Conception d’un filtre bi-bande intégré dédié au système GNSS

Conception d’un filtre bi-bande intégré
dédié au système GNSS

Introduction

Le GNSS (Global Navigation Satellite System) est un système de localisation et de navigation regroupant plusieurs systèmes tel que le GPS, le GLONASS et le GALILEO. Il a pour but de déterminer la position et la vitesse d’un point à la surface ou au voisinage de la terre avec une précision élevée. En effet, le système GNSS opère dans les deux bandes de fréquences 1215 – 1300 MHz et 1559 – 1610 MHz pour récolter simultanément les données venant des systèmes mentionnés précédemment. D’où l’objectif de cette partie du travail qui réside dans la conception d’un bloc LNA-filtre bi-bande intégré opérant dans les deux bandes de fréquences utilisées par le GNSS. La topologie de filtrage bi-bande proposée dans ce travail est une structure totalement innovante. En effet, elle est basée sur celle d’un coupleur où la sortie RF du filtre est simplement la sortie image du coupleur tandis que la sortie RF du coupleur est chargée par un circuit ouvert. La réponse du filtrage bi-bande est obtenue par la combinaison des signaux transversaux qui, initialement constitués le coupleur. Le LNA filtrant a été réalisé en technologie BiCMOS SiGe:C. IV.2 Intérêt d’utiliser un filtre bi-bande Le choix d’une solution déployant un filtre bi-bande et non pas celle d’un filtre accordable (comme dans Chapitre III) se justifie par le besoin de réceptionner simultanément les données provenant des systèmes constituant le GNSS. En effet, la récolte simultanée d’informations envoyées par chaque système (GPS, GLONASS et GALILEO) donne la possibilité d’avoir un positionnement très précis. Étant donné que les données proviennent de trois systèmes différents constituant le GNSS, une moyenne peut être calculée ce qui revient à dire que le taux d’erreur du système global (GNSS) sera moins élevé que si les données provenaient seulement d’un seul système (par exemple le GPS). D’autre part, en cas de perte d’un signal de l’un des systèmes (GPS, GLONASS ou GALILEO), les informations envoyées par les autres systèmes seront toujours disponibles. La Figure IV-1 montre les deux bandes de fréquences visées du système GNSS à savoir la bande de fréquence inferieure (1215 – 1300 MHz) et la bande de fréquence supérieure (1559 – 1610 MHz). Concernant la bande inferieure, elle est utilisée pour des services de radionavigation par satellite (RNSS : Radio Navigation Satellite Service). La bande supérieure quant à elle, peut aussi être utilisée pour  des services de radionavigation par satellite comme elle peut être exploitée pour des services de radionavigation dans le domaine de l’aviation (ARNS : Aviation Radio Navigation Service).Avant de passer à la présentation de la phase de conception du circuit filtrant réalisé dans cette partie de ma thèse, les spécifications du bloc analogique LNA-Filtre visé sont présentées. Nous effectuons, par la suite, un état de l’art de quelques travaux de circuits filtrants opérants dans les deux bandes de fréquences du système GNSS. 

Spécifications demandés

 Le circuit à concevoir est illustré sur la Figure IV-2. