FR2884983A1 - Dispositif de dephasage large bande - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de déphasage large bande. Un déphasage ϕ est introduit sur l'oscillateur local à fréquence fixe. Le principe de l'invention est de réaliser une double transposition sur les signaux d'entrée. La variation de phase introduite au niveau de l'oscillateur local se retrouve en valeur positive sur un des signaux transposés et en valeur négative sur l'autre. Les signaux sont recombinés à la fréquence de réception avec un écart de phase de 2 ϕ de façon à maximiser l'amplitude du signal à la sortie du sommateur.

Description

La présente invention concerne un dispositif de déphasage large bande plus

particulièrement un dispositif de déphasage pour un récepteur utilisé dans le cadre de la télévision numérique terrestre, tel un récepteur

OFDM ( .pour Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

Dans un système classique de réception de signaux pour la télévision numérique terrestre DVB-T ( pour Digital Video Broadcasting Terrestrial) , on utilise le plus souvent une modulation de type OFDM. Cette modulation est particulièrement robuste aux échos et rend possible la ré- émission isofréquence d'un canal DVB-T dans un environnement domestique. Les signaux DVB-T peuvent ainsi être captés en un point de l'environnement où ils ont un niveau suffisant, puis amplifiés et ré-émis dans l'environnement pour être captés en tous points de ce dernier par des récepteurs "portables" numériques tels que des postes de télévision numériques ou des postes de télévision analogiques munis de décodeurs numériques terrestres. C'est le principe qui a été retenu pour la Télévision Numérique Terrestre (TNT).

Néanmoins malgré la robustesse de la modulation utilisée, des problèmes de réception notables apparaissent dans le cas d'une réception portable.

Actuellement, la solution qui est privilégiée consiste à obtenir une réception plus robuste par l'utilisation de plus d'une antenne (typiquement 2).

Les deux antennes sont alors physiquement espacées de manière à recevoir deux signaux reçus décorrélés correspondant à un même signal transmis. La distance pour admettre que les signaux aux deux accès antenne sont décorrélés étant approximativement égale à 0.7 fois la longueur d'onde du signal reçu, on aboutit alors à un écart entre antennes de l'ordre de 45cm dans le cas de la bande UHF (470-860MHz) . Il apparaît donc peu réaliste d'envisager ce type de concept relativement encombrant du fait de la dimension des éléments rayonnants.

Une autre technique consiste à mettre en oeuvre un dispositif d'antenne intelligente (smart antenna) constituée d'au moins deux accès RF pour Radio frequency) distincts avec un déphaseur large bande contrôlable sur une des voies et d'une combinaison des signaux reçus, comme représenté par la figure 1 a.

Toutefois la mise en oeuvre de ces deux techniques n'est pas aisée, dans la bande de fréquence considérée, du fait de l'encombrement de la fonction aux fréquences relativement basses considérées ici [470-860MHz] car elles ne permettent pas de couvrir une octave. De plus, elles ne sont pas intégrables dans un composant.

Une autre approche, intégrable, consiste à générer à partir d'un seul signal incident deux signaux en quadrature (sinus et cosinus). Un tel circuit intégrable est représenté par la figure 1 b. Chacun de ces signaux attaque alors un amplificateur à gain variable LNA1 et LNA2, commandé en tension par un circuit de polarisation CP. La particularité de ce circuit de polarisation est que la résultante en sortie est à amplitude constante, la phase du signal résultant en sortie variant en fonction de la tension de commande. Toutefois cette technique intégrable dans un composant ne permet pas non plus de couvrir une octave.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients.

Elle propose un nouveau concept, basé sur l'utilisation de deux antennes distinctes et l'introduction d'un déphasage variable à fréquence fixe contrôlé sur chacune des voies par une commande électrique introduisant un déphasage graduel des signaux avant sommation. Elle permet ainsi d'éviter l'effet destructif de la combinaison des signaux reçus et de maximiser la puissance du signal.

