Brevet FR2517491A1 — publié le 19830603

COMBINEUR-MELANGEUR A TRANSISTOR DOUBLE SOURCE L'invention concerne un circuit de combinaison, du type comprenant deux entrées et une sortie, au moyen duquel le signal de sortie obtenu est la somme des deux signaux d'entrée; l'invention concerne également un circuit de combinaison et de mélange, au moyen duquel le signal de sortie obtenu est le mélange des deux signaux d'entrée. L'invention a trait aux transmissions de signaux, par exem- ple par satellites artificiels, et plus spécifiquement aux circuits de réception et de traitement de ces signaux Le circuit selon l'inven- tion concerne la transposition de fréquences à effectuer entre la fréquence d'émission des signaux (par exemple, pour les systèmes de télédistribution par satellites artificiels, cette fréquence peut être comprise entre 11,5 et 12,5 G Hz), et une fréquence intermédiaire (par exemple de 1 G Hz, pour ces mêmes systèmes). Le choix des fréquences pour lessystèmes de télédistribution (et même, plus généralement, de télécommunications) est conditionné par le milieu dans lequel vont être émis ces signaux, et par la puis- sance disponible dans la station émettrice La qualité d'un signal n'est acceptable que lorsque le rapport du niveau du signal utile au bruit perturbateur est suffisamment grand Or, une partie de ce bruit est recueillie par l'antenne de réception, et une autre partie est pro- duite dans le récepteur Le bruit recueilli par l'antenne ne peut être réduit que par un choix judicieux des fréquences. Les fréquences de fonctionnement sont donc choisies dans les fenêtres radioélectriques, globalement entre 0,5 et 50 G Hz Et, les bandes de fréquences,récemment attribuées par le CCIR pour la télédistribution par satellite artificiel sont comprises entre 11,7 et 12,5 G Hz. Le signal émis par le satellite à haute fréquence est reçu à terre par une station communautaire ou individuelle, et converti en un signal de plus basse fréquence, de façon à être accepté par un appareil de télévision standard En fait, ce changement de fréquences s'effectue en plusieurs étapes: un premier changement de fréquence, de la fréquence d'émission ( 12 G Hz) à une fréquence intermédiaire ( 1 G Hz), d'autres changements de fréquence ayant lieu ultérieurement jusqu'à la fréquence d'environ 130 M Hz, à laquelle s'effectue la démo- dulation de fréquence et la modulation d'amplitude d'une fréquence por- teuse qui sera appliquée à un récepteur de télévision standard. Selon l'art antérieur, les changements de fréquences étaient effectués au moyen d'une diode Schottky, à haute fréquence de coupure ou d'un transistor à effet de champ par exemple, suivie d'un filtre adéquat destiné-à sélectionner parmi les diverses fréquences présentes en sortie, la fréquence désirée Une telle réalisation sup- posait des lignes de transmission, par exemple de type microrubans, et un moyen de couplage pour fournir à l'entrée de ladite diode les signaux à mélanger. Une telle réalisation présente un inconvénient principal, celui d'un encombrement par trop important. Le but de la présente invention vise à pallier le susdit inconvénient en proposant une solution, selon une technologie mono- lithique. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre et mesurer la portée de l'invention La figure 1 représente un diagramme synoptique de la récep- tion et de la transposition de fréquences d'un signal. La figure 2 représente une réalisation selon l'art antérieur de ce circuit. La figure 3 représente la réalisation d'un circuit de combinaison et de mélange de deux signaux. La figure 4 représente un transistor double source. La figure 5 représente le circuit de combinaison, selon la présente invention, et la figure 6, le circuit de combinaison et de mélange, selon la présente invention. Le diagramme synoptique, selon la figure 1, représente le dispositif de réception et de transposition de fréquences d'un signal reçu par exemple d'un satellite, et qui est disposé générale- ment à proximité de l'antenne, dans ce que l'on appelle usuellement la "tête