Brevet FR3115429A1 — publié le 20220422

Le module d’émission/réception MD comporte un triplet de coupleurs hybrides 90° (CHY1, CHY2, CHY3) couplés entre une paire d’amplificateurs faible bruit (LNA1, LNA2), une paire d’amplificateurs de puissance (PA1, PA2) et un système d’antenne (ANT1, ANT2). Figure pour l’abrégé : Fig 2 Module pour l’émission/réception de signaux, en particulier des signaux radiofréquence, et appareil de communication correspondant Des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention concernent la transmission (émission/réception) de signaux, en particulier des signaux radiofréquence tels que ceux utilisables dans la technologie 5G, et plus particulièrement les modules d’émission/réception situés entre un système d’antenne et des étages de transposition de fréquence communément appelés modules de tête ou en anglais « front-end module ». La illustre un exemple de structure d’un module d’émission/réception selon l’art antérieur. Ce module MD0 comporte classiquement un amplificateur faible bruit 1, de structure classique, connu par l’homme du métier sous l’acronyme anglosaxon LNA « Low Noise Amplifier » et un amplificateur de puissance 2. Lorsque le module MD0 opère en mode réception, un commutateur SW1 connecte une antenne ANT à l’entrée de l’amplificateur faible bruit 1 et la sortie de l’amplificateur faible bruit 1 est connectée à une voie de réception de signaux par l’intermédiaire d’un autre commutateur SW2. Lorsque le module MD0 fonctionne en mode émission, l’entrée de l’amplificateur de puissance 2 est connectée à une voie d’émission par l’intermédiaire du commutateur SW2 et le commutateur SW1 connecte la sortie de l’amplificateur de puissance 2 à l’antenne ANT. Cependant, généralement, l’entrée de l’amplificateur faible bruit 1 et la sortie de l’amplificateur de puissance 2 ne présentent pas la même impédance. Le commutateur SW1 doit être alors configuré de façon à pouvoir présenter à l’antenne des impédances les plus identiques possibles que l’on soit en réception ou en émission. Or, ceci est difficile à réaliser. En outre, un tel commutateur SW1 introduit des pertes d’insertion, généralement de l’ordre de 1 à 1,5 dB, ainsi que des non linéarités. Il existe donc un besoin de remédier à ces inconvénients et de proposer une solution technique simple permettant d’offrir des impédances comparables en émission et en réception. Par ailleurs, il est proposé d’implémenter une telle solution technique offrant également la possibilité d’une transmission d’information bidirectionnelle instantanée (« full duplex », en langue anglaise). Selon un aspect, il est proposé un module pour l’émission/réception de signaux. Ce module comprend -un premier coupleur hybride 90° possédant une première borne destinée à être couplée à une première borne d’antenne d’un système d’antenne, une deuxième borne destinée à être couplée à une deuxième borne d’antenne du système d’antenne, -une paire d’amplificateurs faible bruit activables pour la réception de signaux sur les deux antennes et destinés à être couplés en sortie à au moins une voie de réception de signaux, -un deuxième coupleur hybride 90° configuré en mode combineur de puissance pour la réception desdits signaux et ayant une entrée couplée à une troisième borne du premier coupleur et deux sorties respectivement couplées aux deux entrées des deux amplificateurs faible bruit, -une paire d’amplificateurs de puissance activables pour l’émission de signaux via les deux antennes et destinés à être couplés en entrée à au moins une voie d’émission de signaux, -un troisième coupleur hybride 90° configuré en mode diviseur de puissance pour l’émission des signaux et possédant deux entrées respectivement couplées aux deux sorties des deux amplificateurs de puissance et une sortie couplée à une quatrième borne du premier coupleur hybride. Ainsi, on utilise ici à la place du commutateur de l’art antérieur connecté à l’antenne, un triplet de coupleurs hybrides 90° utilisables en émission ou en réception. Et, l’impédance entre le premier coupleur hybride et les deuxième et troisième coupleurs hybrides est constante quel que soit l’état activé ou non des amplificateurs faible bruit et des amplificateurs de puissance. Les pertes d’insertion sont de l’ordre de celles occasionnées par un commutateur classique, mais outre le fait de