Brevet FR2928014A1 — publié le 20090828

Dispositif électronique destiné à des équipements hyperfréquences embarqués sur satellite. La présente invention consiste en une solution à la tenue et à l'amélioration des spécifications sur la susceptibilité conduite d'une chaîne hyperfréquence, notamment pour des équipements embarqués sur des satellites. En effet, dans les équipements hyperfréquences actuels, des signaux parasites de fréquence généralement comprise entre 10 Hz et 10 MHz sont systématiquement générés par le bus primaire des convertisseurs de tension continue et se retrouvent sur les tensions d'alimentation des circuits hyperfréquences. Ces signaux parasites, de fréquence faible devant les hyperfréquences usuelles, qui sont de l'ordre de un à plusieurs dizaines de GHz, sont difficiles à filtrer et sont transmis en sortie des composants hyperfréquences. Les signaux parasites sont ainsi portés par les signaux hyperfréquences et peuvent provoquer des perturbations. La susceptibilité conduite permet de mesurer la réaction de composants vis-à-vis de signaux parasites. On va ainsi mesurer, en dBc, l'atténuation des signaux parasites. Plus la susceptibilité conduite est élevée, plus l'atténuation des signaux parasites est importante et donc meilleure est la transmission d'information sur le circuit hyperfréquence. La susceptibilité conduite est donc généralement l'objet de spécification requise lors de la conception d'équipements hyperfréquences. Cette susceptibilité conduite requise est généralement fonction des fréquences des signaux parasites : plus la fréquence est élevée, plus la susceptibilité conduite doit être élevée. Par exemple, pour des signaux parasites à 10 MHz, on peut exiger une susceptibilité de -55 dBc. Plus la susceptibilité conduite est proche de zéro, plus les signaux parasites présentent une puissance élevée. Actuellement, l'atténuation des signaux parasites se fait par l'adjonction de composants complémentaires, principalement au niveau du convertisseur DC/DC, convertisseur de tension continue, présent sur tous les équipements hyperfréquences. En effet, les signaux parasites sont essentiellement générés par l'alimentation continue ou par le convertisseur DC/DC du fait de ses fréquences de hachage. 'Des réseaux de polarisation peuvent permettre d'atténuer ces signaux parasites. Aujourd'hui, un des axes privilégiés pour l'amélioration des équipements hyperfréquences embarqués sur des satellites réside dans l'allégement et la réduction du volume des convertisseurs DC/DC. Une des solutions est donc de supprimer certains éléments permettant l'atténuation des signaux parasites. Cependant, il n'existe dans l'état de l'art aucun moyen de substitution permettant de ne pas subir la présence de signaux parasites au niveau du circuit hyperfréquence : c'est l'objet de la présente demande de brevet. L'invention consiste en effet en un dispositif électronique hyperfréquence réalisant l'atténuation des signaux modulés parasites présents en entrée dudit dispositif. Cela permet de s'affranchir de la présence de composants dédiés à l'atténuation des signaux parasites au niveau du convertisseur DC/DC ou de l'alimentation de l'équipement complet. Le convertisseur DC/DC représentant aujourd'hui environ 45% à 50% du volume des équipements hyperfréquences embarqués sur des satellites tandis que toute la chaîne hyperfréquence en représente environ 20%, le gain attendu sur le volume est très important. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif électronique destiné à des équipements hyperfréquences et comprenant : • une alimentation fournissant une tension d'alimentation et un 25 signal modulé parasite, • une chaîne hyperfréquence propageant un signal hyperfréquence d'entrée à une fréquence élevée et comprenant au moins deux composants électroniques hyperfréquences : un premier, présentant une entrée hyperfréquence alimenté par le 30 signal hyperfréquence d'entrée et au moins une première entrée d'alimentation alimentée en tension par ladite alimentation, et fournissant en sortie un signal hyperfréquence intermédiaire, et un second présentant une entrée hyperfréquence alimenté par le signal hyperfréquence