Brevet FR2904911A1 — publié le 20080215

La présente invention se rapporte aux téléphones sans fils cellulaires multibande et plus particulièrement aux terminaux (Front End en anglais) d'émission et de réception associés aux antennes. Le terme terminal est utilisé pour désigner l'ensemble des circuits compris entre l'antenne ou un système d'antennes et le circuit RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit). Les bandes de fréquences actuellement utilisées dans différents standards sont illustrées par la figure 1. Les standards GSM (Global System for mobile communications), GPRS (General Packet Radio Services) et EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) fonctionnent dans les bandes de fréquence comprises entre 824 et 1900 MHz, pour l'émission TX1, TX2, TX3 et TX4 et la réception RX1, RX2, RX3 et RX4 . Les standards WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) fonctionnent dans les bandes 1920-1980MHz pour l'émission TX5 et 2110-2170MHz pour la réception RX5. La multiplication des standards et bandes de fréquence pour les téléphones cellulaires conduit à des architectures de terminal complexes. Les architectures de terminaux connues de l'état de la technique tel celui décrit par le brevet US 2005/0085202 et représenté par la figure 2 utilisent pour les standards GSM/GPRS/EDGE fonctionnant dans les bandes de fréquence comprises entre 824 et 1900 MHz : - des chaînes émission séparées pour les bandes TX1, TX2 d'une part et pour les bandes TX3, TX4 d'autre part, comportant des amplificateurs de puissance G1, G2 ; - des filtres séparés f1, f2, f3 et f4 p our chacune des bandes de fréquence de réception RX1, RX2, RX3et RX4, afin de protéger les récepteurs des perturbateurs. Ces filtres sont fixes et couvrent toute la bande de réception considérée ; - une antenne commune Al couvrant l'ensemble des bandes adressées par le terminal ; 2904911 2 - un commutateur 1-vers-6 S permettant d'aiguiller la voie antenne sur l'une des deux voies d'émission ou sur l'une des quatre voies de réception ; le fonctionnement en semi-duplex des standards utilisés permet en effet l'utilisation d'un commutateur ; 5 - un composant RF permettant d'effectuer les transpositions émission et réception pour l'ensemble des quatre bandes. Les amplificateurs ainsi que l'ensemble des filtres et le commutateur peuvent être, tout ou partie, regroupés dans un même boîtier. 10 De plus, lorsque le terminal fonctionne aussi selon la norme WCDMA déployé par exemple par le réseau UMTS (Europe) (Universal Mobile Telecommunications System) ou FOMA ( Freedom of Mobile Multimedia Access )(Japon), une chaîne émission-réception complètement séparée est ajoutée à la chaine précédente. Cette chaine comporte, associée à une 15 antenne UMTS A2, un diplexeur D qui sépare les voies d'émission et de la réception. Un amplificateur de puissance G3 séparé est alors utilisé, précédé d'un filtre f5 qui augmente l'atténuation du bruit émis dans la bande réception. Le caractère bi-directionnel de cette norme ainsi que la bande de fréquence employée rend difficile le regroupement de cette chaîne avec 20 celles des autres normes car, certaines bandes de fréquences se recouvrant partiellement, il n'est pas possible d'envisager une séparation de bande par filtrage. Mais dans certains cas, lorsqu'une antenne permet de couvrir l'ensemble des 25 standards, un accès supplémentaire est ajouté au commutateur S afin de connecter l'ensemble relatif à la norme WCDMA par le point commun du diplexeur à l'antenne commune. Un terminal multi-standard utilise donc une architecture complexe et un 30 nombre élevé de composants. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. L'invention propose un terminal d'un système de communications comportant un système d'antennes multibande qui comporte des éléments de diplexage, ajustables 2904911 3 dans les différentes bandes de fréquence d'émission et de réception de l'antenne, réalisés par des filtres sélectifs accordables à une fréquence canal sélectionnée. 5 L'invention présente l'avantage d'éviter l'utilisation onéreuse de commutateurs à multiple accès Les filtres sélectifs sont accordables dans des bandes de fréquences sélectionnées appartenant soit à la bande de réception soit à la bande d'émission de l'antenne. Il permet, grâce à ces filtres accordables émission et réception, d'isoler le 10 spectre émission de la bande de réception. Dans un mode de réalisation, les filtres sélectifs sont au nombre de 4, 2 filtres couvrant la bande émission et 2 filtres couvrant la bande réception. Préférentiellement, il comporte de plus dans la voie d'émission, un filtre de 15 réjection de bruit du aux fréquences de réception. Préférentiellement, le terminal comprend de plus dans les voies d'émission des amplificateurs de puissance variables. Dans un mode de réalisation, les filtres accordables utilisés sont des filtres agiles utilisant un matériau de type ferro électrique. Un autre