présenter toujours la même impédance comme indiqué ci-avant, un tel triplet de coupleurs hybrides est insensible aux variations d’impédance du système d’antenne. Le système d’antenne peut présenter des structures différentes. Ainsi il est possible de prévoir deux antennes distinctes avec une polarisation dite circulaire (c’est-à-dire que les signaux entre les deux antennes sont déphasés de 90°) ou bien une seule antenne avec deux bornes d’antennes permettent deux accès toujours en polarisation dite circulaire (les signaux entre les deux bornes d’antennes (entre les deux accès) sont déphasés de 90°). Bien qu’il soit possible de coupler la sortie de chaque amplificateur faible bruit à une voie de réception et l’entrée de chaque amplificateur de puissance à une voie d’émission, il est particulièrement avantageux que le module comprenne en outre -un quatrième coupleur hybride 90° configuré en mode diviseur de puissance possédant deux entrées respectivement couplées aux deux sorties des amplificateurs faible bruit et une sortie destinée à être couplée à une voie de réception, et -un cinquième coupleur hybride 90° configuré en mode combineur de puissance, possédant une entrée destinée à être couplée à une voie d’émission de signaux et deux sorties respectivement couplées aux deux entrées des deux amplificateurs de puissance. Un tel mode de réalisation permet d’obtenir des amplificateurs faible bruit et des amplificateurs de puissance équilibrés. Les signaux sont avantageusement des signaux radiofréquence, par exemple ayant une fréquence de l’ordre de 60 GHz, utilisables dans une technologie 5G. Le module peut être avantageusement réalisé sous forme intégrée. Selon un autre aspect, il est proposé une utilisation du module tel que défini ci-avant pour une transmission bidirectionnelle instantanée (« full duplex ») de signaux. Selon un autre aspect, il est proposé un appareil de communication, par exemple un téléphone mobile cellulaire ou une tablette numérique, comprenant -un module d’émission/réception tel que défini ci-avant, -un système d’antenne comportant une première borne d’antenne couplée à la première borne du premier coupleur du module et une deuxième borne d’antenne couplée à la deuxième borne du premier coupleur du module, -au moins une voie de réception de signaux couplée aux sorties des deux amplificateurs faible bruit du module, et -au moins une voie d’émission de signaux couplée aux entrées des deux amplificateurs de puissance du module. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de mise en œuvre et de réalisation, nullement limitative, et des dessins annexés sur lesquels : , déjà décrite illustre un art antérieur, et , et illustrent schématiquement des modes de mise en œuvre et de réalisation de l’invention. Sur la , la référence APP désigne un appareil de communication, par exemple un téléphone mobile cellulaire ou une tablette numérique, sans que ces exemples ne soient limitatifs. L’appareil APP comprend en tête, un module MD d’émission/réception de signaux, par exemple de signaux radiofréquence. Ce module MD, communément désigné par l’homme du métier sous la dénomination anglosaxonne de « front end module », est connecté entre un système d’antenne et une voie de réception de signaux CHRX et une voie d’émission de signaux CHTX. Le système d’antenne a deux bornes d’antennes et peut présenter des structures différentes. Ainsi il est possible de prévoir deux antennes distinctes avec une polarisation dite circulaire (c’est-à-dire que les signaux entre les deux antennes sont déphasés de 90°) ou bien une seule antenne avec deux bornes d’antennes permettent deux accès toujours en polarisation dite circulaire (les signaux entre les deux bornes d’antennes (entre les deux accès) sont déphasés de 90°). Dans la suite de la description on considère que le système d’antenne comporte deux antennes distinctes ANT1 et ANT2 ayant respectivement deux bornes d’antennes. A des fins de simplification, les deux bornes d’antennes de ce système sont également référencées par les références ANT1 et ANT2. Le module MD comprend un premier coupleur hybride 90° CHY1. Ce premier coupleur hybride CHY1 possède une première borne B11 couplée à la première borne d’antenne ANT1 et une deuxième borne B21 couplée à la deuxième borne d’antenne ANT2. Le module MD comporte également un deuxième coupleur