Brevet FR2834413A1 — publié le 20030704

- @ "Dispositif de mélange en émission comportant une réjection des fréquences intermédiaire, latérale basse et d'oscillateur local." La présente invention est relative à un dispositif de mélange en émission comportant une réjection des fréquences intermédiaire, latérale basse et d'oscillateur local. Elle se rapporte également à un procédé associé à ce dispositif. Elle trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine des réseaux de télécommunications dans lequel pour transmettre une information sous forme de signal radio-fréquence RF en bande latérale haute, on mélange un signal de données de fréquence dite fréquence intermédiaire FI avec un signal micro-onde de fréquence OL servant de porteuse au signal de données. D'une façon générale, le signal porteur micro-onde provient d'un oscillateur local. Ces réseaux de télécommunications peuvent être des boucles locales en micro-onde ou des liaisons intra-bâtiment en onde millimétriques. A titre d'exemple, les fréquences d'utilisation sont comprises entre 1 et 100 GHz. Le résultat d'un tel mélange est un signal de sortie comprenant différents produits d'inter modulation. 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 la transmission est la bande latérale haute de fréquence RF. Il est donc indispensable d'éliminer les autres composantes. 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 et relativement élevées. On connaît également des circuits dans lesquels, pour supprimer les composantes à la fréquence OL, FI et LB, utilisent une série de coupleurs et des déphaseurs agissant sur le signal micro-onde et le signal de données avant d'effectuer des opérations de mélange. Or une telle disposition implique un grand nombre de composants passifs. La présente invention a pour but d'améliorer les dispositifs actuels en proposant un nouveau dispositif permettant directement la suppression des trois composantes à la fréquence OL, FI et LB. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif limitant l'intégration de composants passifs de façon à limiter le coût de revient d'un tel dispositif. L'invention a encore pour but d'améliorer le gain de conversion d'un tel dispositif mélangeur en diminuant les pertes subies par les composantes de fréquences OL et FI. On atteint les objectifs précités avec un dispositif mélangeur pour mélanger un signal de données à une fréquence intermédiaire FI avec un signal porteur de façon à générer un signal de sortie comprenant une composante radiofréquence RF en bande latérale haute. Le dispositif selon l'invention est tel que ce signal de sortie est dépourvu de composantes à la fréquence du signal porteur, à la fréquence intermédiaire et à la fréquence du signal en bande latérale basse. Selon l'invention, le dispositif comprend: - des premiers moyens de déphasage pour engendrer à partir du signal de données une série d'au moins quatre signaux de données successivement déphasés d'un angle de 90 degrés ; - des seconds moyens de déphasage pour engendrer à partir du signal porteur une série d'au moins quatre signaux porteurs successivement déphasés d'un angle de 90 degrés ; - des moyens de mélange pour mélanger chaque signal de données déphasé avec un signal porteur déphasé correspondant; - des moyens de combinaison pour combiner les signaux issus des moyens de mélange de façon à générer le signal radio-fréquence; - des troisièmes moyens de déphasage pour introduire un déphasage de 180 degrés dans l'un des éléments précités de façon à ne conserver que le signal radio-fréquence à la sortie des moyens de combinaison. Les premiers et les seconds moyens de déphasage peuvent être des lignes de déphasages comprenant des condensateurs et des inductances. De préférence les moyens de combinaison sont des coupleurs, et les moyens de mélange sont constitués de quatre mélangeurs à deux entrées chacun. Contrairement aux techniques actuelles, le dispositif selon l'invention fait intervenir deux lignes de déphasage agissant chacun sur un signal d'entrée, les coupleurs n'interviennent qu'après les opérations de mélange. Plus précisément, sur le signal porteur de fréquence OL provenant par exemple d'un oscillateur local, on introduit un premier déphasage de 90 , ce signal déphasé est ensuite introduit dans un premier mélangeur ; puison introduit à nouveau un déphasage de 90 sur le premier signal déphasé, ce