Brevet FR2953342A1 — publié le 20110603

Atténuateur sélectif en fréquences pourvu d'une structure en T aisément accordable La présente invention concerne un atténuateur sélectif en fréquences pourvu d'une structure en T aisément accordable. Elle s'applique notamment aux chaînes de réception radioélectriques pour réduire la puissance de signaux présents dans certaines bandes de fréquence accordables. Les récepteurs radioélectriques modernes sont conçus pour traiter des bandes fréquentielles d'acquisition de plus en plus larges par rapport à la canalisation des signaux. Une des difficultés rencontrées dans la réalisation des chaînes de réception est l'acquisition d'un signal de faible niveau en présence de signaux à forts niveaux, tout en conservant de l'information sur les signaux forts. Avec l'émergence des nouvelles générations de récepteurs numériques, ce problème doit notamment être traité pour la numérisation directe de larges bandes de fréquences dans les chaînes de réception numériques. En effet, il est toujours possible d'amplifier de faibles signaux, mais cette solution se heurte aux limites des convertisseurs analogique-numérique (CAN) qui n'acceptent qu'une tension limitée en entrée. Par exemple, un récepteur à numérisation directe doit pouvoir numériser une bande de fréquences comprises entre 1 et 30 MHz, chaque signal étant canalisé sur un canal de 3kHz, le tout dans un environnement spectral perturbé par des signaux forts. A titre d'exemple, les signaux émis sur les bandes de radiodiffusion ou de télédiffusion, souvent qualifiées par le terme anglo-saxon de bandes de broadcast, sont particulièrement puissants et peuvent être considérés comme des signaux brouilleurs vis à vis des signaux hors broadcast. Afin de permettre au CAN d'exploiter pleinement la plage de tensions acceptées en entrée lors de l'échantillonnage de l'ensemble des signaux d'une large bande de fréquences, il est souhaitable de diminuer la puissance de ces signaux forts. Actuellement, il est connu d'utiliser des atténuateurs pour diminuer la puissance de signaux. Cependant, les atténuateurs sont des fonctions invariantes en fréquence ce qui signifie que l'ensemble des signaux du spectre subit l'atténuation. Or, généralement, il ne faut pas atténuer les signaux faibles sous peine de ne plus pouvoir les traiter par la suite. Une combinaison d'atténuateurs et d'amplificateurs n'aboutirait qu'à une augmentation du facteur de bruit, et serait donc sans effet bénéfique. Il est également connu d'éliminer les signaux perturbateurs présents sur une bande de fréquences donnée en utilisant des filtres réjecteurs de type Notch, lesquels rejettent une bande de fréquence tout en laissant passer le reste du spectre. Ces filtres sont particulièrement volumineux et coûteux. De plus, l'utilisation de ce type de filtre rend impossible tout traitement de signaux dans la bande de fréquences rejetée. En effet, les filtres Notch présentent un Rapport d'Ondes Stationnaires (ROS) très supérieur à 1 dans la bande de fréquence rejetée et introduisent donc des discontinuités de phase qui empêchent d'effectuer certains types de traitements, notamment les calculs goniométriques. Par ailleurs, cette mauvaise adaptation d'impédance sur une portion du spectre fréquentiel empêche la mise en cascade de ces filtres, ce qui s'avère gênant lorsque l'on souhaite éliminer plusieurs signaux indésirables de fréquences différentes. Un atténuateur sélectif en fréquences a également été proposé par Thales dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR2918821. Toutefois, cet atténuateur ne peut pas être accordé facilement en fréquences. Un but de l'invention est d'atténuer la puissance de signaux présents sur certaines portions d'une bande de fréquence sans affecter les signaux occupant les autres parties du spectre, en permettant le traitement des signaux atténués, l'atténuation pouvant être aisément accordable en fréquence. A cet effet, l'invention a pour objet un atténuateur sélectif accordable en fréquences de la puissance d'un signal entrant, comportant au moins un atténuateur en T, une première résistance RI dudit atténuateur en T reliant une première entrée à un point de raccord, une deuxième résistance R2 reliant ledit point de raccord à une première sortie, une troisième résistance R3 reliant ledit point de raccord à une deuxième entrée et une