hybride 90° possédant une borne d’entrée B12 couplée à une troisième borne B31 du premier coupleur hybride CHY1. Le deuxième coupleur hybride CHY2 comporte également une deuxième borne B22 couplée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance. Ce deuxième coupleur hybride CHY2 comporte également une troisième borne B32 couplée à l’entrée d’un premier amplificateur faible bruit LNA1 et une quatrième borne de sortie B42 couplée à l’entrée d’un deuxième amplificateur faible bruit LNA2. Le module MD comporte également un troisième coupleur hybride CHY3 possédant deux entrées B33 et B43 respectivement couplées aux deux sorties de deux amplificateurs de puissance PA1 et PA2. Ce troisième coupleur hybride CHY3 comporte également une sortie B13 connectée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance et une sortie B23 couplée à une quatrième borne B41 du premier coupleur hybride CHY1. Par ailleurs, de façon à obtenir des amplificateurs faible bruit et des amplificateurs de puissance totalement équilibrés, le module MD comporte également dans ce mode de réalisation un quatrième coupleur hybride 90° CHY4 et un cinquième coupleur hybride 90° CHY5. Le coupleur hybride CHY4 est configuré en mode diviseur de puissance et possède deux entrées B14 et B24 respectivement couplées aux deux sorties des deux amplificateurs faible bruit LNA1 et LNA2 et une sortie B44 couplée à une voie de réception de signaux CHRX de structure classique. La borne B34 de ce quatrième coupleur hybride CHY4 est reliée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance. Le cinquième coupleur hybride 90° CHY5, configuré en mode combineur de puissance, possède une entrée B35 couplée à une voie d’émission de signaux CHTX de structure classique et une autre entrée B45 connectée à la masse par l’intermédiaire d’une résistance. Ce cinquième coupleur hybride CHY5 comporte également deux sorties B15 et B25 respectivement couplées aux deux entrées des deux amplificateurs de puissance PA1 et PA2. Comme indiqué précédemment, la structure des voies d’émission et de réception est classique et connue en soi. Ainsi, la voie d’émission CHRX comporte notamment un étage de transposition de fréquence pour effectuer une transposition en bande de base et la voie d’émission CHTX peut comporter un étage de transposition de fréquence pour effectuer une transposition depuis la bande de base vers le domaine radiofréquence. Les deux voies CHRX et CHTX sont reliées à des moyens de traitement, par exemple un processeur en bande de base destiné à traiter les données reçues ou à émettre. La structure de chaque coupleur hybride est également bien connue. A titre indicatif, chaque coupleur hybride peut comporter des lignes de transmission quart d’onde dont les dimensions dépendent de la fréquence des signaux reçus ou à émettre. La illustre le fonctionnement du module MD lors d’une réception de signaux sur les antennes ANT1 et ANT2. Les signaux se propagent selon les flèches mentionnées sur cette jusqu’à la chaîne de réception CHRX. Et, on voit que le deuxième coupleur hybride CHY2 est configuré en mode combineur de puissance. La illustre le fonctionnement du module MD lors d’une émission de signaux provenant de la voie d’émission CHTX. Là encore, ces signaux se propagent selon les flèches mentionnées sur la pour être émis via les deux antennes ANT1 et ANT2. On voit cette fois-ci que le troisième coupleur hybride CHY3 est configuré en mode diviseur de puissance. La structure à triple coupleurs hybride du module MD permet d’assurer une isolation de chacun des blocs LNA1, LNA2 et PA1, PA2 ainsi qu’une isolation entre ces deux blocs tout en permettant une polarisation circulaire grâce au premier coupleur hybride CHY1 qui attaque les deux antennes avec un déphasage de 90°C. Ceci permet d’augmenter encore l’isolation. En outre, une telle structure peut être utilisée dans le cadre d’une transmission bidirectionnelle instantanée (« full duplex »). Par ailleurs, lorsque l’on est en réception, les amplificateurs faible bruit LNA1 et LNA2 sont activés et les amplificateurs de puissance PA1 et PA2 sont désactivés. Dans ce cas, l’impédance au niveau de la ligne pointillée LV1 ( ) est différente en entrée des amplificateurs faible bruit de celle en sortie des amplificateurs de puissance. A titre indicatif, l’impédance en entrée des amplificateurs