Brevet FR3011997A1 — publié le 20150417

LIMITEUR DE PUISSANCE AVEC FILTRE INTEGRE ET UTILISATION DU LIMITEUR La présente invention concerne le domaine de la détection et de la communication par ondes hyperfréquences. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif hyperfréquence configuré pour filtrer en fréquence et limiter en puissance un signal hyperfréquence. Les chaines de réception comprennent généralement un filtre passe bande 10, un limiteur 20 et une chaine d'amplification 30 comme illustré figure 1. Dans ces chaines de réception, la fonction d'un limiteur de puissance, placé après une antenne, est d'éviter la trop forte saturation ou la mise hors fonction des éléments sensibles situés en aval de ce dernier, en particulier les éléments de la chaîne d'amplification à faible niveau. En effet, les amplificateurs utilisés dans cette chaine d'amplification sont généralement des amplificateurs faible bruit (ou LNA pour Low Noise Amplifier selon la terminologie anglo saxonne) de très grande sensibilité. Ces amplificateurs permettent d'amplifier les signaux de très faible puissance en ayant un minimum de bruit ajouté. En retour ces amplificateurs faible bruit ne supportent pas de fortes puissances d'entrée. Un limiteur de puissance est donc implanté avant la chaine d'amplification de façon à limiter en puissance les signaux entrant d'amplitude élevée. Dans les architectures de chaines de réception existantes, les fonctions de filtrage et de limitation sont des fonctions séparées. La limitation de puissance est effectuée par un limiteur généralement formé de deux étages de diodes discrètes de type Schottky ou PIN (pour Positive lntrinsic Negative diode en anglais) séparées par une ligne hyperfréquence. Un inconvénient de ce type de dispositif est du aux pertes d'insertion de la ligne hyperfréquence entre les deux étages de limitation qui dégradent le rapport signal à bruit. La fonction de filtrage est effectuée par un filtre passe bande. Ce filtre est généralement un filtre passif dont la bande passante est fixe et 35 généralement égale à la bande utile du radar ou du dispositif de communication. Un but de l'invention est de corriger un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur et de permettre d'améliorer les performances d'un limiteur de puissance. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de filtrage et de limitation en puissance d'un signal hyperfréquence comprenant une entrée, une sortie et un premier étage de limitation, ledit premier étage de limitation comportant au moins une diode en parallèle entre l'entrée et une masse, ledit dispositif comprenant en outre un filtre passe bande connecté en série entre le premier étage de limitation et la sortie. Suivant un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un deuxième étage de limitation connecté en série entre le filtre passe bande et la sortie, ledit deuxième étage de limitation comportant au moins une diode 15 en parallèle entre la sortie et une masse. Suivant une variante de réalisation, l'entrée et la sortie du dispositif sont formées respectivement par un premier et un deuxième tronçon de ligne. Suivant une variante de réalisation, le filtre passe bande est configuré 20 pour déphaser le signal en sortie dudit filtre passe bande d'un nombre impair de fois 2^,g/4 par rapport au signal en entrée du filtre passe bande, Xg représentant la longueur d'onde guidée du signal hyperfréquence. Suivant un mode de réalisation, le filtre passe bande comporte au moins une capacité ajustable. 25 Suivant un mode de réalisation, le filtre passe bande comporte au moins une capacité commutable. Suivant un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un pré-filtre connecté en série entre le premier tronçon de ligne et le premier étage de limitation. 30 Suivant un mode de réalisation, le pré-filtre est un filtre passe haut. Suivant un mode de réalisation, le pré-filtre est un filtre passe bande. Suivant un mode de réalisation, le filtre passe bande connecté électriquement après le premier étage de limitation est connecté à un module de commande configuré pour modifier la fréquence centrale et/ou la largueur de bande du filtre de façon dynamique. L'invention a également pour objet l'utilisation du dispositif hyperfréquence précédemment décrit en amont d'une chaine de réception d'un dispositif appartenant à un groupe comprenant un dispositif de détection et un dispositif de communication. Selon une variante d'utilisation, la commande du groupe comprenant au moins une capacité variable est effectuée de façon dynamique. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à 15 titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente un exemple de réalisation d'une chaine de réception connue de l'art antérieur ; 20 Les figures 2a et 2b représentent respectivement des exemples de mode de réalisation d'un filtre passe bande et d'un limiteur de puissance selon l'art antérieur ; La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un dispositif de limitation et de filtrage selon l'invention ; 25 La figure 4 représente un exemple de mode de réalisation d'une variante du dispositif selon l'invention ; La figure 5 représente un exemple de mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention intégrant un pré-filtre. 