Brevet FR2887092A1 — publié le 20061215

L'invention concerne un système de couplage hyperfréquence pour le partage d'une antenne commune par deux (ou plus) stations de base de radiocommunication, opérant chacune à la fois en émission et en réception. Une application typique, bien que non limitative, d'un tel système est celle des stations de base de téléphonie mobile, pour permettre la cohabitation de deux stations de base de télécommunication (station émettrice/réceptrice de base ou BTS - Base Transceiver Station) utilisant des canaux différents mais situés dans une même bande de fréquences (pour pouvoir utiliser la même antenne). Tel est par exemple le cas lorsque deux opérateurs de réseaux différents mais opérant dans une même bande de fréquences (par exemple en GSM 900) souhaitent mettre en commun une antenne, chacun des opérateurs ayant sa propre BTS avec son canal d'émission (ci-après TX) et son canal de réception (ci-après RX), à des fréquences différentes. Une autre application possible est celle d'un même opérateur souhaitant coupler sur une même antenne deux BTS opérant selon des standards différents, par exemple une station utilisant deux canaux TX et RX en PCS 1900 et deux autres canaux TX et RX en UMTS (donc dans la bande 1920 à 2170 MHz). Cette liste d'applications n'est bien entendu ni exhaustive ni limitative. Par ailleurs, l'invention sera exposée dans le cas, le plus courant, du couplage de deux BTS à une même antenne, mais comme on le comprendra l'invention peut être extrapolée à un nombre plus important de BTS, par exemple pour le partage d'une même antenne par trois BTS au moyen d'un seul et même système de couplage réalisé selon les enseignements de l'invention, dès lors que ces BTS opèrent toutes dans la même bande de fréquences (pour des BTS opérant dans des bandes différentes par exemple dans la bande des 900 MHz et dans la bande des 1800 MHz il serait alors nécessaire de prévoir deux systèmes de couplage selon l'in- vention, eux-mêmes couplés par un diplexeur). Le moyen connu le plus simple pour coupler deux BTS sur une même antenne consiste à utiliser un coupleur 3 dB, référencé 10 sur la figure 1. L'antenne ANT reliée à la borne 12 est couplée aux deux stations de base BTS1, BTS2 reliées aux bornes 14 et 16, par l'intermédiaire d'une cavité unique 20. Ce coupleur 3 dB présente l'avantage de la simplicité, donc d'un faible coût, mais il introduit des pertes importantes sur chaque voie, de l'ordre 3 à 4 dB, nécessitant (surtout en émission) des amplificateurs plus puissants, donc plus onéreux au niveau des stations de base. Le FR-A-2 832 861 (Télédiffusion de France) décrit un dispositif mettant en oeuvre de tels coupleurs. Entre les BTS et l'antenne, les deux voies TX et RX sont gérées séparément et par des techniques différentes: le couplage TX fait intervenir des coupleurs 3 dB, tandis que le couplage RX met en oeuvre des éléments actifs d'amplification. Compte tenu de l'utilisation de coupleurs 3 dB pour la voie TX, ce dispositif nécessite un sys- tème de couplage émission plus complexe pour recombiner les signaux en sortie. Une autre solution connue, illustrée figure 2, consiste à mettre en cascade une pluralité de duplexeurs 22, 26, 26 et de diplexeurs 24, 24. Par rapport à un coupleur 3 dB, les pertes sont moins importantes (de l'ordre de 1,5 à 2 dB au lieu de 3 à 4 dB) mais ce système nécessite un plus grand nombre d'éléments, et il est par conséquent plus coûteux et plus volumineux. Le EP-A-O 566 603 décrit un tel dispositif, comprenant une série de filtres destinés, d'une part, à dissocier les canaux TX de chaque BTS et, d'autre part, à orienter les signaux RX vers une deuxième ensemble assurant de façon distincte la division des canaux RX de chaque BTS. Cette gestion séparée des canaux RX et TX implique une mise en cascade d'un nombre relativement important de modules duplexeurs et diplexeurs, avec un coût et un volume relativement élevés. Le EP-A-1 320 146 (Dyctel) décrit également une combinaison de diplexeurs et duplexeurs montés en cascade pour séparer les différentes bandes. Pour compenser les pertes, un étage amplificateur à faible bruit est prévu dans chaque canal RX, ainsi que des amplificateurs de puissance dans les canaux TX. Ce système de couplage actif est relativement complexe, volumineux et coûteux à produire. L'un des buts de la présente invention est de remédier aux inconvénients des systèmes de couplage connus, en proposant un système entièrement passif (dépourvu d'organe amplificateur) et à faibles pertes, n'incluant aucun coupleur 3 dB, et qui se présente sous la forme d'un boîtier unique, compact, à cinq accès: un accès d'antenne d'une part, un accès TX et un accès RX pour chacune des deux BTS, d'autre part. L'invention a pour but de