FR2622054A1 - Switchable tuned cavity for bandpass filter, especially for duplexer, and transmitter-receiver for radiotelephony comprising such a cavity - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un duplexeur à large bande pour radiophonie.The present invention relates to a broadband duplexer for radio.
On sait que les duplexeurs permettent le fonctionnement simultané d'un émetteur et d'un récepteur avec une même antenne, sans qu'ils se perturbent réciproquement.We know that duplexers allow the simultaneous operation of a transmitter and a receiver with the same antenna, without them interfering with each other.
Ils présentent deux caractéristiques principales - minimiser les pertes dans la voie émetteur-antenne, respectivement dans la voie
antenne-récepteur, ceci dans la bande émission, respectivement dans la bande
réception, - réaliser une atténuation très importante du signal à radiofréquence (RF) en
émission à l'entrée de l'étage d'amplification RF du récepteur, pour éviter une
surcharge de cet étage, qui entraînerait une désensibilisation du récepteur.They have two main characteristics - minimize losses in the transmitter-antenna path, respectively in the path
antenna-receiver, this in the transmission band, respectively in the band
reception, - achieve a very significant attenuation of the radio frequency (RF) signal by
emission at the input of the RF amplification stage of the receiver, to avoid a
overload of this stage, which would cause desensitization of the receiver.
Le duplexeur selon l'invention est notamment utilisable dans un système de radiotéléphonie qui est mis en oeuvre en France sous le nom "Radiocom 2000", et qui est décrit dans un article de la revue "Commutation dc Transmission" N" 2-1985 sous le titre "Radiocom 2000, Réseau Multiservices de Radiotéléphonie", signé J. Gueugniet et
P. Duplessis.The duplexer according to the invention is in particular usable in a radiotelephony system which is implemented in France under the name "Radiocom 2000", and which is described in an article in the review "Commutation dc Transmission" N "2-1985 under the title "Radiocom 2000, Multiservice Network for Radiotelephony", signed J. Gueugniet and
P. Duplessis.
Un tel système de radiotéléphonie, de type cellulaire et décentralisé, comporte plusieurs relais fixes faisant chacun fonction d'émetteur-récepteur radio, accordés sur une première fréquence dite voie balise et sur une pluralité de fréquences dites voies de trafic, et d'unité d'exploitation directement raccordée au réseau téléphonique public commuté, et une pluralité de postes mobiles tels que les radiotéléphones de véhicules.Such a radiotelephone system, of the cellular and decentralized type, comprises several fixed relays each acting as a radio transceiver, tuned to a first frequency called the beacon channel and to a plurality of frequencies called the traffic channels, and to the unit of operation directly connected to the public switched telephone network, and a plurality of mobile stations such as vehicle radiotelephones.
De façon générale, un tel système fonctionne dans la bande des fréquences UHF/VHF, chaque relais couvrant une zone typiquement en forme de cercle de l'ordre de 15 à 30 km de rayon environ en fonction de l'environnement. Chaque poste téléphonique mobile comprend une logique de commande, un interface avec l'usager et un émetteur-récepteur radio piloté par un synthétiseur de fréquences.In general, such a system operates in the UHF / VHF frequency band, each relay covering an area typically in the form of a circle of the order of approximately 15 to 30 km in radius depending on the environment. Each mobile telephone set includes control logic, a user interface and a radio transceiver controlled by a frequency synthesizer.
On connaît des duplexeurs classiques comprenant soit des filtres passe-bas et passe-haut conjugués, soit des filtres passe-bande couplés.Conventional duplexers are known comprising either low-pass and high-pass filters combined, or coupled band-pass filters.
Ces duplexeurs sont principalement prévus pour les dispositifs dans lesquels les bandes émission et réception sont relativement étroites par rapport à l"'écart duplex", c'est-à-dire la différence entre les plus basses (ou les plus hautes) fréquences d'émission et de réception. These duplexers are mainly intended for devices in which the transmit and receive bands are relatively narrow compared to the "duplex gap", that is to say the difference between the lowest (or highest) frequencies of transmission and reception.
ils ne conviennent donc pas pour des systèmes de type "Radiocom 2000" dans lesquels les largeurs des bandes émission et réception sont relativement importantes et l'écart duplex est assez faible.they are therefore not suitable for "Radiocom 2000" type systems in which the widths of the transmit and receive bands are relatively large and the duplex difference is quite small.
