Brevet FR2949612A1 — publié le 20110304

SYSTEME D'ANTENNE COMPRENANT UNE ANTENNE ELECTRIQUEMENT PETITE POUR RECEPTION DE SIGNAUX DE CANAUX DE LA BANDE UHF La présente invention concerne un système d'antenne comprenant une antenne électriquement petite (ESA for Electrically small antenna) pour réception de signaux de canaux de la bande UHF. La présente invention permet l'utilisation de la zone spectrale inférieure au 1GHz dans la partie haute du spectre UHF (Ultra Hautes Fréquences) libérée. En effet cette zone était antérieurement utilisée par la diffusion de la télévision en analogique. Le passage de la diffusion de la télévision de l'analogique au numérique a donc libérée cette zone. Ces fréquences sont dédiées aux diffuseurs audiovisuels pour mettre en place des services de diffusion haute définition (HD) et à des opérateurs mobiles en vue de lancer des services d'accès à Internet par réseaux cellulaires. Leur positionnement dans le spectre UHF à moins de 1 GHz leur assure une longue portée et une bonne pénétration dans les bâtiments. Mais l'apparition programmée de services d'accès internet dans la partie haute du spectre UHF pose clairement le problème de cohabitation en termes d'interférences avec les services de réception aux standard DVB_T ou DVB_H. En effet il est recommandé d'attribuer l'intégralité de la sous-bande 790-862 Mhz, soit 9 canaux, aux communications électroniques. De plus les équipements portables miniaturisés sont multibandes et multimodes et possèdent un nombre important de fonctions sans fil. Des terminaux extra plats intègrent donc une antenne à l'intérieur de leur boitier dont certaines couvrent 4 à 5 bandes de fréquences et ces antennes à large bande ont généralement des performances médiocres et restent relativement encombrantes tandis que les antennes de qualité sont petites mais à bande étroite. L'utilisation de la bande UHF localisée de 470 à 862MHz rend le design d'antennes miniatures plus délicat. Il s'agit alors d'antennes électriquement petites avec des dimensions physiques très inférieures à la longueur d'onde. En conséquence les performances en termes de rendement sont médiocres. Le rendement est de plus dépendant particulièrement de l'influence du plan de masse, du couplage, du positionnement au sein d'un nombre important de circuits différents et de l'adaptation d'impédance. Il est connu du document US 6 121 940 un circuit et une méthode pour une adaptation d'impédance large bande d'antennes électriquement petites. Ce circuit d'adaptation d'impédance est formé par des circuits actifs simulant le 15 comportement d'une réactance de non-Foster tel les circuits à capacités négatives et à inductances négatives pour obtenir une adaptation large bande d'antennes électriquement petites. Ce circuit d'adaptation d'impédance permet de neutraliser la réactance équivalente de l'antenne. Or ce circuit concerne les fréquences de 30-88MHz pour des dipôles de 20 longueur d'environ 1 mètre et n'est pas adapté aux fréquences utilisées par l'invention et correspondant aux canaux UHF. Afin de réaliser les réactances de non-Foster, un circuit actif est utilisé qui à partir d'une impédance positive, capacitive ou inductive, va réaliser son 25 impédance image. Ce type de structure est nommé convertisseur d'impédance négative. Le principe d'un convertisseur d'impédance négative est décrit en rapport avec la figure 1. Deux transistors Ti et T2 sont montés en différentiel de telle façon 30 que la base du premier transistor Ti soit reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R2 et que la base du second transistor T2 soit reliée à un élément capacitif C2. 10 Pour compenser la réactance d'antenne il suffit donc de placer ce convertisseur en série avec l'antenne, c'est-à-dire que l'émetteur du second transistor T2 est relié au port 1 de l'antenne et que l'émetteur du premier transistor est relié au port 2 du récepteur, de manière à obtenir une adaptation large bande. Dans le cas de petites antennes en bande UHF, le coefficient de réflexion de l'antenne montre que la réactance varie par exemple de 0.6pF à 3.5pF dans la bande UHF, il en découle qu'une compensation parfaite de la réactance d'antenne nécessiterait de suivre la même loi de variation. Or ce concept dit de Linvill n'est également valide qu'en basse fréquence. D'autre part si l'on analyse cette structure différentielle en haute fréquence, on constate que celle-ci est similaire à celles utilisées pour réaliser des résistances 15 négatives en technologie silicium et il en résulte que la compensation vue côté récepteur est entachée d'une résistance positive supplémentaire. En outre ce circuit étant placé directement après l'antenne il importe qu'il n'introduise pas d'atténuation qui pénaliserait la sensibilité ou le gain d'une telle 20 structure. Donc si un gain à 1 GHz doit être assuré, la fréquence de coupure définie par la résistance R2 et la capacité parasite de collecteur du transistor T2 doit être supérieure à 1 GHz. L'invention vise à résoudre ces problèmes. L'invention consiste en un système d'antenne pour réception de signaux de canaux de la bande UHF par un récepteur, comprenant une antenne 30 électriquement petite. Le système comprend connecté entre le port de l'antenne et celui du récepteur, un dispositif d'adaptation actif commandé par des signaux de commande dépendant de la