deuxième sortie reliées entre-elles, caractérisé en ce qu'un premier dipôle est monté en parallèle avec la première résistance RI, un deuxième dipôle étant monté en parallèle avec la deuxième résistance R2, un troisième dipôle étant monté en série avec la troisième résistance R3, lesdits dipôles étant centrés sur au moins une même fréquence Fo et configurés de sorte que, selon la fréquence du signal entrant, les premier et deuxième dipôles sont des courts-circuits lorsque le troisième dipôle bloque le courant, le troisième dipôle étant en court-circuit lorsque les premier et deuxième dipôles bloquent le passage du courant. Du fait de sa structure, l'atténuateur sélectif en fréquences selon l'invention est aisément accordable en fréquences. En effet, les résistances parasites intrinsèques aux dipôles peuvent être intégrées aux résistances RI, R2, R3 de l'atténuateur sélectif, ce qui facilite d'éventuels ajustements des valeurs de fréquence d'accord Fo. Selon un mode de réalisation de l'atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, les dipôles comportent chacun au moins un circuit oscillant LC. Selon un mode de réalisation de l'atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, le premier dipôle et le deuxième dipôle 15 comprennent chacun au moins un circuit LC parallèle. Selon un mode de réalisation de l'atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, chaque dipôle comporte des moyens pour faire varier la capacité du dipôle afin de modifier la fréquence d'accord Fo. Selon un mode de réalisation de l'atténuateur sélectif accordable 20 en fréquences selon l'invention, le signal entrant est un signal radiofréquences. L'invention a également pour objet une chaîne de réception radiofréquences comportant au moins un atténuateur sélectif tel que décrit plus haut. 25 Selon un mode de réalisation de la chaîne de réception radiofréquences, ladite chaîne est adaptée à recevoir et à numériser des signaux dans la bande HF. Selon un mode de réalisation de la chaîne de réception radiofréquences, ladite chaîne est adaptée à recevoir et à émettre des 30 signaux transitant par l'atténuateur sélectif en fréquences. Le Rapport d'Ondes Stationnaires (ROS) de l'atténuateur sélectif accordable selon l'invention reste proche de 1, ce qui permet d'en associer plusieurs en série avec une dégradation mineure du facteur de bruit. L'invention a également pour objet une chaîne de réception radiofréquences comportant au moins un atténuateur sélectif accordable tel que décrit plus haut. L'atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention peut, par exemple, être inséré dans une chaîne de réception radiofréquences, pour laquelle on souhaite diminuer l'amplitude de signaux émis sur des bandes de broadcast déjà connues. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite en regard de 10 dessins annexés qui représentent : la figure 1, un exemple de structure d'atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, la figure 2, un premier mode de réalisation d'un atténuateur sélectif en fréquences selon l'invention pouvant être aisément accordée, 15 la figure 3, un deuxième mode de réalisation d'un atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, les figures 4a et 4b, illustrant un troisième mode de réalisation d'un atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention, la figure 5, l'architecture d'une chaîne de réception radiofréquence 20 comportant un atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention. Par souci de clarté, les mêmes références dans des figures différentes désignent les mêmes éléments. La figure 1 présente un exemple de structure d'atténuateur sélectif 25 aisément accordable en fréquences selon l'invention. L'atténuateur sélectif en fréquences 100 est un quadripôle dont la deuxième entrée 100b et la deuxième sortie 100d sont reliées à une masse électrique 110, un atténuateur de puissance 102 étant placé entre les deux autres bornes 100a, 100c. L'atténuateur de puissance 102 a une structure en T, une résistance 30 RI, R2, R3 étant placée sur chacune de ses branches, les trois résistances RI, R2, R3 étant reliées entre-elles à un point de raccord 100x. Un premier dipôle 104 est monté en parallèle avec la première résistance RI, entre la première entrée 100a et le point de raccord 100x et un second dipôle 106 est monté en parallèle avec la deuxième