Brevet FR2987174A1 — publié le 20130823

Filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée L'invention porte sur un filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée pour des applications hyperfréquences. Elle concerne le domaine 5 des filtres réalisés à partir de résonateurs à éléments distribués notamment en technologie micro-ruban, tri-plaques ou coplanaires. L'invention concerne également le domaine des récepteurs de signaux large bande qui présentent une dynamique d'entrée limitée. 10 Lorsqu'un signal entrant présente un niveau qui excède le niveau maximal admissible par le récepteur, c'est-à-dire un niveau hors dynamique, ce signal peut perturber le traitement des autres signaux utiles présents, même si ces derniers ont un niveau compris dans la dynamique du récepteur. Les perturbations engendrées sont notamment dues à des 15 phénomènes de saturation et d'intermodulation. Par exemple, un récepteur sur une bande de fréquences 2-18 GHz de dynamique comprise entre -10 et -60 dBm sera perturbé par un signal entrant sur une fréquence de 10 GHz présentant un niveau de l'ordre de +5 dBm. 20 Pour résoudre ce problème, les récepteurs comprennent le plus souvent en amont de la chaîne de réception, un filtre coupe-bande, centré en fréquence sur la bande du signal dont la puissance n'est pas compatible de la dynamique d'entrée. 25 Le défaut d'une telle solution est qu'un filtre coupe-bande classique crée, dans la bande rejetée, une atténuation forte et dont le niveau n'est pas maîtrisable. La bande de coupure du filtre ne peut alors plus être exploitée. Ceci présente un inconvénient notamment lorsque d'autres signaux utiles sont présents dans la bande rejetée. 30 L'invention vise à résoudre cet inconvénient en proposant un filtre coupe-bande distribué dont l'atténuation sélective en fréquence est contrôlable en fonction de différents paramètres de réalisation. Un signal de niveau hors dynamique sera atténué suffisamment pour entrer dans la dynamique du récepteur. La bande de fréquence hors bande d'atténuation est conservée intacte. En outre, dans la bande atténuée une capacité de réception est conservée avec seulement une désensibilisation de la valeur de l'atténuation. L'invention a pour objet un filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée comprenant une ligne de transmission principale et un résonateur quart d'onde couplé et branché à la ligne de transmission principale caractérisé en ce qu'il comprend en outre une résistance montée en série dudit résonateur à une distance prédéterminée du pied dudit résonateur. Dans une variante de réalisation de l'invention, la ligne de transmission principale est subdivisée, à sa jonction avec ledit résonateur, en deux lignes distinctes qui encadrent ledit résonateur et se rejoignent en aval du résonateur pour reformer la ligne de transmission principale. Dans une variante de réalisation de l'invention, le filtre coupe-bande selon l'invention est constitué d'une pluralité de filtres agencés en cascade. Dans une variante de réalisation, le filtre selon l'invention est réalisé en technologie micro-ruban, tri-plaques ou coplanaire. Dans une variante de réalisation de l'invention, le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configuré au moins à partir de la 25 valeur de la ou des résistance(s). Dans une variante de réalisation, le filtre selon l'invention est utilisé en tête d'un récepteur large-bande, et est caractérisé en ce que le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configuré pour atténuer un signal dont le niveau dépasse le seuil d'admission dudit récepteur de 30 sorte à ramener ce niveau dans la dynamique dudit récepteur. Dans une autre variante de réalisation de l'invention, le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configuré pour atténuer un signal dont le niveau est compris dans la dynamique dudit récepteur de sorte à ne pas diminuer ce niveau en dessous du seuil de sensibilité dudit récepteur. L'invention a également pour objet un récepteur large-bande comprenant en tête de sa chaine de réception un filtre coupe-bande distribué selon l'invention. 