mode 20 réalisation pourrait utiliser la technologie MEMS (Micromachined Electro-Mechanical System). Préférentiellement, les filtres sélectifs ont une sélectivité fréquentielle limitant la bande passante à la largeur de bande d'un canal WCDMA. Dans un mode de réalisation, les bandes de fréquences correspondent à des 25 standards GSM/GPRS/EDGE et WCDMA. Les caractéristiques et avantages de l'invention mentionnée ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels : 30 -la figureldéjà décrite, représente les différentes bandes de fréquence des téléphones cellulaires ; - la figure 2 déjà décrite, représente une architecture simplifiée d'un terminal selon l'état de la technique ; 2904911 4 - la figure 3 représente l'architecture d'un téléphone portable comprenant le terminal selon l'invention ; - la figure 4 représente la couverture en fréquence des filtres utilisés par l'invention. Pour simplifier la description, les mêmes références seront utilisées dans ces dernières figures pour désigner les éléments remplissant des fonctions identiques. 10 Le circuit selon l'état de la technique ayant été sommairement décrit précédemment il ne sera pas redécrit par la suite. Par ailleurs, une même référence est utilisée pour le circuit de l'état de la technique et pour les circuits selon l'invention lorsqu'il s'agit d'un même élément. 15 La figure 3 représente un exemple d'une architecture simplifiée d'un terminal multibande associé à une antenne multibande A3 (ou à une pluralité d'antennes) la reliant à un circuit RFIC classique. L'antenne multibande émet ou reçoit les signaux dans différentes bandes de 20 fréquences correspondant à différents standards tels que par exemple ceux décrits précédemment. Dans l'exemple de la figure 3, elle couvre donc particulièrement les 5 bandes de fréquences 824-894 MHz, 890 -960 MHz, 1710-1880 MHz, 1850 û 1990 MHz et 1920-2170 MHz, correspondant aux standards GSM, GPRS, EDGE et WCDMA. Mais le terminal selon l'invention 25 peut également couvrir une partie seulement des différentes bandes ou un ensemble d'autres bandes. Il est à constater que certaines bandes d'émission et de réception se recoupent partiellement. Toutefois une variante de l'antenne utilisée dans l'exemple représenté selon 30 la figure 3 consiste en plusieurs antennes accordées chacune dans les bandes adéquates. Le terminal 10 selon l'invention comporte, associé à l'antenne et à la voie antenne, deux voies de réception : une voie de réception bande basse RB et une voie de réception bande haute RH, et deux voies d'émission pour une 5 2904911 5 émission bande basse TB et une émission bande haute TH. Le nombre de voies pour l'émission comme pour la réception a été choisie afin de ne pas contraindre exagérément les chaînes émission et réception en imposant une trop grande largeur de bande RF sur chaque voie. 5 En effet la première voie réception RB correspond à une réception dans les fréquences basses allant de 869 à 960 MHz. La deuxième voie réception RH correspond à une réception dans les fréquences hautes allant de 1800 à 2170 MHz. Parallèlement, la première voie émission TB correspond à une émission 10 dans les fréquences allant de 824 à 915 MHz. La deuxième voie émission TH correspond à une émission dans les fréquences allant de 1710 à 1980 MHz. Il est à remarquer que les voies émission et réception au standard WCDMA 15 peuvent être communes avec celles des autres standards à 1800 MHz et 1900 MHz, permettant ainsi le regroupement des composants RF en fonction de bandes de fréquences telles que définies. La complexité de l'encombrement et le coût du terminal seront donc réduits. Les 4 voies émission /réception sont connectées pour former une seule voie 20 de liaison avec l'antenne. Dans chacune des voies, des filtres vont permettre de sélectionner les bandes de fréquence, réalisant ainsi une fonction de diplexage. Le diplexeur bande basse comprend donc un filtre ajustable bande basse émission F1 et 25 un filtre ajustable bande basse réception F2. Tandis que le diplexeur bande haute comprend donc un filtre ajustable band haute émission F3 et un filtre ajustable bande haute réception F4. La séparation entre les voies émission TX et réception RX dans les bandes 30 sélectionnées est effectuée naturellement par la sélectivité fréquentielle des filtres qui ne nécessiteront que peu de pôle (2 ou 3 au maximum) pour ne pas couvrir, dans le pire des cas, plus que la bande passante d'un canal WCDMA soit 5Mhz. 2904911 6 Ces filtres ajustables sont accordables et sélectifs. Les fréquences centrales des différents filtres sont commandées à chaque assignation de fréquence du terminal selon la bande de fréquence et le canal de transmission utilisés. Ils sont aussi nommés filtres agiles. 