faible bruit activés peut être égale à 40 ohms tandis que l’impédance en sortie des amplificateurs de puissance désactivés peut être de l’ordre de 3 ohms. Lorsque l’on est en émission ( ) les amplificateurs faible bruit LNA1 et LNA2 sont désactivés tandis que les amplificateurs de puissance PA1 et PA2 sont activés. Dans ce cas, au niveau LV1, l’impédance en entrée des amplificateurs faible bruit LNA1 est là encore différente de l’impédance en sortie des amplificateurs de puissance PA1 et PA2. A titre indicatif, l’impédance en entrée des amplificateurs faible bruit désactivés peut être égale à 3 ohms tandis que l’impédance en sortie des amplificateurs de puissance activés peut être égale à 40 ohms. Mais, quel que soit le mode émission ou réception, l’impédance entre le premier coupleur hybride CHY1 et les deuxième et troisième coupleurs hybrides CHY2 et CHY3 (ligne pointillée LV2) reste constante égale par exemple à 40 ohms. L’invention n’est pas limitée aux modes de mise en œuvre et de réalisation qui viennent d’être décrits mais en embrassent toutes les variantes. Ainsi, comme illustré sur la , il est possible, quoique moins avantageux en termes d’équilibrage des amplificateurs faible bruit LNA1, LNA2 et des amplificateurs de puissance PA1 et PA2, de s’affranchir de l’utilisation des quatrième et cinquième coupleurs hybrides CHY4 et CHY5 pour relier directement les sorties des deux amplificateurs de puissance LNA1 et LNA à deux voies de réception CHRX1 et CHX2 et relier deux voies d’émission CHTX1 et CHTX2 directement en entrée des amplificateurs de puissance PA1 et PA2. Module pour l’émission/réception de signaux, comprenant un premier coupleur hybride 90° (CHY1) possédant une première borne (B11) destinée à être couplée à une première borne d’antenne (ANT1) d’un système d’antenne, une deuxième borne (B21) destinée à être couplée à une deuxième borne d’antenne (ANT2) du système d’antenne, une paire d’amplificateurs faible bruit activables (LNA1, LNA2) pour la réception de signaux sur les deux antennes et destinés à être couplés en sortie à au moins une voie de réception de signaux, un deuxième coupleur hybride 90° (CHY2) configuré en mode combineur de puissance pour la réception desdits signaux et ayant une entrée (B12)couplée à une troisième borne (B31) du premier coupleur (CHY1) et deux sorties (B32 ; B42) respectivement couplées aux deux entrées des deux amplificateurs faible bruit, une paire d’amplificateurs de puissance activables (PA1 ; PA2) pour l’émission de signaux via les deux antennes et destinés à être couplés en entrée à au moins une voie d’émission de signaux, un troisième coupleur hybride 90° (CHY3) configuré en mode diviseur de puissance pour l’émission des signaux et possédant deux entrées (B33 ; B43) respectivement couplées aux deux sorties des deux amplificateurs de puissance et une sortie (B23) couplée à une quatrième borne (B41) du premier coupleur hybride (CHY1). Module selon la revendication 1, comprenant en outre un quatrième coupleur hybride 90° (CHY4) configuré en mode diviseur de puissance possédant deux entrées respectivement couplées aux deux sorties des deux amplificateurs faible bruit et une sortie destinée être couplée à une voie de réception, et un cinquième coupleur hybride 90° (CHY5) configuré en mode combineur de puissance possédant une entrée destinée à être couplée à une voie d’émission de signaux et deux sorties respectivement couplées aux deux entrées des deux amplificateurs de puissance. Module selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les signaux sont des signaux radiofréquences. Module selon l’une des revendications précédentes, réalisé sous forme intégrée. Utilisation du module selon l’une des revendications 1 à 4 pour une transmission bidirectionnelle instantanée de signaux. Appareil de communication, comprenant -un module (MD) selon l’une des revendications 1 à 4, -un système d’antenne comportant une première borne antenne (ANT1) couplée à la première borne du premier coupleur du module et une deuxième borne d’antenne (ANT2) couplée à la deuxième borne du premier coupleur du module, -au moins une voie de réception de signaux (CHRX) couplée aux sorties des deux amplificateurs faible bruit du module, et -au moins une voie d’émission de signaux (CHTX) couplée aux entrées des deux amplificateurs de puissance du module.