Brevet FR3004007A1 — publié le 20141003

B12400 - 12-T0-1018FRO1 1 COUPLEUR LARGE BANDE Domaine La présente description concerne, de façon générale, les circuits électroniques et, plus particulièrement, les chaînes d'émission-réception radiofréquence. La présente description concerne plus précisément la réalisation d'un coupleur large bande. Exposé de l'art antérieur Les coupleurs sont des circuits destinés à prélever une partie de la puissance véhiculée par une ligne de transmission à des fins de mesure. Dans une application aux chaînes d'émissions radiofréquences, le rôle du coupleur est typiquement d'asservir le gain d'un amplificateur d'émission ou les paramètres d'un réseau d'adaptation d'impédance en fonction de la réponse de l'antenne. Les coupleurs se répartissent en deux grandes catégories. Les coupleurs, dits à éléments localisés, qui sont constitués de composants résistifs, inductifs et capacitifs, et les coupleurs, dits en lignes distribuées, qui sont formés de lignes conductrices couplées. La présente description concerne la deuxième catégorie de coupleurs. La multiplication des bandes de fréquences susceptibles d'être traitées par les dispositifs de télécommunications B12400 - 12-T0-1018FRO1 2 pose des problèmes en terme de couplage parasite entre des antennes dédiées à ces différentes bandes, en particulier lorsque les bandes de fréquences se chevauchent. Résumé Un objet d'un mode de réalisation est de proposer un coupleur large bande qui pallie tout ou partie des inconvénients des coupleurs usuels. Un autre objet d'un mode de réalisation est de proposer un coupleur large bande à faible pertes en 10 transmission. Un autre objet d'un mode de réalisation est de proposer un coupleur plus particulièrement adapté à des dispositifs mobiles de télécommunication susceptibles de supporter plusieurs bandes de fréquences. 15 Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, on prévoit un circuit de couplage comportant : un coupleur comportant une première ligne conductrice et une seconde ligne conductrice couplée à la première ; à chaque extrémité de la seconde ligne du coupleur, un 20 séparateur de signaux à deux sorties ; à chaque sortie de chaque séparateur, une fonction de filtrage. Selon un mode de réalisation, la première ligne conductrice du coupleur est destinée à être intercalée sur une 25 ligne de transmission d'une chaîne d'émission-réception radiofréquence. Selon un mode de réalisation, les sorties respectives des fonctions de filtrage sont reliées à des circuits de détection, respectivement affectés à différentes voies 30 d'émission-réception radiofréquence. Selon un mode de réalisation, des premières sorties de chaque séparateur sont traitées par un filtre passe-bas. Selon un mode de réalisation, des secondes sorties de chaque séparateur sont traitées par un filtre correcteur. B12400 - 12-T0-1018FRO1 3 On prévoit également une chaîne d'émission radiofréquence comportant : deux voies partageant une même antenne ; et un circuit de couplage tel que ci-dessus. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique sous forme de blocs, d'un exemple de chaîne de transmission radiofréquence du type à laquelle s'appliquent les modes de réalisation qui vont être décrits ; la figure 2 représente un exemple de système de 15 couplage large bande ; les figures aA et 3B illustrent le fonctionnement d'un premier coupleur du système de la figure 2 ; les figures 4A, 4B et 4C illustrent le fonctionnement du second coupleur du système de la figure 2 ; 20 la figure 5 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un coupleur large bande ; la figure 6 illustre un exemple de réalisation d'un séparateur du coupleur de la figure 5 ; et la figure 7 illustre un autre exemple de réalisation 25 d'un séparateur du coupleur de la figure 5. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures qui ont été tracées sans respect d'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments 30 utiles à la compréhension des modes de réalisation qui vont être décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, le fonctionnement général d'une chaîne d'émission-réception radiofréquence ne sera pas détaillé, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec le fonctionnement usuel. De plus, 35 l'interprétation et l'exploitation faites des signaux fournis B12400 - 12-T0-1018FRO1 4 par le coupleur n'ont pas non plus été détaillées, cette exploitation étant là encore compatible avec les utilisations usuelles. La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de chaîne d'émission-réception radiofréquence du type équipant des dispositifs de communication, par exemple des dispositifs mobiles de télécommunication de type téléphone portable. Des circuits électroniques (symbolisés par un bloc 11 en figure 1) de génération