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, un diagramme de la dynamique d'entrée d'un récepteur, La figure 2, un schéma d'un filtre coupe-bande à résonateurs quart d'onde à couplage capacitif selon l'art antérieur, La figure 3, un schéma d'un filtre coupe-bande à résonateurs quart d'onde à couplage latéral selon l'art antérieur, La figure 4, un diagramme amplitude-fréquence du gabarit d'un filtre coupe-bande selon l'art antérieur, La figure 5, une illustration des inconvénients de l'utilisation d'un filtre coupe-bande selon l'art antérieur, La figure 6, un diagramme amplitude-fréquence du gabarit d'un atténuateur sélectif en fréquence selon l'invention, La figure 7, une illustration de l'application d'un atténuateur sélectif selon l'invention en amont d'un récepteur large-bande, La figure 8, un schéma d'un filtre coupe-bande distribué élémentaire selon l'art antérieur, La figure 9, le schéma de la figure 8 en représentation fonctionnelle, La figure 10, un schéma d'un filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée selon l'invention dans un premier mode de réalisation, La figure 11, un schéma d'un filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée selon l'invention dans un deuxième mode de réalisation, La figure 12, un schéma d'un filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée selon l'invention dans un troisième mode de réalisation, La figure 13, un schéma d'une variante de l'invention comportant une pluralité de cellules en cascade, La figure 14, un exemple de réalisation d'un filtre coupe-bande selon l'invention en technologie microruban, La figure 15, un diagramme de la réponse fréquentielle en transmission et en réflexion du filtre coupe-bande selon la figure 14. La dynamique d'un récepteur est illustrée sur la figure 1. Elle est définie par l'ensemble des puissances de signal d'entrée comprises entre une valeur minimale Pmm et une valeur maximale Pmax, pour une plage de fréquences comprises entre une valeur minimale Fmm et une valeur maximale Finax- La valeur minimale de puissance Pmm correspond à la sensibilité du récepteur, c'est-à-dire la puissance minimale acceptable pour qu'un signal soit détecté. La valeur maximale de puissance Pmax correspond à l'admission du récepteur, c'est-à-dire la puissance maximale acceptable pour qu'un signal reçu ne produise pas d'interférences. Un récepteur peut intercepter d'une part des premiers signaux S1 dans leur dynamique de réception et d'autre part des seconds signaux S2 au-dessus de leur admission. Les seconds signaux S2 provoquent des interférences et perturbent la réception correcte des premiers signaux S1. Pour limiter l'influence des signaux interférents S2, il est connu de placer en amont du récepteur un filtre coupe-bande centré en fréquence sur la bande desdits signaux S2. Un tel filtre a pour caractéristique une atténuation importante dans la bande de fréquence rejetée. Les figures 2 et 3 schématisent deux topologies de filtres coupe- bande planaires connus. La figure 2 représente un filtre à résonateurs quart d'onde à couplage capacitif constitué d'une ligne de transmission principale 201 et de trois résonateurs quart d'onde 202,203,204. La figure 3 représente un filtre à résonateurs quart d'onde à couplage 5 latéral constitué également d'une ligne de transmission principale 301 et de trois résonateurs quart d'onde 302,303,304 disposés latéralement de part et d'autre de la ligne principale. La figure 4 représente la caractéristique amplitude-fréquence, d'un 10 filtre coupe-bande selon l'art antérieur. L'atténuation minimale dans la bande rejetée est conçue pour tendre vers l'infini et est en pratique élevée. De plus la valeur de l'atténuation pour de tels filtres n'est pas maîtrisable. La figure 5 illustre l'application d'un filtre coupe-bande dont la 15 caractéristique est représentée à la figure 4 en amont d'un récepteur large-bande. Le signal S2, dont la puissance est supérieure à l'admission du récepteur, est suffisamment atténué par le filtre coupe-bande introduit pour ne pas perturber le récepteur. Cependant, un signal S3 de puissance comprise dans la dynamique du récepteur mais situé sur une fréquence 20 proche du signal S2, est également atténué par le filtre coupe-bande d'un facteur d'atténuation tel que son niveau devient inférieur à la sensibilité du récepteur. Le signal S3 n'est donc pas correctement reçu. Pour pallier cet