second signal déphasé en tout de 180 par rapport au signal porteur de fréquence OL est introduit dans un second mélangeur ; ainsi de suite jusqu'au quatrième mélangeur. Et on fait de même avec le signal de données de fréquence intermédiaire FI qui alimente successivement les mêmes mélangeurs. Le premier signal déphasé sert de référence pour le bilan des déphasages comme on le verra ci-dessous, c'est- à-dire que l'on considère que le premier signal a un déphasage nul. Selon une première variante de l'invention, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés dans l'un des premiers ou seconds moyens de déphasage de façon à constituer une ligne de déphasage engendrant quatre signaux de données successivement déphasés d'un angle de-90 degrés. Pratiquement, cela revient à disposer une première ligne à retard à déphasages successives de +90 et une seconde ligne à avance à déphasages successives de -90 . Cette variante permet d'obtenir aux entrées des deuxième, troisième et quatrième mélangeurs, deux signaux (un signal OL déphasé et un signal FI déphasé) en opposition de phase. En ce qui concerne le premier mélangeur, on considère leur déphasage nul puisqu'ils sont pris comme références. Avantageusement, les moyens de combinaison peuvent consister en un unique coupleur doté de quatre entrées pour accueillir les signaux issus des quatre mélangeurs. Selon une autre variante de l'invention, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés à la sortie des premier et troisième mélangeurs, ou bien à la sortie des second et quatrième mélangeurs, les moyens de mélange comprenant au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage. Dans cette variante, alors que les premiers et seconds moyens de déphasage introduisent des déphasages successives de 90 , le déphasage de 180 est introduit ici dans les signaux de sortie de deux mélangeurs. L'homme du métier comprendra aisément que ce déphasage de 180 peut provenir d'un mélangeur réalisant intrinsèquement un déphasage de 180 , d'un déphaseur indépendant placé à la sortie d'un mélangeur ne réalisant pas de déphasage, ou encore d'un coupleur dont l'entrée destinée à accueillir le signal devant subir le déphasage introduit d'emblée un déphasage de 180 . Selon encore une autre variante avantageuse de l'invention, on peut se placer dans les conditions où les moyens de mélange comprennent au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage, et les moyens de combinaison comprenant : - un premier moyen de combinaison (Cl) pour combiner les signaux sortant du premier et du troisième moyen de mélange, - un second moyen de combinaison (C2) pour combiner les signaux sortant du second et du quatrième moyen de mélange ; et - un troisième moyen de combinaison (C3) pour combiner les signaux issus des deux premiers moyens de combinaison, dans ce cas, les troisièmes moyens de déphasage peuvent être intégrés à la sortie du premier ou du second moyen de combinaison. Dans les deux dernières variantes, les deux signaux d'entrée d'un même mélangeur comportent un même degré de déphasage par rapport aux signaux de référence : le premier signal OL déphasé et le premier signal FI déphasé. On obtient donc quatre signaux issus des quatre mélangeurs. Chacun de ces quatre signaux comporte : - une composante de fréquence FI déphasée conformément aux signaux d'entrée, c'est-à-dire 0 pour le premier mélangeur, 90 pour le second mélangeur, 180 pour le troisième mélangeur et 270 pour le quatrième mélangeur ; - une composante de fréquence OL déphasée conformément aux signaux d'entrée; - une composante de bande latérale haute de fréquence RF déphasée d'un angle résultant de la somme des fréquences OL et FI; et - une composante de bande latérale basse de fréquence LB déphasée d'un angle résultant de la différence des fréquences OL et FI; Dans la dernière variante, les moyens de combinaison peuvent comprendre trois coupleurs. Deux coupleurs pour coupler chacun deux signaux sortant de deux mélangeurs, ces deux mélangeurs étant tels que leurs signaux d'entrée présentent, d'un moyen de mélange à l'autre, un déphasage d'un angle de 180 . Un troisième coupleur pour coupler les signaux de sortie des deux premiers coupleurs après qu'un des deux signaux a subi un déphasage d'un angle de 180 par les troisièmes moyens de déphasage. En d'autres termes, on couple le signal sortant du premier mélangeur avec le