Typiquement, dans un tel système, les bandes émission et réception ont une largeur de 3,2 MHz, avec un écart duplex normalisé de 4,6 MHz, la différence de fréquence entre la plus basse fréquence de réception et la plus haute fréquence d'émission étant égale à 1,4 MHz seulement.Typically, in such a system, the transmit and receive bands are 3.2 MHz wide, with a normalized duplex deviation of 4.6 MHz, the frequency difference between the lowest receive frequency and the highest receive frequency. emission being equal to 1.4 MHz only.
Un duplexeur conçu pour un tel système doit comporter un filtre comprenant au moins 12 cavités avec un facteur de qualité supérieur à 500. Les problèmes pratiques de dimensions et les difficultés mécaniques et de stabilité entraînés par un tel duplexeur conduisent à rechercher une autre solution.A duplexer designed for such a system must include a filter comprising at least 12 cavities with a quality factor greater than 500. The practical problems of dimensions and the mechanical and stability difficulties caused by such a duplexer lead to seek another solution.
On connaît des duplexeurs utilisant un circulateur et un filtre de réception à accord variable électroniquement.Duplexers are known using a circulator and an electronically variable reception filter.
Le circulateur à ferrite permet déjà une isolation entre la voie émetteur-antenne et la voie antenne-récepteur d'environ 20 dB, avec des pertes très faibles sur les deux voies. Le découplage supplémentaire nécessaire est donné par le filtre de réception.The ferrite circulator already allows insulation between the transmitter-antenna channel and the antenna-receiver channel of approximately 20 dB, with very low losses on both channels. The additional decoupling required is given by the reception filter.
Si le filtre de réception présente une bande plus étroite, on peut obtenir la réjection du signal d'émission avec une structure raisonnable (quatre ou cinq cavités).If the reception filter has a narrower band, the rejection of the transmission signal can be obtained with a reasonable structure (four or five cavities).
De tels systèmes sont utilisés pour les tuners des postes récepteurs de télévision ou de radio à modulation de fréquence.Such systems are used for tuners of FM or television receivers.
Ces tuners comprennent généralement des diodes dites varicap (diode formant condensateur dont la capacité change en fonction de la tension appliquée entre ses bornes) qui permettent de faire varier l'accord en fonction de la fréquence de réception.These tuners generally include so-called varicap diodes (diode forming a capacitor, the capacity of which changes as a function of the voltage applied between its terminals) which make it possible to vary the tuning as a function of the reception frequency.
Ces diodes varicap ont une tension maximale de polarisation de l'ordre de quelques
Volts.These varicap diodes have a maximum bias voltage of the order of a few
Volts.
Cependant, un tel système comprenant des diodes varicap n'est pas utilisable pour un système de radiotéléphonie du type "Radiocom 2000", car l'amplitude du signal d'émission est du même ordre de grandeur que celle de la tension maximale de polarisation des diodes varicap.However, such a system comprising varicap diodes cannot be used for a radiotelephone system of the "Radiocom 2000" type, since the amplitude of the transmission signal is of the same order of magnitude as that of the maximum polarization voltage of the varicap diodes.
L'invention a pour but de proposer duplexeur qui permet de pallier à ces inconvénients. The invention aims to provide a duplexer which overcomes these drawbacks.
L'invention concerne donc une cavité à accord commutable pour filtre passe-bande, notamment pour duplexeur équipant les systèmes de radiotéléphone fonctionnant en
VHF, qui est constituée par un circuit oscillant notamment du type hélice, accordé sur une première fréquence.The invention therefore relates to a switchable tuning cavity for bandpass filter, in particular for duplexer equipping radiotelephone systems operating in
VHF, which consists of an oscillating circuit, in particular of the propeller type, tuned to a first frequency.