inconvénient, la présente invention porte sur un filtre 25 coupe-bande à atténuation contrôlée dont la caractéristique est représentée à la figure 6. Contrairement aux filtres coupe-bande de l'art antérieur, l'invention permet de maîtriser le niveau d'atténuation Att réalisé dans la bande de coupure afin de préserver une réception correcte de signaux S3 dont la fréquence est située dans cette bande de coupure mais dont le 30 niveau est compris dans la dynamique du récepteur. La figure 7 illustre l'application du filtre coupe-bande à atténuation contrôlée selon l'invention en amont d'un récepteur large-bande. Le signal S2 de niveau supérieur à l'admission est atténué de la valeur juste nécessaire pour le ramener dans la dynamique du récepteur. Le signal S3 est également atténué mais de telle sorte que son niveau reste supérieur au seuil de sensibilité du récepteur. De cette façon la bande de coupure du filtre n'est plus totalement perdue pour le récepteur. La valeur d'atténuation du filtre selon l'invention est configurée pour atténuer le niveau du signal S2 de sorte à le faire passer sous le seuil 10 d'admission tout en contrôlant que le niveau du signal S3 à préserver reste supérieur au seuil de sensibilité. La figure 8 représente un autre filtre coupe-bande distribué élémentaire réalisé en technologie planaire microruban. Ce type de filtre est 15 connu sous l'acronyme anglo-saxon « spurline ». La figure 9 schématise le même filtre en représentation fonctionnelle. Il est constitué d'un résonateur quart d'onde 901 de longueur L égale à un quart de la longueur d'onde du signal dans la bande coupée. Ce résonateur 901 est couplé et branché à la ligne de transmission principale 902. 20 Le filtre « spurline » des figures 8 et 9 présente les mêmes inconvénients déjà explicités, il ne permet pas de contrôler l'atténuation dans la bande de coupure. La figure 10 schématise, en représentation fonctionnelle, un filtre 25 coupe-bande selon un premier mode de réalisation de l'invention. Pour maîtriser et contrôler la valeur de l'atténuation Att du filtre à la fréquence de résonance, une résistance 903 de valeur R est introduite en série avec le résonateur 901 pour l'amortir. En fonction de la valeur de l'atténuation souhaitée et de la bande de 30 fréquence à atténuer dans la bande totale, la valeur R de la résistance est configurée à partir d'une simulation réalisée à l'aide d'un logiciel de simulation pour circuit hyperfréquence. La figure 11 schématise un deuxième mode de réalisation de 5 l'invention pour lequel la résistance 903 est placée à une distance variable du pied du résonateur 901. Pour un même amortissement, une résistance de faible valeur en pied de résonateur, comme illustré à la figure 10, peut être remplacée par une résistance de plus forte valeur à une distance L1 du pied de résonateur. Ce deuxième mode de réalisation présente un avantage 10 lorsqu'on utilise une technologie de réalisation offrant une dynamique de résistances réalisables limitée. La longueur du résonateur 901 est égale à L1+L2= À/4 dans la bande coupée. 15 La figure 12 schématise un troisième mode de réalisation de l'invention pour lequel le couplage entre le résonateur et la ligne de transmission principale est doublé. Pour cela, la ligne de transmission principale 902 est séparée en deux lignes distinctes 912,922 qui encadrent le résonateur 901 monté en série 20 avec la résistance 903. Les deux lignes distinctes 912,922 se rejoignent ensuite pour reformer la ligne de transmission principale 902. Ce troisième mode de réalisation a pour avantage de permettre une atténuation sur une plus large bande. Les largeurs de piste du résonateur w1 et des lignes de transmission w2,w3, ainsi que les distances s1,s2 entre 25 chaque ligne 912,922 et le résonateur 901 situé au centre du montage, sont paramétrables. La figure 13 présente un mode de réalisation particulier de l'invention pour lequel plusieurs filtres selon le troisième mode de réalisation de 30 l'invention sont montés en cascade. Ce mode particulier de l'invention, permet encore d'améliorer la précision du gabarit du filtre coupe-bande, notamment en augmentant la pente de la transition entre bande passante et bande coupée. Les filtres selon les premier et deuxième modes de