de signaux à émettre TX et de traitement de signaux reçus RX fournissent et reçoivent les signaux à un réseau 12 d'adaptation (FEM - Font End Matching). Dans l'exemple de la figure 1, les signaux RX et TX sont traités de façon différentielle mais d'autres réalisations peuvent être envisagées. Un commutateur 13' (Switch), chargé de séparer les signaux reçus des signaux à émettre, est intercalé entre le réseau 12 et une antenne d'émission-réception 15. Par ailleurs, un coupleur 2 est intercalé sur la ligne de transmission entre le commutateur 13' et l'antenne 15. Le rôle du coupleur 2 est de prélever une partie de la puissance présente sur la ligne de transmission entre le circuit 13 et l'antenne 15 pour, dans l'exemple représenté, asservir la puissance d'émission. L'information prélevée par le coupleur 2 est envoyée sur un détecteur 16 (Detector) chargé de restituer une mesure à un circuit 17 (PA control) de réglage du gain d'amplificateurs 18 d'émission (par exemple différentiels). Le détecteur 16, le circuit 17 et les amplificateurs 18 sont le cas échéant intégrés au circuit 11. Un coupleur en lignes distribuées comporte deux bornes IN et OUT de raccordement de la ligne de transmission et deux bornes CPL et ISO correspondant aux extrémités de la ligne couplée, la borne CPL étant côté borne IN. Les bornes IN et OUT sont respectivement connectées au circuit 13' et à l'antenne 15. Les bornes CPL et ISO sont connectées au détecteur 16. Un coupleur se caractérise par : B12400 - 12-T0-1018FRO1 ses pertes d'insertion qui correspondent aux pertes en transmission entre les bornes IN et OUT lorsque les bornes CPL et ISO sont chargées par une impédance de 50S2 ; son facteur de couplage qui correspond aux pertes de 5 transmission entre les bornes IN et CPL lorsque les bornes OUT et ISO sont chargées par une impédance de 50S2 ; son adaptation qui correspond aux pertes en réflexion sur les quatre bornes ; son facteur d'isolation qui correspond aux pertes en 10 transmission entre les bornes IN et ISO lorsque les bornes OUT et CPL sont chargées par une impédance de 50S2 ; et sa directivité qui se définit comme la différence dB les facteurs d'isolation et de couplage. Le fonctionnement d'un coupleur est en 15 ne sera pas détaillé. De plus en plus, communication ont des fonctionnalités accrues en terme de bandes de fréquences qu'ils sont susceptibles de traiter. En particulier, de plus en plus de téléphones mobiles possèdent non 20 seulement des fonctionnalités de communication sur le réseau de téléphonie mobile (1G, 2G et 3G) mais également sur d'autres réseaux. En outre, les dispositifs mobiles intègrent désormais un réseau supplémentaire (4G ou LTE). Un problème qui se pose est que les bandes de 25 fréquences traitées par ces réseaux se chevauchent. Par conséquent, on assiste à un couplage parasite néfaste entre les antennes dédiées aux différents systèmes de communication. En particulier, cela peut perturber les résultats fournis par le coupleur 2. 30 Une solution usuelle est d'utiliser des chaînes d'émission-réception distinctes de bout en bout (incluant des antennes différentes) pour les différentes bandes de fréquences. Toutefois, pour gagner de la place dans les dispositifs, on cherche à mutualiser, entre plusieurs de ces 35 bandes de fréquences, des éléments de la chaîne d'émission- en entre lui-même connu et les dispositifs portables de B12400 - 12-T0-1018FRO1 6 réception. Par exemple, on peut souhaiter utiliser une même antenne pour toutes les bandes 1G à 4G. La figure 2 est une représentation schématique, sous forme de blocs, d'une solution usuelle pour partager une même antenne 15 entre deux voies A et B d'émission-réception. Pour simplifier, le circuit 11 n'a pas été illustré en figure 2, ce ou ces circuits étant du même type que celui de la figure 1. Le commutateur 13 est commun aux deux voies, chaque voie ayant par contre son propre réseau 12A et 12B, ses propres amplificateurs d'émission 18A et 18B ainsi que son propre circuit de détection 16A, 16B et son propre circuit de commande de l'amplificateur 17A, 17B. L'utilisation une antenne large bande, dans cet exemple l'antenne 15' commune aux bandes 1G à 4G, peut conduire à ce que le coupleur (2, figure 1) ne soit pas adapté à restituer correctement l'information souhaitée, donc que les signaux fournis sur les bornes CPL et ISO ne soient pas exploitables. Par exemple, pour les bandes 1G à 3G, il est nécessaire d'éliminer les fréquences non fonctionnelles, c'est à dire les fréquences supérieures à 2 GHz, en particulier pour ne pas être perturbé par à une autre bande de fréquences. En effet, le signal couplé est de faible amplitude et peut être perturbé par des signaux parasites dont l'amplitude n'est pas négligeable, même s'il s'agit d'un couplage entre l'antenne 15 et