WO2023180636A1 - Antenne réseau à commande de phase - Google Patents

Antenne réseau à commande de phase Download PDF

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WO2023180636A1
WO2023180636A1 PCT/FR2022/050560 FR2022050560W WO2023180636A1 WO 2023180636 A1 WO2023180636 A1 WO 2023180636A1 FR 2022050560 W FR2022050560 W FR 2022050560W WO 2023180636 A1 WO2023180636 A1 WO 2023180636A1
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intermodulation products
order intermodulation
push
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PCT/FR2022/050560
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Thomas CAPELLI
Philippe Cathelin
Nathalie Deltimple
Anthony Ghiotto
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Institut Polytechnique De Bordeaux
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
Stmicroelectronics Sa
Universite de Bordeaux
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    • H03F2200/00Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Definitions

  • a phased array antenna comprises a matrix of elementary antennas to which signals are applied whose phase is adjusted according to the different elementary antennas so as to obtain a desired radiation pattern for the The entire phased array antenna.
  • a phased array antenna is thus configured to carry out beamforming making it possible to emit directional beams by adapting the phase of the signals supplying the elementary antennas.
  • the elementary antennas are controlled by radio frequency power amplifiers. These radio frequency power amplifiers are configured to amplify a low power radio frequency signal into a higher power signal. Phased array antennas can be used to communicate with different types of users.
  • phased array antennas can communicate with mobile phones, vehicles, connected objects, moving satellites, etc.
  • Phased array antennas can be configured to communicate according to fifth generation (5G) standards.
  • the phased array antenna is configured to generate multiple simultaneous beams directed toward the different devices.
  • power amplifiers are configured to generate several useful signals intended for different users. When a power amplifier generates several useful signals, it also generates spurious signals. For example, if the power amplifier generates two useful signals of different frequencies f 1 and f 2 , it also generates third order intermodulation products. These intermodulation products of the third order are then radiated by the phased array antenna. The radiated third-order intermodulation products may be present in a bandwidth of user devices.
  • FIG. 1 illustrates an example of radiation from a PANT phased array antenna.
  • the PANT phased array antenna generates beams BM1 and BM2 corresponding to two useful signals intended respectively for two users U1, U2.
  • the beam BM1 is for example directed at an angle ⁇ tone relative to a main orientation of the phased array antenna.
  • the PANT phased array antenna also emits beams IBM1, IBM2 corresponding to the third order intermodulation products generated by the power amplifier of the PANT phased antenna.
  • the IBM1 beam is directed towards another user U3.
  • the third order intermodulation products can then interfere with the communications of this other user U3.
  • the third order intermodulation products are on frequencies close to the frequencies of the useful signals.
  • Third order intermodulation products cannot therefore be easily filtered.
  • Pre-distortion and linearization techniques can be implemented to reduce third-order intermodulation products.
  • these techniques are expensive to implement, take up a significant amount of space in the electronic circuits of the antenna and consume energy. There is therefore a need to propose a simple, inexpensive and energy-efficient solution which makes it possible to reduce the impact of third-order intermodulation products.
  • a phased array antenna comprising: - a plurality of elementary antennas, - an amplifier circuit for each elementary antenna, the amplifier circuit comprising: ⁇ a power amplifier configured to amplify at least two signals utils of different frequencies to be transmitted by the elementary antenna, ⁇ a circuit for controlling the third-order intermodulation products configured to control a phase of the third-order intermodulation products generated by the amplifier circuit so as to control an orientation radiation of third-order intermodulation products emitted by the phased array antenna.
  • the amplifier circuit makes it possible to carry out spatial filtering of the third-order intermodulation products.
  • Such an amplifier circuit thus makes it possible to reduce the impact of third-order intermodulation products that can be generated by the power amplifier.
  • Such an amplifier circuit therefore makes it possible to reduce, or even avoid, interference in communications from third-party devices.
  • the third-order intermodulation product control circuit has the advantage of low power consumption.
  • the third-order intermodulation product control circuit comprises: - a second-order harmonic injection circuit configured to receive said useful signals as input and deliver at the output a harmonic signal of rank two from the useful signals, the harmonic injection circuit being adapted to be connected at the output to the output of the power amplifier so as to be able to combine the signal amplified by the power amplifier and the signal delivered by the second-order harmonic injection circuit before transmitting the combined signal to the elementary antenna, - a phase controller configured to be able to adapt the phase of the signal delivered by the second-order harmonic injection circuit. Acting on second-order harmonics makes it possible to generate third-order intermodulation products without impacting the useful signals.
  • the power amplifier is a differential amplifier.
  • the second-order harmonic injection circuit comprises two push-push differential amplifiers.
  • the differential power amplifier comprises two cascodes configured to amplify said at least two useful signals of different frequencies to be transmitted by the elementary antenna.
  • the second-order harmonic injection circuit comprises a first push-push differential amplifier comprising two cascodes connected at the output to an output of a first cascode of the differential power amplifier and a second push-push differential amplifier comprising two other cascodes connected at the output to an output of the second differential power amplifier cascode, the first push-push differential amplifier and the second push-push differential amplifier being configured to receive said at least two useful signals of different frequencies to be transmitted by the elementary antenna.
  • the phase of the third order intermodulation products is controlled so as to deflect radiation of the intermodulation products at an angle of several degrees relative to its initial direction in which the third order intermodulation products would be emitted without control of phase of third order intermodulation products.
  • the deviation angle can be determined according to the initial direction angle of the third-order intermodulation products, the number of elementary antennas and their spacing in the phased array antenna.
  • a method for transmitting useful signals by a phased array antenna comprising a plurality of elementary antennas, the method comprising, before the emission of at least two useful signals by each antenna elementary: - an amplification of said at least two useful signals to be transmitted by each elementary antenna, - a control of the third order intermodulation products produced by the amplification of said at least two useful signals by adapting a phase of the intermodulation products of the third order so as to control an orientation of radiation of the third order intermodulation products emitted during the transmission of the useful signals by the phased array antenna.