qualité du signal reçu par le récepteur pour compenser les variations d'impédance dues à l'environnement associée à 10 25 l'antenne et pour rejeter les fréquences des canaux interférents perturbateurs adjacents au canal de réception sans perturber l'adaptation active d'antenne. Le concept de l'invention permettra par l'ajout d'un dispositif d'adaptation actif de garantir un niveau de performance d'antennes électriquement petites sur toute la bande UHF autorisant ainsi un niveau de sensibilité optimal. De plus l'adjonction d'un réseau de filtres réjecteurs accordables gérés par le processeur du terminal assurera une gestion des interférents potentiels de la partie haute du spectre UHF tout en conservant les possibilités de réception des nouveaux services proposés dans cette zone fréquentielle. Préférentiellement, le dispositif d'adaptation actif comporte un convertisseur d'impédance négative à capacité variable formé d'un premier transistor et d'un second transistor montés en différentiel, dont les émetteurs respectifs de chaque transistor sont reliés à une source de courant par une double inductance de Choke, créant un point de référence découplé au niveau RF. Préférentiellement, le dispositif d'adaptation actif comporte un réseau de filtrage formé par un réseau parallèle de filtres réjecteurs actifs connecté à chaque extrémité de la double inductance de Choke. Préférentiellement, la base du premier transistor du convertisseur d'impédance négative est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une inductance tandis que la base du second transistor du convertisseur d'impédance négative est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une capacité variable pour réaliser une adaptation d'impédance. Préférentiellement, un premier signal de commande pour la commande de la capacité variable du convertisseur d'impédance négative et un signal de commande pour la commande des capacités variables du réseau de filtrage sont délivrées par des informations du récepteur significatif du niveau reçu ou de la présence de perturbateur à fort niveau analysés par un bloc de contrôle associé au récepteur. 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 : - la figure 1 déjà décrite, décrit une adaptation d'antenne électriquement petite à l'aide d'un convertisseur d'impédance négative selon l'état de la technique. - la figure 2 décrit un système d'antenne selon l'invention La figure 2 décrit le principe de l'invention. Un système d'antenne selon l'invention comprend donc une antenne électriquement petite dont le port d'entrée Port 1 est relié par le port 2 d'un dispositif d'adaptation à un récepteur pour réception de signaux de canaux de la bande UHF par un récepteur classique par exemple un récepteur DVB-H comportant lui-même amplificateur A , un élément tuner T et un démodulateur D. Le dispositif d'adaptation est tout d'abord formé par un convertisseur d'impédance numérique CIN tel que décrit à l'aide de la figure 1 et comportant l'adjonction d'une inductance L2 connecté à la base du transistor Ti qui permet à la fois de réaliser un gain aux fréquences limites de la bande UHF , par exemple un gain de 6 à 8 dB, et permet en outre de linéariser la compensation capacitive en fonction de la fréquence du signal reçu . Une capacité variable Cv remplace la capacité C2 du convertisseur d'impédance négative CIN tel que décrit avec la figure 1. Elle est commandée par un signal S1 géré par un bloc de commande BC associé au démodulateur du récepteur et qui permet d'émettre un signal S1 venant agir sur la capacité variable Cv pour prendre en compte les effets de main entrainant selon la structure d'antenne et/ou du terminal des phénomènes de désadaptation et de pertes de sensibilité. La détection d'une tension en fonction d'un seuil défini autorise l'envoi d'une tension de commande qui vient modifier la capacité Cv du convertisseur agissant ainsi directement sur l'adaptation d'antenne et donc le rendement de celle-ci. Le dispositif d'adaptation comporte, associé au convertisseur d'impédance négative CIN de la manière qui sera décrite par la suite, un réseau de filtrage accordable F par un signal de commande S2 géré par le bloc de commande BC. En effet une gestion des interférents du système d'adaptation active est nécessaire au vu de la cohabitation dans la partie haute du spectre de services d'accès internet et donc de perturbateurs potentiels des récepteurs DVB_H. Faisant aussi partie du dispositif d'adaptation, une source de courant A reliée au émetteurs des transistors Ti et T2, assure la polarisation DC des transistors T1 et T2. Les émetteurs des transistors Ti et T2 sont découplés au niveau RF par une double inductance de Choke (dite self de Choke) L3-1 et L3-2. Ainsi la polarisation des transistors dont chacun des émetteurs est relié a l'une des extrémités de cette double inductance de Choke L3-1 et L3-2 est assurée et le point P central de cette double inductance relié à la source de courant A est un point de référence (point froid) découplé au niveau RF. Ce point de référence P est ici exploité judicieusement afin de placer les réseaux de filtrage composés de filtres réjecteurs. Il suffit en effet de faire résonner l'inductance L3 de forte valeur (Choke) et donc ne perturbant pas le fonctionnement RF du convertisseur avec la capacité adéquat pour réaliser un filtre