Filtre de réflexion de fréquence image en hyperfréquence et récepteur hyperfréquence comprenant un tel filtre

Description

[0001] La présente invention concerne, dans un récepteur hyperfréquence comprenant un mélangeur auquel parviennent d'une part le signal de réception de fréquence f_s et d'autre part un signal de fréquence f_OL fourni par un oscillateur local et qui délivre après mélange un signal à fréquence intermédiaire, un filtre de réflexion de fréquence image réalisé en structure planar selon la technique du microruban et destiné à empêcher, par sa mise en place en amont du mélangeur, le retour vers l'entrée du récepteur du signal parasite de fréquence f_IM dite fréquence image et égale à (2f_oL - f_s) envoyé par le mélangeur. On notera ici qu'un mélangeur est un dispositif à caractéristique non linéaire et que la combinaison des signaux de fréquence f_s et f_OL peut donner lieu, en fait, à l'apparition de toute une série d'autres produits de second ordre qui sont également des signaux parasites, mais leur fréquence est plus éloignée que f_IM de la bande de fréquence utile incluant f_s et f_OL et leur filtrage n'a donc pas à être envisagé ici.

[0002] Un tel dispositif, à diode mélangeuse en l'occurrence, est décrit dans le document IEEE International Electron Devices Meeting, 6-8 décembre 1976, pages 87 à 89, par E. J. Denliger et al, « High performance mixer diode ». Mais la structure des filtres prévus ne permet pas de respecter une condition essentielle, à savoir l'existence d'un plan de référence bien défini et localisé de ces filtres par rapport au mélangeur, afin que leur action soit indépendante de la fréquence.

[0003] Un filtre destiné à assurer une bonne réflexion des signaux à la fréquence parasite f_IM tout en transmettant de façon optimale les signaux à la fréquence de réception f_s et ceux à la fréquence locale f_OL doit satisfaire non seulement à cette condition essentielle, mais aussi aux deux suivantes :

- la bande de fréquence coupée par le filtre doit être suffisamment large pour que la réflexion de la fréquence f_IM soit importante dans toute la bande que peut occuper cette fréquence ;

- les pertes doivent être aussi faibles que possible à la fréquence de réception f_s et à la fréquence locale f_OL.

[0004] Aucun filtre connu ne répond simultanément à toutes ces conditions. Ni les filtres classiques à liaison ou couplage avec la ligne de transmission (voir notamment le filtre quart d'onde à couplage, nommé I. R. filter sur la figure 2 du document qui vient d'être cité), ni les filtres dits « en éperon » (en anglais, spurline filters), qui sont d'ailleurs comparés aux précédents dans l'article « Design of microstrip spurline bandstop filters », paru dans la revue Microwaves, Optics and Acoustics, novembre 1977, Vol. 1, n° 6, n'ont des caractéristiques et une action propres à concilier les impératifs mentionnés plus haut. En effet, les filtres classiques ne réfléchissent que de façon médiocre la puissance incidente, et sur une bande de fréquence étroite, et sont en outre très sensibles aux influences extérieures (objets métalliques). A ces deux égards, les filtres dits en éperon constituent déjà une amélioration, mais leur plan de référence par rapport au mélangeur ne peut pas être bien défini.

[0005] Le but de l'invention est de proposer une structure originale de filtre qui, tout en restant compacte et donc utilisable dans de nombreuses applications où un faible encombrement est une qualité primordiale, présente des performances nettement améliorées par rapport aux filtres existants.

[0006] L'invention concerne à cet effet un filtre de réflexion de fréquence image tel que défini ci-dessus et caractérisé en ce qu'il est constitué par la réunion en un unique élément hyperfréquence, placé en parallèle sur la ligne principale de transmission du signal de réception de fréquence f_s, d'une part d'un filtre quart d'onde de largeur au moins égale à celle de cette ligne de transmission et de longueur égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence image f_IM et d'autre part d'un résonateur du mode impair, constitué par la présence dans l'extrémité non raccordée du filtre quart d'onde d'un évidement transversal à la ligne de transmission et répartissant ce filtre quart d'onde en deux bras distincts.