5 Afin d'augmenter la réjection du bruit du de la bande de réception en mode émission bande haute un filtre fixe large bande F5 peut optionnellement être ajouté dans la chaîne transmission bande haute (ce filtre est représenté avant l'amplificateur de puissance dans le synoptique). De préférence ce 10 filtre sera de type coupe-bande afin de bénéficier d'une grande bande passante pour ne pas affecter les bandes émission TX 1800, 1900 et WCDMA (1710-1980MHz) tout en atténuant fortement la bande RX concernée (2110-2170MHz). 15 Dans les voies émissions, des amplificateurs de puissance à commande variable 11 et 12 sont connectés en aval des filtres sélectifs et ajustables F1 et F3. Ils permettent d'augmenter la puissance des signaux à émettre. Ces amplificateurs commandés indépendamment, permettent également de plus, par l'inhibition de l'un ou des deux, de réduire principalement l'émission 20 de parasites et la consommation de courant. La figure 4 représente les courbes de réponse de ces filtres amovibles. Le filtre accordable F1 de la voie émission basse bande couvre les fréquences 824 û 915 MHz. La courbe de réponse CF1 de ce filtre est donc 25 amovible. Deux exemples de courbes de réponse sont donnés par les courbes Cl F1 et C2F1 qui sont représentés sur la figure 4. Elles couvrent la largeur de bande souhaitée bien que la bande passante du filtre autour de la fréquence centrale souhaitée soit de l'ordre de quelques MHz. Les fréquences centrales sont commandées à chaque assignation de fréquence 30 du terminal selon la bande de fréquence et le canal de transmission utilisés. Le filtre accordable F2 situé dans la voie réception basse fréquence est utilisé pour couvrir les fréquences 869 û 960MHz. La courbe de réponse CF2 de ce filtre est de même accordable. Deux exemples de courbe de 2904911 7 réponse sont donnés par les courbes Cl F2 et C2F2 qui sont représentés sur la figure 4. Ces courbes Cl F2 et C2F2 correspondent à une fréquence centrale de 870 et 960 MHz. 5 Le filtre accordable sélectif F3 est utilisé pour la transmission de données sur des canaux de fréquences comprise s entre 1710 et 1980MHz, ce qui correspond bien aux fréquences de transmission des standards GPRS et UMTS. Les courbes de réponse accordables Cl F3, C2F3, C3F3 correspondent à une fréquence centrale de 1750, 1890 et 1950MHz. Ils 10 permettent donc une transmission dans cette bande passante présélectionnée. Le filtre accordable sélectif F4 est utilisé pour la réception de données sur des canaux de fréquences compris es entre 1805 et 2170MHz, ce qui 15 correspond bien aux fréquences de transmission des standards GPRS et WCDMA. Les courbes de réponse accordables Cl F4, C2F4, C3F4 correspondent à une fréquence centrale de 1840, 1970 et 2150MHz. Ils permettent donc une transmission dans cette bande passante présélectionnée. 20 Dans le cas d'un fonctionnement en mode WCDMA uniquement les voies émission et réception bande haute sont activées. Ici encore, l'isolation est effectuée par la sélectivité des filtres. Cette invention a été décrite à l'aide de l'exemple de la figure 3. Il est 25 possible pour l'homme de métier, en fonction de l'excursion de fréquences souhaitée et de la capacité des filtres, d'utiliser un nombre différent de filtres. REVENDICATIONS 1. Terminal d'un système de communications comportant un système d'antennes multibande (A3) caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de diplexage, ajustables dans les différentes bandes de fréquence d'émission et de réception de l'antenne, réalisés par des filtres sélectifs (RB, RH, TH, TB) accordables à une fréquence canal sélectionnée. 2. Terminal d'un système de communications selon la revendication 1 caractérisé en ce que les filtres sélectifs sont accordables dans des bandes de fréquences sélectionnées appartenant soit à la bande de fréquence de réception soit à la bande de fréquence d'émission de l'antenne. 3. Terminal d'un système de communications selon la revendication 2 caractérisé en ce que les filtres sélectifs sont au nombre de 4, 2 filtres couvrant la bande émission (F1, F3) et 2 filtres couvrant la bande réception (F2, F4). 4. Terminal d'un système de communications selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte de plus dans la voie d'émission, un filtre de réjection de bruit (F5), du aux fréquences de réception. 25 5. Terminal d'un système de communications selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend de plus dans les voies d'émission des amplificateurs de puissance variable (11, 12). 6. Terminal d'un système de communications selon la revendication 3 30 caractérisé en ce que les filtres accordables utilisés sont des filtres agiles utilisant soit un matériau de type ferro électrique ou basée sur la technologie MEMS. 5 2904911 9 7. Terminal d'un système de communications selon la revendication 6 caractérisé en ce que les filtres sélectifs ont une sélectivité fréquentielle limitant la bande passante à la largeur de bande d'un canal WCDMA. 8. Terminal d'un système de communications selon la revendication 1 à 7 caractérisé en ce que les bandes de fréquences correspondent à des standards GSM/GPRS/EDGE et WCDMA. 10