  • the control of the third-order intermodulation products comprises: - generation of a second-order harmonic signal from the useful signals to be transmitted by the antenna network and control of a phase of the second-order harmonic signal, then - a combination of the useful signals amplified with the second-order harmonic signal, then - transmission of the combined signal to the elementary antenna.
  • the phase of the third order intermodulation products is adapted so as to deflect radiation from the intermodulation products at an angle of several degrees relative to an initial direction in which the intermodulation products third order intermodulation would be transmitted without phase control of the third order intermodulation products.
  • FIG. 1 illustrates the prior art previously described
  • FIG. 2 illustrates a diagram of a BS base station configured to communicate with a user's APP device, in particular according to fifth generation 5G standards.
  • the BS base station has a PANT phased array antenna.
  • the PANT phased array antenna comprises a plurality of ANTE elementary antennas.
  • the ANTE elementary antennas are grouped into groups of four ANTE elementary antennas.
  • Each TRC transmission-reception circuit includes a BFRM beam shaping circuit (in English “beamformer”).
  • the beam shaping circuit BFRM is used to control a phase and an amplitude of the signals to be transmitted by each elementary antenna ANTE, so as to be able to adapt the orientation of the beams radiated by the phased array antenna PANT.
  • the TRC transmission-reception circuit also includes, for each ANTE elementary antenna, an AMPC amplifier circuit configured to amplify the signals to be transmitted by the ANTE elementary antenna.
  • Such an AMPC amplifier circuit includes in particular a power amplifier PA (visible in particular in Figures 3, 5 and 6).
  • the TRC transmission-reception circuit also includes, for each ANTE elementary antenna, a low noise amplifier LNA configured to amplify the signals received by the ANTE elementary antenna.
  • the TRC transmission-reception circuit also includes switches SW allowing either transmission or reception.
  • Figure 3 illustrates an AMPC amplifier circuit according to one embodiment.
  • the AMPC amplifier circuit includes a power amplifier PA configured to receive as input a two-tone signal TN1 and TN2.
  • the two-tone signal received at the input of the power amplifier PA thus presents a first tone TN1 at a frequency f1 and having a phase and an amplitude a 1 , and a second tone TN2 at a frequency f2 and having a phase ⁇ 2 and an amplitude a 2 .
  • the power amplifier is configured to output a two-tone amplified signal.
  • the two-tone signal delivered at the output of the power amplifier PA thus has a first tone TN1 at the frequency f1 and having a phase ⁇ 1 and an amplitude A 1 , greater than a 1 , and a second tone TN2 at a frequency f2 and having a phase ⁇ 2 and an amplitude A 2 , greater than a 2 .
  • the AMPC amplifier circuit further includes a third-order intermodulation product controller ICTRL.
  • the ICTRL third-order intermodulation product control is configured to modify the beam orientation of the third-order intermodulation products and/or the amplitude of the third-order intermodulation products.
  • the AMPC amplifier circuit makes it possible to modify the orientation of the IBM1 radiation of the third order intermodulation products by an angle ⁇ ⁇ relative to the direction of the products third order intermodulation products PIBM which could have been radiated if the third order intermodulation product controller ICTRL was not used.
  • the third-order intermodulation product controller ICTRL is configured to change third-order intermodulation products. of third-order intermodulation products is controlled so as to direct radiation of the intermodulation products at an angle of several degrees relative to its initial direction.
  • the deviation angle can be determined according to the initial direction angle of the third-order intermodulation products, the number of elementary antennas and their spacing in the phased array antenna.
  • Figures 5 and 6 illustrate an embodiment of a controller of the third order intermodulation products of an AMPC amplifier circuit.
  • the third-order intermodulation product controller ICTRL includes a second-order harmonic injection circuit IH2.
  • This second-order harmonic injection circuit IH2 is configured to receive the two-tone signal at the input and to generate at the output a signal comprising second-order harmonics. The signal generated at the output of the harmonic injection circuit is then on the frequencies 2f 1 and 2f 2 .
  • the output of the second-order harmonic injection circuit IH2 is connected to the output of the power amplifier PA so as to obtain at the output of the amplifier circuit AMPC a signal combining the signal amplified by the power amplifier and the signal generated by the second-order harmonic injection circuit.
  • the output signal from the amplifier circuit AMPC then comprises the two tones TN1, TN2 of the amplified signal on the frequencies f 1 and f 2 and the third order intermodulation products IMD3-1, IMD3-2 obtained from the circuit injection of second-order harmonic IH2 on the frequencies 2f 1 -f 2 and 2f 2 -f 1 .
  • the PCTRL third-order intermodulation products controller also has a PCTRL phase controller configured to control the phase of the signals generated by the second-order harmonic injection circuit IH2.
  • FIG. 6 illustrates an AMPC amplifier circuit according to one embodiment.
  • the AMPC amplifier circuit has an input IN configured to receive a two-tone signal, and an output OUT configured to deliver an amplified signal from the two-tone signal received as input.
  • the amplifier circuit AMPC comprises a single input separator circuit SIS configured to receive the two-tone signal as input and to deliver this two-tone signal via two outputs O1, O2.
  • the amplifier circuit AMPC comprises a first input balun BLIN1 of asymmetrical to differential type connected at the input to a first output O1 of the single input separator circuit SIS.
  • the amplifier circuit AMPC comprises a power amplifier PA and a second-order harmonic injection circuit IH2.
  • the power amplifier PA is connected to the IN input so that it can receive the dual-tone signal through the input balun BLIN1 and the single input separator circuit SIS.
  • the power amplifier PA is connected to the OUT output so as to be able to transmit the two-tone signal via a differential-to-asymmetric type BLOUT output balun.
  • the PA power amplifier includes a differential cascode of NMOS type transistors.
  • the power amplifier thus comprises two positive/negative amplification branches connected at the input to the first input balun BLIN1, and connected at the output to the output balun BLOUT.