[0007] La structure ainsi définie est particulièrement intéressante en ce qu'elle propose un élément hyperfréquence unique - et donc d'autant plus compact - pour la réalisation de deux fonctions hyperfréquence distinctes qui conjuguent leurs effets, à savoir un filtrage de type quart d'onde et une résonance du mode impair. D'une part, la présence du filtre quart d'onde agit comme un filtre coupe-bande dans une bande de fréquence centrée sur la fréquence parasite f_IM à éliminer (la largeur de cette bande étant liée à celle de ce filtre). D'autre part le résonateur du mode impair, sans réduire l'action du filtre quart d'onde, contribue par son action à réduire la largeur de la bande de fréquence dite de transition comprise entre la bande de réflexion et la bande de transmission, c'est-à-dire à rendre la pente du filtre plus raide en rapprochant l'une de l'autre les limites inférieure et supérieure de cette bande de transition, ce qui revient à élever la limite supérieure de la bande de réflexion tout en améliorant simultanément l'adaptation du filtre pour la fréquence de réception f_s et pour la fréquence locale f_oL. Cette dernière caractéristique permet notamment de réduire la puissance de l'oscillateur local. Enfin, le plan de référence du filtre de réflexion est parfaitement défini et localisé, puisque le raccordement de ce filtre sur la ligne principale de transmission est réalisé en un seul point et que son action ne se produit qu'en ce point.

[0008] D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris en se référant maintenant à la description qui suit et aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels :

la figure 1 représente un exemple particulier de réalisation du filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention, conduisant à une courbe de filtrage telle que celle de la figure 2 ; et

la figure 3 montre comment ce filtre de réflexion selon l'invention s'insère dans un récepteur hyperfréquence.

[0009] Le filtre de réflexion de fréquence image décrit en référence à la figure 1 est réalisé en structure dite planar, selon la technique du microruban associé à un support diélectrique, et consiste en un élément hyperfréquence unique placé en parallèle sur une ligne principale 1 de transmission du signal hyperfréquence de fréquence f_s. Cet élément hyperfréquence est composé de deux parties : d'une part d'un filtre quart d'onde 20 de largeur sensiblement égale à celle de la ligne à son point de raccordement en parallèle sur celle-ci et de longueur égale au quart de la longueur d'onde associée à la fréquence parasite f,_M à éliminer, d'autre part d'un résonateur du mode impair constitué par la présence dans l'extrémité non raccordée de ce filtre 20 d'un évidement 24 transversal à la ligne et situé entre deux bras 22 maintenant distincts et ici symétriques.

[0010] Le filtre quart d'onde 20, qui est par exemple une surface conductrice circulaire se raccordant à la ligne de transmission 1 sur une largeur ici égale à celle de cette ligne, permet l'atténuation d'une bande de fréquence centrée sur la fréquence parasite f,_M (voir un exemple de courbe de filtrage sur la figure 2), tandis que le résonateur (22, 24) du mode impair permet de rendre plus étroite la bande de fréquence de transition comprise entre les bandes de réflexion R et de transmission T, par élévation de sa limite inférieure grâce à la résonance du mode impair sur une fréquence qui dépend de la longueur du résonateur, d'un bras 22 à l'autre, et donc de la profondeur de l'évidement 24 (ce qui accroît la bande de réflexion).

[0011] La fréquence f_R de résonance du mode impair peut également être modifiée par la mise en place dans l'évidement transversal 24 d'une surface conductrice 27 isolée du reste de l'élément et destinée à permettre le réglage de la fréquence de résonance et de la surtension du résonateur, afin de rendre plus raide la pente de la courbe de filtrage entre f,_M et f_OL et donc diminuer la largeur de la bande de fréquence correspondant à cette zone de la courbe, et afin d'assurer une plus grande insensibilité aux corps métalliques étrangers par une meilleure concentration du champ magnétique. Avec ou sans cette caractéristique complémentaire, le filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention est extrêmement compact, tout en présentant la caractéristique originale de jouer à lui seul une double fonction absente des éléments hyperfréquences passifs classiques et en répondant aux impératifs cités plus haut (bande de réflexion, plan de référence, pertes).

