Brevet FR2834393A1 — publié le 20030704

"Transducteur opto-microonde à suppression du signal d'oscillateur local, et système mettant en #uvre un tel transducteur." La présente invention concerne un transducteur opto-microonde à suppression du signal d'oscillateur local, et système mettant en #uvre un tel transducteur . Elle trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des réseaux de télécommunications mixtes. II s'agit par exemple de réseaux de transmission de données numériques comportant une partie par fibre optique puis une partie hertzienne. La liaison hertzienne concerne les cents derniers mètres pour une liaison en extérieur (outdoor) ou l'intérieur d'un bâtiment pour une liaison intra bâtiment (indoor). L'information numérique est donc d'abord transmise sur une porteuse optique puis sur une porteuse micro-onde ou millimétrique, les fréquences actuelles pour la partie hertzienne étant notamment de 24 ou 60 GHz. Ces liaisons comportent donc un transducteur dans lequel le signal de données est transféré d'une porteuse optique à une porteuse micro-onde à 24 ou 60 GHz par exemple. D'une façon générale, ce transfert implique un mélangeur optoélectronique mélangeant le signal de données de fréquence FI dite fréquence intermédiaire avec la porteuse micro-onde de fréquence OL. Le résultat de ce mélange est un signal de sortie comprenant différents produits d'intermodulation. Plus précisément, ce signal de sortie comprend quatre composantes respectivement à des fréquences RF (RF = OL + FI), OL, FI et LB (LB = OL - FI). La composante que l'on désire isoler pour une transmission est appelée bande latérale haute de fréquence RF. Il est donc indispensable d'éliminer les autres composantes. La composante à la fréquence FI est d'une puissance très faible et peut très facilement être supprimée. On connaît des techniques conventionnelles permettant de supprimer la composante de fréquence LB, appelée bande latérale basse. Cependant, il est difficile de supprimer la composante de fréquence OL car elle possède généralement une puissance supérieure à celle de la bande latérale haute, en outre les fréquences RF et OL sont très proches. Dans les circuits transducteurs actuels, on utilise un mélangeur suivi d'un filtre réalisé en technologie hybride de façon à éliminer en aval la composante de fréquence OL. D'autres circuits actuels, pour supprimer la composante de fréquence OL, nécessitent l'envoi de deux signaux radiofréquences déphasés l'un par rapport à l'autre par le biais de deux fibres optiques suivies d'un déphasage optique difficile à mettre en oeuvre, ces deux fibres éclairant deux mélangeurs distincts. L'inconvénient des circuits de l'art antérieur est la complexité de leurs mises en #uvre et l'utilisation d'un grand nombre de composants électroniques. Or, à titre d'exemple, dans les systèmes de télécommunications utilisant un transducteur, les réseaux cellulaires comprennent des cellules de faible diamètre, de l'ordre de quelques centaines de mètres. Ceci nécessite donc un grand nombre de transducteurs, d'où l'importance de minimiser le nombre de composants électroniques afin de réduire le coût de revient de chaque transducteur. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant un circuit intégré transducteur ne nécessitant pas de circuit hybride extérieur pour la suppression de la composante de fréquence OL. Un autre but de l'invention est de limiter le nombre de composants dans le transducteur afin d'en réduire le coût de revient. On atteint les objectifs ci-dessus avec un transducteur opto-micro-onde pour transférer un signal de données modulant une porteuse optique vers une porteuse électrique, ce transducteur comprenant deux phototransistors disposés en émetteur commun ou en source commune dans le cas de MESFET. Selon un mode de mise en #uvre de l'invention, les phototransistors sont deux transistors bipolaires identiques à hétérojonction. Le premier phototransistor est apte à détecter le signal de données et à mélanger ce signal de données avec la porteuse électrique introduite à la base de ce premier phototransistor. Ce premier phototransistor réalise donc une fonction de photodétection en détectant le signal de données porté par le signal optique, et une fonction de mélange en mélangeant ce signal de données avec la porteuse électrique qui est un signal micro-onde ou millimétrique. D'une façon générale, ce signal microonde est obtenu à partir d'un oscillateur local à la fréquence OL. Le second phototransistor est apte à mélanger d'une part la porteuse électrique déphasée de sensiblement 180 et introduite à la base de ce second phototransistor avec le signal de données déphasé de sensiblement 180 d'autre part. Le second phototransistor réalise une fonction de mélange. La porteuse électrique déphasée de 180 peut provenir d'un déphasage opéré sur le signal micro-onde sortant de l'oscillateur local. Par contre, le signal de données déphasé de 180 provient du premier phototransistor. Le transducteur comprend en outre une source de courant de polarisation connectée aux émetteurs des deux transistors, cette source de courant étant apte à transférer le signal de données détecté par le premier phototransistor vers le second phototransistor avec un déphasage de sensiblement 180 . Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, cette source de courant est un miroir de courant. Les résultats des opérations de mélange réalisées par les deux phototransistors sont des signaux sortant par les collecteurs des deux phototransistors. Ces signaux comprennent chacun une composante de fréquence OL. L'invention est remarquable par le fait que la composante de fréquence OL sortant par le collecteur du premier phototransistor est déphasé de 180 par rapport à la composante de fréquence OL sortant par le collecteur du second phototransistor et les signaux RF ne sont pas déphasés d'un collecteur à l'autre. Ainsi, le transducteur comprend en outre un coupleur pour combiner les signaux des collecteurs des deux phototransistors de façon à supprimer les composantes de fréquence OL. Avec un tel transducteur selon l'invention, on intègre donc trois fonctions dans un même circuit intégré, à savoir une fonction de photodétection, une fonction de mélangeur, et une fonction de suppression de la composante de fréquence OL. On évite ainsi l'ajout d'un circuit hybride extérieur à ce circuit intégré transducteur pour la suppression de la composante de fréquence OL, d'où un gain de coût important. Ce transducteur permet donc de mélanger un signal de données arrivant sur une porteuse optique avec un signal micro-onde ou millimétrique de façon à obtenir en sortie un signal micro-onde ou millimétrique modulé par le signal de données. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux phototransistors peuvent être polarisés par le biais d'une tension continue de collecteur et d'une tension continue de base. Par ailleurs, la tension continue de polarisation sur la base du second phototransistor peut être réglable de façon à corriger le décalage de polarisation dû à la détection du signal de données sur le premier phototransistor. De préférence, les deux phototransistors sont polarisés dans une zone non linéaire. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le coupleur est adapté pour une fréquence de fonctionnement centrée autour de la fréquence RF de la bande latérale haute. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le point de polarisation des phototransistors est tel que, sur les collecteurs des phototransistors, la puissance du signal en bande latérale haute est maximum. En effet, le signal en bande latérale haute (RF) étant généralement moins puissant que le signal OL, on cherche à minimiser la différence de puissance entre les deux, soit en diminuant le signal OL, soit en augmentant le signal RF, soit les deux actions, par l'adaptation, par le point de polarisation, etc... Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de communication opto-micro-onde comprenant un site central émettant un signal optique modulé par un signal de fréquence intermédiaire FI, et un récepteur local pour recevoir ce signal optique modulé et transmettre un signal électrique micro-onde modulé par le signal de fréquence intermédiaire FI. Avantageusement, le récepteur local comprend un transducteur opto-micro-onde selon l'invention, ce transducteur étant apte à détecter le signal de fréquence intermédiaire puis à mélanger ce signal de fréquence intermédiaire avec le signal électrique microonde tout en supprimant une composante dont la fréquence est identique à la fréquence du signal électrique microonde. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma simplifié du circuit intégré transducteur selon l'invention, en particulier illustrant la configuration des deux phototransistors ; - la figure 2 est un schéma électronique d'un miroir de courant disposé dans le transducteur selon l'invention; - la figure 3 est un schéma électronique simplifié d'un coupleur coiffant les deux phototransistors du transducteur selon l'invention ; - la figure 4 est une vue éclatée du transducteur selon l'invention tel que représenté sur la figure 1. En se référant plus particulièrement à la figure 1, le transducteur selon l'invention va permettre le mélange d'un signal à une fréquence intermédiaire FI de l'ordre de 2 GHz modulant une porteuse optique 12 de longueur d'onde 1.55 m, 1. 3 m ou 0.8 m avec un signal micro-onde 10 en onde millimétrique provenant d'un oscillateur local de fréquence OL. Comme on le voit sur la figure 1, le transducteur selon l'invention est composé de deux phototransistors Ql et Q2 bipolaires identiques et disposés en émetteurs 2 et 4 communs . Ces deux émetteurs 2 et 4 sont connectés à un miroir de courant 7 imposant un courant de polarisation Ipol. Les bases 1 et 5 des phototransistors Ql et Q2 sont respectivement reliées à des circuits d'adaptation 9 et 12. Les collecteurs 3 et 6 des deux phototransistors alimentent un coupleur 8. La polarisation des deux phototransistors se fait au moyen d'une tension continue de collecteur, d'une tension de base et du courant Ipol imposé par le miroir de courant 7 sur les deux émetteurs. Les phototransistors sont polarisés au même point de fonctionnement au moyen de la tension de polarisation sur les bases 1 et 5. Un réglage de la tension sur la base 5 