Brevet FR2849726A1 — publié le 20040709

Dispositif de filtrage très sélectif et procédé de filtrage correspondant L'invention se rapporte à un dispositif de filtrage très sélectif 5 utilisable notamment dans les systèmes de transmission, ainsi qu'au procédé de filtrage mis en oeuvre. Les systèmes de transmission utilisent de très nombreux types de filtres. A titre d'exemple, la figure 1 montre un exemple d'unité extérieure 1 10 placée entre une antenne 2 et une unité intérieure (non représentée) telle que, par exemple, un décodeur satellite avec voie de retour ou un décodeur pour système de transmission point-multipoint à haut débit. L'unité extérieure 1 est d'un type qui a besoin d'avoir une grande précision sur son oscillateur local 9 tel que par exemple décrit dans le brevet américain n05,884,939. 15 Deux filtres passe-bande 3 et 4 sont utilisés pour séparer les bandes d'émission et de réception. Deux autres filtres passe-bande 5 et 6 sont utilisés pour séparer les bandes intermédiaires d'émission et de réception. Deux mélangeurs 7 et 8 et un oscillateur 9 réalisent des transpositions de fréquence entre les bandes d'émission et de réception et les bandes 20 intermédiaires d'émission et de réception. Afin d'avoir une grande précision sur la fréquence de l'oscillateur 9, celui-ci est asservi sur une porteuse de référence très stable en fréquence à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase qui comporte en outre un filtre 10 qui sélectionne la porteuse de référence en bande intermédiaire, un comparateur de phase 11 et un 25 oscillateur de référence 12 précis. Pour plus de détails sur cette d'unité extérieure, l'homme du métier peut se reporter au brevet américain n05,884,939. Ce système présente comme avantage de synchroniser l'oscillateur 9 avec l'oscillateur d'une station de base, ce qui permet d'obtenir 30 une grande précision relative entre les fréquences d'émission et de réception. Toutefois, avec ce type d'asservissement, le bruit de phase de l'oscillateur 9 dépend de la bande passante du filtre 10. Si l'on désire obtenir un très faible bruit de phase, il faut avoir un filtre très sélectif. Parmi les filtres très sélectifs, il est connu d'utiliser des filtres à 35 quartz constitués de résonateurs couplés qui disposent d'un coefficient de qualité élevé, par exemple de l'ordre de 10 000 à 50 000. Un exemple de réponse en fréquence de filtre à quartz est représenté sur la figure 2. Les filtres à quartz disposent d'une bande étroite B de l'ordre de la dizaine de kHz pour une fréquence centrale Fc de l'ordre de 100 MHz tout en ayant une très bonne tenue en température. Cependant, les filtres à quartz présentent une réponse en 5 fréquence asymétrique. La réjection des fréquences basses est très bonne. Mais pour les fréquences hautes, des résonances parasites 15 détériorent la réjection. Ces résonances parasites dépendent de la géométrie et de la coupe des quartz utilisés dans le filtre et sont très difficiles à contrôler lors de la fabrication des filtres. Un but de l'invention est de fournir un dispositif de filtrage ayant une réponse en fréquence qui soit symétrique tout en préservant les avantages dont dispose un filtre passe-bande asymétrique tel que par exemple un filtre à quartz. Ainsi, l'invention est un dispositif de filtrage comportant un premier filtre passe-bande ayant une fréquence centrale donnée et une largeur de bande donnée, un deuxième filtre passe-bande identique au premier filtre passe bande, et des moyens de transposition de fréquence, placés entre le premier filtre et le deuxième filtre, qui transposent la fréquence centrale du 20 premier filtre à la même fréquence centrale tout en inversant le spectre autour de la fréquence centrale. Préférentiellement, les moyens de transposition comportent un mélangeur disposant de deux entrées et d'une sortie, l'une des entrées étant connectée à une sortie du premier filtre passe-bande et la sortie étant 25 connectée à une entrée du deuxième filtre passe-bande, et un oscillateur dont une sortie est connectée à l'autre des entrées du mélangeur, l'oscillateur fournissant un signal à une fréquence égale au double de la fréquence centrale des premier et deuxième filtres passe- bande. Pour obtenir un dispositif de filtrage à bande très étroite, les 30 premier et deuxième