[0012] Le filtre de réflexion de fréquence image selon l'invention qui est donc un filtre coupe-bande (voir la courbe de filtrage de la figure 2) peut être utilisé notamment dans un récepteur hyperfréquence pour signaux de télévision. Comme le montre la figure 3, des signaux à la fréquence f_s reçus par une antenne (non représentée) sont envoyés vers un mélangeur 30 qui reçoit également, par l'intermédiaire d'un filtre directionnel 31, un signal à la fréquence f_OL délivré par un oscillateur local 32, et qui délivre un signal à la fréquence intermédiaire f_Fl. Le filtre 33 selon l'invention est placé sur la connexion qui précède l'entrée du mélangeur 30 pour récupérer l'énergie du signal de fréquence f,_M et éviter l'émission par l'antenne d'un signal à cette fréquence, et le fait que son plan de référence soit bien défini et localisé permet d'effectuer cette mise en place à une distance de ce mélangeur telle que, pour la fréquence image f_IM à réfléchir, l'impédance vue par le mélangeur soit optimale.

[0013] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On a par exemple décrit ci-dessus l'application de l'invention au cas de la structure microstrip, mais un filtre selon l'invention peut aussi être utilisé dans le cas d'une structure microstrip suspendue. Par ailleurs, pour assurer une transmission encore meilleure du signal de fréquence f_s, avec le minimum de réflexions, le filtre selon l'invention peut être équipé d'un circuit d'adaptation consistant en une surface conductrice rectangulaire 18 (voir la figure 1) de longueur égale aux trois huitièmes de la longueur d'onde associée à la fréquence f_s et raccordée sur toute sa longueur à la ligne de transmission 1. Cette surface 18 associe deux discontinuités dont les effets compensateurs de la désadaptation résiduelle du filtre de réflexion améliorent la qualité de la transmission autour de la fréquence f_s. En effet, à cette fréquence, le caractère capacitif de la surface 18 vient compenser le caractère inductif du tronçon x/4.

Revendications

1. Dans un récepteur hyperfréquence comprenant un mélangeur (30) auquel parviennent d'une part le signal de réception de fréquence f_s et d'autre part un signal fourni par un oscillateur local (32) et qui délivre après mélange un signal à fréquence intermédiaire, filtre de réflexion de fréquence image f,_M réalisé en structure planar selon la technique du microruban, caractérisé en ce qu'il est constitué par la réunion en un unique élément hyperfréquence, placé en parallèle sur la ligne principale (1) de transmission du signal de réception, d'une part d'un filtre quart d'onde (20) de largeur au moins égale à celle de cette ligne de transmission et de longueur égale qu quart de la longueur d'onde associée à la fréquence image f_IM et d'autre part d'un résonateur (22, 24) du mode impair, constitué par la présence dans l'extrémité non raccordée du filtre quart d'onde (20) d'un évidement (24) transversal à la ligne de transmission (1) et répartissant ce filtre quart d'onde en deux bras (22) distincts.

2. Filtre de réflexion de fréquence image selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre quart d'onde (20) est une surface conductrice circulaire se raccordant à la ligne de transmission (1) sur une largeur au moins égale à celle de cette ligne.

3. Filtre de réflexion de fréquence image selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'évidement transversal (24) est occupé par une surface conductrice (27) isolée du reste de l'élément hyperfréquence.

4. Filtre de réflexion de fréquence image selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'adaptation consistant en une surface conductrice rectangulaire (18) de longueur égale aux trois huitièmes de la longueur d'onde associée à la fréquence f_s et raccordée sur toute sa longueur à la ligne de transmission (1).

5. Utilisation d'un filtre de réflexion de fréquence image selon l'une des revendications 1 à 4 dans un récepteur hyperfréquence comprenant notamment un mélangeur (30) auquel parviennent un signal de réception de fréquence f_s et un signal de fréquence f_OL fourni par un oscillateur local (32) pour délivrer après mélange un signal utile à une fréquence intermédiaire f_FI égale à la différence des fréquences f_s et f_oL.