une antenne (non représentée) destinée à une autre bande de fréquences. Par contre, dans la bande 4G, toute la bande de 700 MHz à 2,7 GHz est exploitée. Comme il s'agit de la bande utile, les perturbations liées à un éventuel couplage avec une autre bande de fréquences du même dispositif sont négligeables. On peut prévoir, comme l'illustre la figure 2, deux coupleurs 2A et 2B en série, chacun étant adapté à l'application (la voie d'émission-réception) dont il est censé régler l'amplificateur d'émission (ou un réseau d'adaptation ou toute autre fonction particulière). B12400 - 12-T0-1018FRO1 7 Le coupleur 2A, affecté à la bande de fréquences allant de 700 MHz à 2 GHz (bandes 1G, 2G et 3G), comporte non seulement un coupleur en lignes distribuées mais également, sur chaque sortie de la ligne couplée, un filtre 21, respectivement 22 destiné à filtrer les fréquences au-delà de 2GHz. Ainsi, le signal couplé qui est d'une faible amplitude par rapport au signal transmis n'est pas perturbé par des signaux parasites qui ne seraient autrement pas négligeables, car hors de la bande utile. Les signaux présents dans la bande utile ne sont par contre pas gênants car, s'ils proviennent d'un couplage entre antennes, ils sont fortement atténués. Les figures aA et 3B illustrent le fonctionnement du coupleur 2A. La figure aA représente le couplage CP en décibels (dB) en fonction de la fréquence, produit par la partie coupleur 15 seul (lignes couplées). La figure 3B illustre le couplage en sortie CPLA (ou ISOA) du coupleur, c'est à dire après filtrage. La plage de fonctionnement de la voie A est approximativement entre 1 et 2 GHz et la variation du coefficient de couplage dans cette bande est de l'ordre de 6 dB (figure aA). Lorsque le 20 dispositif fonctionne sur une bande donnée (GSM par exemple), sa place de fréquence de fonctionnement est encore réduite, de sorte que le couplage du coupleur varie peu dans la plage de fonctionnement. Les filtres 21 et 22 sont de type passe-bas et ont pour objectif d'atténuer les signaux au-delà de 2 GHz de 25 sorte que le détecteur 16A ne voit que les signaux utiles. Les figures 4A, 4B et 4C illustrent le fonctionnement du coupleur 2B affecté à la voie B (bande 4G). La partie en lignes distribuées du coupleur est similaire à celle du coupleur 2A. Sa réponse (couplage) est illustrée par la figure 4A. On 30 constate que dans la plage de fréquence allant de 700MHz à 2,7GHz qui constitue la plage de fonctionnement de la bande 4G, la variation du coefficient de couplage excède la dizaine de dB, ce qui est trop pour que la détection soit exploitable. Par conséquent, chaque extrémité de la ligne couplée est associée, 35 avant la borne respectivement CPLB et ISOB, à un réseau passif B12400 - 12-T0-1018FRO1 8 dont l'objectif est d'atténuer la variation du coefficient de couplage. La figure 4B illustre la réponse de chacun des circuits 23 et 24 qui constituent des correcteurs de la réponse du coupleur. En fait, la réponse en fréquence de chaque réseau 23 ou 24 correspond à une atténuation de plus en plus importante au fur et à mesure que la fréquence augmente de façon à être de pente inverse par rapport à la variation du coefficient de couplage. Cela permet d'aplanir la réponse du coupleur. Il en résulte qu'en sorties CPL et ISO le coefficient de couplage obtenu est relativement plat (dans cet exemple, une variation de l'ordre de 2 dB entre 700 MHz et 2,7 GHz). Une telle réponse correspond à la réponse souhaitée pour un coupleur affecté à la bande 4G. Toutefois une réalisation telle qu'illustrée en figure 15 2 nécessite deux coupleurs en série, ce qui accroit les pertes en transmission sur la ligne principale. De plus, cela accroit l'encombrement, les lignes des coupleurs prenant une place importante. La figure 5 est un schéma bloc d'un mode de 20 réalisation d'un circuit de couplage large bande dont les pertes de transmission sont réduites par rapport à l'association en série des coupleurs de la figure 2, et qui reste compatible avec l'utilisation d'une unique antenne pour traiter deux voies de transmission radiofréquence. 