proposer un tel système passif monobloc qui soit à la fois compact et donc moins coûteux à produire en série, tout en n'introduisant que des pertes très faibles, de l'ordre de 1 dB au plus de pertes globales sur chaque accès. Le système de l'invention se présente sous la forme d'un composant monobloc avec un accès d'antenne, un premier accès de station de base, et un deuxième accès de station de base. Selon l'invention, ce système est purement passif, essentiellement dépourvu de moyens amplificateurs de signal, et comporte quatre filtres à cavités juxtaposés accordés respectivement sur les canaux d'émission et de réception de la première et de la deuxième station de base, ces filtres étant associés entre eux en double diplexeur et couplés en quadriplexage croisé. L'utilisation dans un même système de filtres à cavités avec cinq points de couplage intégrés permet de réduire les pertes de façon significative, et de diminuer le volume et le nombre des éléments constituant le système, donc le coût de production de ce dernier. Plus précisément, dans une forme de réalisation préférentielle, TX1 et TX2 désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux d'é- mission de la première et de la deuxième station de base, et RX1 et RX2 désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux de réception de la première et de la deuxième station de base, le système de cou-plage de l'invention comporte cinq points nodaux intégrés couplant entre elles les cavités des quatre filtres: aux extrémités des cavités situées du côté de l'accès d'antenne, un premier point nodal couple les cavités TX1 et TX2, un deuxième point nodal couple les cavités RX1 et RX2, et un troisième point nodal couple les cavités TX1 et TX2 couplées entre elles avec les cavités RX1 et RX2 couplées entre elles, respectivement; aux extrémités opposées des cavités situées du côté des accès des stations de base un quatrième point nodal couple les cavités TX1 et RX1, et un cinquième point nodal couple les cavités TX2 et RX2. Les quatre filtres à cavités juxtaposés sont avantageusement groupés en un boîtier étanche monobloc. Ces filtres peuvent notamment être des filtres accordables de type "comb-line" comprenant chacun une série de barreaux résonants ajustables. Si nécessaire, il est possible d'associer une cavité réjectrice additionnelle à au moins l'un des filtres à cavités. Enfin, les enseignements de l'invention peuvent être généralisés au partage en émission d'une antenne par trois, voire même plus de trois, BTS 5 opérant dans une même bande de fréquences. Le système de couplage de l'invention se présente alors sous forme d'un composant monobloc avec un accès d'antenne et n accès de station de base, et comportant 2.n filtres à cavités juxtaposés accordés respective-ment sur les canaux d'émission et de réception des n stations de base, ces filtres étant couplés entre eux en multiplexage croisé. Si TX1, TX2, ... TXn désignent respectivement les cavités accordées sur les canaux d'émission des n stations de base, et RX1, RX2, . .. RXn désignent respectivement les cavités accordées sur les canaux de réception des n stations de base, le système de couplage peut être réalisé avec 2n+1 points nodaux intégrés couplant entre elles les cavités des 2.n filtres, avec: aux extrémités des cavités situées du côté de l'accès d'antenne, un premier point nodal couplant les cavités RX1, RX2, . .. et RXn, un deuxième point nodal couplant les cavités TX1, TX2, ... et TXn, et un troisième point nodal couplant les cavités RX1, RX2, ... et RXn couplées entre elles avec les cavités TX1, TX2, ...et TXn couplées entre elles, respectivement; et aux extrémités opposées des cavités, situées du côté des accès des stations de base, un quatrième point nodal couplant les cavités TX1 et RX1, un cinquième point nodal couplant les cavités TX2 et RX2, ... et un (2n+1)e point nodal couplant les cavités TXn et RXn. La mise en cascade des filtres, et donc des points nodaux, sera limitée par les caractéristiques souhaitées sur chaque canal; c'est le cahier des charges qui déterminera ce qui sera physiquement réalisable. On va maintenant décrire un exemple de réalisation du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. La figure 1, précitée, décrit la structure de base connue d'un coupleur 3 dB. La figure 2, précitée, décrit la structure de base connue d'un système de couplage passif à duplexeurs et diplexeurs associés en cascade. La figure 3 illustre schématiquement le système de couplage de l'invention. La figure 4 est une vue en élévation, en coupe selon IV-IV de la figure 5, d'un exemple de réalisation du système de couplage de l'invention. La figure 5 est une vue de dessus du système de couplage de la figure 4. La figure 3 représente schématiquement le système