Brevet FR2918235A1 — publié le 20090102

FILTRE CANAL, NOTAMMENT POUR UN RECEPTEUR DE TELEVISION NUMERIQUE La présente invention concerne un filtre canal. Elle s'applique notamment dans le cadre de la mise en oeuvre des standards DVB-T et DVB-H ayant pour objet de permettre la réception de programmes de télévision numérique à partir de terminaux fixes ou mobiles multistandards tels que des téléphones portables, PDA ou autres récepteurs multimédia. Les principaux défis du standard DVB-T résident en partie dans la forte largeur de bande de fréquences à l'entrée des récepteurs. Cette bande va notamment de 48 MHz à 862 MHz, englobant les bandes VHF, UHF et très probablement la bande L pour les applications DVB-H. Cela conduit à rendre plus complexes les étages d'entrée RF. Les défis résident aussi dans les performances requises en terme de niveaux d'interférences des canaux adjacents au canal de réception. En effet, afin de limiter les modifications du réseau national existant, il a été choisi d'opérer la diffusion simultanée des canaux numériques DVB-T à partir des mêmes sites géographiques que les émissions en diffusion analogique et ceci sur des bandes de fréquences adjacentes. Cette configuration, également valable dans d'autres pays européens, a conduit à imposer des spécifications sévères en terme d'immunité des récepteurs numériques aux signaux analogiques ou numériques dans les autres canaux. A titre d'exemple, si on considère l'une des configurations adoptées par le standard MBRAI pour les canaux adjacents on note que l'immunité requise pour les canaux immédiatement adjacents à un canal donné est inférieure à celle requise pour des canaux plus éloignés. En fait ce choix est lié aux limites de la technologie actuelle au niveau du filtrage entre canaux. En particulier, une majorité de circuits de réception DTV sont encore basés sur une architecture hétérodyne avec une conversion de la fréquence de réception en fréquence intermédiaire, plus basse, suivie d'un filtrage par canal en fréquence intermédiaire par des filtres à onde acoustique de surface, encore appelés filtres SAW. Afin d'exploiter au mieux les performances de ces filtres, la conversion vers une fréquence plus basse, par exemple de l'ordre de 36 MHz, est généralement adoptée. Le niveau de rejet, ou de filtrage, admissible avec de tels filtres est de l'ordre de 35 à 40 dB hors canal. Un but de l'invention est notamment d'augmenter le niveau de rejet entre canaux, notamment adjacents. A cet effet, l'invention a pour objet un filtre canal caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre passe-bande de base, centré sur la fréquence du canal, en série avec deux filtres réflectifs montés en cascade dont les bandes passantes sont localisées de part et d'autres du filtre passe-bande de base englobant les canaux adjacents au 1 o canal. Dans un mode de réalisation, un filtre réflectif comporte un coupleur directionnel 90 couplé à un filtre passe bande ayant une fonction de transfert adaptée à l'impédance de charge du coupleur, l'entrée du filtre passe-bande étant connectée à un port de sortie du coupleur directionnel, 15 l'entrée du filtre directif étant formée du port d'entrée du coupleur et la sortie du filtre directif étant formée d'un port récupérant le coefficient de réflexion du filtre passe-bande. La sortie du filtre passe-bande est par exemple connectée à une impédance égale à l'impédance de charge, l'autre sortie du coupleur étant connectée à 20 une impédance égale à l'impédance de charge. Le canal étant d'ordre N, la bande passante d'un premier filtre passe-bande occupe par exemple les bandes des canaux Nû1 à Nû3, en étant centrée sur la fréquence centrale du canal N-2, la bande passante du deuxième filtre passe-bande occupant les bandes des canaux N+1 à N+3, en étant centrée 25 sur la fréquence centrale du canal N+2. Un amplificateur est par exemple placé entre les deux filtres réflectifs (50, 60) pour compenser les pertes de ces filtres. Avantageusement, les filtres passe-bande sont par exemple des filtres de type Tchebychev à 5 pôles. 30 Le filtre étant utilisé dans un récepteur de télévision numérique, il comporte par exemple un microprocesseur équipé d'un convertisseur analogique-numérique pour chercher un optimum du rapport porteuse à bruit C/N délivré par le démodulateur DVB du récepteur connecté en sortie dudit filtre, la recherche étant effectuée en agissant alternativement sur les pôles des 35 filtres passe-bande. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : - la figure 1, une illustration d'une réponse d'un filtre canal de type à onde acoustique de surface ; - la figure 2, une présentation d'un coupleur directionnel 90 ; - la figure 3, un exemple de réalisation d'un filtre réflectif utilisant un coupleur directionnel 90 ; - la figure 4, une illustration des réponses en transmission et en 1 o réflexion du filtre précédent ; - la figure 5, un exemple de réalisation d'un filtre selon l'invention ; - la figure 6, une illustration de la réponse d'un filtre selon l'invention ; - la figure 7, un autre exemple de réalisation d'un filtre selon l'invention. 