signal sortant du troisième mélangeur, ces signaux étant déphasés l'un par rapport à l'autre d'un angle égale à 180 . Le résultat de ce couplage est un premier signal couplé. De la même manière on couple les signaux sortant du second et du quatrième mélangeurs. Le résultat de ce couplage est un second signal couplé dans lequel par exemple on introduit un déphasage d'un angle de 180 . A la sortie des deux couplages, on possède un premier signal couplé et un second signal couplé et déphasé. C'est alors qu'un troisième coupleur couple ces deux signaux de façon à obtenir un signal en bande latérale haute de fréquence RF. Les mélanges et couplages successifs ont contribué à supprimer les composantes de fréquence OL, FI et LB. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de mélange sont des mélangeurs comportant deux transistors montés en cascode. D'une façon générale, le dispositif selon l'invention peut comprendre des transistors bipolaires à hétérojonction et/ou des transistors à effet de champs. Par ailleurs, chaque transistor utilisé peut être polarisé au moyen d'un courant sur la base et d'une tension sur la jonction collecteur-émetteur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en #uvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma électronique simplifié du dispositif selon une variante de l'invention; - la figure 2 est un graphe illustrant le spectre de puissance du signal micro-onde de fréquence OL à l'entrée OL du dispositif selon l'invention; 2834413 - 7 - - la figure 3 est un graphe illustrant le spectre de puissance de la bande latérale haute de fréquence RF à la sortie du dispositif selon l'invention; la figure 4 est un schéma électronique simplifié du 5 dispositif selon une autre variante de l'invention; et la figure 5 est un schéma électronique simplifié du dispositif selon encore une autre variante de l'invention. 10 En se référant à la figure 1, on va maintenant décrire un dispositif mélangeur selon l'invention dans lequel on désire mélanger un signal micro-onde de fréquence OL provenant d'un oscillateur local non représenté avec un signal de données de fréquence intermédiaire FI. Le signal 15 de données de fréquence FI est destiné à moduler le signal micro-onde de fréquence OL afin d'obtenir un signal de sortie à la fréquence RF. Un but de la présente invention est d'obtenir un signal de sortie uniquement à la fréquence RF pour cela il est nécessaire de supprimer ou du moins de 20 minimiser les autres composantes présentes dans le signal de sortie et de fréquences FI, OL, et LB. La composante à la fréquence RF (FI+OL) est appelée bande latérale haute. La composante à la fréquence LB (OL-FI) est appelée bande latérale basse. 25 La présente invention est remarquable par le fait que le dispositif mélangeur selon l'invention permet la suppression des composantes OL, FI et LB par application des signaux micro-onde et de données à des transistors à travers des lignes de déphasages plutôt qu'à travers une série de 30 coupleurs comme dans l'art antérieur. Cette caractéristique permet de diminuer le nombre de composants passifs nécessaires et d'augmenter le gain de conversion. Sur la figure 1, on voit une série de mélangeurs ML1, ML2, ML3 et ML4 alimentée par deux lignes de déphasage LD1 35 et LD2 et générant des signaux vers un ensemble de coupleurs Cl, C2 et C3. Chaque ligne de déphasage LD1 ou LD2 comprend des cellules de déphasage conventionnelles constituées d'inductance Li et de capacité Ci. Ces lignes de déphasage sont adaptées à une impédance de 50Q. Elles comprennent chacune une impédance de terminaison Zo d'une valeur de 50#. Le signal micro-onde de fréquence OL est injecté dans la première ligne de déphasage LD1, puis réparti sur cette ligne avec des déphasages de -90 . On obtient alors quatre signaux micro-ondes OL1, OL2, OL3 et OL4 déphasés successivement de -90 . En prenant comme référence, le premier signal micro-onde déphasé OL1, on peut alors écrire : OL2 = OL1 (-90 ), OL3 = OL2 (-90 ), et OL4 = OL3 (- 90 ) . De la même manière le signal de données de fréquences intermédiaires FI est injecté à l'entrée de la seconde ligne de déphasage LD2, puis repartie sur cette ligne avec des déphasages de -90 . On obtient ainsi les signaux de données FI1, FI2, FI3 et FI4. En prenant comme référence de déphasage les signaux de fréquences OL1 et FI1, le mélangeur ML1 est alimenté par ces