de couplage de l'invention, qui se présente sous la forme d'un boîtier monobloc 10, avec un accès d'antenne ANT référencé 12 et deux accès de BTS1 et BTS2 référencés 14 et 16. Chacune des BTS opère à la fois en émission et en réception, l'accès 14 de la BTS1 étant un accès sur deux canaux TX1 et RX1, et l'accès 16 de la BTS2 étant un accès sur deux canaux TX2 et RX2 Ces différents accès sont couplés entre eux par un élément 30 formant double diplexeur TX1/TX2-RX1/RX2 avec des points de couplage intégrés en entrée et en sortie, reliés respectivement aux accès ANT, BTS1 et BTS2. Les figures 4 à 5 montrent plus précisément la manière dont est réalisé ce double diplexeur 30. Celui-ci se présente sous la forme d'un élément monobloc de forme générale parallélépipédique associant quatre cavités allongées 32 de dimensions identiques (dans l'exemple illustré), juxtaposées dans un boîtier parallélépipédique défini par deux faces d'extrémités 34, 36 et quatre parois latérales 38, 40, 42, 44. La paroi 34 porte la prise 12 formant l'accès d'antenne, tandis que la paroi opposée 36 porte les deux prises 14 et 16 formant respectivement les accès BTS1 et BTS2. Les quatre cavités sont individualisées à l'intérieur de ce parallélépipède par une cloison horizon-tale 46 et une cloison verticale 48 s'étendant sur toute la longueur du vo- lume intérieur du parallélépipède. Les trois accès ANT, BTS1 et BTS2 (prises 12, 14 et 16) sont par exemple réalisés en connectique normalisée 7/16. Toutes les pièces conductrices du système de couplage peuvent être réalisées, de manière en elle-même connue, en aluminium argenté. Chacune des cavités est une cavité accordable de type comb-line avec une série de barreaux résonnants 50 combinés à des plongeurs réglables 52, le nombre de barreaux résonnants dans chaque cavité correspondant au nombre de pôles du filtre. Les cavités sont dimensionnées en fonction de la bande de fréquences d'utilisation et le nombre de barreaux dépend principalement du niveau de réjection et de la largeur des canaux souhaités, selon les stations de base et l'application envisagée: largeur de chaque canal TX ou RX, écart minimum entre deux canaux d'une même bande TX ou RX, écart minimum entre un canal TX et un canal RX, etc. Les quatre cavités 32 sont couplées entre elles par cinq points nodaux. Par convention, on considérera que la cavité supérieure de la coupe de la figure 4 est la cavité TX1 (cavité accordée sur le canal TX de la BTS1), la cavité inférieure de la coupe de la figure 4 est la cavité RX1, la cavité en arrière du plan de coupe de la figure 4 (non visible sur cette figure) est la cavité TX2, et la cavité inférieure, adjacente à la cavité RX1 et située en arrière du plan de coupe de la figure 4 (et non visible sur la figure 4) est la cavité TX2. Dans l'exemple illustré, l'accès antenne 12 et l'accès BTS1 14 sont situés aux extrémités de la cavité RX1, tandis que l'accès BTS2 16 est situé à l'extrémité de la cavité TX2. Les quatre cavités TX1, RX1, TX2, RX2 sont couplées entre elles et aux trois accès par cinq points nodaux. Trois de ces points nodaux, référencés 54, 56 et 58, sont situés du côté de l'accès d'antenne 12, tandis que les deux autres points nodaux, référencés 60, 62, sont situés du côté des accès BTS 14 et 16. Le premier point nodal 54 couple les cavités TX 1 et TX 2 entre elles, tan-dis que le deuxième point nodal 56 couple entre elles, de la même façon, les cavités RX1 et RX2. Le troisième point nodal 58 est lui-même couplé aux points nodaux 54 et 56, et assure donc le couplage des cavités TX1 et TX2 couplées entre elles avec les cavités RX1 et RX2 couplées entre elles, respectivement. En d'autres termes, le point nodal 54 couple les cavités en diplexeur pour les canaux TX1 +TX2, et le point nodal 56 couple les cavités en diplexeur pour les canaux RX1+RX2. Le point nodal 58, quant à lui, assure le cou-plage des canaux RX1+RX2 avec les canaux TX1+TX2. Les deux grou- pes de canaux diplexés sont donc ainsi duplexés entre eux et couplés à l'accès ANT. Du côté opposé, c'est-à-dire du côté des accès BTS, le système de couplage comporte deux points nodaux 60, 62. Le point nodal 60 couple les cavités TX1 et RX1 entre elles et à l'accès BTS1, tandis que le point nodal 62 couple les cavités TX2 et RX2 entre elles et à l'accès BTS1. Les points nodaux sont constitué de fils en laiton ou en cuivre argenté, qui créent dans chacune des cavités une boucle de champ électromagnétique permettant, de manière en elle-même bien connue, de coupler les cavités entre elles et aux accès. Si un taux de réjection important est nécessaire, par exemple en raison de la proximité des canaux, il est possible d'adjoindre au système que l'on vient de décrire une ou plusieurs cavités réjectrices, côté BTS, d'une