Brevet FR2651936A1 — publié le 19910315

La présente invention concerne un amplifica- teur à transistor à effet de champ utilisé dans une bande micro-onde et présentant des gains élevés, en particulier dans un certain nombre de bandes séparées les unes des autres. La figure 9 représente un schéma de circuit d'un amplificateur à transistor à effet de champ clas- sique (appelé ci-après "TEC") décrit par exemple dans "Amplificateur très large bande à TEC GaAs pour systè- mes à débits de données de plusieurs Gbits/s" de K.HONJO et Cie, IEEE 1981, JULY Trans. de MTT-29. A la figure 9, la référence 1 représente un TEC dont la borne de source est mise à la masse, et comportant une borne de grille G, une borne de source S et une borne de drain D. Les références 2 et 4 représentent des li- gnes de transmission branchées en série respectivement à des résistances 3 et 5, et montées respectivement entre la borne de grille G du TEC 1 et la masse, et entre la borne de drain du TEC 1 et la masse. Les ré- férences 6 et 7 désignent des circuits d'adaptation. Une extrémité du circuit d'adaptation 6 est branchée à la borne de grille G du TEC 1, et son autre extrémité est branchée à une borne d'entrée 8, tandis qu'une ex- trémité du circuit d'adaptation 7 est branchée à la borne de drain D du TEC 1, son autre extrémité étant branchée à une borne de sortie 9. On décrira maintenant le fonctionnement de l'amplificateur à TEC classique. Les valeurs des éléments respectifs sont choisies de façon que l'influence des résistances 3, 5 soit plus petite que celle des lignes de transmission 2, 4 dans une bande haute fréquence. Par suite, dans une bande haute fréquence, l'adaptation d'impédance est obtenue est utilisant la ligne de transmission 2 et le circuit d'adaptation 6 du côté de l'entrée, et en utilisant la ligne de transmission 4 et le circuit d'adaptation 7 du côté de la sortie. Au contraire, dans une bande basse fréquence, il est possible de li- miter l'augmentation de gain inutile de l'amplifica- teur en rendant l'influence des résistances 3, 5 plus grande que celle des lignes de transmission 2, 4. Ain- si, dans l'amplificateur à TEC, il est possible d'ob- tenir un gain plat dans une large bande allant d'une bande basse fréquence à une bande haute fréquence. Cependant, il est nécessaire, dans l'ampli- ficateur à TEC classique, de limiter le gain dans une bande basse fréquence pour obtenir un gain plat dans une large bande. Dans ce but, il est nécessaire de monter la résistance 3 comprise entre la borne de grille G du TEC 1 et la masse, en série avec la ligne de transmission 2. Il est donc impossible de négliger complètement l'influence de la résistance 3 dans une bande haute fréquence, de sorte que le gain est malen- contreusement réduit. De plus, pour obtenir des gains élevés dans deux bandes séparées l'une de l'autre par plusieurs octaves, comme le gain est fortement réduit par la résistance 3 dans l'amplificateur à TEC classi- que pour rendre la caractéristique de gain plate dans une large bande de fréquence couvrant les deux bandes ci-dessus, il est très difficile de n'obtenir des gains élevés que dans les deux bandes voulues seule- ment. Par suite, la présente invention a pour but de supprimer les problèmes indiqués ci-dessus de la technique concernée, et de créer un amplificateur à TEC qui permette d'obtenir les gains voulus dans un certain nombre de bandes de fréquences séparées les unes des autres par plusieurs octaves par exemple. Pour atteindre ce but, la présente invention concerne un amplificateur à transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comprend: - un transistor à effet de champ dont la borne de source est mise à la masse, un circuit d'adaptation monté du côté entrée et branché à la borne de grille du transistor à effet de champ, - un circuit d'adaptation monté du côté sortie et branché à la borne de drain du transistor à effet de champ, - un circuit de résonance constitué d'un circuit série comprenant une première bobine et une résistance sur laquelle est branché, en parallèle, un circuit série comprenant une seconde bobine et un condensateur, ce circuit de résonance étant branché entre la borne de grille du transistor à effet de champ et la masse, et/ou entre la borne de drain du transistor à effet de champ et la masse. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion les inductances de la première et seconde bobine et la capacité du condensateur, sont réglées de façon que la fréquence de résonance d'un circuit série com- prenant les bobines et le condensateur, soient égales à une fréquence comprise entre deux bandes de fréquen- ces présentant des gains voulus, et que la fréquence de résonance d'un circuit série comprenant la seconde bobine et le condensateur, soit égale à une fréquence située dans la bande haute fréquence des deux bandes de fréquences. L'amplificateur à TEC présentant la structu- re décrite ci-dessus permet de supprimer la chute de gain dans une bande voulue du fait de la résistance, en faisant résonner et en courtcircuitant le circuit série de la seconde bobine et du condensateur branché en parallèle sur la résistance. Il est également possible de réduire le gain inutile dans la plage située à l'extérieur des bandes voulues en faisant résonner et en courtcircuitant le circuit série comprenant les première et seconde bobi- ne et le condensateur. Il est possible de former un certain nombre (n-l) de circuits série de la seconde bobine et du condensateur branchés en parallèle sur la résistance, suivant les n bandes de fréquences voulues dans chacu- ne desquelles on désire obtenir un gain élevé. En fai- sant résonner- et en court-circuitant les circuits sé- rie dans les bandes de fréquences voulues respectives, il est possible de supprimer les réductions de gain d es à la résistance dans les bandes de fréquences voulues. Selon une autre caractéristique de l'inven- tion (n-l) circuits série comprenant chacun la seconde bobine et le condensateur dans le circuit de résonan- ce, sont branchés en parallèle sur la résistance en correspondance avec n bandes de fréquences présentant des gains voulus. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les inductances de la première bobine et de la (n-l) seconde bobine, et la capacité des (n-l) con- densateurs, sont réglées de façon que les fréquences de résonance respectives des (n-l) circuits série soient égales aux fréquences respectives entre les bandes de fréquences adjacentes correspondantes des n bandes présentant les gains voulus, et que les fré- quences de résonance respectives des (n-l) circuits série soient égales aux fréquences correspondantes des n bandes de fréquences sauf la fréquence de la bande de fréquence la plus basse. L'invention sera décrite en détail ci-après en se référant aux dessins cijoints, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma de circuit d'une forme de réalisation d'un amplificateur à TEC selon la présente invention, - la figure 2 est une courbe caractéristique du gain en fonction de la fréquence dans la forme de réalisation représentée à la figure 1, - la figure 3 est un schéma de circuit d'une autre forme de réalisation d'un amplificateur à TEC selon la présente invention, - la figure 4 est une courbe caractéristique du gain en fonction de la fréquence dans la forme de réalisation représentée à la figure 3, - les figures 5, 6, 7 et 8 sont des schémas de circuit d'autres formes de réalisation d'un ampli- ficateur à TEC selon la présente invention, - la figure 9 est un schéma de circuit d'un amplificateur à TEC classique. Une forme de réalisation de la présente in- vention sera décrite ci-après en se référant aux des- sins ci-joints. A la figure 1, la référence 1 désigne un TEC dont la borne de source est mise à la masse, et qui comporte une borne de grille G, la borne de source S et une borne de drain D. Les références 6 et 7 dés- ignent des circuits d'adaptation. Une extrémité du circuit d'adaptation 6 est branchée à la borne de grille G du TEC 1, et son autre extrémité est branchée à une borne d'entrée 8, tandis qu'une extrémité du circuit