signaux de fréquences OL1 et FI1 de déphasage 0 , le mélangeur ML2 par les signaux de fréquences OL2 est FI2 caractérisés par un déphasage de - 90 par rapport à la référence ; le mélangeur ML3 est alimenté par les signaux de fréquences OL3 et FI3 caractérisés par un déphasage de - 180 par rapport à la référence ; et le mélangeur ML4 est alimenté par les signaux de fréquences OL4 et FI4 caractérisés par un déphasage de -270 par rapport à la référence. A la sortie de chaque mélangeur on obtient donc un signal comprenant quatre composantes à des fréquences OL, FI, RF, LB, chaque fréquence étant caractérisée par un déphasage particulier : - au point A :OL(0 ), FI(0 ), RF(0 )=OL+FI, etLB(0 )=OL-FI ; - au point B : OL(-90 ), FI(-90 ), RF(-180 ), et LB(0 ); - au point C : OL(-180 ), FI (-180 ) , RF(0 ),et LB(0 ); - au point D : OL(-270 ), FI (-270 ) , RF(-180 ), et LB(0 ) Astucieusement, en combinant dans le coupleur Cl les signaux des sorties A et C on obtient un signal à la sortie E caractérisé par le fait que les signaux de fréquences OL et FI s'éliminent tandis que les signaux de fréquences RF et LB s'ajoutent. On obtient donc un signal de fréquence RF (0 ) et un signal de fréquence LB (0 ). De la même manière en combinant les signaux de sorties B et D dans le coupleur C2, on obtient à la sortie de ce coupleur C2 un signal caractérisé par le fait que les signaux de fréquences OL et FI s'éliminent tandis que les signaux de fréquences RF et LB s' aj outent . On obtient donc un signal de fréquence RF (-180 ) et un signal de fréquence LB (0 ). Ayant ainsi éliminé les signaux de fréquences OL et FI il reste à éliminer le signal de fréquence LB. Pour se faire on introduit un déphasage de 180 dans le signal de sortie du coupleur C2 de façon à obtenir au point F un signal comprenant une composante à la fréquence RF (0 ) et une composante à la fréquence LB (180 ). Enfin, la combinaison dans le coupleur C3 des signaux au point E et F assure la réjection de la composante à la fréquence LB et la somme des composantes à la fréquence RF. On obtient ainsi un spectre de mélange débarrassé des fréquences OL, LB et FI. Une simulation du dispositif selon l'invention avec le logiciel HP/MDS et HP/ADS, montre bien la différence entre le spectre en entrée représenté sur la figure 2 et le spectre en sortie représenté sur la figure 3. Sur la figure 2, on voit le spectre de puissance du signal micro-onde de fréquence OL à l' entrée de la première ligne de déphasage LD1. La valeur de puissance de ce signal est de-lOdBm. En analysant le spectre à la sortie du mélangeur (voir figure 3), la puissance du signal de fréquence RF est de-33dBm. Les puissances de signaux de fréquences OL (-43dBm), LB (-46dBm) et FI (-160dBm) sont fortement atténuées à la sortie malgré le nombre de transistors employés dans le dispositif ainsi décrit, ces transistors apportant normalement un gain important à ces puissances. Cela met donc en évidence la réjection des fréquences OL, LB et FI. Par conséquent, la puissance du signal de fréquence RF se trouve renforcée par rapport aux autres fréquences. Le dispositif selon l'invention est donc apte à produire une réjection des fréquences élevées et très voisines. Sur la figure 4, on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1, à part que le déphaseur LD3 est supprimé et remplacé par deux déphaseurs de 180 identiques LD4 et LD5 disposés respectivement sur les branches B et D. On peut également envisager d'utiliser les branches A, C et E plutôt que les branches B, D et F respectivement pour disposer les déphaseurs LD4, LD5 et LD3. La figure 5 illustre un schéma sur lequel la plupart des éléments des figures 1 et 4 sont présents. Afin d'éviter l'utilisation d'un ou plusieurs déphaseurs comme sur les figures 1 et 4, on effectue des déphasages opposés sur les lignes LD1 et LD2, c'est à dire qu'on effectue une série de déphasage de -90 pour le signal OL injecté et de +90 cette fois ci pour le signal FI injecté. On a donc introduit une nouvelle ligne de déphasage LD6 à la place de LD2. D'où le nouveau bilan de phase : OLi = OL # 0 FI1 = FI Z 0 OL2 = OL Z -90 FI2 = FI Z +90 OL3 = OL #-180 FI3 = FI Z +180 OL4 = OL Z -270 FI4 = FI Z +270 A C E FI # 0 FI Z +180 Suppression OL # 0 + OL Z -180 - Suppression RF Z 0 RF Z 0 RF 0 IM # 0 IM Z 0 IM # 0 fin B D F FI Z +90 FI Z +270 Suppression OL Z -90 + OL Z -270 Suppression RF Z 0 RF Z 0 RF # 0 IM Z -180 IM Z -180 IM # -180 RF Suppression Suppression RF Z 0 Suppression On n'utilise donc pas les déphaseurs LD3, LD4 et LD5. On peut également remplacer les trois coupleurs Cl, C2 et C3 par un coupleur unique à quatre entrées. 