intermédiaire et au moins une seconde entrée d'alimentation, et fournissant un signal hyperfréquence de sortie, ledit signal modulé parasite étant au moins partiellement porté par le signal hyperfréquence intermédiaire en sortie du premier composant électronique hyperfréquence, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un déphaseur appliqué à la tension d'alimentation et au signal modulé parasite, situé entre le première entrée d'alimentation du premier composant électronique hyperfréquence et la seconde entrée d'alimentation du second composant électronique hyperfréquence, et permettant de déphaser de 180° le signal modulé parasite, et en ce que la tension d'alimentation et le signal modulé parasite déphasé de 180° alimente le second composant électronique hyperfréquence par la seconde entrée d'alimentation, le signal modulé parasite porté par le signal hyperfréquence de sortie se trouvant ainsi atténué du fait de la sommation, dans ledit signal hyperfréquence de sortie, du signal modulé parasite et du signal modulé parasite déphasé de 180°. De préférence, l'alimentation fournit une tension d'alimentation continue. Généralement, le signal modulé parasite présente une fréquence basse, typiquement dix à dix millions de fois inférieure à la fréquence du signal hyperfréquence d'entrée de la chaîne hyperfréquence. Avantageusement, la chaîne hyperfréquence comprend des composants électroniques hyperfréquences du type : amplificateur(s), atténuateur(s), atténuateur(s) commandable(s) en tension (ou VGA pour Voltage Gain Attenuator selon l'acronyme anglais usuel). Avantageusement, le dispositif selon l'invention peut comporter une série de composants électroniques hyperfréquences et une série de déphaseurs permettant de déphaser de 180° le signal modulé parasite introduit avec la tension d'alimentation et porté par le signal hyperfréquence avant chacun des composants électroniques hyperfréquences les plus sensibles au signal modulé parasite. Avantageusement, un équipement embarqué sur un satellite peut 35 comporter un dispositif électronique hyperfréquence selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui 5 représentent : • la figure 1 : le schéma de principe d'un dispositif électronique hyperfréquence actuel ; • la figure 2: la représentation simplifiée du principe de sommation des signaux parasites traversant différents circuits 1 o hyperfréquences ; • la figure 3: le schéma simplifié du principe de l'invention, consistant à déphaser de 180° les signaux parasites entre deux circuits hyperfréquences ; • la figure 4 : le schéma d'un exemple de circuit électronique 15 permettant de réaliser un déphaseur de 180° utilisé dans l'invention ; • la figure 5a : dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention, le schéma d'un banc de mesure appliqué à un dispositif électronique hyperfréquence quelconque, incluant deux VGA 20 (pour Voltage Gain Attenuator selon l'acronyme anglais), composant électronique hyperfréquence comportant un atténuateur ; • la figure 513 : le diagramme des tensions mesurées par un oscilloscope sur le circuit de la figure 5a ; 25 • la figure 6a : dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention, le schéma d'un banc de mesure appliqué à un dispositif électronique hyperfréquence selon l'invention basé sur le même circuit que celui de la figure 5a, et comportant un déphaseur placé entre les deux VGA ; 30 • la figure 6b : le diagramme des tensions mesurées par un oscilloscope sur le circuit de la figure 5b. La figure 1 illustre une définition de la susceptibilité conduite 35 comme niveau de parasites en sortie d'un équipement hyperfréquence. Dans le dispositif électronique hyperfréquence schématiquement représenté ici, le courant de ligne porte un signal modulé parasite PARI. Le circuit primaire comporte un convertisseur DC/DC ALIM1 dont le rôle est de fournir une tension continue, par exemple de 100 V. Le signal modulé parasite peut être atténué par le convertisseur DC/DC ALIM1 ; il devient le signal modulé parasite PAR2. Dans le circuit secondaire, un autre convertisseur secondaire ALIM2 fournit à la chaîne hyperfréquence HYPER les tensions continues nécessaires au