de réception" Ce dispositif se compose donc d'une antenne 1, sous la forme d'un réflecteur parabolique, d'un diamètre voisin d'un mètre, au foyer duquel se trouve la tête de réception proprement dite qui comprend: un filtre passe-bande 2, un préamplificateur ( 12 G Hz), référencé 3, un filtre à réjection de fréquence 4 destiné à éviter la transmission de signaux de fréquences parasites non désirées, un mé- langeur 6 à une autre entrée duquel est appliqué le signal (de 11 G Hz), provenant d'un oscillateur local 5, par exemple un transistor à effet de champ, et un amplificateur 7 de fréquence intermédiaire ( 1 G Hz). Un exemple de réalisation, selon l'art antérieur, de ce circuit est représenté à la figure 2 Sur un support, par exemple en alumine, on réalise selon la technologie connue des microrubans, une première ligne de transmission sur laquelle est envoyé le signal pro- venant de l'antenne 11 Ce signal est appliqué à la grille d'un tran- sistor à effet de champ 13 dont la source est reliée à la terre par deux trous métallisés La tension de polarisation est appliquée à ce transistor 13, au travers d'un filtre à structure circulaire, conçu par la Demanderesse et protégé par une précédente demande de brevet, déposée le 25 Juin 1979 sous le numéro 79 16 260 De façon à minimiser le bruit, une adaptation d'impédance est réalisée sous la forme d'une ligne étroite d'impédance élevée, suivie d'une ligne quart d'onde de faible impédance Un filtre 14, à coupure de bande, est réalisé sous la forme d'échancrures en "ergots" (en anglo-saxon:"spur-line filter'5. Sur une seconde ligne de transmission est envoyé le signal provenant de l'oscillateur local 15 Ce signal est couplé au moyen d'un coupleur directionnel 16, et les deux signaux sont appliqués sur la première ligne de transmission à l'électrode de grille d'un transistor à effet de champ 17, dans lequel s'opère le mélange des deux signaux. Pour de plus amples informations sur l'art antérieur, il peut être intéressant de consulter la revue PHILIPS TECHNICAL REVIEW, volume 39, 1980, NO 10, et plus particulièrement l'article intitulé "Low-noise 12 G Hz front end designs for direct satellite television réception" par P HARROP, P LESARTRE et T H A M VLEK Un procédé particulier de réalisation de ces échancrures en "ergots", est décrit et protégé par une précédente demande de brevet déposée au nom de la Demanderesse, sous le numéro 80 05 181, en date du 7 Mars 1980. Cette réalisation selon l'art antérieur présente l'incon- vénient principal d'un encombrement trop important L'intégration des têtes de réception nécessite de concevoir des solutions monoli- thiques avant d'obtenir dans un proche futur des solutions totalement intégrées sur un substrat d'arséniure de gallium L'invention vise à pallier cet inconvénient en proposant une réalisation plus compacte. La figure 3 représente le circuit de combinaison et de mélange, réalisé au moyen de transistors à effet de champ Les signaux à combiner sont appliqués aux sources 51 et 52 des deux transistors à effet de champ T 1 et T 2, montés en grille commune Les signaux récu- pérés sur les électrodes de drain Dl et D 2 sont appliqués ensemble sur l'électrode de grille G 3 d'un transistor à effet de champ T 3 monté en source commune. Le premier étage de ce circuit, constitué par les deux transistors T 1 et T 2 montés en grille commune, réalise une adaptation d'impédance de telle sorte que les deux signaux, l'un provenant par exemple du satellite, de fréquence 12 G Hz, et l'autre provenant par exemple d'un oscillateur local, de fréquence 11 G Hz, soient appliqués chacun à un circuit dont l'impédance d'entrée est voisine de l'impé- dance caractéristique 50 Q, alors que l'impédance de sortie de ces circuits est très grande. Une adaptation d'impédance, référencée 18, est nécessaire de façon à réaliser un transfert optimal de puissance entre les deux étages. Le deuxième étage de ce circuit, constitué par le transis- tor à effet de champ T 3, monté en source commune, permet d'obtenir, si convenablement polarisé, le mélange des deux