d'adaptation 7 est branchée à la borne de drain D du TEC 1, son autre extrémité étant branchée à une borne de sortie 9. La référence 10 désigne une première bobine d'inductance L:. La première bobine est branchée en série avec une résistance 13 de valeur R et se trouve montée entre la borne de grille G du TEC 1 et la masse. La référence 11 désigne une seconde bobine d'inductance L2. La seconde bobine 11 forme un circuit série avec un condensateur 12 de capacité C, et se branche en parallèle sur la résistance 13. Le circuit constitué des bobines 10, 11, du condensateur 12 et de la résistance 13 sera appelé ci-après "cir- cuit de résonance 14". On décrira maintenant le fonctionnement de cette forme de réalisation. Les fréquences de résonan- ce f, f2 sont obtenues de la manière indiquée dans les formules ci-après, à partir des valeurs des élé- ments du circuit de résonance 14 comprenant les bobi- nes 10, 11, le condensateur 12 et la résistance 13, ce circuit étant monté entre la borne de grille G du TEC 1 et la masse. fl = 2 ir (L1 + L). C2.... (1) f2 = 1 2 n L2 c..... (2) o f1 représente la fréquence à laquelle résonne le circuit série comprenant les bobines 10, 11 d'induc- tances respectives L1 et L2, et le condensateur 12 de capacité C, de façon que ce circuit devienne un court- circuit, et f2 représente la fréquence à laquelle ré- sonne le circuit série comprenant la bobine 11 d'in- ductance L2 et le condensateur 12 de capacité C, de façon que ce circuit devienne un court-circuit. En d'autres termes, lorsque la fréquence de résonance est fl, le circuit de résonance 14 est pra- tiquement court-circuité et le signal micro-onde ap- pliqué à la borne d'entrée 8 est pratiquement totale- ment réfléchi et ne pénètre pas dans le TEC 1, de sor- te qu'on n'obtient pratiquement pas de gain. Lorsque la fréquence de résonance est f2, la bobine 11 d'in- ductance L2 et le condensateur 12 de capacité C, qui sont branchés en parallèle sur la résistance 13, ré- sonnent en série et sont court-circuités. L'influence de la résistance R est donc négligeable et le circuit de résonance 14 devient pratiquement un circuit dont une extrémité est mise à la masse et qui ne présente que l'inductance L1. A ce moment, en choisissant la valeur des éléments respectifs de manière à permettre une adapta- tion d'impédance en utilisant l'inductance L1 et le circuit d'adaptation 6, on peut donner à l'amplifica- teur un gain élevé au voisinage de f2, pratiquement sans qu'il soit influencé par la résistance R. Par suite, lorsqu'on a deux bandes séparées l'une de l'au- tre, si f1 est réglée à une fréquence intermédiaire entre les deux bandes et si f2 est réglée à une fré- quence de la bande haute fréquence, l'amplificateur ne peut pratiquement pas avoir de gain au voisinage de la bande intermédiaire entre les deux bandes, mais peut avoir des gains élevés dans les deux bandes voulues qui sont séparées l'une de l'autre. Le gain au voisi- nage de la fréquence f0 de la bande basse fréquence est déterminé par la résistance 13 et le circuit d'a- daptation 6, et l'on peut faire coïncider pratiquement ce gain avec le gain de la bande haute fréquence, en réglant principalement la résistance R. La figure 2 représente la caractéristique du gain de l'amplificateur à TEC en fonction de la fré- quence dans cette forme de réalisation. Comme cela ap- parait clairement à la figure 2, il est possible de réaliser un amplificateur présentant des gains élevés dans les deux bandes voulues en déterminant les va- leurs des éléments respectifs qui constituent le cir- cuit de résonance 14, en fonction des fréquences vou- lues f0, f1 et f 2. Pour régler la largeur de bande dans chaque bande, on modifie la valeur f ou f2, com- me indiqué par les lignes en pointillés. Par exemple, en changeant f1 en f'l, il est possible d'augmenter la largeur de bande de la bande basse fréquence. Dans cette forme de réalisation, l'amplifi- cateur à TEC présente une caractéristique à deux bos- ses et présente des gains élevés dans les deux bandes voulues. D'une façon générale, une