L'invention a pour objet un dispositif de déphasage large bande, plus particulièrement pour un récepteur de signaux numériques. II comporte des moyens de transposition formé par une pluralité de mélangeurs pour transposer les premiers signaux d'entrée reçus par les deux antennes en des deuxièmes signaux. II comporte de plus des moyens d'oscillations pour envoyer sur chacun des mélangeurs un signal d'oscillation local.

Les moyens d'oscillation comporte un oscillateur local à fréquence fixe relié par l'intermédiaire d'un déphaseur à une première série de mélangeurs et relié directement à une deuxième série de mélangeurs, de façon à compenser le déphasage entre les différents signaux d'entrée au cours d'une double transposition en fréquence.

L'invention présente l'avantage d'introduire un déphasage sur chacune des voies. Ce déphasage est bien contrôlé sur une très large bande de fréquence du fait qu'il est issu d'un déphasage introduit sur l'oscillateur local à fréquence fixe.

L'invention présente aussi l'avantage de simplicité de réalisation du déphaseur du fait d'une part qu'il opère à fréquence fixe et d'autre part du fait que la variation de phase nécessaire est divisée au moins par deux.

Dans un mode de réalisation, le déphaseur introduit un déphasage positif sur l'un des signaux d'entrée et un déphasage négatif sur l'autre signal d'entrée de façon à doubler le déphasage introduit par le déphaseur entre les signaux en fréquence intermédiaire.

Dans un autre mode de réalisation, les mélangeurs sont des mélangeurs sous harmonique permettant de quadrupler le déphasage introduit par le déphaseur entre les signaux en fréquence intermédiaire.

Préférentiellement le dispositif de déphasage large bande selon l'invention est intégrable dans un composant.

L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: Les figures la et lb représentent un bloc déphaseur selon l'état de l'art.

La figure 2 est un synoptique d'un dispositif de déphasage large bande conforme à la présente invention.

La figure 3 illustre les différentes opérations de transposition de fréquence et de filtrage mise en oeuvre.

La figure 2 correspond à un mode de réalisation d'un dispositif de déphasage large bande conforme à la présente invention.

Ce dispositif de déphasage à large bande 10 fait partie d'un système de réception de signaux reçus par des antennes Al et A2. Une description est donnée pour un nombre d'antennes égal à 2. Toutefois un nombre plus important d'antennes peut être envisagé. Ce système de réception comporte des amplificateurs LNA (en anglais Low Noise Ammplificator) 1, 2 reliés respectivement aux antennes Al et A2, un dispositif de déphasage 10 auquel sont connectés des filtres passe bande 3, 4, un sommateur 5 relié aux sorties du dispositif de déphasage, un tuner 6 pour la sélection du canal de réception, un démodulateur 7 pour démoduler le signal du canal sélectionné. Il comporte également un bloc de commande de déphasage 8 permettant de commander le déphasage du dispositif de déphasage 10.

Le dispositif de déphasage 10 comporte essentiellement des moyens d'oscillations formés par un oscillateur local 16 à fréquence fixe délivrant un signal OL par exemple à 1, 98GHz et d'un déphaseur 15 commandé en tension par le signal issu du bloc de commande de déphasage 8. Il comporte de plus une première série de mélangeurs 11 et 12 reliés par l'intermédiaire de filtres à une deuxième série de mélangeurs 13 et 14, pour réaliser une double transposition de fréquence. Il est à noter que les filtres ne font pas partie du dispositif. Le dispositif comporte des connexions pour rendre la connexion de ces filtres aisée.