  • Each amplification branch includes a CAS1, CAS2 cascode of NMOS transistors.
  • each branch presents a first NMOS type transistor M1, M3 and a second NMOS type transistor M2, M4 mounted in cascode.
  • These first transistors M1, M3 each include a gate controlled by the different signals delivered by the different outputs of the input balun BLIN1.
  • the first transistor M1, M3 of each branch further comprises a source connected to a cold point, in particular to a ground GND, and a drain connected to a source of the second transistor M2, M4 of the same branch.
  • the second transistors M2, M4 each further comprise a gate, the gates of the second transistors M2, M4 of each branch being connected to a first terminal of a resistive element R1.
  • This resistive element R1 has a second terminal configured to receive a voltage V GC .
  • the first terminal of the resistive element R1 is also connected to the cold point, in particular to ground GND, via a capacitive element C1.
  • the amplifier circuit AMPC also includes a second input balun BLIN2 of asymmetrical to differential type connected at the input to a second output O2 of the single input separator circuit SIS via the phase controller PCTRL of the intermodulation product controller of the third order ICTRL.
  • the PCTRL phase controller is configured to modify the phase of the signal delivered by the second O2 output of the single input separator circuit SIS.
  • the phase applied by the phase controller is defined by the beam shaping circuit BFRM and transmitted to the phase controller by the latter via an IN ⁇ ctrl input of the AMPC amplifier circuit.
  • the second-order harmonic injection circuit IH2 comprises two “push-push” type differential amplifiers. Each “push-push” amplifier has two cascodes CAS3, CAS6, for the first and CAS4 and CAS5 for the second.
  • a first cascode CAS3 comprises a first NMOS type transistor M5 having a gate connected to a first output of the second input balun BLIN2. This first transistor M5 presents also a source connected to the cold point, in particular to ground GND.
  • the first cascode CAS3 also includes a second NMOS type transistor M6 having a gate connected to a first terminal of a resistive element R2. This resistive element R2 has a second terminal configured to receive a voltage V GC .
  • the first terminal of the resistive element R2 is also connected to the cold point, in particular to ground GND, via a capacitive element C2.
  • the second transistor M6 also includes a source connected to a drain of the first transistor M5 of the same cascode CAS3.
  • a second cascode CAS4 comprises a first NMOS type transistor M7 having a gate connected to the first output of the second input balun BLIN2. This first transistor M7 also has a source connected to the cold point, in particular to ground GND.
  • the second cascode CAS4 also includes a second NMOS type transistor M8 having a gate connected to a first terminal of a resistive element R3. This resistive element R3 has a second terminal configured to receive a voltage V GC .
  • the first terminal of the resistive element R3 is also connected to the cold point, in particular to ground GND, via a capacitive element C3.
  • the second transistor M8 also includes a source connected to a drain of the first transistor M7 of the same CAS4 cascode.
  • a third CAS5 cascode comprises a first NMOS type transistor M9 having a gate connected to a second output of the second input balun BLIN2. This first transistor M9 also has a source connected to the cold point, in particular to ground GND.
  • the third cascode CAS5 also includes a second transistor M10 of the NMOS type having a gate connected to the first terminal of the resistive element R3.
  • the second transistor M10 also includes a source connected to a drain of the first transistor M9 of the same CAS5 cascode.
  • a fourth cascode CAS6 comprises a first NMOS type transistor M11 having a gate connected to the second output of the second input balun BLIN2. This first transistor also has a source connected to the cold point, in particular to ground GND.
  • the fourth CAS6 cascode also includes a second NMOS type transistor M12 having a gate connected to the first terminal of the resistive element R2.
  • the second transistor M12 also includes a source connected to a drain of the first transistor M11 of the same CAS6 cascode.
  • the drains of the second transistors M6 and M12 of the first and fourth cascodes CAS3 and CAS6 of the first “push-push” amplifier are connected to the drain of the second transistor M2 of the cascode CAS1 of the power amplifier PA.
  • the drains of the second transistors M8 and M10 of the second and third cascodes CAS4 and CAS5 of the second “push-push” amplifier are for their part connected to the drain of the second transistor M4 of the cascode CAS2 of the power amplifier PA.
  • the drain currents of the power amplifier and the “push-push” amplifiers are combined on the same node for each positive/negative branch.
  • the signal delivered by the output OUT includes the useful signals on the fundamental frequencies f 1 and f 2 according to respective phases ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • the signal delivered by the output OUT also includes third order intermodulation products IMD3-1 and IMD3-2 on the frequencies 2f 1 -f 2 and 2f 2 -f 1 and having respective phases ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ .
  • the phases of the IMD3-1 and IMD3-2 intermodulation products depend on the phase ⁇ ctrl set by the PCTRL phase controller.
  • the PCTRL phase controller thus makes it possible to modify the orientation of the BM1, BM2 radiation of the products of third order intermodulation IMD3-1 and IMD3-2.
  • “Push-push” amplifiers also make it possible to modify the amplitude, or even reduce it, A ⁇ and A ⁇ of the third order intermodulation products IMD3-1 and IMD3-2.
  • Acting on the second order harmonics makes it possible to generate third order intermodulation products IMD3-1 and IMD3-2 without impacting the useful signals.
  • the AMPC amplifier circuit By controlling the orientation of the radiation of the third-order intermodulation products, the AMPC amplifier circuit makes it possible to perform spatial filtering of the third-order intermodulation products.
  • Such an AMPC amplifier circuit thus makes it possible to reduce the impact of third-order intermodulation products that can be generated by the power amplifier.
  • Such an AMPC amplifier circuit makes it possible to reduce, or even eliminate, a risk of disrupting communications from third-party devices.
  • such an AMPC amplifier circuit has the advantages of being inexpensive, consuming little energy and occupying relatively little space in the phased array antenna.
  • Figure 7 illustrates a mode of implementation of a method of transmitting useful signals by a phased array antenna as described previously.