fonctionnement des composants électroniques hyperfréquences qui la composent. Le signal modulé parasite PAR2 peut être atténué par le convertisseur secondaire ALIM2 et c'est donc un signal modulé parasite PAR3 qui arrive aux composants électroniques hyperfréquences de la chaîne hyperfréquence HYPER. Par ailleurs, un signal hyperfréquence représenté par la raie de modulation d'amplitude RF1 arrive à la chaîne hyperfréquence HYPER par l'entrée IN. En sortie OUT, la chaîne hyperfréquence HYPER fournit un signal hyperfréquence représenté par la raie de modulation d'amplitude RF2. Cependant, en sortie OUT, on retrouve également des raies de modulation d'amplitude parasites PS qui correspondent au signal modulé parasite PAR3 porté par le signal hyperfréquence en sortie de la chaîne hyperfréquence HYPER. L'écart entre la raie RF2 et les raies PS correspond à la susceptibilité conduite. Plus les raies PS sont petites devant la raie RF2, meilleure est la performance de susceptibilité conduite et plus la qualité du signal hyperfréquence de sortie est élevée. Jusqu'à présent, le convertisseur DC/DC ALIM1 assurait l'essentiel de l'atténuation nécessaire des signaux modulés parasite. II était aidé en cela par le convertisseur secondaire ALIM2. Aujourd'hui, dans un souci d'allégement et de réduction du volume des équipements électroniques hyperfréquences, en particulier ceux embarqués sur des satellites, on cherche à simplifier les convertisseurs DC/DC tels que ALIM1. Cette simplification se traduit par une diminution de l'atténuation des signaux modulés parasites. Ainsi, un convertisseur DC/DC ALIM1 allégé n'atténue pas suffisamment le signal modulé parasite PARI, le signal modulé parasite PAR3 qui arrive à la chaîne hyperfréquence HYPER présente donc une puissance élevée et le signal hyperfréquence en sortie de la chaîne hyperfréquence HYPER se trouve perturbé. Le schéma de la figure 2 permet d'appréhender une autre difficulté liée aux signaux modulés parasites. En effet, la tension A qui alimente les composants électroniques hyperfréquences CRF1 et CRF2 est accompagnée d'un signal modulé parasite PAR4. Comme cela a été expliqué précédemment, le signal hyperfréquence RF1 traité par le composant CRF1 devient le signal hyperfréquence RF2 qui est porteur de signaux parasites PSI. Après passage dans le composant CRF2, on obtient un signal hyperfréquence RF3 porteur de signaux parasites PS2. Ces signaux parasites PS2 qui perturbent le signal hyperfréquence en sortie de la chaîne hyperfréquence représentée en figure 2 correspondent à la sommation des signaux parasites amenés par la tension d'alimentation, d'abord au composant CRF1, puis au composant CRF2. Ainsi, on constate que la performance de susceptibilité conduite est dégradée au fur et à mesure que le signal hyperfréquence transite par des composants. La figure 2 illustre le fait que les raies de modulation d'amplitude des signaux parasites se somment, ce qui pose un problème majeur mais se trouve également à l'origine de l'idée de base de la présente invention. La figure 3 représente schématiquement l'idée centrale exploitée dans l'invention. On repart quasiment de la même chaîne hyperfréquence que celle de la figure 2. Cette fois, on représente les signaux parasites sur la ligne hyperfréquence, en tant que signaux modulés, par des sinusoïdes et non plus par leurs raies de modulation d'amplitude correspondantes. Comme pour la figure 2, la tension d'alimentation A du composant CRF1 supporte un signal modulé parasite PAR4. Le signal hyperfréquence HFO' est acheminé à l'entrée hyperfréquence du premier composant CRF1 de la chaîne. En sortie de ce composant CRF1, le signal hyperfréquence HF1' porte un signal parasite PSI'. L'invention consiste alors principalement à placer un déphaseur PHI sur le bus d'alimentation dans le but de déphaser de 180° le signal modulé parasite PAR4 après qu'il a atteint le composant CRF1 mais avant qu'il n'arrive au second composant CRF2. La tension d'alimentation A du second composant CRF2 est donc accompagnée d'un signal modulé parasite déphasé de 180° PAR4D. En conséquence, dans le signal hyperfréquence HF2' en sortie du composant CRF2, la sommation des