caractéristique à n bosses (n étant un nombre entier supérieur à 2) est obtenue de la manière indiquée ci-après. La figure 3 est un schéma de circuit d'un amplificateur à TEC pré- sentant une telle caractéristique à n bosses. Sur la figure 3, Ll, Ln1 et Ln2 sont les inductances respec- tives de première, seconde et troisième bobine 10, 15, 16, Cn est la capacité d'un condensateur 17 et R est la valeur de résistance 13. On branche, en parallèle sur la résistance 13, (n-l) circuits série comprenant chacun les bobines 15, 16 d'inductances L:: et Ln2, et le condensateur 17 de capacité Cn. Dans cette structure, la fréquence de réso- nance série f2(n-l) du circuit comprenant l'inductance Ln2 et la capacité Cn, et la fréquence de résonance série f2(nl)-1 du circuit comprenant les inductances Ll, Ln1 et Ln2 et la capacité Cn, sont représentées par les formules suivantes: -f1 1 f 2(n-1) - i =1 2 Ir (L + L n+ L n... (3) 1 nl nr ' C n f 2(n-1) = 2 C... (4) 2 X L n2 C n dans lesquelles n est un nombre entier supérieur à 2. Dans une nième bande voulue les valeurs des éléments respectifs du circuit de résonance 14 sont choisies de façon que la fréquence f2(n-1) coïncide avec la fréquende de la nième bande, et que la fré- quence f2(,-1) -1 coïncide avec la fréquence comprise entre la nième bande et la (n-1) ième bande. L'induc- tance L1nl est réalisée sous la forme d'une inductance devant être réglée pour obtenir une adaptation d'impé- dance entre la bobine 10 et le circuit d'adaptation 6, et cette inductance est réglée à une valeur convenable correspondant aux fréquences respectives. De cette ma- nière, l'un des circuits branchés en parallèle sur la résistance 13 est pratiquement court-circuité dans chaque bande, ce qui permet ainsi d'obtenir un gain élevé sans la moindre influence de la résistance R. Le circuit de résonance est à peu près court-circuité en- tre les bandes, ce qui annule pratiquement le gain. De plus, il est possible d'égaliser sensiblement les gains de toutes les bandes, y compris la première ban- de, en réglant principalement la résistance R et l'in- ductance Ln1 aux valeurs convenables. De cette maniè- re, il est possible de réaliser un amplificateur à TEC présentant une caractéristique à n bosses. La figure 5 représente un schéma de circuit d'une autre forme encore de réalisation d'un amplifi- cateur à TEC capable de présenter des gains élevés dans deux bandes ( n = 2). Dans cette forme de réali- sation, les deux bobines 10, 11 représentées à la fi- gure 1 sont constituées respectivement par des lignes de transmission 18, 19 contenant des inductances, et un condensateur 20 dont la capacité est d'influence négligeable dans les deux bandes, est utilisé entre la résistance 13 et la masse. Cette structure permet d'appliquer une polarisation de grille au TEC 1 par une borne de polarisation 21. La figure 6 représente un schéma de circuit d'une autre forme encore de réalisation d'un amplifi- cateur à TEC présentant des gains élevés dans deux bandes. Un circuit d'adaptation 22 est en outre utili- sé entre la borne de grille G du TEC 1 et le circuit de résonance 14. Cette structure facilite l'adaptation d'impédance dans les deux bandes voulues. Bien que le circuit de résonance soit utili- sé du côté entrée dans les formes de réalisation dé- crites ci-dessus, il est possible de brancher les cir- cuits de résonance respectivement du côté entrée et du côté sortie dans l'amplificateur à TEC de la présente invention. La figure 7 représente un schéma de circuit d'une telle forme de réalisation. Un circuit de réso- nance constitué d'un circuit série comprenant la pre- mière bobine 10 et la résistance 13 sur laquelle est branché, en parallèle, un circuit série comprenant la seconde bobine 11 et le condensateur 12, est branché du côté entrée c'est-à-dire entre la borne de grille et la masse. D'autre part, un circuit de résonance constitué d'un circuit série comprenant une première bobine 30 et une résistance 33 sur laquelle est bran- ché en parallèle un circuit série comprenant une se- conde