résistance R2, entre le point de raccord 35 100x et la première sortie 100c. Un troisième dipôle 108 est monté en série avec la troisième résistance R3, c'est-à-dire entre cette résistance R3 et les deuxièmes entrée et sortie 100b, 100d reliées à la masse électrique 110. La figure 2 présente un premier mode de réalisation d'un atténuateur sélectif aisément accordable en fréquences selon l'invention. Dans l'exemple, le premier dipôle 104 et le deuxième dipôle 106 sont des circuits parallèles LC, tandis que le troisième dipôle 108 est un est circuit LC série. Ces circuits LC 104, 106, 108 sont conçus pour avoir sensiblement la même fréquence d'accord Fo. Par ailleurs, les valeurs des inductances et capacités de ces circuits LC ont un impact sur le facteur de qualité, c'est à dire la sélectivité de l'atténuateur. D'une part, la fréquence d'accord du circuit Lp1Cp1 du premier dipôle 104 est fonction du produit LpI.Cpi et la fréquence d'accord du circuit Lp2Cp2 du deuxième dipôle 106 est fonction du produit Lp2.Cp2. D'autre part, la fréquence d'accord du circuit LSCS du troisième dipôle 108 est fonction du produit Ls.Cs. Ainsi, les couples de valeurs (Lp1,Cp1), (Lp2,Cp2) et (Ls.Cs) sont notamment déterminés en fonction de la fréquence d'accord Fo visée et de la sélectivité souhaitée. Dans l'exemple, la fréquence Fo correspond à la fréquence des signaux perturbateurs à atténuer et la sélectivité correspond à la bande de fréquence à couvrir autour de cette fréquence Fo. Selon un mode de réalisation de l'atténuateur en fréquences, Lp1= Cp2 et Cpt= Cp2. A titre d'exemple, pour un atténuateur sélectif en fréquences 100 dont la fréquence d'accord Fo est approximativement égale à 7.5 MHz, dont la largeur de la bande atténuée est d'environ 300 kHz, avec une atténuation de 14 dB à Fo, les valeurs suivantes pourront être utilisées : R1=215 ohms, R2=215 ohms, R3=5.632 ohms, Lp1= Lp2=68 nH, Cpt=Cp2=6.91 nF , LS=10 pH, CS=47 pF. En outre, le ROS, reste quasiment égal à 1 quelque soit la fréquence du signal d'entrée et la phase des signaux est peu modifiée. Selon un autre mode de réalisation, les dipôles 104, 106, 108 peuvent comporter plusieurs inductances et/ou plusieurs capacités afin d'obtenir une sélectivité de réjection plus importante. Dans ce cas, les inductances appartenant à un même dipôle peuvent être alignées lors de l'implantation matérielle afin de créer une mutuelle inductance. Dans le domaine des hyperfréquences, les circuits LC peuvent être remplacés par d'autres circuits résonnants comportant, par exemple, 35 des barreaux de céramique. Lorsque la fréquence du signal entrant est nettement inférieure à la fréquence d'accord Fo, le premier dipôle 104 et le deuxième dipôle 106 tendent, respectivement, à court-circuiter la première entrée 100a de l'atténuateur 100 avec le point de raccord 100x et à court-circuiter le point de raccord 100x avec la première sortie 100c, grâce à l'impédance quasi-nulle des inductances Lp1, Lp2 aux basses fréquences. Concomitamment, le troisième dipôle 108 tend à ouvrir le circuit entre le point de raccord 100x et les secondes entrée et sortie 100b, 100d, la capacité Cs bloquant le passage du courant électrique aux basses fréquences. Ainsi, lorsque la fréquence du signal entrant est nettement inférieure à Fo, l'atténuateur sélectif en fréquences 100 tend à se comporter comme une simple ligne de transmission, laissant passer le signal sans le modifier notablement. Lorsque la fréquence du signal entrant est nettement supérieure à Fo, le premier dipôle 104 et le deuxième dipôle 106 tendent à court-circuiter la première entrée 100a de l'atténuateur 100 avec la première sortie 100c, grâce à l'impédance quasi-nulle des capacités Co, Cp2 aux fréquences hautes. Concomitamment, le troisième dipôle 108 tend à ouvrir le circuit entre le point de raccord 100x et les secondes entrée et sortie 100b, 100d, l'inductance Ls bloquant le passage du courant électrique aux fréquences hautes. Ainsi, lorsque la fréquence du signal entrant est nettement supérieure à Fo, l'atténuateur sélectif en fréquences 100 tend à se comporter comme une simple ligne de transmission, laissant passer le signal sans le modifier notablement. Lorsque la fréquence du signal entrant est proche de la fréquence d'accord Fo, le circuit Lp1Cp1 du premier dipôle 104 et le circuit Lp2Cp2 du deuxième dipôle 106 se comportent