signaux parasites PS2', comme explicitée lors de la description de la figure 2, se traduit, de façon simplifiée, par la sommation du signal modulé parasite PAR4 d'origine et du signal modulé parasite déphasé de 180° PAR4D. Comme l'illustre la figure 3, cette sommation tend à annuler le signal modulé parasite du fait du déphasage de 180°. La figure 4 présente un exemple de réalisation d'un déphaseur de 180°. Cet exemple non limitatif comprend un amplificateur opération AO, trois résistances, R1 de 400 kQ, R2 et R3 de 10 k4, et une capacité C de 10 nF. io En alimentant ce circuit avec une tension sinusoïdale VA de 5 V et de fréquence 10 kHz, on peut mesurer un déphasage d'environ 180° entre la tension mesurée au point V et la tension mesurée au point Vdeph. Les figures suivantes présentent des tests et des résultats 15 permettant de valider expérimentalement le principe de l'invention. La figure 5a présente le schéma d'une maquette permettant de mesurer à l'oscilloscope OSC le niveau des parasites en sortie d'une chaîne hyperfréquence constituée de deux VGA (Voltage Gain Attenuator selon l'acronyme anglais), VGA1 et VGA2, alimentés tous deux sur leur entrée 20 positive par une alimentation continue 5 de +5 V et sur leur entrée négative par une tension d'alimentation 1 de -1 V à laquelle on a volontairement ajouté une composante modulée parasite PAR à l'aide d'un générateur de signaux basse fréquence 1 kHz passant par un transformateur T. Un synthétiseur de fréquence 6GHz fournit un signal hyperfréquence à l'entrée 25 de la chaîne hyperfréquence et du composant VGA1 en particulier. En sortie de la chaîne hyperfréquence, on a placé un détecteur D dont le rôle est de permettre de visualiser la composante modulée du signal en sortie de la chaîne hyperfréquence à l'aide de l'oscilloscope OSC et d'observer les niveaux de phase entre les différents signaux. On mesure les 30 tensions au point V1 en entrée de l'alimentation négative du premier composant VGA1 de la chaîne hyperfréquence et au point Vf en sortie de la chaîne, après le second composant VGA2. Les résultats affichés par l'oscilloscope OSC sont représentés en figure 5b. La figure 5b permet de constater la forte amplitude du signal modulé parasite dans la tension Vf mesurée sur la ligne hyperfréquence en sortie de la chaîne hyperfréquence. L'expérience montre que le fait d'avoir deux composants identiques en série multiplie par quatre cette amplitude : elle est ici d'environ 54,4 mV alors qu'une mesure, non représentée ici, de la tension en un point situé sur la ligne hyperfréquence entre les deux composants afficherait une amplitude d'environ 13,8 mV. Ces mesures montrent donc que la puissance des signaux modulés parasites transmis par une chaîne hyperfréquence et portés par le signal hyperfréquence de sortie d'un dispositif hyperfréquence peut être élevée. En outre, plus il y a de composants hyperfréquences dans la chaîne, plus l'amplitude des signaux parasites est élevée. La figure 6a présente le schéma d'une maquette mettant en oeuvre l'invention et permettant d'en valider le principe. Par rapport à la maquette de la figure 5a, on a ajouté un déphaseur de 180° PHI entre les entrées négatives des composants hyperfréquences VGA1 et VGA2. Les tensions mesurées à l'oscilloscope OSC sont : la tension V1 à l'entrée négative du premier composant VGA1, avant le déphaseur PHI, la tension V2 à l'entrée négative du second composant VGA2, après le déphaseur PHI, et la tension Vfc en sortie de la chaîne hyperfréquence. Les résultats affichés par l'oscilloscope OSC sont représentées en figure 6b. Sur la figure 6b, on note tout d'abord que les tensions V1 et V2 sont bien déphasées de 180°. On constate ensuite que le niveau du signal modulé parasite mesuré en sortie de la chaîne hyperfréquence, à savoir la tension Vfc, est extrêmement faible. Son amplitude n'est pas mesurable ; elle est en tout cas négligeable. Ce résultat valide le principe de l'invention. La sommation au sein du second composant VGA2 du signal parasite porté par le signal hyperfréquence en sortie du premier composant VGA1, qui arrive à l'entrée hyperfréquence du composant VGA2, et du signal parasite déphasé de 