manière en elle-même connue et qui ne sera pas décrite plus en détail. Un filtre tel que l'on vient de décrire réalisé selon les enseignements de l'invention pour une application en bande PCS (RX: 1850-1910 MHz, TX: 1930-1990 MHz) présente les performances suivantes: perte d'insertion sur chaque voie: comprise entre 0,6 et 0,8 dB à température ambiante, adaptation sur chaque accès: supérieur ou égal à 18 dB, puissance maximale admissible: 50 watts CW, ondulation dans chaque canal: inférieure ou égale à 0,1 dB, possibilité de régler chaque canal TX ou RX sur une largeur de 5 MHz minimum ou 10 MHz maximum, avec possibilité de réaliser les combinaisons 2 x 5 MHz, 2 x 10 MHz, ou 1 x 5 et 1 x 10 MHz, écart minimum entre deux canaux d'une même bande: 20 MHz, écart minimum entre un canal TX et un canal RX: 20 MHz. REVENDICATIONS 1. Un système de couplage pour le partage en émission et en réception d'une antenne commune (ANT) par deux stations de base de radiocommunication (BTS1, BTS2) opérant dans une même bande de fréquences, ce système se présentant sous forme d'un composant monobloc (30) avec: un accès d'antenne (12), un premier accès de station de base (14), et un deuxième accès de station de base (16) caractérisé en ce que ce système est un système passif, essentiellement dépourvu de moyens amplificateurs de signal, comportant quatre filtres à cavités (32) juxtaposés accordés respectivement sur les canaux d'émission et de réception de la première et de la deuxième station de base, ces filtres étant associés entre eux en double diplexeur et couplés en quadriplexage croisé. 2. Le système de couplage de la revendication 1, dans lequel, TX1 et TX2 désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux d'émission de la première et de la deuxième station de base, et RX1 et RX2 désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux de réception de la première et de la deuxième station de base, le système de couplage comporte cinq points nodaux intégrés couplant entre elles les cavités des quatre filtres, avec: aux extrémités des cavités situées du côté de l'accès d'antenne: un premier point nodal (54) couplant les cavités TX1 et TX2, un deuxième point nodal (56) couplant les cavités RX1 et RX2, et un troisième point nodal (58) couplant les cavités TX1 et TX2 couplées entre elles avec les cavités RX1 et RX2 couplées entre elles, respectivement, et aux extrémités opposées des cavités, situées du côté des accès des stations de base (14, 16) : un quatrième point nodal (60) couplant les cavités TX1 et RX1, et un cinquième point nodal (62) couplant les cavités TX2 et RX2. 3. Le système de couplage de la revendication 1, dans lequel les quatre filtres à cavités juxtaposés sont groupés en un boîtier étanche monobloc. 4. Le système de couplage de la revendication 1, dans lequel les filtres à cavités sont des filtres accordables de type "comb-line" comprenant chacun une série de barreaux résonants (50) ajustables. 5. Le système de couplage de la revendication 1, comprenant une cavité réjectrice additionnelle associée à au moins l'un des filtres à cavités. 10 6. Un système de couplage pour le partage en émission et en réception d'une antenne commune par n stations de base de radiocommunication opérant dans une même bande de fréquences, ce système se présentant sous forme d'un composant monobloc avec: un accès d'antenne, n accès de station de base, caractérisé en ce que ce système de couplage est un système passif, essentiellement dépourvu de moyens amplificateurs de signal, comportant 2.n filtres à cavité juxtaposés accordés respectivement sur les canaux d'émission et de réception des n stations de base, ces filtres étant asso- ciés entre eux en n-uple diplexeur et couplés en multiplexage croisé. 7. Le système de couplage de la revendication 6, dans lequel, TX1, TX2, TXn désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux d'émission des n stations de base, et RX1, RX2, ... RXn désignant respectivement les cavités accordées sur les canaux de réception des n stations de base, le système de couplage comporte 2n+1 points nodaux intégrés couplant entre elles les cavités des 2.n filtres, avec: aux extrémités des cavités situées du côté de l'accès d'antenne: un premier point nodal couplant les cavités RX1, RX2, ... et RXn, un deuxième point nodal couplant les cavités TX1, TX2, ... et TXn, un troisième point nodal couplant les cavités RX1, RX2, ... et RXn couplées entre elles avec les cavités TX1, TX2, ...et TXn couplées entre elles, respectivement, et aux extrémités opposées des cavités, situées du côté des accès des stations de base: un quatrième point nodal couplant les cavités TX1 et RX1, un cinquième point nodal couplant les cavités TX2 et RX2, un (2n+1)e point nodal couplant les cavités TXn et RXn.