Brevet FR2794306A1 — publié le 20001201

multiplicateur d'hyperfréquence La présente invention concerne un multiplicateur d'hyperfréquence. Une des façons de générer un signal à fréquence élevée dans une bande de fréquence millimétrique est de multiplier la fréquence d'un oscillateur local à l'aide de multiplicateurs. Les harmoniques indésirables de rang 2, 3 ou 4, du signal produit par l'oscillateur et entrant dans le multiplicateur, sont filtrés efficacement selon la bande de fréquence utile. En général, un multiplicateur d'hyperfréquence comprend un filtre passe-bas, une diode snappoff et un filtre passe-bande. La multiplication de fréquence snappoff est fondée sur un temps de commutation de la diode nettement inférieur à l'inverse de la pulsation à la fréquence de sortie du multiplicateur. La diode snappoff fonctionne comme un générateur d'impulsion comprenant une conductance d'entrée relativement faible et une capacité relativement élevée. La diode snappoff est équivalente à un court-circuit pendant l'alternance directe et une grande partie de l'alternance inverse suivante du signal entrant ; elle s'ouvre brusquement pour décharger le courant stocké dans l'inductance d'entrée dans la capacité de la diode qui génère une impulsion à la fréquence souhaitée. Les multiplicateurs à diode snappoff sont très sensibles au niveau du signal entrant et aux variations de température, ainsi qu'aux oscillations parasites de type paramétrique. La mise en cascade de plusieurs multiplicateurs est un problème difficile à surmonter du fait de la sensibilité aux niveaux entrants. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des multiplicateurs d'hyperfréquence à diode snappoff. A cette fin, un multiplicateur d'hyperfréquence recevant un signal entrant à une fréquence FO comprenant en cascade une diode et un filtre de sortie passe-bande à une fréquence N.FO, N étant un entier, est caractérisé en ce qu'il comprend un filtre d'entrée coupe-bande au moins à la fréquence N.FO recevant le signal entrant et relié à la diode qui est une diode de Schottky. Comparativement à une diode snappoff, une diode de Schottky est équivalente à une capacité en parallèle avec une résistance. Elle exige moins de puissance du signal entrant dans le multiplicateur et admet une plus grande largeur de bande. En outre, une diode de Schottky est moins sujette à son environnement et. donc plus stable et est mieux reproductible et moins chère ce qui permet d'associer plusieurs multiplicateurs pour constituer une chaîne de multiplication relativement insensible aux variations de niveaux puisque les différents étages peuvent fonctionner en saturation. En pratique, le filtre d'entrée coupe-bande coupe en outre à une fréquence M.FO, M étant un entier différent de N, afin de ramener un court- circuit à un harmonique de rang inférieur/supérieur à N.FO vers la diode. Trois types de multiplicateurs sont notamment prévus. Pour un tripleur de fréquence, M est égal à 2 et N est égal à 3, et une deuxième diode de Schottky est montée en antiparallèle avec la première. Pour un quadrupleur de fréquence, le filtre d'entrée coupe-bande coupe en outre à une fréquence M.FO, M est égal à 2 et N est égal à 4. Pour un doubleur de fréquence, le filtre dl entrée coupe-bande coupe en outre à une fréquence M.FO, M est égal à 4 et N est égal à 2. L'adaptation d'une diode Schottky ou de deux diodes de Schottky est différente de celle d'une diode snappoff. Le filtre d'entrée coupe-bande dans le multiplicateur de l'invention peut comprendre deux couples d'une ligne en quart d'onde à la fréquence M.FO et d'une ligne en quart d'onde à la fréquence N.FO, séparés par une ligne un quart d'onde à la fréquence FO. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels : - la figure 1 est un bloc-diagramme schématique d'un tripleur de fréquence selon l'invention, inclus dans un étage de sortie d'un émetteur ou d'entrée d'un récepteur ; - la f igure 2 montre en détail la structure du tripleur de fréquence ; - la f igure 3 est un bloc-diagramme schématique d'un quadrupleur de fréquence selon l'invention ; et - la f igure 4 est un bloc-diagramme schématique d'un doubleur de fréquence selon l'invention. Un multiplicateur de fréquence du type tripleur de fréquence 1T est décrit en détail ci-après en référence aux figures 1 et 2. Le tripleur de fréquence 1T comprend en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2T, deux diodes