30 Il convient de noter que l'utilisation des termes " amont " et « aval " ainsi que " premier" et " deuxième " se rapporte au sens de propagation des signaux, à savoir de l'entrée vers la sortie. Comme vu précédemment, les limiteurs de puissance 20 sont généralement formés de deux étages de diodes séparées par une ligne hyperfréquence formée soit d'une longueur de ligne, comme illustré figure 2b, soit d'éléments localisés de type L C pour simuler une longueur de ligne 5 équivalente. Lorsque la puissance du signal entrant dans le limiteur 20 est faible, les diodes D sont bloquées et le signal se propage vers la sortie du limiteur 20 avec un minimum de perte d'insertion. Lorsque la puissance du signal entrant est supérieure à un niveau lié au seuil de conduction des diodes D utilisées, ces dernières changent d'état en passant d'un état 10 capacitif à un état résistif proche du court circuit. Les diodes D étant placées en parallèle sur la ligne de propagation, cet effet se traduit par une réflexion presque totale du signal en entrée du limiteur 20. Le deuxième étage de diodes permet de réduire les fuites, d'augmenter l'atténuation et ainsi réduire la puissance en sortie du limiteur 15 20. La protection du circuit en aval, comme par exemple un LNA, est ainsi améliorée. La théorie montre également que de façon avantageuse, une longueur de ligne égale au quart de la longueur d'onde du signal permet de maximiser l'atténuation du limiteur 20 et de réduire de ce fait le niveau de fuite. 20 Le principe de l'invention consiste à intégrer dans l'architecture d'un limiteur 20 de puissance, un filtre passe bande 10. La figure 3 représente un exemple de mode de réalisation d'un tel dispositif. 25 Suivant un mode de réalisation, le filtre passe bande 10 peut être réalisé à l'aide d'un circuit LC classique à base de selfs et de condensateurs comme illustré figure 2a. Le dispositif de filtrage en fréquence et de limitation en puissance d'un 30 signal hyperfréquence selon l'invention peut comprendre un premier étage de limitation 31 connecté en série avec l'entrée E et un deuxième étage de limitation 32 connecté en série avec la sortie S du dispositif. Les premier et deuxième étages de limitation 31, 32 peuvent comprendre une ou plusieurs diodes en parallèle entre une masse du dispositif et respectivement l'entrée 35 et la sortie dudit dispositif. Le dispositif comprend en outre un filtre passe bande 10. L'entrée du filtre 10 est connectée en série à la sortie du premier étage de limitation 31 et sa sortie est connectée en série à un deuxième étage de limitation 32. Suivant un mode de réalisation particulier, le dispositif de filtrage et de 5 limitation en puissance selon l'invention peut ne comporter qu'un seul étage de limitation 31 comme illustré figure 3. Le dispositif comprend donc un filtre passe bande connecté en série entre l'étage de limitation 31 et la sortie S dudit dispositif, l'étage de limitation 31 comportant au moins une diode en parallèle entre l'entrée et une masse du dispositif. Ce mode de réalisation 10 peut être intéressant en association, par exemple, avec un LNA en technologie "grand gap " utilisant, notamment, le nitrure de galium ou GaN. En effet, ces amplificateurs permettent de supporter des puissances plus élevée que la moyenne. Les diodes utilisées dans les étages de limitation 31, 32 peuvent, par 15 exemple, être des diodes PIN, des diodes Schottky ou tout autre type de diode équivalente. De façon à augmenter l'atténuation du dispositif et améliorer la protection des éléments en aval du dispositif, ce dernier peut comprendre un nombre supérieur d'étage de limitation. 20 Suivant un mode de réalisation, l'entrée E et la sortie S du dispositif peuvent être formées par deux tronçons de ligne 33 comme illustré par exemple figure 4. Comme vu précédemment, la théorie des lignes montre qu'une longueur de ligne égale au quart de la longueur d'onde du signal guidé 25 permet d'augmenter l'atténuation du signal en sortie. Une longueur de 1g/4, (Xg représentant la longueur d'onde guidée du signal), correspondant à un déphasage de 90°, une façon supplémentaire d'augmenter l'atténuation du dispositif selon l'invention peut consister à choisir les éléments du filtre passe bande 10 de façon à ce que la phase absolue du filtre passe bande 10, c'est- 30 à-dire la phase entre l'entrée et la sortie du filtre 10, soit égale à un nombre impair de fois 90°. En référence à la figure 4, tout ou partie des capacités du filtre passe bande 10 peuvent être des capacités ajustables 100. Ces capacités 35 ajustables peuvent par exemple être des diodes varicap (ou varactors selon la terminologie anglo-saxonne), des capacités commutables ou toutes autres capacités ajustables équivalentes. De façon avantageuse, la présence de capacités ajustables 100 dans le filtre passe bande 10 permet de rendre ce dernier agile