réalisation de 5 l'invention schématisés aux figures 10 et 11 peuvent également être montés en cascade de façon similaire. La figure 14 illustre une représentation concrète du filtre coupe-bande selon l'invention avec une ligne de transmission en technologie micro-ruban 10 et des résistances en couche mince sur substrat alumine. Le filtre est constitué de trois cellules 410,420,430 montées en cascade. Pour chaque cellule, la ligne de transmission principale 401 se subdivise en deux lignes continues 411,412 entourant un résonateur 413 sur lequel est positionnée une résistance à une certaine distance L1 du pied du 15 résonateur. La valeur de la résistance est configurée par simulation en la positionnant tout d'abord en pied de résonateur puis en la déplaçant progressivement si la valeur de résistance obtenue, pour atteindre une valeur d'atténuation prédéterminée, est trop faible pour être réalisable. 20 La figure 15 représente, sur un diagramme gain-fréquence, la réponse en transmission 501 et en réflexion 502, du circuit hyperfréquence de la figure 14. Le dispositif est optimisé par simulation pour obtenir une atténuation d'environ 15 dB dans une bande de 1 GHz autour de la 25 fréquence de 10 GHz et pour une bande atténuée à plus de 3 dB la plus étroite possible. Un autre avantage du dispositif selon l'invention est que le coefficient de réflexion présente une valeur plus faible dans la bande atténuée que pour les filtres coupe-bande connus. 30 L'invention s'applique avantageusement en tête d'un récepteur large bande pour atténuer les signaux interférents. Elle peut également être appliquée pour égaliser la réponse en fréquence d'une chaîne de réception qui présente des imperfections. Elle peut être mise en oeuvre pour tout type de circuit de traitement de signal RF ou hyperfréquence dans lesquels un atténuateur sélectif en fréquence est nécessaire. L'invention est particulièrement adaptée à des bandes de fréquence situées entre 1GHz et 40 GHz. L'invention peut être réalisée en technologie micro-ruban, tri-plaques 10 ou coplanaire ou toute technologie équivalente. 15 20 REVENDICATIONS1. Filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée comprenant une ligne de transmission principale (902) et un résonateur quart d'onde (901) couplé et branché à la ligne de transmission principale (902) caractérisé en ce qu'il comprend en outre une résistance (903) montée en série dudit résonateur (901) à une distance (L1) prédéterminée du pied dudit résonateur (901). 2. Filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée selon la revendication 1 caractérisé en ce que la ligne de transmission principale (902) est subdivisée, à sa jonction avec ledit résonateur (901), en deux lignes distinctes (912,922) qui encadrent ledit résonateur (901) et se rejoignent en aval dudit résonateur (901) pour reformer la ligne de transmission principale (902). 3. Filtre coupe-bande distribué à atténuation contrôlée caractérisé en ce qu'il est constitué d'une pluralité de filtres selon l'une des revendications 1 ou 2 agencés en cascade. 4. Filtre coupe-bande distribué selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est réalisé en technologie micro-ruban, tri-plaques ou coplanaire. 5. Filtre coupe-bande distribué selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configuré au moins à partir de la valeur de la ou des résistance(s) (903). 6. Filtre coupe-bande distribué selon l'une des revendications 1 à 5, pour utilisation en tête d'un récepteur large-bande, caractérisé en ce que le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configurépour atténuer un signal dont le niveau dépasse le seuil d'admission dudit récepteur de sorte à ramener ce niveau dans la dynamique dudit récepteur. 7. Filtre coupe-bande distribué selon l'une des revendications 1 à 6, pour utilisation en tête d'un récepteur large-bande, caractérisé en ce que le niveau d'atténuation dans la bande de coupure du filtre est configuré pour atténuer un signal dont le niveau est compris dans la dynamique dudit récepteur de sorte à ne pas diminuer ce niveau en dessous du seuil de sensibilité dudit récepteur. 8. Récepteur large-bande comprenant en tête de sa chaîne de réception un filtre coupe-bande distribué selon l'une des revendications 6 ou 7.15