Ainsi sur la première voie le signal d'entrée Vantl, reçu par l'antenne Al et amplifié par l'amplificateur 1, est appliqué sur le dispositif de déphasage large bande 10 tel que revendiqué. Ce signal Vantl appliqué sur l'une des entrées du mélangeur 11 est multiplié avec le signal d'oscillation locale à fréquence fixe issu de l'oscillateur local 16 et déphasé par le déphaseur 15. Celui-ci 15 est commandé en tension par le signal issu du bloc de commande 8, réalisant ainsi une transposition en fréquence intermédiaire. La somme et la différence des fréquences sont ainsi générées. Par le filtrage réalisé à l'aide du filtre 3, la bande haute 2270 2660 MHz est sélectionnée permettant ainsi une transposition en mode supradyne. Le signal transposé IF1 est déphasé de +cp par rapport au signal d'entrée. Nous verrons plus loin que ce déphasage +cp introduit par le déphaseur sur le signal transposé permet de compenser la moitié du déphasage 2 cp entre les signaux d'entrée. Ce signal déphasé, transposé en fréquence haute après avoir été filtré par le filtre 3, est appliqué sur une entrée du mélangeur 13. II est mélangé avec le signal à fréquence fixe issu de l'oscillateur local 16 permettant d'effectuer une nouvelle transposition en fréquence de ce signal déphasé en fréquence intermédiaire en un deuxième signal Voutl dans la bande de fréquence initiale.

Parallèlement sur la deuxième voie, le signal d'entrée Vant2, reçu par l'antenne A2 et amplifié par l'amplificateur 2, est appliqué sur le dispositif de déphasage large bande 10 tel que revendiqué. Ce signal Vant2, appliqué sur l'une des entrées du mélangeur 12, est multiplié avec le signal d'oscillation locale à fréquence fixe issu de l'oscillateur local 16 et déphasé par le déphaseur 15 commandé en tension par le signal issu du bloc de commande 8, réalisant ainsi une transposition en fréquence intermédiaire. La somme et la différence des fréquences sont ainsi générées. Par le filtrage réalisé à l'aide du filtre 4, la bande basse par exemple 940-1330MHz est sélectionnée permettant ainsi une transposition en mode infradyne. Le signal transposé IF2 est déphasé de - cp par rapport au signal d'entrée. Ce déphasage -cp introduit par le déphaseur sur le signal transposé permet de compenser la moitié du déphasage 2 cp entre les signaux d'entrée. Ce signal déphasé transposé en fréquence basse après avoir été filtré par le filtre 4, est appliqué sur une entrée du mélangeur 14. Il est mélangé avec le signal à fréquence fixe issu de l'oscillateur local 16 permettant d'effectuer une nouvelle transposition en fréquence de ce signal déphasé en fréquence intermédiaire en un deuxième signal dans la bande de fréquence initiale.

Ce dispositif permet de remettre en phase les signaux d'entrée sur les 2 voies de ce dispositif.

Le déphasage de ces signaux d'entrée étant de 2 cp, le circuit de commande va permettre d'introduire sur la première voie par l'intermédiaire du déphaseur 15 un déphasage de + cp et sur la deuxième voie un déphasage de cp.

Le déphasage de 2 cp entre les signaux d'entrée sera donc compensé et les signaux de sortie des 2 voies du dispositif de déphasage seront donc en phase. Le déphasage introduit sur chacune des voies est bien contrôlé sur une très large bande de fréquence du fait qu'il est issu d'un déphasage introduit sur l'oscillateur local à fréquence fixe.

Les deux signaux de sortie Vout1 et Vout2 seront ensuite additionnés par le sommateur 6 de façon à fournir en sortie un signal IF3 qui est la somme des signaux Vout1 et Vout2, en phase, permettant ainsi de maximiser l'amplitude du signal restitué IF3.

Les moyens de commande du déphaseur 8 délivrent un signal de commande du déphaseur. Ce signal est issu par exemple d'une mesure de puissance de signal dans le canal en sortie tuner 6. Le signal de commande peut aussi être, dans un autre exemple de réalisation, une information de qualité de réception issue du démodulateur 7 pour optimiser la qualité de réception. En conséquence le déphasage sera graduel car toujours dépendant du signal de réception.