filtres sont des filtres à quartz. L'invention est également une unité extérieure d'un dispositif d'émission/réception de signaux comportant un oscillateur ajustable qui est asservi sur une fréquence porteuse reçue, un dispositif de filtrage tel que précédemment défini et qui est placé dans la boucle d'asservissement de 35 l'oscillateur ajustable. Selon un autre aspect, l'invention est un procédé de filtrage sélectif d'un signal dans lequel on effectue un premier filtrage sélectif dans une bande de fréquences donnée, ladite bande disposant d'une fréquence centrale à l'aide d'un premier filtre asymétrique afin d'obtenir un premier signal filtré; on transpose le premier signal filtré afin de placer une image correspondant à la bande de fréquence donnée sur cette même bande mais 5 avec un spectre inversé par rapport à la fréquence centrale; et on effectue un deuxième filtrage sélectif dans la bande de fréquences donnée, à l'aide d'un deuxième filtre asymétrique afin d'obtenir un deuxième signal filtré, le deuxième filtre étant identique au premier filtre. Préférentiellement, la transposition est réalisée par un mélangeur 10 qui reçoit un signal de transposition dont la fréquence est égale au double de la fréquence centrale des filtres. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la 15 description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente une unité extérieure d'un dispositif d'émission/réception utilisant un oscillateur asservi sur une fréquence porteuse reçue, la figure 2 représente une courbe de réponse d'un filtre à quartz, 20 la figure 3 représente un dispositif de filtrage selon l'invention, la figure 4 illustre le fonctionnement du dispositif de filtrage de la figure 3. Les figures 1 et 2 ayant été décrites précédemment, celles-ci ne 25 seront pas décrites plus en détail. Afin d'améliorer l'unité extérieure de la figure 1, il est proposé d'utiliser un dispositif de filtrage 10 tel que décrit sur la figure 3. Le dispositif de filtrage 10 comporte un premier filtre 21 et un deuxième filtre 22 relié entre eux par des moyens de transposition de fréquence. Les premier et 30 deuxième filtres sont des filtres passe-bande dont la réponse en fréquence est asymétrique. Pour obtenir un dispositif de filtrage très sélectif, les premier et deuxième filtres sont des filtres à quartz dont la réponse en fréquence correspond à celle montrée sur la figure 2 et chacun dispose d'une bande passante B centrée autour d'une fréquence centrale Fc. 35 L'entrée du premier filtre 21 correspond à l'entrée du dispositif de filtrage 10 et la sortie du deuxième filtre 22 correspond à la sortie du dispositif de filtrage 10. Les moyens de transposition comportent un mélangeur 23 et un oscillateur 24. Une première entrée du mélangeur 23 est connectée à la sortie du premier filtre 21. Une deuxième entrée du mélangeur 23 est connectée à une sortie de l'oscillateur 24. Une sortie du mélangeur 23 est 5 connectée à l'entrée du deuxième filtre 22. L'oscillateur 24 fournit sur sa sortie un signal dont la fréquence est égale à deux fois la fréquence centrale Fc. Le fonctionnement du dispositif de filtrage 10 de la figure 3 va être à présent expliqué en relation avec la figure 4. On suppose que le signal 10 d'entrée Si du dispositif de filtrage est un bruit blanc dont le spectre en fréquence correspond à une constante quelque soit la fréquence. En sortie du premier filtre 21, le signal résultant SI correspond au gabarit du premier filtre 21, tel que représenté sur la figure 4a. La figure 4a représente de manière schématisée et moins détaillée le même gabarit que la figure 2. La figure 4b montre le signal S2 correspondant à la sortie du mélangeur 23. L'oscillateur 24 fournit un signal égal à deux fois la fréquence Fc. Une raie 30 correspondant à cette fréquence d'oscillateur est présente et correspond à une fuite du mélangeur 23. Une première image 31 de rang 1 se retrouve avec un spectre inversé autour de la fréquence Fc. Une 20 deuxième image 32 de rang 1 se trouve placée autour de la fréquence 3*Fc. Une troisième image 33 de rang 2 se trouve également placée avec un spectre inversé autour de la fréquence 3*Fc. D'autres images non représentées sont également présentes à des fréquences multiples impaires de la fréquence Fc avec des atténuations différentes