15 La figure 1 présente un exemple de réponse d'un filtre canal de type à onde acoustique de surface. Le filtre, représenté par une courbe 1 de type passe-bande, est centré sur une fréquence de base fo du canal N correspondant, représentée à la fréquence 0 sur l'axe des abscisses sur la figure 1. L'axe des ordonnées représente l'atténuation du filtre en fonction de la fréquence. 20 A l'intérieur du canal, l'atténuation est nulle, puis décroît rapidement aux limites de la bande de fréquences correspondante, environ 4 MHz dans l'exemple de la figure 1. La courbe 1 montre notamment que pour les fréquences hors canal mais proches de la bande de fréquence du canal, par exemple pour les 25 fréquences comprises entre 4 et 12 MHz, englobant les canaux adjacents N 1, l'atténuation est de l'ordre de 30 dB, ce qui est insuffisant en pratique pour assurer un filtrage efficace entre canaux adjacents. L'invention qui va être décrite par la suite permet de modifier le profil du filtrage tel qu'illustré par la courbe 1 de la figure 1 de manière à améliorer le filtrage des 30 fréquences des canaux adjacents, hors canal. Le niveau d'atténuation hors canal pourra atteindre 50 à 60 dB au lieu des 30 dB du filtre de la figure 1. La figure 2 illustre un coupleur directionnel 90 . Un tel coupleur 20 peut être utilisé de manière réflective. En effet dans ce type de coupleur la 35 transmission s'effectue du port d'entrée 21 vers les ports de sorties 22, 23, ces deux sorties étant respectivement déphasées de 90 . L'énergie est réfléchie vers un quatrième port 24, appelé généralement ISO. Dans une utilisation en réflecteur, les ports d'entrée et de sortie sont respectivement le port d'entrée 21 et le port de sortie 24. En fonction de l'impédance présentée sur les ports de sortie 22, 23, le port ISO 24 récupère le coefficient de réflexion de ces sorties. Par conséquent, si on connecte sur un des ports de sortie 22, 23 un filtre ayant une fonction de transfert adaptée sur l'impédance de charge Zc du coupleur, le port ISO 24 récupère le coefficient de réflexion de ce circuit. Ce principe est notamment utilisé pour réaliser des filtre 1 o réflectifs, encore appelés notch filters ayant des fonctions de déphasage et d'atténuation. En effet dans ce cas le port ISO constitue la réponse en réflexion du filtre. La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un filtre réflectif basé sur ce 15 principe de connexion. Un filtre passe-bande F1, ayant une fonction de transfert H(p), est connecté sur le premier port de sortie 23 du coupleur 20, à déphase nul. Le filtre F1 est par ailleurs connecté en sortie à une impédance de charge 31, de valeur Zc. Le deuxième port de sortie23, déphasé de 90 , est relié à une autre impédance 32, égale à l'impédance de charge Zc. Si la 20 fonction H(p) est adaptée sur l'impédance de charge Zc du coupleur, le port ISO constitue la réponse en réflexion du filtre F1. La fonction de transfert H(p) modifiant l'impédance caractéristique de la ligne en sortie du coupleur, l'impédance Zc est choisie pour s'adapter à cette fonction H(p) de façon à ce que les ondes hyperfréquences se réfléchissent sur cette impédance. 25 La figure 4 montre des composantes S d'un filtre passe-bande représentées par des courbes 41, 42 dans un système d'axe où les abscisses représentent les fréquences et les ordonnées l'atténuation en dB. Elle présente notamment par une première courbe 41 la réponse S(4, 3) en transmission 30 d'un filtre passe-bande et par une deuxième courbe 42 la réponse S(3, 3) en réflexion de ce même filtre. Les courbes de la figure 4 montrent que la réponse en réflexion 42, faisant apparaître les pôles 43 du filtre, est dotée de flancs transitions 44 beaucoup plus raides que ceux 45 de la réponse en transmission. La figure 5 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif de filtrage selon l'invention. Deux filtres réflectifs 50, 60 du type de celui de la figure 3, équipés respectivement d'un filtre passe-bande F1 et d'un filtre passe bande F2, sont connectés en cascade sur le filtre canal N existant 51, un filtre passe-bande de base, dont la réponse est par exemple illustrée par la figure 1. Le montage en cascade est tel que le port d'entrée 21 du deuxième filtre réflectif 60 est connecté au port de sortie ISO 24 du premier filtre. Les bandes passantes des deux filtres F1 et F2 sont localisées respectivement de part et d'autre de la fréquence intermédiaire centrale du filtre canal N, 70 1 o MHz par exemple. De ce fait, on réalise deux filtres encadrant une zone de transmission aux flancs relativement raides. Les largeurs des bandes passantes des filtres F1, F2 sont choisies de manière à ce qu'elles englobent les fréquences des canaux adjacents. Ainsi, la bande passante du filtre F1 occupe par exemple les bandes des canaux Nû1 à Nû3, ayant une largeur 15 de bande égale à trois fois la bande du canal N et étant centrée sur la fréquence centrale du canal N-2. De même, la bande passante du filtre F2 occupe par exemple les bandes des canaux N+1 à N+3, ayant une largeur de bande égale à trois fois la bande du canal N et étant centrée sur la fréquence centrale du canal N+2. Une autre largeur de bande peut être 20 adoptée en fonction des performances souhaitées. Un amplificateur 52 est par exemple placé entre les deux filtres réflectifs 50, 60 pour compenser les pertes de ces filtres et réaliser un filtrage global sans pertes. De manière plus spécifique, l'amplificateur 52 est monté en série entre la sortie du filtre 50 et l'entrée du filtre 60. 