de Schottky 3T et 4T, un filtre de sortie passe-bande 5T et un amplificateur 6T. A titre d'exemple, le tripleur de fréquence 1T est inclus dans un étage de sortie hyperfréquence d'un émetteur à radiofréquence ou dans un étage d'entrée hyperfréquence d'un récepteur radiofréquence. Le filtre d'entrée 2T reçoit un signal d'entrée à une fréquence prédéterminée FO établie par un oscillateur local OSC à transistors bipolaires, par exemple égale à 13 GHz. La fréquence FO est multipliée par trois dans le tripleur de fréquence. L'amplificateur 6T du tripleur applique un signal amplifié à la fréquence triple 3 FO GHz à une première entrée El d'un mélangeur ME. Le mélangeur ME, lorsque le tripleur est inclus dans l'étage de sortie de l'émetteur, est un modulateur en anneau et reçoit à une deuxième entrée E2 un signal à une fréquence intermédiaire FIE par exemple égale à 3 GHz et transpose celle-ci en un signal d'émission à radiofréquence élevée RFE FIE + 3.FO 42 GHz délivré par une sortie SM du mélangeur. Le signal à fréquence intermédiaire est par exemple un signal dont la porteuse à fréquence intermédiaire a subi une modulation d'amplitude en quadrature QAM à plusieurs niveaux par un signal numérique de données ayant un débit de plusieurs dizaines de Mbit/s. Réciproquement, lorsque le tripleur 1T est inclus dans l'étage d'entrée du récepteur en communication avec l'émetteur, le mélangeur ME est un récepteur de fréquence image et reçoit à la deuxième entrée E2 un signal de réception à radiofréquence élevée RFR 41 GHz. Le signal est mélangé avec le signal amplifié à la fréquence triple 3 FO GHz dans le mélangeur en un signal à fréquence intermédiaire FIR RFR - 3.FO 2 GHz fourni par la sortie de mélangeur SM. Bien que les signaux d'émission et de réception aient des fréquences élevées RFE et RFR, la fréquence FO du signal entrant appliqué au tripleur 1T et établi par l'oscillateur local OSC est comparativement faible. Comme montré en détail à la figure 2, le filtre d'entrée 2T et le filtre de sortie 5T sont réalisés en ligne hyperfréquence à microruban comprenant un substrat diélectrique SB, par exemple en alumine, ayant une face revêtue d'un plan métallique de masse, tel qu'une plaque en molybdène. La deuxième face du substrat SB, représentée à la figure 2, comporte des rubans métalliques sérigraphiés. Le filtre d'entrée 2T est un filtre coupe-bande à deux fréquences M.FO et N.FO, avec M et N des entiers respectivement égaux à 2 et 3. Le filtre 2T ramène ainsi des courts-circuits aux fréquences harmoniques 2.FO et 3.FO à la borne commune d'entrée des diodes de Schottky 3T et 4T qui sont f ixées sur la deuxième face du substrat SB. Le filtre d'entrée 2T comprend deux couples de lignes en quart d'onde terminées par un circuit ouvert, appelées également stubs. Un premier couple est composé d'une ligne en quart d'onde 21 au deuxième harmonique 2.FO de la fréquence FO et d'une ligne en quart d'onde 22 au troisième harmonique 3.FO de la fréquence FO. Le port commun entre ces deux lignes en quart d'onde est relié à un microruban d'une ligne d'entrée 2E transmettant le signal entrant à la fréquence FO fourni, selon l'exemple illustré à la figure 1, par l'oscillateur OSC. De même, le deuxième couple comprend une ligne en quart d'onde 23 à la fréquence M.FO 2.FO et une ligne en quart d'onde 24 à la fréquence N.FO 3.FO dans le prolongement l'une de l'autre. Le filtre coupe-bande comprend également une ligne en quart d'onde 20 à la fréquence FO du signal entrant dans le prolongement de la ligne d'entrée 2E, s'étendant perpendiculairement aux couples 21-22 et 23-24 et ayant des extrémités confondues avec les ports communs aux lignes en quart d'onde 21 et 22 dans le premier couple et aux lignes en quart d'onde 23 et 24 dans le deuxième couple. Le port commun aux lignes en quart d'onde 23 et 24 est relié à la borne d'entrée des diodes de Schottky antiparallèles 3T et 4T. Les deux lignes en quart d'onde 21 et 23 et les lignes en quart d'onde 22 et 24 ramènent ainsi respectivement des courts-circuits aux harmoniques 2.FO et 3.FO à la borne d'entrée des diodes 3T et 4T, c'est-à-dire mettent à la masse à ces harmoniques les bornes d'entrée des diodes de Schottky. Les deux couples de stubs 21-22 et 23-24 constituent des capacités à la fréquence FO ; la fait de les placer à une distance l'un de l'autre de X/4 grâce à la ligne 20 est équivalent à un filtre passe-bande. Toute l'énergie