sensiblement comme des circuits ouverts. Parallèlement, au niveau du troisième dipôle LSCs série 108, un court-circuit est quasiment opéré entre l'atténuateur de puissance 102 et la masse électrique. Ainsi lorsque la fréquence du signal entrant est proche de Fo, l'influence des deux premiers dipôles 104, 106 est largement inhibée et l'atténuateur sélectif en fréquences 100 se comporte sensiblement comme un atténuateur classique. Les inductances respectives LS et Lp1, Lp2 ayant des coefficients de qualité limités, une résistance de perte, respectivement Rs et Rp1, Rp2, doit 35 être considérée dans le modèle de l'atténuateur. Les capacités Cs et Co, Cp2 ont également un coefficient de qualité limité qui intervient au second ordre. Dans le cas du circuit résonnant série LSCs, la résistance de perte Rs peut être intégrée avec la troisième résistance R3 puisque ces deux résistances sont en série. Ainsi, la valeur de R3 choisie est réduite de la valeur de la résistance de perte série Rs. Grâce à l'atténuateur selon l'invention, la prise en compte des résistances de perte issues des inductances Lp,, Lp2 est également permise. En effet, le premier dipôle 104 oscillant parallèle Lp1Cp1 est monté en parallèle avec la première résistance RI et le second circuit oscillant parallèle Lp2Cp2 est monté en parallèle avec la deuxième résistance R2, de sorte que la première résistance parasite parallèle Rp1 peut être intégrée avec la première résistance RI, la seconde résistance parasite parallèle Rp2 pouvant être intégrée avec la deuxième résistance R2. La figure 3 présente un deuxième mode de réalisation d'un atténuateur sélectif accordable en fréquences selon l'invention. Par rapport au premier mode de réalisation, des capacités Csv, Cpv1, Cpv2 variables sont ajoutées dans les circuits LC. Contrairement aux circuits de l'art antérieur, la fréquence d'accord peut être modifiée Fo sans affecter le ROS. Dans le premier dipôle 104 et le deuxième dipôle 106, une capacité variable Cpv1, CpV2 est montée en parallèle avec la capacité Cp1, Cpt, tandis que dans le troisième dipôle 108, une capacité variable Csv est montée en série avec Ls. Les capacités variables sont ajustées de manière cohérente d'un dipôle à l'autre, de sorte que l'atténuation sélective en fréquence demeure mais soit décalée en fréquence. La figure 4a illustre un troisième mode de réalisation dans lequel la fréquence de l'atténuateur sélectif peut être accordée grâce à des poids de capacité commandés par des signaux FI, F2. Pour chaque dipôle 104, 106, 108. Une ou plusieurs capacités sont ajoutées en parallèle avec la capacité Cs, Cp1i Cpt du circuit LC du dipôle. Un interrupteur commandé permet d'activer ou de désactiver le poids de capacité ainsi ajouté. L'activation ou la désactivation des poids de capacité est effectuée de sorte que le comportement de l'atténuateur sélectif est conservé (court-circuit des premiers et deuxième dipôles 104, 106 cohérentes avec l'ouverture du circuit du troisième dipôle 108), mais avec un décalage en fréquence. La figure 4b illustre un quatrième mode de réalisation dans lequel 35 les poids de capacité commandés est une diode varicap CR1 commandée par une source de tension continue. Plusieurs diodes varicap peuvent être associées pour faire varier la capacité d'un dipôle 104, 106, 108. La figure 5 est un synoptique d'une chaîne de réception radiofréquences comportant un atténuateur sélectif en fréquences accordable selon l'invention. La chaîne de réception 500 comporte un atténuateur programmable 504 recevant un signal issu d'une antenne 502. Le niveau d'atténuation appliquée par l'atténuateur programmable 504 est réglé via un signal de commande 505. Le signal issu dudit atténuateur 504 est ensuite reçu par un premier filtre 506 permettant de conserver seulement une partie du spectre fréquentiel du signal. A ce stade, le signal comprend encore des composantes fréquentielles dont la puissance est trop élevée. Pour diminuer la puissance de ces composantes, le signal issu du premier filtre 506 est reçu par un atténuateur sélectif accordable en fréquences 508 selon l'invention. L'atténuateur sélectif accordable en fréquences 508 est réglé de manière à atténuer seulement les composantes fréquentielles émises avec une trop grande puissance. Un amplificateur 510 est placé en sortie de l'atténuateur sélectif accordable en fréquences 