Selon l'invention, elle comprend en outre au moins un deuxième circuit incluant en série une bobine couplée à la bobine du circuit oscillant, un condensateur de découplage et une diode dont la polarisation est commandée par un circuit d'alimentation en tension continue de telle manière qu'en fonction de la polarisation de la diode, la fréquence d'accord de la cavité est soit celle du circuit oscillant seul, soit celle déterminée par le circuit oscillant couplé à la bobine du deuxième circuit.According to the invention, it further comprises at least a second circuit including in series a coil coupled to the coil of the oscillating circuit, a decoupling capacitor and a diode whose polarization is controlled by a DC voltage supply circuit of such so that depending on the polarization of the diode, the tuning frequency of the cavity is either that of the oscillating circuit alone, or that determined by the oscillating circuit coupled to the coil of the second circuit.
La présente invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et à la lumière du dessin annexé sur lequel - La Figure 1 représente schématiquement la cavité à accord commutable selon
l'invention et, - La Figure 2 représente le diagramme des fréquences d'un émetteur-récepteur de
rédiotéléphonie.The present invention will be better understood and other objects, advantages and characteristics thereof will appear more clearly on reading the description which follows and in the light of the appended drawing in which - Figure 1 schematically represents the switchable tuning cavity according to
the invention and, - Figure 2 shows the frequency diagram of a transceiver of
radio telephony.
En référence maintenant aux Figures, on voit, Figure 1, le circuit oscillant 1 d'une cavité classique fonctionnant dans la gamme VHF. Le circuit oscillant 1 comprend un condensateur 2 et une bobine 3 et est accordé sur une première fréquence.Referring now to the Figures, Figure 1 shows the oscillating circuit 1 of a conventional cavity operating in the VHF range. The oscillating circuit 1 comprises a capacitor 2 and a coil 3 and is tuned to a first frequency.
Ce circuit oscillant est généralement du type hélice constitué d'une bobine de quelques spires montées sur un mandrin, la capacité entre les spires servant de condensateur pour le circuit à sa fréquence de fonctionnement.This oscillating circuit is generally of the propeller type consisting of a coil of a few turns mounted on a mandrel, the capacity between the turns serving as a capacitor for the circuit at its operating frequency.
Selon l'invention, ce circuit oscillant est couplé à une bobine 4 d'un deuxième circuit comprenant en outre un condensateur 5 de découplage et une diode 6 connectée en série entre la bobine et le condensateur.According to the invention, this oscillating circuit is coupled to a coil 4 of a second circuit further comprising a decoupling capacitor 5 and a diode 6 connected in series between the coil and the capacitor.
Un circuit d'alimentation en tension continue est branché entre les bornes du condensateur 5 de manière à commander la polarité de la tension appliquée aux bornes de la diode 6. Ce circuit comprend une résistance 7 de limitation de courant en série avec un inverseur 8 pouvant être connecté à l'une ou l'autre de deux sources de tension (9,10) de manière à inverser la polarité précitée. A DC voltage supply circuit is connected between the terminals of the capacitor 5 so as to control the polarity of the voltage applied to the terminals of the diode 6. This circuit comprises a current limiting resistor 7 in series with an inverter 8 which can be connected to one or other of two voltage sources (9,10) so as to reverse the above polarity.
En pratique, la bobine 4 peut avantageusement être réalisée au moyen d'une inductance spirale plane imprimée sur une carte, de manière à être coaxiale avec l'hélice de la bobine 3. Cette carte peut alors porter tous les autres composants nécessaires pour mettre en oeuvre l'invention, notamment la diode 6 qui sera, de préférence, une diode PIN qui est généralement insensible aux intermodulations.In practice, the coil 4 can advantageously be produced by means of a planar spiral inductance printed on a card, so as to be coaxial with the helix of the coil 3. This card can then carry all the other components necessary for implements the invention, in particular the diode 6 which will preferably be a PIN diode which is generally insensitive to intermodulations.
En fonctionnement, le condensateur 5 de découplage constitue un court-circuit aux fréquences de fonctionnement.In operation, the decoupling capacitor 5 constitutes a short circuit at the operating frequencies.
Lorsque la diode 6 est contre-polarisée (inverseur 8 connecté à la source 10), le deuxième circuit, comprenant la bobine 4, est ouvert et le couplage entre les deux bobines 3 et 4 est inopérant. De ce fait, la fréquence d'accord de la cavité est celle du circuit oscillant I seul.When the diode 6 is counter-polarized (inverter 8 connected to the source 10), the second circuit, comprising the coil 4, is open and the coupling between the two coils 3 and 4 is inoperative. Therefore, the tuning frequency of the cavity is that of the oscillating circuit I alone.