bobine 31 et un condensateur 32, est branché du côté sortie, c'està-dire entre la borne de drain et la masse. En variante, un amplificateur à TEC selon la l1 présente invention peut comporter un circuit de réso- nance branché uniquement au côté sortie. La figure 8 représente un schéma de circuit d'une telle forme de réalisation. Un circuit de réso- nance constitué d'un circuit série comprenant une pre- mière bobine 34 et une résistance 37 sur laquelle est branché en parallèle un circuit série comprenant une seconde bobine 35 et un condensateur 36, est branché au côté sortie c'est-à-dire entre la borne de drain et la masse. Comme décrit ci-dessus, dans ces formes de réalisation, un circuit de résonance constitué d'un circuit série comprenant une première bobine et une résistance sur laquelle est branché, en parallèle, un circuit série comprenant une seconde bobine et un con- densateur, est branché entre la borne de grille du transistor à effet de champ et la masse, tandis que la borne de source du transistor est à la masse, et/ou entre la borne de drain du transistor à effet de champ et la masse, la borne de source du transistor étant toujours à la masse. Il est donc possible d'obtenir des gains prédéterminés dans un certain nombre de ban- des micro-ondes espacées les unes des autres de plu- sieurs octaves, et de réduire le gain inutile dans la plage située à l'extérieur de ces bandes de fréquen- ces. Bien qu'on ait décrit ci-dessus ce qu'on considère actuellement comme les formes préférées de réalisation de l'invention, il est évident que diffé- rentes modifications sont possibles, tout en restant dans le cadre des revendications ci-jointes. REVENDICATIONS 1.- Un amplificateur à transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comprend: - un transistor à effet de champ dont la borne de source (5) est mise à la masse, - un circuit d'adaptation monté du côté entrée et branché à la borne de grille (G) du transistor à ef- fet de champ, - un circuit d'adaptation monté du côté sortie et branché à la borne de drain (D) du transistor à ef- fet de champ, - un circuit de résonance constitué d'un circuit série comprenant une première bobine (Ll)et une résistance sur laquelle est branché, en parallèle, un circuit série comprenant une seconde bobine (L2) et un con- densateur (12), ce circuit de résonance étant bran- ché entre la borne de grille (G) du transistor à ef- fet de champ et la masse, et/ou entre la borne de drain (D) du transistor à effet de champ et la mas- se. 2.- Amplificateur à transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inductances de la première et seconde bobine et la capacité du condensateur (12), sont réglées de façon que la fréquence de résonance d'un circuit série com- prenant les bobines et le condensateur, soient égales à une fréquence comprise entre deux bandes de fréquen- ces présentant des gains voulus, et que la fréquence de résonance d'un circuit série comprenant la seconde bobine et le condensateur (12), soit égale à une fré- quence située dans la bande haute fréquence des deux bandes de fréquences. 3.- Amplificateur à transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que (n-1) circuits série comprenant chacun la seconde bo- bine et le condensateur (12) dans le circuit de réso- nance (14), sont branchés en parallèle sur la résis- tance en correspondance avec n bandes de fréquences présentant des gains voulus. 4.- Amplificateur à transistor à effet de champ selon la revendication 3, caractérisé en ce que les inductances de la première bobine et de la (n-l) seconde bobine, et la capacité de la (n-l) condensa- teurs, sont réglées de façon que les fréquences de ré- sonance respectives des (n-l) circuits série soient égales aux fréquences respectives entre les bandes de fréquences adjacentes correspondantes des n bandes présentant les gains voulus, et que les fréquences de résonance respectives des (n-l) circuits série soient égales aux fréquences correspondantes des n bandes de fréquences sauf la fréquence de la bande de fréquence la plus basse.