180° PARD, qui arrive à l'entrée négative du composant VGA2, aboutit à une forte diminution du signal modulé parasite dans le signal de sortie de la chaîne hyperfréquence. En résumé, l'invention a pour principal avantage de rendre possible une atténuation importante des signaux modulés parasites portés dans les chaînes hyperfréquences de dispositifs hyperfréquences tels que ceux qu'on intègre à des satellites en ajoutant simplement un ou plusieurs déphaseurs de 180° entre les composants ne présentant pas une performance de susceptibilité conduite suffisante. L'invention permet en conséquence de s'affranchir de certains 1 o éléments chargés de l'atténuation des signaux parasites généralement intégrés aux alimentations et autres convertisseurs DC/DC dans tous les équipements hyperfréquences actuels. Le gain en poids et en volume sur la globalité des équipements hyperfréquences est sans aucun doute important. L'application dans le domaine spatial doit s'avérer particulièrement efficace. 15 REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique destiné à des équipements hyperfréquences et comprenant : • une alimentation fournissant une tension d'alimentation (A) et un signal modulé parasite (PAR4), • une chaîne hyperfréquence propageant un signal hyperfréquence d'entrée (HFO') à une fréquence élevée et comprenant au moins deux composants électroniques hyperfréquences : un premier (CRF1), présentant une entrée 1 o hyperfréquence alimenté par le signal hyperfréquence d'entrée (HFO') et au moins une première entrée d'alimentation alimentée en tension par ladite alimentation, et fournissant en sortie un signal hyperfréquence intermédiaire (HF1'), et un second (CRF2) présentant une entrée hyperfréquence alimenté par le signal 15 hyperfréquence intermédiaire (HF1') et au moins une seconde entrée d'alimentation, et fournissant un signal hyperfréquence de sortie (HF2'), ledit signal modulé parasite (PAR4) étant au moins partiellement porté par le signal hyperfréquence intermédiaire (HF1') en sortie du 20 premier composant électronique hyperfréquence (CRF1), caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un déphaseur (PHI) appliqué à la tension d'alimentation (A) et au signal modulé parasite (PAR4), situé entre le première entrée d'alimentation du premier composant électronique hyperfréquence (CRF1) et la seconde entrée 25 d'alimentation du second composant électronique hyperfréquence (CRF2), et permettant de déphaser de 180° le signal modulé parasite (PAR4), et en ce que la tension d'alimentation (A) et le signal modulé parasite déphasé de 180° (PAR4D) alimente le second composant électronique hyperfréquence (CRF2) par la seconde entrée 30 d'alimentation, le signal modulé parasite porté par le signal hyperfréquence de sortie (HF2') se trouvant ainsi atténué du fait de la sommation, dans ledit signal hyperfréquence de sortie (HF2'), du signal modulé parasite (PAR4) et du signal modulé parasite déphasé de 180°(PAR4D). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation fournit une tension d'alimentation continue. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal modulé parasite (PAR4) présente une fréquence basse, typiquement dix à dix millions de fois inférieure à la fréquence du signal hyperfréquence d'entrée (HFO') de la chaîne hyperfréquence. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne hyperfréquence comprend des composants électroniques hyperfréquences (CRF1,CRF2) du type : amplificateur(s), atténuateur(s), atténuateur(s) commandable(s) en tension (ou VGA pour Voltage Gain Attenuator selon l'acronyme anglais usuel). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une série de composants électroniques hyperfréquences (CRF1,CRF2) et une série de déphaseurs (PHI) permettant de déphaser de 180° le signal modulé parasite (PAR4) introduit avec la tension d'alimentation et porté par le signal hyperfréquence avant chacun des composants électroniques hyperfréquences (CRF1,CRF2) les plus sensibles au signal modulé parasite (PAR4). 6. Equipement embarqué sur un satellite caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif électronique hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes.30