en fréquence. Elles offrent la possibilité de faire varier la largeur de la bande passante du filtre 10 en faisant varier la valeur des capacités 100. Un deuxième avantage des capacités variables est la possibilité de faire varier la fréquence centrale du filtre passe bande 10. Le dispositif selon l'invention peut, par exemple, être utilisé en amont d'une chaine de réception d'un dispositif de détection comme par exemple un radar ou un dispositif de communication. Suivant un mode de réalisation, le dispositif de filtrage et de limitation selon l'invention peut être connecté à un module de commande 40 configuré pour faire varier la valeur d'au moins une des capacités variables 100 du filtre passe bande 10. Dans le cas d'une utilisation du dispositif dans un équipement de détection, comme par exemple un radar, ou dans un équipement de télécommunication, la commande de la valeur d'au moins une capacité 100 peut se faire de façon dynamique. Dans le cas d'un mode radar, la commande de la largeur de bande passante et/ou de la fréquence centrale peut se faire de façon dynamique par exemple en fonction de la nature du signal émis par le radar, comme par exemple sa fréquence centrale et/ou la largeur de modulation de fréquence des impulsions émises. Suivant un mode de réalisation, le dispositif de limitation et de filtrage de signaux hyperfréquences selon l'invention peut comprendre un premier étage de pré-filtrage. A cet effet, le dispositif selon l'invention peut comprendre un pré-filtre 50 connecté en série en aval du premier étage de limitation 31, par exemple, entre le premier tronçon de ligne 33 formant l'entrée E du dispositif et le premier étage de limitation 31. Le pré filtre 50 peut être, par exemple, un filtre passe haut. Suivant une variante de réalisation, le pré-filtre 50 est un filtre passe bande. De façon avantageuse, l'étage de pré-filtrage permet d'éviter que des signaux basses fréquences de puissance élevée ne fassent entrer en 35 conduction le premier étage de limitation 31. Le dispositif de limitation et de filtrage selon l'invention peut trouver son application, par exemple et de façon non limitative, dans les domaines des télécommunications, des radars ou de la radiodétection.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de filtrage et de limitation en puissance d'un signal hyperfréquence comprenant une entrée (E), une sortie (S) et un premier étage de limitation (31), ledit premier étage de limitation (31) comportant au moins une diode en parallèle entre l'entrée (E) et une masse, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un filtre passe bande (10) connecté en série entre le premier étage de io limitation (31) et la sortie (S). 2. Dispositif selon la revendication précédente, comprenant en outre un deuxième étage de limitation (32) connecté en série entre le filtre passe bande (10) et la sortie (S), ledit deuxième étage de limitation (32) comportant au moins une diode en parallèle entre la sortie (S) et 15 une masse. 3. Dispositif selon une des revendications précédentes, selon lequel l'entrée (E) et la sortie (S) du dispositif sont formées respectivement par un premier et un deuxième tronçon de ligne (33). 4. Dispositif selon la revendication précédente selon lequel le filtre passe 20 bande (10) est configuré pour déphaser le signal en sortie dudit filtre passe bande (10) d'un nombre impair de fois 4/4 par rapport au signal en entrée du filtre passe bande (10), Xg représentant la longueur d'onde guidée du signal hyperfréquence. 5. Dispositif selon une des revendications précédentes, selon lequel le 25 filtre passe bande (10) comporte au moins une capacité ajustable. 6. Dispositif selon une des revendications précédentes, selon lequel le filtre passe bande (10) comporte au moins une capacité commutable. 7. Dispositif selon une des revendications précédentes, selon lequel le dispositif comprend en outre un pré-filtre (50) connecté en série en 30 amont du premier étage de limitation (31). 8. Dispositif selon la revendication précédente selon lequel le pré-filtre (50) est un filtre passe haut. 9. Dispositif selon la revendication 7 selon lequel le pré-filtre (50) est un filtre passe bande. 10. Dispositif selon une des revendications précédentes, selon lequel le filtre passe bande (10) connecté électriquement après le premier étage de limitation (31) est connecté à un module de commande (40) configuré pour modifier la fréquence centrale et/ou la largueur de bande du filtre (10) de façon dynamique. io 11. Utilisation du dispositif de filtrage et de limitation" en puissance d'un signal hyperfréquence selon une des revendications précédentes en amont d'une chaine de réception d'un dispositif appartenant à un groupe comprenant un dispositif de détection et un dispositif de communication pour limiter la puissance les signaux entrant. 15 12. Utilisation du dispositif de filtrage et de limitation en puissance d'un signal hyperfréquence selon la revendication 10 selon laquelle la commande du groupe comprenant au moins une capacité variable est effectuée de façon dynamique.