Claims

1. An image frequency (f_iM) reflection filter of planar structure in accordance with the microstrip technique, provided in a high-frequency receiver comprising a mixer (30) which receives on the one hand a received signal of frequency f_s and on the other hand a signal supplied by a local oscillator (32) and which produces after mixing an intermediate frequency signal, characterized in that the filter is formed by combining in a single high-frequency element, arranged in shunt on the main transmission line (1) of the received signal, on the one hand a quarter-wavelength filter (20) having a width which is at least equal to that of the transmission line and a length equal to a quarter of the wavelength associated with the image frequency f,_M and on the other hand an odd-mode resonator (22, 24), constituted by the presence in the free end of the quarterwavelength filter (20) of a slot (24) which is transverse to the transmission line (1) and divides the quarter- wavelength filter into two separate branches (22).

2. An image frequency reflection filter as claimed in Claim 1, characterized in that the quarter-wavelength filter (20) is a circular conducting surface connected to the transmission line (1) over a width which is at least equal to the width of this line.

3. An image frequency reflection filter as claimed in one of the Claims 1 and 2, characterized in that the transverse slot (24) is occupied by a conducting surface (27) which is insulated from the rest of the high-frequency element.

4. An image frequency reflection filter as claimed in one of the Claims 1 to 3, characterized in that it comprises a matching circuit consisting of a rectangular conducting surface (18) which has a length equal to three-eighths of the wavelength associated with the frequency f_s and connected over its whole length to the transmission line (1).

5. The use of an image frequency reflection filter as claimed in one of the Claims 1 to 4 in a high-frequency receiver comprising more specifically a mixer (30) which receives a recsived signal of frequency f_s and a signal of frequency f_OL supplied by a local oscillator (32) to producing after mixing a useful signal at an intermediate frequency f_FI which is equal to the difference between the frequencies f_s and f_oL.

Ansprüche

1. Reflexionsfilter der Bildfrequenz f_IM mit planarer Struktur entsprechend der Mikrostreifentechnik in einem HF-Empfänger mit einer Mischstufe (30), de einerseits das Empfangssignal mit der Frequenz f_s und andererseits ein Signal von einem Ortsoszillator (32) zugeführt wird und die nach Mischung ein ZF-Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter gebildet ist durch die Vereinigung in einem einzigen Element, das parallel zu der Hauptübertragungsleitung (1) des Empfangssignals angeordnet ist, einerseits eines Viertelwellenlängenfilters (20) mit einer Breite wenigstens entsprechend der Übertragungsleitung und mit einer Länge entsprechend der der Bildfrequenz f,_M zugeordneten Wellenlänge und andererseits eines Resonators (22, 24) des ungeraden Modus, der dadurch gebildet ist, daß in dem nicht angeschlossenen Ende des Viertelwellenlängenfilters (20) eine Außsparung (24) quer zu der Übertragungsleitung (1) vorhanden ist, wodurch dieses Viertelwellenlängenfilter in zwei einzelne Zweige (22) aufgeteilt wird.

2. Bildfrequenzreflexionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Viertelwellenlängenfilter (20) eine kreisrunde Leiterfläche ist, die mit der Übertragungsleitung (1) verbunden ist und zwar über eine Breite, die wenigstens der Breite dieser Leitung entspricht.

3. Bildfrequenzreflexionsfilter nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Queraußparung (24) mit einer leitenden Fläche (27) bedeckt ist, die gegenüber dem restlichen Teil des HF-Elementes isoliert ist.

4. Bildfrequenzreflexionsfilter nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter einen Anpaßungskreis enthält mit einer rechtwinkligen Leiterfläche (18), deren Länge drei Achtel der Länge der zugeordneten Welle mit der Frequenz f_s entspricht und die über die ganze Länge mit der Übertragungsleitung (1) verbunden ist.

5. Gebrauch eines Bildfrequenzreflexionsfilters nach einem der Ansprüche 1-4 in einem HF-Empfänger mit insbesondere einer Mischstufe (30), der ein Empfangssignal mit der Frequenz f_S und ein ein Signal mit der Frequenz f_OL von einem Ortsoszillator (32) zugeführt wird und die nach Mischung ein Signal liefert, das geeignet ist als Zwischenfrequenz f_F1 entsprechend dem Unterschied zwischen den Frequenzen f_S und f_OL.

Dessins