du phototransistor Q2 permet de rattraper la différence de polarisation due à la détection du signal optique 12. La figure 2 illustre un schéma interne conventionnel du miroir de courant. Celui-ci est composé principalement de deux transistors Q3 et Q4, le transistor Q4 ayant sa base et son collecteur à un même potentiel. La valeur du courant de polarisation Ipol traversant le transistor Q3 est déterminée par la tension Vpol et la résistance R connectées au collecteur du transistor Q4. Un oscillateur local non représenté fournit le signal micro-onde 10 (porteuse électrique) de fréquence OL. Ce signal micro-onde 10 alimente la base 1 du phototransistor Ql à travers le circuit d'adaptation 9. Un déphasage du signal micro-onde 10 donne le signal micro-onde 11 que l'on injecte dans la base du phototransistor Q2 à travers le circuit d'adaptation 12. Le signal de données de fréquence FI modulant la porteuse optique 12 est détecté dans la jonction base-collecteur du phototransistor Ql, puis mélangé au signal micro-onde 10. Une polarisation des phototransistors Ql et Q2 dans une zone non-linéaire permet d'obtenir un mélange sur les collecteurs. Ainsi, sur le collecteur 3 du phototransistor Ql, on obtient un signal résultant du mélange entre le signal micro-onde 10 et le signal de données de fréquence FI. Ce signal sur le collecteur 3 comprend principalement quatre composantes. Une première composante dite bande latérale haute à la fréquence RF (avec RF = FI + OL), c'est cette composante que l'on désire isoler particulièrement vis-à-vis d'une seconde composante de fréquence OL. En particulier, on peut avantageusement régler Ipol de façon à polariser les phototransistors Ql et Q2 tels que les deux composantes de fréquence RF et OL possèdent des puissances proches. On distingue également une troisième composante de fréquence FI mais de puissance très faible et une quatrième composante dite bande latérale basse de fréquence LB (avec LB = OL - FI). Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on polarise chaque phototransistor de façon à avoir une différence de puissance la plus faible possible entre la composante de fréquence RF et la composante de fréquence OL. On peut par exemple modifier la tension collecteur-émetteur Vce de chaque phototransistor. A titre d'exemple, pour des simulations sur un phototransistor avec OL égale 38 GHz, IF égale 2 GHz, RF égale 40 GHz, une puissance optique injectée de 165 W, et un taux de modulation de 0.5, la tension de polarisation Vce du transistor est de 0. 4 V ; correspond à un point de polarisation se situant au coude de la caractéristique Ic (courant collecteur) en fonction de Vce du phototransistor considéré. La source de courant représente un circuit ouvert pour le signal micro-onde FI. C'est cette particularité qui est utilisée afin de déphaser le signal de données de 180 entre les collecteurs de chacun des transistors. La détection du signal de données modulant l'onde optique 12 se faisant sur un seul des deux phototransistors, ce signal de données se trouve déphasé entre les collecteurs 3 et 6 des deux phototransistors par le biais du miroir de courant 7. La source de courant représente un circuit ouvert pour le signal de données de fréquence FI, par exemple 2 GHZ. Mais, le miroir de courant ne remplit plus ce rôle de circuit ouvert pour le signal micro-onde 10 de fréquence OL, puisque ce signal micro-onde est à une fréquence trop élevée. Une grande partie de ce signal micro-onde 10 se trouve perdue dans la source de courant. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'appliquer ce signal micro-onde sur les deux bases séparément, en les déphasant de 180 . Par conséquent, on retrouve également sur le collecteur 6 du phototransistor Q2 quatre composantes mais avec des fréquences respectivement égales à RF ( -OL-FI = RF ) pour la première composante,-OL (le signe - représentant le déphasage de 180 ) pour la seconde composante,-FI pour la troisième composante, et FI-OL pour la quatrième composante. Les signaux sur les collecteurs 3 et 6 sont ensuite couplés dans le coupleur 8 tel que celui illustré par exemple sur la figure 3. Ce coupleur 8 comprend deux transistors Q5 et Q6 disposés en collecteurs communs. Chaque base de ces deux transistors Q5 et Q6 est précédée d'un circuit d'adaptation 13 ou 14 tel que les circuits 9 et 12, avant d'être connectée au collecteur 3 ou 6. Les collecteurs des transistors Q5 et Q6 sont connectés à la base d'un troisième transistor de sortie Q7. Ces trois transistors Q5, Q6, et Q7 peuvent être des transistors bipolaires à hétérojonction dont le coefficient de transmission inverse S12 est faible, dans notre cas de-20 dB. On peut aussi utiliser par exemple d'autre coupleur tel que le coupleur de Wilkinson. Lors du couplage des signaux des collecteurs 3 et 6 dans le coupleur 8, les composantes de fréquence OL s'annulent puisqu'en opposition de phase. Par contre, les composantes de fréquences RF s'ajoutent puisqu'en phase. On obtient ainsi à la sortie du transducteur (transistor Q7) un spectre de mélange débarrassé de la fréquence OL de l'oscillateur local. Les autres composantes à savoir la bande latérale basse et la