à ces harmoniques est ainsi transférée à travers les diodes vers le filtre de sortie 5T ce qui évite une adaptation à ces fréquences. Les diodes de Schottky 3T et 4T fonctionnant à fréquence très élevée écrêtent de manière symétrique les harmoniques de rang impair, tel que l'harmonique 3.FO, afin d'augmenter le rendement. Le filtre de sortie 5T est un filtre passe-bande classique à la fréquence N.FO 3.FO sous la forme de lignes en quart d'onde à microruban couplées à cette fréquence. Le filtre 5T élimine ainsi tous les harmoniques de la fréquence Fo à l'exception du troisième harmonique 3.FO qui est appliqué à l'entrée de l'amplificateur 6T. A l'entrée du filtre passe- bande 5T, une ligne en quart d'onde 50 à la fréquence FO ramène un court-circuit à la borne de sortie commune aux diodes 3T et 4T afin que celles-ci symétrisent convenablement les harmoniques 2.FO et 3.FO. L'amplificateur 6T comprend deux circuits d'amplification intégrés monolithiques micro-ondes (MMIC) 61 et 62 et fourni un signal amplifié à la fréquence N.FO 3.FO à la première entrée El du mélangeur ME, selon l'exemple illustré à la figure 1, le cas échéant à travers un autre filtre passe-bande analogue au filtre 5T. Selon une deuxième réalisation de l'invention montrée à la figure 3, le multiplicateur de fréquence est un quadrupleur de fréquence 1Q. Il comprend également en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2Q, une diode de Schottky 3Q, un f iltre de sortie passe-bande 5Q et un amplificateur 6Q. La diode de Schottky crée une non linéarité dissymétrique favorisant les deux premiers harmoniques de rang pair 2.FO et 4.FO les plus puissants. Toutefois, le filtre d'entrée 2Q qui a une structure analogue au filtre 2T montré à la figure 2 est un filtre coupe-bande à deux fréquences M.FO 2.FO et N.Fo 4.FO afin de ramener des courts- circuits à ces deux fréquences à la borne d'entrée de la diode 3Q. En particulier, les lignes 22 et 24 dans le filtre 2Q sont des lignes en quart d'onde à la fréquence 4.FO. Le filtre de sortie 5Q filtre à la fréquence N.FO 4.FO quadruple de la fréquence FO. Selon une troisième réalisation de l'invention montrée à la figure 4, le multiplicateur de fréquence est un doubleur de fréquence 1D. Il comprend également en cascade un filtre d'entrée coupe-bande 2D, une diode de Schottky 3D, un f iltre de sortie passe-bande 5D et un amplificateur 6D. Comme dans le tripleur, le filtre d'entrée 2D qui a une structure analogue au filtre 2T est un filtre coupe-bande à deux fréquences N.FO 2.FO et M.FO 4.FO, M et N étant ici égaux à 4 et 2, afin de ramener des courts-circuits à ces deux fréquences à la borne d'entrée de la diode 3D. Le filtre de sortie 5D f iltre à la f réquence N. FO 2. FO double de la fréquence FO. REVENDICATIONS 1 - Multiplicateur d'hyperfréquence recevant un signal entrant à une fréquence Fo comprenant en cascade une diode et un filtre de sortie passe-bande (5T, 5Q, 5D) à une fréquence N.FO, N étant un entier, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre d'entrée coupe-bande (2T, 2Q, 2D) au moins à la fréquence N.FO recevant le signal entrant et relié à la diode qui est une diode de Schottky (3T, 3Q, 3D). 2 -Multiplicateur conforme à la revendication 1, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2T) coupe en outre à une fréquence M.FO, M étant un entier différent de N. 3 - Multiplicateur conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel M est égal à 2 et N est égal à 3, et comprenant une deuxième diode de Schottky (4T) en antiparallèle avec la première (3T). 4 - Multiplicateur conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2Q) coupe en entrée à une fréquence M.FO, M étant égal à 2 et N étant égal à 4. 5 - Multiplicateur conforme à la revendication 1 ou 2, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2D) coupe en entrée à une fréquence M.FO, M étant égal à 4 et N étant égal à 2. 6 - Multiplicateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le filtre d'entrée coupe-bande (2T, 2Q, 2D) comprend deux couples d'une ligne en quart d'onde (21, 23) à la fréquence M.FO et d'une ligne en quart d'onde (22, 24) à la fréquence N.FO, séparés par une ligne en quart d'onde (20) à la fréquence FO, M et N étant des entiers différents. 7 - Multiplicateur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le filtre de sortie (5T, 5Q, 5D) comprend en entrée une ligne en quart d'onde (50) à la fréquence Fo.