508, puis le signal issu de cet amplificateur est reçu par un deuxième atténuateur programmable 512 effectuant un contrôle automatique de gain régulé par un signal de commande 513. La sortie de l'atténuateur programmable 512 est reliée à un second filtre 514, lequel est un filtre anti-repliement permettant de respecter la condition de Shannon avant l'échantillonnage effectué par un CAN 516 placé en sortie de ce second filtre 514. L'atténuateur sélectif en fréquences 508 peut être désactivé dans la chaîne de réception grâce à un module d'aiguillage 509 permettant de transmettre le signal directement du premier filtre 506 vers l'amplificateur 510. Selon un autre mode de réalisation, plusieurs atténuateurs sélectifs accordables 508 peuvent être placés en cascade. L'atténuateur sélectif en fréquences 508 est, dans l'exemple, placé parmi les premiers étages de la chaîne de réception 500 car il n'affecte quasiment pas le facteur de bruit de cette chaîne 500. L'atténuateur sélectif en fréquences selon l'invention peut être réalisé avec des composants discrets tels que des bobines et des condensateurs, ou avec toute autre technologie permettant l'association de quadripôles. Il requiert peu de composants, ce qui le rend peu encombrant et peu coûteux. L'un des avantages importants de l'atténuateur sélectif en fréquences selon l'invention est qu'il permet, lorsqu'il est utilisé dans les chaînes d'acquisition, d'obtenir de très bonnes performances d'intermodulation. Un autre avantage de l'atténuateur selon l'invention est qu'il est possible d'en associer plusieurs en série dans une chaîne de réception sans dégrader notablement le facteur de bruit de ladite chaîne, le ROS demeurant proche de 1 pour chaque atténuateur accordable, et quelque soit la fréquence d'accord qui a été choisie pour chacun des atténuateurs ~o accordables. Enfin, la structure d'atténuateur selon l'invention peut également être appliquée à d'autres domaines tels que l'acoustique. REVENDICATIONS1. Atténuateur sélectif accordable en fréquences (100) de la puissance d'un signal entrant, comportant au moins un atténuateur (102) en T, une première résistance RI dudit atténuateur en T (102) reliant une première entrée (100a) à un point de raccord (100x), une deuxième résistance R2 reliant ledit point de raccord (100x) à une première sortie (100c), une troisième résistance R3 reliant ledit point de raccord à une deuxième entrée (102b) et une deuxième sortie (102d) reliées entre-elles, caractérisé en ce qu'un premier dipôle (104) est monté en parallèle avec la première résistance RI, un deuxième dipôle (106) étant monté en parallèle avec la deuxième résistance R2, un troisième dipôle (108) étant monté en série avec la troisième résistance R3, lesdits dipôles (104, 106, 108) étant centrés sur au moins une même fréquence Fo et configurés de sorte que, selon la fréquence du signal entrant, les premier et deuxième dipôles (104, 106) sont des courts-circuits lorsque le troisième dipôle (108) bloque le courant, le troisième dipôle (108) étant en court-circuit lorsque les premier et deuxième dipôles (106, 108) bloquent le passage du courant. 2. Atténuateur sélectif en fréquences selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dipôles (104, 106, 108) comportent chacun au moins un circuit oscillant LC. 3. Atténuateur sélectif en fréquences selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier dipôle (104) et le deuxième dipôle (106) comprennent chacun au moins un circuit LC parallèle. 4. Atténuateur sélectif en fréquences selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque dipôle (104, 106, 108) comporte des moyens pour faire varier la capacité du dipôle afin de modifier la fréquence d'accord Fo. 5. Atténuateur sélectif (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal entrant est un signal radiofréquences. 6. Chaîne de réception radiofréquences (500) comportant au moins un atténuateur sélectif selon l'une des revendications précédentes. 7. Chaîne de réception radiofréquences (500) selon la revendication 6, 5 ladite chaîne étant adaptée à recevoir et à numériser des signaux dans la bande HF. 8. Chaîne de réception radiofréquences (500) réversible de signaux selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle est adaptée à recevoir ~o et à émettre des signaux transitant par l'atténuateur sélectif en fréquences (508).