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. Dispositif mélangeur pour mélanger un signal de données à une fréquence intermédiaire avec un signal porteur de façon à générer un signal radio-fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: - des premiers moyens de déphasage (LD2) pour engendrer à partir du signal de données (FI) une série d'au moins quatre signaux (FIl-4) de données successivement déphasés d'un angle de 90 degrés; - des seconds moyens de déphasage (LD1) pour engendrer à partir du signal porteur (OL) une série d'au moins quatre signaux (OL1-4) porteurs successivement déphasés d'un angle de 90 degrés; - des moyens de mélange (Ml1-4) pour mélanger chaque signal de données déphasé avec un signal porteur déphasé correspondant; - des moyens de combinaison (Ci-3)pour combiner les signaux issus des moyens de mélange de façon à générer le signal radio-fréquence (RF); - des troisièmes moyens de déphasage (LD3-5) pour introduire un déphasage de 180 degrés dans l'un des éléments précités de façon à ne conserver que le signal radio-fréquence à la sortie des moyens de combinaison. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les troisièmes moyens de déphasage (LD3-5) sont intégrés dans les premiers moyens de déphasage (LD2) de façon à constituer une ligne de déphasage engendrant quatre signaux de données successivement déphasés d'un angle de-90 degrés. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les troisièmes moyens de déphasage (LD3-5) sont intégrés dans les seconds moyens de déphasage(LD1) de façon à constituer une ligne de déphasage engendrant quatre signaux de données successivement déphasés d'un angle de-90 degrés. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mélange comprenant au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés à la sortie des premier et troisième mélangeurs (ML1, ML3). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mélange comprenant au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés à la sortie des second et quatrième mélangeurs (ML2, ML4). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mélange comprenant au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage, et les moyens de combinaison comprenant : - un premier moyen de combinaison (Cl) pour combiner les signaux sortant du premier et du troisième moyen de mélange, - un second moyen de combinaison (C2) pour combiner les signaux sortant du second et du quatrième moyen de mélange ; et - un troisième moyen de combinaison (C3) pour combiner les signaux issus des deux premiers moyens de combinaison, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés à la sortie du premier moyen de combinaison. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mélange comprenant au moins quatre mélangeurs correspondant aux quatre signaux de sortie des premiers et seconds moyens de déphasage, et les moyens de combinaison comprenant : - un premier moyen de combinaison (Ci) pour combiner les signaux sortant du premier et du troisième moyen de mélange, - un second moyen de combinaison (C2) pour combiner les signaux sortant du second et du quatrième moyen de mélange ; et - un troisième moyen de combinaison (C3) pour combiner les signaux issus des deux premiers moyens de combinaison, les troisièmes moyens de déphasage sont intégrés à la sortie du second moyen de combinaison. 8. Dispositif selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de combinaisons (Ci-3) consistent en un coupleur multi-entrées. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et les seconds moyens de déphasage consistent en des lignes de déphasages comprenant des condensateurs et des inductances. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mélange sont des mélangeurs comportant deux transistors montés en cascode. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des transistors bipolaires à hétérojonction. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des transistors à effet de champs. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque transistor utilisé est polarisé au moyen d'un courant sur la base et d'une tension sur la jonction collecteur-émetteur.