qui dépendent du rang 25 de l'image, comme connu de l'homme du métier. Une image résiduelle 34 se trouve être également placée autour de la fréquence Fc. Cependant l'image résiduelle 34 correspond à un défaut d'isolation du mélangeur 23 entre l'entrée du signal à transposer et sa sortie. Comme connu de l'homme du métier, de nombreux mélangeurs présentent une isolation de l'ordre de 30 40 dB entre l'entrée de signal et la sortie, rendant l'image résiduelle négligeable par rapport à la première image 31 de rang 1. La figure 4c montre la superposition de la première image 31 avec le gabarit 35 du deuxième filtre 22 afin de montrer comment ils se placent l'un par rapport à l'autre. La figure 4d montre le signal de sortie So qui correspond au signal sortant du deuxième filtre 22. Le signal d'entrée Si étant un bruit blanc, le signal So correspond également au gabarit du dispositif de filtrage 10. On peut voir sur cette figure 4d que la bande passante est très étroite et symétrique. Par ailleurs, il existe toujours des résonances parasites 36, mais celles-ci sont fortement atténuées et ne créent plus de perturbations indésirables importantes. L'homme du métier comprendra qu'un tel dispositif de filtrage peut être adapté à tout type de filtre ayant une réponse asymétrique en fréquence et n'est pas limité aux filtres à quartz. Egalement, les moyens de transposition peuvent être différents. L'exemple préféré montre un montage simple qui nécessite l'utilisation d'un 10 mélangeur présentant peu de fuites. Il est tout à fait possible d'utiliser d'autres moyens de transposition par exemple en combinant deux mélangeurs afin de réduire les contraintes sur les fuites du mélangeur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtrage (10) comportant un premier filtre passe-bande (21) ayant une fréquence centrale (Fc) donnée et une largeur de bande (B) donnée, caractérisé en ce qu'il comporte: - un deuxième filtre passe-bande (22) identique au premier filtre passe bande (21), et - des moyens de transposition de fréquence (23, 24), placés entre le premier filtre (21) et le deuxième filtre 10 (22), qui transposent la fréquence centrale (Fc) du premier filtre à la même fréquence centrale (Fc) tout en inversant le spectre autour de la fréquence centrale (Fc). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transposition comportent: - un mélangeur (23) disposant de deux entrées et d'une sortie, l'une des entrées étant connectée à une sortie du premier filtre passe-bande (21) et la sortie étant 20 connectée à une entrée du deuxième filtre passebande (22), et - un oscillateur (24) dont une sortie est connectée à l'autre des entrées du mélangeur (23), l'oscillateur (24) fournissant un signal à une fréquence égale au 25 double de la fréquence centrale (Fc) des premier et deuxième filtres passe-bande (21, 22). 3. Dispositif selon l'une des revendications, caractérisé en ce que les premier et deuxième filtres (21, 22) sont des filtres à quartz. 30 4 Unité extérieure (1) d'un dispositif d'émission/réception de signaux comportant un oscillateur (9) ajustable qui est asservi sur une fréquence porteuse reçue, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de filtrage (10) selon l'une des revendications 1 à 3 placé dans la boucle 35 d'asservissement (8, 10,11, 12) de l'oscillateur ajustable (9). 5. Procédé de filtrage sélectif d'un signal (Si) caractérisé en ce que: on effectue un premier filtrage sélectif dans une bande de fréquences (B) donnée, ladite bande 5 disposant d'une fréquence centrale (Fc) à l'aide d'un premier filtre asymétrique (21) afin d'obtenir un premier signal filtré (SI), on transpose le premier signal filtré (SI) afin de placer une image correspondant à la bande de fréquence 10 donnée (B) sur cette même bande (B) mais avec un spectre inversé par rapport à la fréquence centrale (Fc), et on effectue un deuxième filtrage sélectif dans la bande de fréquences donnée (B), à l'aide d'un 15 deuxième filtre asymétrique (22) afin d'obtenir un deuxième signal filtré (So), le deuxième filtre (22) étant identique au premier filtre (21). 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la transposition est réalisée par un mélangeur (23) qui reçoit un signal de transposition dont la fréquence est égale au double de la fréquence centrale (Fc).