  • the method comprises steps 70 to 74 implemented for each ANTE elementary antenna.
  • the method thus includes reception 70 of the useful signals to be transmitted by the amplifier circuit AMPC associated with the elementary network antenna ANTE.
  • the method then includes an amplification 71 of the useful signals received by the amplifier circuit AMPC.
  • the method includes a step 72 of generating a second-order harmonic signal.
  • the second-order harmonic signal is generated from the useful signals to be transmitted by the array antenna.
  • This step 72 also includes checking a phase of the second-order harmonic signal.
  • the method includes a combination 73 of the amplified useful signals with the second-order harmonic signal.
  • the method includes a transmission 74 of the combined signal to the elementary antenna associated with the amplifier circuit in order to transmit it.

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Abstract

Selon un aspect, il est proposé une antenne réseau à commande de phase comprenant : - une pluralité d'antennes élémentaires, - un circuit amplificateur (AMPC) pour chaque antenne élémentaire (ANTE), le circuit amplificateur (AMPC) comportant : un amplificateur de puissance (PA) configuré pour amplifier au moins deux signaux uti les de fréquences différentes à émettre par l'antenne élémentaire, un circuit de contrôle des produits d'intermodulation (ICTRL) du troisième ordre configuré pour contrôler une phase des produits d'intermodulation du troisième ordre généré par le circuit amplificateur de façon à contrôler une orientation d'un rayonnement des produits d'intermodulation du troisième ordre émis par l'antenne réseau à commande de phase.

Description

DESCRIPTION Titre : ANTENNE RÉSEAU À COMMANDE DE PHASE Des modes de mise en œuvre et de réalisation concernent les antennes réseau à commande de phase. Une antenne réseau à commande de phase (en anglais « phased array antenna ») comporte une matrice d'antennes élémentaires sur lesquelles sont appliqués des signaux dont la phase est ajustée selon les différentes antennes élémentaires de façon à obtenir un diagramme de rayonnement souhaité pour l’ensemble de l’antenne réseau à commande de phase. Une antenne réseau à commande de phase est ainsi configurée pour réaliser une formation de faisceaux (en anglais « beamforming ») permettant d’émettre des faisceaux directionnels en adaptant la phase des signaux alimentant les antennes élémentaires. Les antennes élémentaires sont pilotées par des amplificateurs de puissance radiofréquence. Ces amplificateurs de puissance radiofréquence sont configurés pour amplifier un signal radiofréquence de faible puissance en un signal de puissance plus élevé. Les antennes réseau à commande de phase peuvent servir pour communiquer avec différents types d’utilisateurs. Par exemple, les antennes réseau à commande de phase peuvent communiquer avec des téléphones mobiles, des véhicules, des objets connectés, des satellites défilants… Les antennes réseau à commande de phase peuvent être configurées pour communiquer selon des standards de cinquième génération (5G). Afin de communiquer avec plusieurs appareils d’utilisateurs, l’antenne réseau à commande de phase est configurée pour générer plusieurs faisceaux simultanés dirigés vers les différents appareils . En particulier, les amplificateurs de puissance sont configurés pour générer plusieurs signaux utiles destinés à différents uti lisateurs . Lorsqu’un amplificateur de puissance génère plusieurs signaux utiles, il génère également des signaux parasites. Par exemple, si l ’amplificateur de puissance génère deux signaux utiles de fréquences différentes f1 et f2, il génère également des produits d’intermodulation du troisième ordre. Ces produits d’intermodulation du troisième ordre sont ensuite rayonnés par l’antenne réseau à commande de phase. Les produits d’intermodulations du troisième ordre rayonnés peuvent être présents dans une bande passante des appareils des utilisateurs. Les produits d’intermodulations du troisième ordre peuvent ainsi venir parasiter une communication existante avec l’antenne réseau à commande de phase ou une communication qui n’est même pas initiée par l’antenne réseau à commande de phase génératrice de produits d’intermodulation du troisième ordre. Par exemple, la figure 1 illustre un exemple de rayonnements d’une antenne réseau à commande de phase PANT. Ici, l’antenne réseau à commande de phase PANT génère des faisceaux BM1 et BM2 correspondant à deux signaux utiles destinés respectivement à deux utilisateurs U1, U2. Le faisceau BM1 est par exemple dirigé selon un angle ^ t o n e par rapport à une orientation principale de l’antenne réseau à commande de phase. L’antenne réseau à commande de phase PANT émet également des faisceaux IBM1, IBM2 correspondant aux produits d’intermodulation du troisième ordre générés par l’amplificateur de puissance de l’antenne à commande de phase PANT. Ici, le faisceau IBM1 est orienté vers un autre utilisateur U3. Les produits d’intermodulation du troisième ordre peuvent alors parasiter des communications de cet autre utilisateur U3. Les produits d’intermodulation du troisième ordre sont sur des fréquences proches des fréquences des signaux utiles. Les produits d’intermodulation du troisième ordre ne peuvent donc pas être facilement fi ltrés. Des techniques de pré-distorsion et de linéarisation peuvent être mises en œuvre pour réduire les produits d’intermodulation du troisième ordre. Néanmoins ces techniques sont coûteuses à mettre en œuvre, occupent une place importante dans les circuits électroniques de l’antenne et sont énergivores. Il existe donc un besoin de proposer une solution simple, peu coûteuse et peu consommatrice d’énergie qui permette de réduire l’impact des produits d’intermodulation du troisième ordre. Selon un aspect, il est proposé une antenne réseau à commande de phase comprenant : - une pluralité d’antennes élémentaires, - un circuit amplificateur pour chaque antenne élémentaire, le circuit amplificateur comportant : ż un amplificateur de puissance configuré pour amplifier au moins deux signaux uti les de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire, ż un circuit de contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre configuré pour contrôler une phase des produits d’intermodulation du troisième ordre générés par le circuit amplificateur de façon à contrôler une orientation d’un rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre émis par l’antenne réseau à commande de phase. En contrôlant l’orientation du rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre, le circuit amplificateur permet d’effectuer un filtrage spatial des produits d’intermodulation du troisième ordre. Un tel circuit amplificateur permet ainsi de réduire l’impact de produits d’intermodulation du troisième ordre pouvant être générés par l’amplificateur de puissance. Un tel circuit amplificateur permet donc de réduire, voire d’éviter, un parasitage des communications d’appareils tiers. En outre, le circuit de contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre a l’avantage de consommer peu d’énergie. Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre comprend : - un circuit d’injection d’harmoniques de rang deux configuré pour recevoir en entrée lesdits signaux utiles et délivrer en sortie un signal à harmoniques de rang deux à partir des signaux utiles, le circuit d’injection d’harmonique étant adapté à être connecté en sortie à la sortie de l’amplificateur de puissance de façon à pouvoir combiner le signal amplifié par l’amplificateur de puissance et le signal délivré par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux avant de transmettre le signal combiné à l’antenne élémentaire, - un contrôleur de phase configuré pour pouvoir adapter la phase du signal délivré par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux. Agir sur les harmoniques de rang deux permet de générer des produits d’intermodulation du troisième ordre sans impacter les signaux utiles. Un tel circuit de contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre est peu coûteux, consomme peu d’énergie et occupe une place relativement réduite dans le circuit amplificateur. De préférence, l’amplificateur de puissance est un amplificateur différentiel . Avantageusement, le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux comporte deux amplificateurs différentiels push-push. De préférence, l’amplificateur de puissance différentiel comporte deux cascodes configuré pour amplifier lesdits au moins deux signaux uti les de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire. Avantageusement, le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux comporte un premier amplificateur différentiel push-push comprenant deux cascodes reliés en sortie à une sortie d’un premier cascode de l’amplificateur de puissance différentiel et un deuxième amplificateur différentiel push-push comprenant deux autres cascodes reliés en sortie à une sortie du deuxième cascode de amplificateur de puissance différentiel, le premier amplificateur différentiel push-push et le deuxième amplificateur différentiel push-push étant configurés pour recevoir lesdits au moins deux signaux utiles de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire. Préférablement, la phase des produits d’intermodulation du troisième ordre est contrôlée de façon à dévier un rayonnement des produits d’intermodulation selon un angle de plusieurs degrés par rapport à sa direction initiale selon laquelle les produits d’intermodulation du troisième ordre seraient émis sans contrôle de phase des produits d’intermodulation du troisième ordre. L’angle de déviation peut être déterminé selon l’angle de direction initiale des produits d’intermodulation du troisième ordre, du nombre d’antennes élémentaires et de leur espacement dans l’antenne réseau à commande de phase. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé d’émission de signaux utiles par une antenne réseau à commande de phase comportant une pluralité d’antennes élémentaires, le procédé comportant, avant l’émission d’au moins deux signaux utiles par chaque antenne élémentaire : - une amplification desdits au moins deux signaux utiles à émettre par chaque antenne élémentaire, - un contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre produits par l’amplification desdits au moins deux signaux utiles en adaptant une phase des produits d’intermodulation du troisième ordre de façon à contrôler une orientation d’un rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre émis lors de l’émission des signaux utiles par l’antenne réseau à commande de phase. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, pour chaque antenne élémentaire, le contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre comprend : - une génération d’un signal à harmoniques de rang deux à partir des signaux uti les à émettre par l’antenne réseau et un contrôle d’une phase du signal à harmoniques de rang deux, puis - une combinaison des signaux utiles amplifiés avec le signal à harmonique de rang deux, puis - une transmission du signal combiné à l’antenne élémentaire. Dans un mode de mise en œuvre avantageux, la phase des produits d’intermodulation du troisième ordre est adaptée de façon à dévier un rayonnement des produits d’intermodulation selon un angle de plusieurs degrés par rapport à une direction initiale selon laquelle les produits d’intermodulation du troisième ordre seraient émis sans contrôle de phase des produits d’intermodulation du troisième ordre. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : [Fig 1] illustre l’art antérieur précédemment décrit , [Fig 2] [Fig 3] [Fig 4] [Fig 5] [Fig 6] [Fig 7] illustrent des modes de réalisation et de mise en œuvre de l’invention. La figure 2 il lustre un schéma d’une station de base BS configurée pour communiquer avec un appareil APP d’un utilisateur, notamment selon des standards de cinquième génération 5G. La station de base BS comporte une antenne réseau à commande de phase PANT. L’antenne réseau à commande de phase PANT comprend une pluralité d’antennes élémentaires ANTE. Les antennes élémentaires ANTE sont groupées par groupe de quatre antennes élémentaires ANTE. Les antennes élémentaires ANTE d’un même groupe sont associées à un même circuit d’émission-réception TRC. Chaque circuit d’émission-réception TRC comporte un circuit modeleur de faisceau BFRM (en anglais « beamformer »). Le circuit modeleur de faisceau BFRM est utilisé pour contrôler une phase et une amplitude des signaux à émettre par chaque antenne élémentaire ANTE, de façon à pouvoir adapter l’orientation des faisceaux rayonnés par l’antenne réseau à commande de phase PANT. Le circuit d’émission-réception TRC comporte également pour chaque antenne élémentaire ANTE un circuit amplificateur AMPC configuré pour amplifier les signaux à émettre par l’antenne élémentaire ANTE. Un tel circuit amplificateur AMPC comporte notamment un amplificateur de puissance PA (visible notamment aux figures 3, 5 et 6). Le circuit d’émission-réception TRC comporte également pour chaque antenne élémentaire ANTE un amplificateur faible bruit LNA configuré pour amplifier les signaux reçus par l’antenne élémentaire ANTE. Le circuit d’émission-réception TRC comporte également des interrupteurs SW permettant d’effectuer soit une émission soit une réception. La figure 3 illustre un circuit amplificateur AMPC selon un mode de réalisation. Le circuit amplificateur AMPC comporte un amplificateur de puissance PA configuré pour recevoir en entrée un signal à deux tons TN1 et TN2. Le signal à deux tons reçu en entrée de l’amplificateur de puissance PA présente ainsi un premier ton TN1 à une fréquence f1 et ayant une phase
Figure imgf000009_0001
et une amplitude a1, et un deuxième ton TN2 à une fréquence f2 et ayant une phase ^2 et une amplitude a2. L’amplificateur de puissance est configuré pour délivrer en sortie un signal amplifié à deux tons. Le signal à deux tons délivré en sortie de l’amplificateur de puissance PA présente ainsi un premier ton TN1 à la fréquence f1 et ayant une phase ^1 et une amplitude A1, supérieure à a1, et un deuxième ton TN2 à une fréquence f2 et ayant une phase ^2 et une amplitude A2, supérieure à a2. Le circuit amplificateur AMPC comprend en outre un contrôleur de produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL. Le contrôle de produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL est configuré pour modifier l’orientation des faisceaux des produits d’intermodulations du troisième ordre et/ou l’amplitude des produits d’intermodulation du troisième ordre. En particulier, comme illustré dans le schéma de rayonnement représenté à la figure 4, le circuit amplificateur AMPC permet de modifier l’orientation du rayonnement IBM1 des produits d’intermodulation du troisième ordre d’un angle ^^ par rapport à la direction des produits d’intermodulation du troisième ordre PIBM qui aurait pu être rayonnés si le contrôleur de produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL n’était pas uti lisé. Pour modifier l’orientation du rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre, le contrôleur de produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL est configuré pour modifier des produits d’intermodulation du troisième ordre.