25 Le circuit 3 est destiné à remplacer les coupleurs 2A et 2B, donc à fournir, sur des sorties CPLA et ISOA, respectivement CPLB et ISOB, les signaux à détecter aux détecteurs lEA et 16B des voies A et B. Selon ce mode de réalisation, le circuit 3 comporte 30 une unique structure 31 de deux lignes couplées, similaire à celle du coupleur 2A ou du coupleur 2B. Une première ligne 312 constitue la ligne principale dont les extrémités définissent les bornes IN et OUT du coupleur, destinées à être intercalées dans la chaîne de transmission entre le commutateur 13 (figure 35 2) et l'antenne 15. La ligne couplée ou secondaire 314 de la B12400 - 12-T0-1018FRO1 9 structure 31 a ses extrémités respectives CPL et ISO connectées à des séparateurs 32 et 33 (SPLIT), de préférence identiques, chargés de distribuer le signal sur deux sorties 322, 324 et 332, 334 pour chacun des séparateurs, chaque sortie étant affectée à l'une des voie A ou B de la transmission c'est à dire à l'un 16A ou 16B des détecteurs. Les sorties 322 et 332 sont respectivement reliées aux sorties CPL A et ISOA du circuit 3 par une première fonction de filtrage (FCT1), par exemple un filtre passe-bas respectivement 34, 35. Les sorties 324 et 334 sont respectivement reliées aux sorties CPLB et ISOB du coupleur 3 par une seconde fonction de filtrage (FCT2), par exemple des filtres correcteurs 36 et 37. La réalisation des filtres passe-bas 34 et 35 et des filtres correcteurs 36 et 37 s'inspire des réponses illustrées en relation avec les figures aA, 3B, 4A, 4B et 4C. En pratique, les circuits 34 à 37 peuvent respectivement correspondre aux circuits 21 à 24 de la figure 2. La figure 6 illustre un mode de réalisation d'un circuit séparateur 32 ou 33 réalisé par des éléments résistifs. il s'agit d'une structure en étoile à trois branches dont chaque branche comporte un élément résistif de même valeur, les extrémités de chacune des branches étant destinées à être reliées aux bornes CPL (respectivement ISO), 322 (respectivement 342) et 332 (respectivement 334). Les valeurs des résistances R sont choisies de façon usuelle en fonction de l'impédance souhaitée (par exemple 50 ohms) et correspondent chacune à un tiers de la valeur de cette impédance normalisée. La figure 7 représente un autre exemple de séparateur 32', 33' constitué d'un réseau résistif, inductif et capacitif. Dans cette exemple, la borne CPL (ou ISO) est reliée aux bornes 322 (324) et 332 (334) par une inductance respectivement Li, L2. Les bornes 322 et 332 (324 et 334) sont reliées par un élément résistif 2R (R représentant la valeur d'adaptation d'impédance). Enfin, les extrémités respectives de chaque élément inductif Li, L2 sont reliées à la masse par un élément capacitif C. B12400 - 12-T0-1018FRO1 10 Le fonctionnement des séparateurs des figures 6 et 7 étant lui-même connu. Plus généralement, le principe utilisé pour la mise en oeuvre du circuit de couplage 3 de la figure 5 peut être 5 transposé à l'utilisation d'un unique coupleur en lignes distribuées 31 pour plusieurs voies radiofréquences ayant des caractéristiques différentes. Dans ce cas, les blocs 34 et 35, respectivement 36 et 37, intercalés entre les extrémités de la ligne couplée et les bornes de sorties du circuit 3 remplissent 10 des fonctions différentes choisies selon la réponse en fréquence souhaitée dans la bande de fonctionnement de la voie concernée. Un avantage des modes de réalisation qui ont été décrits est que l'emploi d'un unique coupleur en lignes distribuées réduit les pertes d'insertion tout en permettant 15 l'utilisation d'une antenne commune entre plusieurs voies d'émission-réception de nature différente. Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'on ait fait référence à un exemple 20 destiné à des télécommunications en bandes 1G à 4G, les modes de réalisations décrits se transposent sans difficulté à d'autres bandes de fréquences. De plus, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation qui ont été décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles 25 données ci-dessus et en utilisant des techniques usuelles de réalisation de filtres et de coupleurs. REVENDICATIONS1. Circuit (3) de couplage comportant : un coupleur (31) comportant une première ligne conductrice (312) et une seconde ligne conductrice (314) couplée à la première ; à chaque extrémité de la seconde ligne du coupleur, un séparateur (32, 33) de signaux à deux sorties ; à chaque sortie (322, 324 ; 332, 334) de chaque séparateur, une fonction (34, 36 ; 35, 37) de filtrage. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel la 10 première ligne conductrice (312) du coupleur est destinée à être intercalée sur une ligne de transmission d'une chaîne d'émission-réception radiofréquence. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les sorties respectives des fonctions de filtrage (34, 36 ; 35, 15 37) sont reliées à des circuits de détection, respectivement affectés à différentes voies d'émission-réception radiofréquence. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel des premières sorties (322, 332) de chaque 20 séparateur (32, 33) sont traitées par un filtre passe-bas (34, 35). 5. Circuit selon la revendication 4, dans lequel des secondes sorties (324, 334) de chaque séparateur (32, 33) sont traitées par un filtre correcteur (36, 37). 25 6. Chaîne d'émission radiofréquence comportant : deux voies (A, B) partageant une même antenne (15) ; et un circuit de couplage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.