultanée de la valeur absolue de la résistance négative totale Rectale avec C„ permet d'assurer une meilleure stabilité du circuit notamment quand il s'agit d'accorder la fréquence de réjection sur une large plage de fréquence.
La structure décrite ci-dessus comprend une capacité active et une diode varactor mise en parallèle à l'entrée du transistor du circuit formant la capacité active. Par comparaison aux structures conventionnelles, cette nouvelle structure tout en améliorant la stabilité du filtre à capacité active, permet d'avoir les avantages suivants :
Pour une polarisation identique, elle permet d'augmenter la valeur globale de la capacité équivalente du circuit, réduisant ainsi la consommation électrique nécessaire pour pouvoir accorder le filtre.
Elle permet de contrôler la variation brutale de la partie réelle négative de la capacité active avec la variation de la tension de polarisation ou des composants qui la constituent. ■ Elle permet d'améliorer la réjection par un simple réglage de la tension de polarisation
Comme représenté à la figure 8, une maquette a été réalisée avec cette nouvelle topologie de capacité active dans un filtre. Cette maquette a été simulée utilisant l'outil d'ADS. Le filtre stop-bande considéré est celui de la figure 8. Les résultats de simulation sont présentés sur la figure 9.
On peut donc noter les performances suivantes :
• La réponse du filtre est accordable sur toute la bande du dividende numérique.
• La réjection du filtre stop bande est constante (> 40 dB) quelque soit la fréquence sélectionnée.
• En réflexion, le filtre montre une très bonne adaptation. Cette adaptation est strictement <0, ce qui montre que le filtre est électriquement stable.
• La tension de polarisation nécessaire pour l'alimentation du circuit varie peu, entre 1 .85 et 1 .98 V conduisant ainsi à un courant du collecteur qui varie entre 5 et 5.6 mA (au lieu de 4V-14mA pour la structure conventionnelle). Ceci permet donc au circuit de garder la même consommation, même lorsque le perturbateur est situé dans la bande basse du dividende numérique.
Vb (V)
Courbe (1 ) 1 .85
Courbe (2) 1 .88
Courbe (3) 1 .96
Courbe (4) 1 .98
. On voit aussi que les pertes d'insertion dans la bande sont très faibles (0.4 dB).
Dans tous les cas, S1 1 est inférieur à 0 et aucune oscillation n'a été détectée par une mesure à l'analyseur de spectre. Ceci permet donc de déterminer que le filtre est électriquement stable.
L'invention comporte les avantages suivants :
• cette nouvelle capacité active permet une meilleure maîtrise de la stabilité électrique,
• résolution de la problématique de la dégradation des performances liée à l'ajustement de sa fréquence centrale,
• cette nouvelle capacité active permet de contrôler une variation brutale de sa partie réelle négative, ce qui ne peut être fait dans le cas de la structure conventionnelle,
• cette nouvelle capacité active permet par rapport à la structure conventionnelle d'économiser de l'énergie,
• à l'aide de cette stucture, l'on a conçu un dispositif de filtrage stop bande permettant de résoudre la problématique de coexistence entre les deux standards DVB-H et WIMAX quelque soit la région considérée.
Claims
1 . Filtre stop bande actif comprenant une entrée de filtre et une sortie de filtre reliées par une ligne de transmission (LT), un résonateur (RE) couplé à la ligne de transmission et connectable à une impédance de charge formé par un circuit à résistance négative, caractérisé en ce qu'il comporte parallèlement au circuit à résistance négative une capacité variable (Cvar).
2. Un filtre stop bande actif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le circuit à résistance négative est constitué d'un transistor dont le collecteur est connecté à un circuit série formé d'une résistance (R), d'une capacité (C) et d'une inductance (L), la capacité variable (Cvar) étant montée entre la base du transistor et la masse.
3. Un filtre stop bande actif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la capacité variable est une diode varactor.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP10195416 | 2010-12-16 | ||
| EP10195416.2 | 2010-12-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012079776A1 true WO2012079776A1 (fr) | 2012-06-21 |
Family
ID=44583737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2011/053674 WO2012079776A1 (fr) | 2010-12-16 | 2011-03-11 | Filtre stop bande actif avec capacite variable |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2012079776A1 (fr) |
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Legal Events
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|
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