Figure imgf000010_0001
des produits d’intermodulation du troisième ordre est contrôlée de façon à diriger un rayonnement des produits d’intermodulation selon un angle de plusieurs degrés par rapport à sa direction initiale. L’angle de déviation peut être déterminé selon l’angle de direction initiale des produits d’intermodulation du troisième ordre, du nombre d’antennes élémentaires et de leur espacement dans l’antenne réseau à commande de phase. En part iculier, les figures 5 et 6 illustrent un mode de réalisation d’un contrôleur des produits d’intermodulation du troisième ordre d’un circuit amplificateur AMPC. Le contrôleur des produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL comporte un circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2. Ce circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2 est configuré pour recevoir le signal bi-tons en entrée et pour générer en sortie un signal comportant des harmoniques de rang deux. Le signal généré en sortie du circuit d’injection d’harmoniques est alors sur les fréquences 2f1 et 2f2. La sortie du circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2 est reliée à la sortie de l’amplificateur de puissance PA de façon à obtenir en sort ie du circuit amplificateur AMPC un signal combinant le signal amplifié par l’amplificateur de puissance et le signal généré par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux. Le signal en sortie du circuit amplificateur AMPC comporte alors les deux tons TN1, TN2 du signal amplifié sur les fréquences f1 et f2 et les produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1, IMD3- 2 obtenues à partir du circuit d’injection d’harmonique de rang deux IH2 sur les fréquences 2f1-f2 et 2f2-f1. Le contrôleur des produits d’intermodulation du troisième ordre PCTRL comporte également un contrôleur de phase PCTRL configuré pour contrôler la phase des signaux générés par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2. Les phases
Figure imgf000011_0001
et ^ȕ des produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1 et IMD3-2 dépendent alors des phases ^1 et
Figure imgf000011_0002
du signal
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du signal généré par le circuit d’injection d’harmoniques. La figure 6 illustre un circuit amplificateur AMPC selon un mode de réalisation. Le circuit amplificateur AMPC présente une entrée IN configurée pour recevoir un signal bi-tons, et une sort ie OUT configurée pour délivrer un signal amplifié à partir du signal bi-tons reçu en entrée. Le circuit amplificateur AMPC comporte un circuit séparateur à entrée unique SIS configuré pour recevoir en entrée le signal bi-tons et pour délivrer ce signal bi-tons par deux sorties O1, O2. En particulier, le circuit amplificateur AMPC comporte un premier balun d’entrée BLIN1 de type asymétrique vers différentiel connecté en entrée à une première sortie O1 du circuit séparateur à entrée unique SIS. Comme vu précédemment, le circuit amplificateur AMPC comporte un amplificateur de puissance PA et un circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2. L’amplificateur de puissance PA est connecté à l’entrée IN de façon à pouvoir recevoir le signal bi-tons par l’intermédiaire du balun d’entrée BLIN1 et du circuit séparateur à entrée unique SIS. L’amplificateur de puissance PA est connecté à la sortie OUT de façon à pouvoir transmettre le signal bi-tons par l’intermédiaire d’un balun de sortie BLOUT de type différentiel-vers-asymétrique. L’amplificateur de puissance PA comprend un cascode différentiel de transistors de type NMOS. L’amplificateur de puissance comporte ainsi deux branches d’amplification positive/négative reliées en entrée au premier balun d’entrée BLIN1, et rel iées en sortie au balun de sortie BLOUT. Chaque branche d’amplification comporte un cascode CAS1, CAS2 de transistors NMOS. En particulier, chaque branche présente un premier transistor M1, M3 de type NMOS et un deuxième transistor M2, M4 de type NMOS montés en cascode. Ces premiers transistors M1, M3 comportent chacun une grille commandée par les différents signaux délivrés par les différentes sorties du balun d’entrée BLIN1. Le premier transistor M1, M3 de chaque branche comporte en outre une source connectée à un point froid, notamment à une masse GND, et un drain connecté à une source du deuxième transistor M2, M4 de la même branche. Les deuxièmes transistors M2, M4 comportent en outre chacun une grille, les grilles des deuxièmes transistors M2, M4 de chaque branche étant connectées à une première borne d’un élément résistif R1. Cet élément résistif R1 présente une deuxième borne configurée pour recevoir une tension VGC. La première borne de l’élément résist if R1 est également reliée au point froid, notamment à la masse GND, par l’intermédiaire d’un élément capacitif C1. Le circuit amplificateur AMPC comporte également un deuxième balun d’entrée BLIN2 de type asymétrique vers différentiel connecté en entrée à une deuxième sortie O2 du circuit séparateur à entrée unique SIS par l’intermédiaire du contrôleur de phase PCTRL du contrôleur de produits d’intermodulation du troisième ordre ICTRL. Le contrôleur de phase PCTRL est configuré pour modifier la phase du signal délivré par la deuxième sortie O2 du circuit séparateur à entrée unique SIS. La phase appliquée par le contrôleur de phase est définie par le circuit modeleur de faisceau BFRM et transmise au contrôleur de phase par ce dernier par l’intermédiaire d’une entrée IN^c t r l du circuit amplificateur AMPC. Le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux IH2 comporte deux amplificateurs différentiels de type « push-push ». Chaque amplificateur « push-push » comporte deux cascodes CAS3, CAS6, pour le premier et CAS4 et CAS5 pour le second. Un premier cascode CAS3 comporte un premier transistor M5 de type NMOS présentant une gril le connectée à une première sortie du deuxième balun d’entrée BLIN2. Ce premier transistor M5 présente également une source connectée au point froid, notamment à la masse GND. Le premier cascode CAS3 comporte également