signaux avec un point de fonctionnement situé dans une partie non linéaire de sa courbe carac- téristique ID = f(V 5 G) Le signal récupéré sur l'électrode de drain D 3, doit alors être filtré, de telle sorte que l'on ne conserve que le signal de fréquence désiré, en l'espèce celui dont la fréquence est la différence des fréquences des deux signaux appliqués à l'entrée, soit dans ce cas particulier 1 G Hz Il est bien évident que ces nombres ne sont donnés qu'à titre d'illustration et ne sauraient en aucun cas être considérés comme une limitation de la présente invention. La figure 4 représente un composant connu, à savoir un tran- sistor double source Ce transistor est connu de par exemple la publi- cation PHILIPS TECHNICAL REVIEW, volume 39, N 010, p 269-276, de l'article intitulé "Low-noise microwave Ga As field effect transistor", par P BAUDET, M BINET, et D BOCCON-GIBOD, notamment de la figure 1 de cet article. Cependant, si ce composant est connu, il n'a jamais été imaginé que l'on pouvait appliquer sur les deux électrodes de source des signaux différents Cette nouvelle structure et technologie sub- séquente n'ont été mises au point que pour réduire la résistance de grille, soit en mettant deux portions de grille en parallèle, soit en prenant contact au milieu de la grille. L'idée principale de l'invention revient en l'application nouvelle, sur ce composant connu, de deux signaux de fréquences diffé- rentes, de telle sorte que l'on récupère sur l'électrode de drain un signal qui soit la combinaison additive des deux signaux appliqués sur les deux électrodes de source. La figure 5 représente alors le nouveau circuit de combinai- son selon la présente invention Sur les deux électrodes de sources 51 et 52 de ce transistor DSFET ("dual-source field effet transistor", ou transistor à effet de champ à double source) sont appliqués les deux signaux en provenance du satellite ( 12 G Hz) et d'un oscillateur local ( 11 G Hz), alors que l'électrode de grille G est reliée à la masse, par exemple par un trou métallisé au travers du substrat (par exemple en Ga As), et que le signal ainsi combiné est récupéré sur l'électrode de drain D. Ce signal peut être alors appliqué par exemple à l'électrode de grille d'un transistor à effet de champ T 3, ainsi que représenté à la figure 6, de façon à assurer le mélange des deux signaux, un circuit d'adaptation 18 permettant d'assurer le transfert optimal de puissance, et le signal ainsi mélangé peut être récupéré sur l'é- lectrode de drain D 3, éventuellement après filtrage, de façon à éliminer les fréquences indésirables et à ne conserver, en ce cas particulier, que la fréquence intermédiaire de 1 G Hz. Il est bien évident pour l'homme de l'art que de nombreuses variantes peuvent être imaginées sans sortir pour cela du cadre de la présente invention, tel que défini par les revendications ci-après annexées. REVENDICATIONS 1 Circuit de combinaison, du type comprenant deux en- trées et une sortie, au moyen duquel le signal de sortie obtenu est la somme des deux signaux d'entrée, caractérisé en ce qu'il comporte un seul transistor double source, monté en grille commune, alors que les deux signaux d'entrée sont appliqués sur les deux électrodes de source ( 51,52) et que le signal de sortie est obtenu sur l'unique électrode de drain (D). 2 Circuit de combinaison et de mélange, du type compre- nant au moins deux entrées et une sortie, au moyen duquel le signal de sortie obtenu est le mélange des deux signaux d'entrée, caracté- risé en ce qu'il comporte un premier circuit de combinaison, selon la revendication 1, et que le signal de sortie de ce premier circuit est appliqué, au travers d'une adaptation d'impédance ( 18), à l'élec- trode de grille (G 3) d'un transistor à effet de champ (T 3), monté en source commune, dont la tension de polarisation est telle qu'il fonc- tionne dans une région de sa courbe ID = f(VGS) non linéaire, et que le signal de sortie de ce circuit de combinaison et de mélange est obtenu sur l'électrode de drain (D 3) de ce transistor à effet de champ (T 3).