Lorsque la diode 6 est normalement polarisée (inverseur 8 connecté à la source 9), elle conduit et sa résistance ajoutée à celle du condensateur 5 de découplage est très faible à la fréquence de fonctionnement. La bobine 4 est alors pratiquement en court-circuit et par couplage entre les deux bobines 3 et 4, la bobine 4 réfléchit une réactance dans le circuit oscillant 1, réactance qui a pour effet de diminuer la valeur de l'inductance de la bobine 3.When the diode 6 is normally polarized (inverter 8 connected to the source 9), it conducts and its resistance added to that of the decoupling capacitor 5 is very low at the operating frequency. The coil 4 is then practically short-circuited and by coupling between the two coils 3 and 4, the coil 4 reflects a reactance in the oscillating circuit 1, reactance which has the effect of reducing the value of the inductance of the coil 3 .
Le circuit change alors de fréquence d'accord. Ce changement de fréquence est discontinu contrairement aux systèmes à diodes varicap. La deuxième fréquence d'accord peut être ajustée en modifiant le couplage entre les deux bobines (par exemple en modifiant la distance les séparant ou en interposant un écran entre les deux) ou en modifiant l'inductance de la bobine 4.The circuit then changes the tuning frequency. This frequency change is discontinuous, unlike varicap diode systems. The second tuning frequency can be adjusted by modifying the coupling between the two coils (for example by modifying the distance separating them or by interposing a screen between the two) or by modifying the inductance of the coil 4.
Une telle cavité trouve une application remarquable dans les duplexeurs pour système de radiotéléphonie du type "Radiocom 2000". En effet, dans un tel système, on sait que la différence entre la fréquence d'émission et celle de réception est constante, tandis que l'une et l'autre fréquences peuvent varier dans respectivement deux bandes (f I - f 2 pour l'émission et f 3 - f 4 pour la réception, Figure 2) entre lesquelles l'espace est trop réduit pour accueillir les flancs de la bande-passante des filtres passe-bande classiques. De ce fait, selon l'invention, chaque bande est découpée en deux demi-bandes dont les fréquences centrales, respectivement f El' f E2 en émission, f Rl et f R2 en réception, constituent les deux fréquences d'accord de la cavité décrite précédemment et équipant le système. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'utiliser des filtres passe-bande à large bande et il n'y a plus de risque de dégradation des performances du système, du fait du recouvrement des bandes passantes pour la réception et l'émission. Such a cavity finds a remarkable application in duplexers for radiotelephony system of the "Radiocom 2000" type. Indeed, in such a system, it is known that the difference between the frequency of emission and that of reception is constant, while the one and the other frequencies can vary in two bands respectively (f I - f 2 for l 'transmission and f 3 - f 4 for reception, Figure 2) between which the space is too small to accommodate the sides of the bandwidth of conventional bandpass filters. Therefore, according to the invention, each band is cut into two half-bands whose central frequencies, respectively f El 'f E2 in transmission, f Rl and f R2 in reception, constitute the two tuning frequencies of the cavity described above and fitted to the system. Thus, it is no longer necessary to use broadband bandpass filters and there is no longer any risk of degrading the performance of the system, due to the overlapping of the bandwidths for reception and transmission.
L'homme de l'art pourra envisager plusieurs solutions sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, seule la partie réception du système de radiotéléphonie pourra être équipée de cavités conformes à la présente invention, en mettant en oeuvre un circulateur classique en entrée.Those skilled in the art will be able to envisage several solutions without departing from the scope of the present invention. For example, only the reception part of the radiotelephony system can be fitted with cavities in accordance with the present invention, using a conventional input circulator.
Par ailleurs, on pourra disposer un deuxième circuit de part et d'autre de l'hélice de la cavité, de manière à obtenir quatre fréquences d'accord.In addition, it will be possible to have a second circuit on either side of the helix of the cavity, so as to obtain four tuning frequencies.
Enfin, une telle cavité peut également fonctionner dans d'autres bandes de fréquence (UHF etc...) Finally, such a cavity can also operate in other frequency bands (UHF etc ...)
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