un deuxième transistor M6 de type NMOS présentant une grille connectée à une première borne d’un élément résistif R2. Cet élément résistif R2 présente une deuxième borne configurée pour recevoir une tension VGC. La première borne de l’élément résistif R2 est également reliée au point froid, notamment à la masse GND, par l’intermédiaire d’un élément capacit if C2. Le deuxième transistor M6 comporte également une source connectée à un drain du premier transistor M5 du même cascode CAS3. Un deuxième cascode CAS4 comporte un premier transistor M7 de type NMOS présentant une grille connectée à la première sortie du deuxième balun d’entrée BLIN2. Ce premier transistor M7 présente également une source connectée au point froid, notamment à la masse GND. Le deuxième cascode CAS4 comporte également un deuxième transistor M8 de type NMOS présentant une grille connectée à une première borne d’un élément résistif R3. Cet élément résistif R3 présente une deuxième borne configurée pour recevoir une tension VGC. La première borne de l’élément résistif R3 est également reliée au point froid, notamment à la masse GND, par l’intermédiaire d’un élément capacit if C3. Le deuxième transistor M8 comporte également une source connectée à un drain du premier transistor M7 du même cascode CAS4. Un troisième cascode CAS5 comporte un premier transistor M9 de type NMOS présentant une grille connectée à une deuxième sortie du deuxième balun d’entrée BLIN2. Ce premier transistor M9 présente également une source connectée au point froid, notamment à la masse GND. Le troisième cascode CAS5 comporte également un deuxième transistor M10 de type NMOS présentant une gri lle connectée à la première borne de l’élément résistif R3. Le deuxième transistor M10 comporte également une source connectée à un drain du premier transistor M9 du même cascode CAS5. Un quatrième cascode CAS6 comporte un premier transistor M11 de type NMOS présentant une grille connectée à la deuxième sortie du deuxième balun d’entrée BLIN2. Ce premier transistor présente également une source connectée au point froid, notamment à la masse GND. Le quatrième cascode CAS6 comporte également un deuxième transistor M12 de type NMOS présentant une gri lle connectée à la première borne de l’élément résistif R2. Le deuxième transistor M12 comporte également une source connectée à un drain du premier transistor M11 du même cascode CAS6. Les drains des deuxièmes transistors M6 et M12 des premier et quatrième cascodes CAS3 et CAS6 du premier amplificateur « push- push » sont connectés au drain du deuxième transistor M2 du cascode CAS1 de l’amplificateur de puissance PA. Les drains des deuxièmes transistors M8 et M10 des deuxième et troisième cascodes CAS4 et CAS5 du second amplificateur « push- push » sont quant à eux connectés au drain du deuxième transistor M4 du cascode CAS2 de l’amplificateur de puissance PA. Ainsi , les courants de drain de l’amplificateur de puissance et des amplificateurs « push-push » sont combinés sur un même nœud pour chaque branche posit ive/négative. En combinant les courants de drain de l’amplificateur de puissance PA et des amplificateurs « push-push » du circuit d’injection d’harmonique de rang deux IH2, le signal délivré par la sortie OUT comporte les signaux utiles sur les fréquences fondamentales f1 et f2 selon des phases ^1 et ^2 respectives. Le signal délivré par la sortie OUT comporte également des produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1 et IMD3-2 sur les fréquences 2f1-f2 et 2f2-f1et ayant pour phase respectives ^Į et ^ȕ . Comme indiqué précédemment, les phases des produits d’intermodulation IMD3-1 et IMD3-2 dépendent de la phase ^ c t r l définie par le contrôleur de phase PCTRL. Le contrôleur de phase PCTRL permet ainsi de modifier l’orientation des rayonnements BM1, BM2 des produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1 et IMD3-2. Les amplificateurs « push-push » permettent également de modifier l’amplitude, voire de la réduire, AĮ et Aȕ des produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1 et IMD3-2. Le fait d’agir sur les harmoniques de rang deux permet de générer des produits d’intermodulation du troisième ordre IMD3-1 et IMD3-2 sans impacter les signaux uti les. En contrôlant l’orientation du rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre, le circuit amplificateur AMPC permet d’effectuer un filtrage spatial des produits d’intermodulation du troisième ordre. Un tel circuit amplificateur AMPC permet ainsi de réduire l’impact de produits d’intermodulation du troisième ordre pouvant être générés par l’amplificateur de puissance. Un tel circuit amplificateur AMPC permet de réduire, voire d’éliminer, un risque de perturber des communications d’appareils tiers. En outre, un tel circuit amplificateur AMPC présente comme avantages d’être peu coûteux, de consommer peu d’énergie et d’occuper une place relativement réduite dans l’antenne réseau à commande de phase. La figure 7 illustre un mode de mise en œuvre d’un procédé d’émission de signaux uti les par une antenne réseau à commande de phase telle que décri te précédemment. Le procédé comporte des étapes 70 à 74 mises en œuvre pour chaque antenne élémentaire ANTE. Le procédé comporte ainsi une réception 70 des signaux utiles à émettre par le circuit amplificateur AMPC associé à l’antenne réseau élémentaire ANTE. Le procédé comporte ensuite une amplification 71 des signaux utiles reçus par le circuit amplificateur AMPC. En parallèle, le procédé comporte une étape 72 de génération d’un signal à harmoniques de rang deux. Dans cette étape 72, le signal à harmoniques de rang deux est généré à partir des signaux utiles à émettre par l’antenne réseau. Cette étape 72 comporte également un contrôle d’une phase du signal à harmoniques de rang deux. Ensuite, le procédé comporte une combinaison 73 des signaux utiles amplifiés avec le signal à harmonique de rang deux. Finalement, le procédé comporte une transmission 74 du signal combiné à l’antenne élémentaire associée au circuit amplificateur afin de procéder à son émission.