Pour clarifier la compréhension de ce dispositif, nous pouvons envisager le cas extrême pour lequel les signaux à la sortie des deux antennes de réception sont en opposition de phase. La différence de phase 2 cp entre les signaux d'entrée est donc égal à rr. Le dispositif de déphasage va permettre de déphaser le signal d'une des voies de + cp = + n/2 et sur l'autre voie de - cp = -rr/2, déphasage introduit par le déphaseur 15. Les 2 signaux Vout1 et Vout2 seront donc en phase. Le signal issu du sommateur 6 sera donc maximiser.

Le dispositif à phase variable tel que proposé introduit un déphasage contrôlé au niveau des premiers et deuxièmes mélangeurs de façon à maximiser l'amplitude du signal restitué à la sortie du sommateur. Il permet donc d'améliorer sensiblement la qualité de réception.

Le concept est entièrement intégrable dans un composant (sauf filtrage) sur la base par exemple d'une implémentation du concept déphaseur décrit plus haut.

La figure 3 suivante illustre les différentes opérations de transposition de fréquence et de filtrage à mettre en oeuvre.

La bande RF1 du signal d'entrée issu de la première antenne Al est transposée en bande haute par le signal issu de l'oscillateur local 16 et déphasé (+(p) pour obtenir la bande de fréquence intermédiaire IFI avec un déphasage +cp.

La bande RF2 du signal d'entrée issu de la deuxième antenne est transposée en bande basse par le signal issu de l'oscillateur local 16 et déphasé (-(p) pour obtenir la bande de fréquence intermédiaire IF2 avec un déphasage cp.

Les bandes de fréquence intermédiaire IF1 et IF2 sont de nouveau transposées par le signal issu de l'oscillateur local 16 puis sommées pour obtenir la bande de fréquence IF3 résultante.

Le déphasage résultant 2 cp entre les deux voies est ainsi doublé par rapport au déphasage cp introduit d'une manière soit positive soit 30 négative par le déphaseur.

Dans le cas de mélangeurs sous harmonique, le déphasage entre les deux voies est quadruplé. En effet l'harmonique à la fréquence 2f aura un déphasage de 2 cp et sera appliqué sur les mélangeurs 11 et 12 d'une façon positive sur une voie et négative sur l'autre permettant d'obtenir ainsi un déphasage de 4 cf) entre les signaux transposés IF1 et IF2.

Claims (1)

1. 9 Revendications

   1. Dispositif (10) de déphasage large bande comportant des moyens de transposition formé par une pluralité de mélangeurs (11,12,13,14) pour transposer les premiers signaux d'entrée reçus par deux antennes (Al,A2) en des deuxièmes signaux; des moyens d'oscillation (15,16) pour envoyer sur chacun des mélangeurs un signal d'oscillation local; caractérisé en ce que les moyens d'oscillation (15,16) comportent un seul oscillateur local à fréquence fixe (16) relié par l'intermédiaire d'un déphaseur (15) à une première série de mélangeurs (11,12) et relié directement à une deuxième série de mélangeurs (13,14) de façon à compenser le déphasage entre les différents signaux d'entrée au cours d'une double transposition en fréquence.

   2. Dispositif de déphasage large bande selon la revendication 1, dans lequel le déphaseur (15) est commandé en tension par un signal issu d'un moyen de commande (8) permettant de déphaser graduellement le signal à fréquence fixe issu de l'oscillateur local et appliqué à la première série de mélangeurs.

   3. Dispositif de déphasage large bande selon la revendication 2, dans lequel le déphaseur (15) introduit un déphasage positif sur l'un des signaux et un déphasage négatif sur l'autre signal d'entrée de façon à doubler le déphasage introduit par le déphaseur entre les signaux en fréquence intermédiaire.

   4. Dispositif de déphasage large bande selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les mélangeurs (11,12,13,14) sont des mélangeurs sous harmonique permettant de quadruplé le déphasage introduit par le déphaseur entre les signaux en fréquence intermédiaire.

   5. Dispositif de déphasage large bande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est intégrable.