25 La figure 6 illustre l'efficacité d'un dispositif selon l'invention. Plus particulièrement, elle présente par une courbe 61 la réponse d'un filtrage effectué par un filtre selon l'invention comparée à une réponse d'un filtre canal classique seul 51 tel qu'illustrée par la courbe 1 présentée à la figure 1. 30 La réponse illustrée par la courbe 61 résulte de l'adjonction en cascade des deux filtres 50, 60 selon le montage de la figure 5. Cette réponse 61 est sensiblement égale à réponse 1 du filtre canal seul, puis est prolongée vers les atténuations plus fortes au-delà de -40 dB avec des flancs raides montrant l'efficacité du nouveau filtre canal obtenu par le montage de la 35 figure 5. Les filtres F1, F2 peuvent être réalisés àpartir d'éléments localisés de type LC. Il est possible que les tolérances de ces composants influent sur la précision du filtrage global. Une structure de filtre de type Tchebychev à 5 pôles peut être par exemple utilisée pour ces filtres F1, F2. Dans ce cas, une variation simultanée des capacités des deux résonateurs shunt de chacun des filtres permet d'obtenir une marge de réglage suffisante pour centrer le filtre canal. La figure 7 présente un exemple de réalisation qui permet de compenser 1 o automatiquement les dérives du filtre global. A chaque mise sous tension du circuit, un programme généré par un microprocesseur 71 équipé d'un convertisseur analogique-numérique cherche un optimum du rapport porteuse à bruit C/N délivré par le démodulateur DVB 72 en sortie du filtre global, en agissant alternativement sur les pôles des filtres F1 et F2. Des 15 varactors en silicium sont par exemple ajoutés en parallèle sur les capacités des résonateurs shunt des filtres F1, F2 pour effectuer facilement un réglage. La valeur optimale du rapport porteuse à bruit C/N est trouvée quand le centrage du filtre canal est optimal. En effet, une dérive sur le centrage des filtres F1, F2 conduit à un élargissement du filtre canal global 20 et/ou à une remontée du bruit dans les canaux adjacents, et de ce fait à une dégradation du rapport porteuse à bruit C/N. Un dispositif de filtrage canal selon l'invention permet dans le cadre de la mise en oeuvre de récepteurs DVB-T ou DVB-H d'améliorer de manière notable le filtrage des canaux adjacents N 1 à un canal N. 25 REVENDICATIONS 1. Filtre canal caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre passe-bande de base (51), centré sur la fréquence du canal, en série avec deux filtres réflectifs (50, 60) montés en cascade dont les bandes passantes sont localisées de part et d'autres du filtre passe- bande de base (51) englobant les canaux adjacents au canal. 2. Filtre canal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un filtre réflectif (50, 60) comporte un coupleur directionnel 90 (20) couplé à un filtre passe bande (F1, F2) ayant une fonction de transfert (H(p)) adaptée à l'impédance de charge du coupleur, l'entrée du filtre passe-bande étant connectée à un port de sortie (22) du coupleur directionnel (20), l'entrée du filtre directif étant formée du port d'entrée (21) du coupleur et la sortie du filtre directif étant formée d'un port (ISO, 24) récupérant le coefficient de réflexion du filtre passe-bande (F1, F2). 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que la sortie du filtre passe-bande (F1, F2) est connectée à une impédance (31) égale à l'impédance de charge, l'autre sortie (23) du coupleur étant connectée à une impédance (32) égale à l'impédance de charge. 4. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, le canal étant d'ordre N, la bande passante d'un premier filtre passe-bande (F1) occupe les bandes des canaux Nû1 à Nû3, en étant centré sur la fréquence centrale du canal N-2, la bande passante du deuxième filtre passe-bande (F2) occupant les bandes des canaux N+1 à N+3, en étant centré sur la fréquence centrale du canal N+2. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un amplificateur (52) est placé entre les deux filtres 30 réflectifs (50, 60) pour compenser les pertes de ces filtres. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les filtres passe-bande (F1, F2) sont des filtres de type Tchebychev à 5 pôles. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans un récepteur de télévision numérique. 8. Filtre selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur (71) équipé d'un convertisseur analogique-numérique pour chercher un optimum du rapport porteuse à bruit C/N délivré par le démodulateur DVB (72) du récepteur connecté en sortie dudit filtre, la recherche étant effectuée en agissant alternativement sur les pôles des 1 o filtres passe-bande (F1, F2). 9. Filtre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre passe-bande de base (51) est un filtre à onde du surface. 15 20