réjecteur. Le réseau de filtrage comporte un réseau parallèle de filtres LC réjecteurs actifs relié à chacun des émetteurs des transistors et commandé par un signal S2 géré par le bloc de commande BC associé au processeur du récepteur. Cette structure permet ainsi d'augmenter la réjection. La figure 2 illustre la réjection de 3 canaux perturbateurs liés au � dividende numérique � qui correspond à l'utilisation de la zone spectrale inférieure au GHz libérée. Le nombre de filtres réjecteurs dépend du nombre de canaux perturbateurs. Dans le cadre du fonctionnement du terminal dans l'environnement Digital Dividende un procédé de scanning permet de localiser et mémoriser fréquentiellement les perturbateurs à forts niveaux, le terminal étant en mode réception DVB_H. L'information issue du détecteur large bande (WBD) permet de détecter la présence d'un interférent sur la réception, cette information transmise au bloc de contrôle autorise alors l'activation d'un filtre réjecteur sur le perturbateur le plus proche du canal DVB_H reçu. Si l'information du détecteur large bande WBD (Wide Band Detector) repasse au delà d'un seuil défini l'interférent est filtré. Si la perturbation persiste, on autorise alors l'activation d'un second réjecteur sur le perturbateur adjacent le plus proche. Le concept permet ainsi l'élimination de, par exemple, 3 canaux perturbateurs de type accès internet sur la partie haute du spectre UHF. Ce concept d'adaptation active a été validé dans la bande UHF sur une antenne électriquement petite. Les résultats en terme d'adaptation présentent une amélioration notable puisque l'antenne seule présente un coefficient de non retour (return loss) inférieur à 1dB soit une perte de transmission de l'ordre de 16dB. Des mesures en environnement intérieur � indoor � ont permis de mettre en évidence le gain d'un tel concept qui s'est traduit par une marge de 3 à 6dB sur le rapport C/N, critère de qualité requis pour assurer une réception sans erreur. Le réseau de filtres réjecteurs accordables proposé peut être mis en oeuvre par l'utilisation de la technologie MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) permettant d'intégrer un grand nombre de capacités commutables sur un substrat miniature. Le bloc de contrôle BC émet un premier signal de commande S1 pour la commande de la capacité variable Cv du convertisseur d'impédance négative et un signal de commande S2 pour la commande des capacités variables du réseau de filtrage. Des informations du récepteur sur la qualité du signal reçu, tel l'information de commande de gain automatique (AGC pour Automatic Gain Control) significatif du niveau reçu , ou tel l'information issue du détecteur WBD (pour Wide Band Detector), significatif de la présence de perturbateur à fort niveau, ou tel d'autres informations significatives d'erreurs (ECC) ou de perturbations sont analysées par ce bloc de contrôle BC en fonction d'un seuil défini pour définir les commandes de la capacité variable Cv du convertisseur CIN et des capacités variables C du réseau de filtres réjecteurs. Il est principalement équipé de circuit numérique analogique (DAC pour Digital Analogique Circuit) assurant ainsi l'interfaçage vers les capacités de technologie MEMS commandées en tension.10 Revendications1. Système d'antenne pour réception de signaux d'un canal de la bande UHF par un récepteur, comprenant une antenne électriquement petite, caractérisé en ce que le système comprend connecté entre le port relié à l'antenne (Port1) et celui au récepteur (Port 2), un dispositif d'adaptation actif commandé par des signaux de commande (S1, S2) dépendant de la qualité du signal reçu par le récepteur pour compenser les variations d'impédance dues à l'environnement associé à l'antenne et pour rejeter les fréquences des canaux interférents perturbateurs adjacents au canal de la réception sans perturber l'adaptation active d'antenne. 2. Système d'antenne selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif d'adaptation actif comporte un convertisseur d'impédance négative (CIN) à capacité variable (Cv) formé d'un premier transistor (Ti) et d'un second transistor( T2) montés en différentiel, la base du premier transistor (Ti) est relié à la masse par une inductance L2 et la base du second transistor (T2) est relié à la masse par la capacité variable Cv pour réaliser une adaptation d'impédance et dont les émetteurs respectifs de chaque transistor (Ti, T2)sont reliés à une source de courant (A) par une double inductance de Choke (L3-1, L3-2), créant un point de référence (P) découplé au niveau RF. 3. Système d'antenne selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif d'adaptation actif comporte de plus un réseau de filtrage formé par un réseau parallèle de filtres réjecteurs actifs connecté à chaque extrémité de la double inductance de Choke (L3-1, L3-2). 4. Système d'antenne selon la revendication 1 caractérisée en ce que un premier signal de commande S1 pour la commande de la capacité variable C du convertisseur d'impédance négative et un second signal de commande S2 pour la commande des capacités variables du réseau de filtrage sont délivrées par des informations du récepteur significatif du niveau du signal reçu ou de laprésence de perturbateurs à fort niveau analysées par un bloc de contrôle ( BC) associé au récepteur en fonction d'un seuil défini.