composante de fréquence FI peuvent être supprimées de façon conventionnelle. La figure 4 est une vue éclatée des différents éléments décrits. On voit que le circuit d'adaptation peut être un circuit composé d'un condensateur et d'une inductance. Ce transducteur utilise donc un nombre minimum de composants électroniques intégrés dans un seul circuit intégré, ce qui permet de réduire le coût de revient par rapport aux circuits de l'art antérieur utilisant un circuit hybride externe. Une simulation a été effectuée en prenant OL = 38 GHz, FI = 2 GHz, et RF = 40 GHz. Le signal micro-onde (OL) à 38 GHz est envoyé sur la base du phototransistor Ql et est déphasé de 180 avant d'être également envoyé sur la base du phototransistor Q2. Chacune des bases est adaptée conformément à la figure 4. Ainsi, la composante de fréquence RF (la bande latérale haute côté Q1) sur le collecteur du phototransistor Ql provient du mélange réalisé entre un signal de fréquence FI et le signal micro-onde de fréquence OL tous deux non déphasés, tandis que la composante de fréquence RF (la bande latérale haute côté Q2) sur le collecteur du phototransistor Q2 provient du mélange réalisé entre le signal de fréquence FI et le signal micro-onde de fréquence OL tous deux déphasés de 180 par rapport aux signaux sur le phototransistor Ql. On obtient également sur les collecteurs des composantes de fréquence OL. On couple ensuite les signaux des deux collecteurs au moyen d'un coupleur centré autour de 40 GHz. Le résultat en est que les composantes de fréquence OL disparaissent et les composantes de fréquence RF s'ajoutent . composante[RF(Q1)] + composante[RF(Q2)] avec RF(Q1) = (FI(+0 ) + OL(+0 ) et RF(Q2) = (FI(+180 ) + OL(+180 ). Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Transducteur opto-micro-onde pour transférer un signal de données modulant une porteuse optique vers une porteuse électrique, cette porteuse électrique modulée par le signal de données formant un signal en bande latérale haute, caractérisé en ce qu'il comprend : - deux phototransistors disposés en émetteur commun ou en source commune, le premier phototransistor étant apte à détecter le signal de données et à mélanger ce signal de données avec la porteuse électrique introduite à la base de ce premier phototransistor, le second phototransistor étant apte à mélanger la porteuse électrique déphasée de sensiblement 180 et introduite à la base de ce second phototransistor avec le signal de données déphasé de sensiblement 180 ; - une source de courant de polarisation connectée aux émetteurs des deux transistors, cette source de courant étant apte à transférer le signal de données détecté par le premier phototransistor vers le second phototransistor avec un déphasage de sensiblement 180 ; et - un coupleur combinant les signaux des collecteurs des deux phototransistors de façon à supprimer des composantes dont la fréquence est identique à la fréquence de la porteuse électrique. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de courant est un miroir de courant. 3. Transducteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux phototransistors sont polarisés par le biais d'une tension continue de collecteur et d'une tension continue de base. 4. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension continue de polarisation sur la base du second phototransistor est réglable de façon à corriger le décalage de polarisation dû à la détection du signal de données. 5 Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux phototransistors sont polarisés dans une zone non linéaire. 6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coupleur est adapté pour une fréquence de fonctionnement centrée autour d'une fréquence étant la somme des fréquences de la porteuse électrique et du signal de données. 7. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les phototransistors sont des transistors bipolaires à hétérojonction identiques. 8. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la porteuse électrique provient d'un oscillateur local. 9. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coupleur comprend trois transistors bipolaires à hétérojonction dont le coefficient de transmission inverse est faible. 10. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point de polarisation des phototransistors est tel que, sur les collecteurs des phototransistors, la puissance du signal en bande latérale haute est maximum. 11. Système de communication opto-micro-onde comprenant un site central émettant un signal optique modulé par un signal de fréquence intermédiaire renfermant une information utile, et un récepteur local pour recevoir le signal optique modulé et transmettre un signal électrique micro-onde modulé par le signal de fréquence intermédiaire, caractérisé en ce que le récepteur local comprend un transducteur opto-micro-onde selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce transducteur étant apte à détecter le signal de fréquence intermédiaire puis à mélanger ce signal de fréquence intermédiaire avec le signal électrique micro-onde tout en supprimant une composante dont la fréquence est identique à la fréquence du signal électrique micro-onde.