Claims

REVENDICATIONS 1. Antenne réseau à commande de phase comprenant : - une pluralité d’antennes élémentaires (ANTE), - un circuit amplificateur (AMPC) pour chaque antenne élémentaire (ANTE), le circuit amplificateur (AMPC) comportant : ż un amplificateur de puissance (PA) configuré pour amplifier au moins deux signaux utiles de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire, ż un circuit de contrôle des produits d’intermodulation (ICTRL) du troisième ordre configuré pour contrôler une phase des produits d’intermodulation du troisième ordre générés par le circuit amplificateur de façon à contrôler une orientation d’un rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre émis par l’antenne réseau à commande de phase. 2. Antenne selon la revendication 1, dans laquelle le circuit de contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre (ICTRL) comprend : - un circuit d’injection d’harmoniques de rang deux (IH2) configuré pour recevoir en entrée lesdits signaux uti les (TN1, TN2) et délivrer en sortie un signal à harmoniques de rang deux à partir des signaux utiles (TN1, TN2), le circuit d’injection d’harmonique (IH2) étant adapté à être connecté en sort ie à la sortie de l’amplificateur de puissance (PA) de façon à pouvoir combiner le signal amplifié par l’amplificateur de puissance (PA) et le signal délivré par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux (IH2) avant de transmettre le signal combiné à l’antenne élémentaire (ANTE), - un contrôleur de phase (PCTRL) configuré pour pouvoir adapter la phase du signal délivré par le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux (IH2). 3. Antenne selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans laquelle l’amplificateur de puissance (PA) est un amplificateur différentiel . 4. Antenne selon la revendication 3, dans laquelle le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux (IH2) comporte deux amplificateurs différentiels push-push. 5. Antenne selon la revendication 4 dans laquelle : - l’amplificateur de puissance différentiel (PA) comporte deux cascodes (CAS1, CAS2) configuré pour amplifier lesdits au moins deux signaux utiles de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire, - le circuit d’injection d’harmoniques de rang deux (IH2) comporte un premier amplificateur différentiel push-push comprenant deux cascodes (CAS3, CAS6) reliés en sortie à une sortie d’un premier cascode (CAS1) de l’amplificateur de puissance différentiel (PA) et un deuxième amplificateur différentiel push-push comprenant deux autres cascodes (CAS4, CAS5) reliés en sortie à une sortie du deuxième cascode (CAS2) de amplificateur de puissance différentiel (PA), le premier amplificateur différentiel push-push et le deuxième amplificateur différentiel push- push étant configurés pour recevoir lesdits au moins deux signaux utiles de fréquences différentes à émettre par l’antenne élémentaire. 6. Antenne selon l’une des revendications 1 à 5 dans laquelle la phase des produits d’intermodulation du troisième ordre est contrôlée de façon à dévier le rayonnement des produits d’intermodulation selon un angle de plusieurs degrés par rapport à une direction initiale selon laquelle les produits d’intermodulation du troisième ordre seraient émis sans contrôle de phase des produits d’intermodulation du troisième ordre.. 7. Procédé d’émission de signaux utiles par une antenne réseau à commande de phase (PANT) comportant une pluralité d’antennes élémentaires (ANTE), le procédé comportant , avant l’émission d’au moins deux signaux utiles par chaque antenne élémentaire : - une amplification (71) desdits au moins deux signaux uti les à émettre par chaque antenne élémentaire (ANTE), - un contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre produits par l’amplification desdits au moins deux signaux utiles en adaptant une phase des produits d’intermodulation du troisième ordre de façon à contrôler une orientation d’un rayonnement des produits d’intermodulation du troisième ordre émis lors de l’émission des signaux utiles par l’antenne réseau à commande de phase (PANT). 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, pour chaque antenne élémentaire (ANTE), le contrôle des produits d’intermodulation du troisième ordre comprend : - une génération (72) d’un signal à harmoniques de rang deux à partir des signaux uti les à émettre par l’antenne réseau et un contrôle d’une phase du signal à harmoniques de rang deux, puis - une combinaison (73) des signaux uti les amplifiés avec le signal à harmonique de rang deux, puis - une transmission (74) du signal combiné à l’antenne élémentaire. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendication 7 ou 8, dans lequel la phase des produits d’intermodulation du troisième ordre est adaptée de façon à diriger un rayonnement des produits d’intermodulation selon un angle de plusieurs degrés par rapport à une direction initiale selon laquelle les produits d’intermodulation du troisième ordre seraient émis sans contrôle de phase des produits d’intermodulation du troisième ordre.
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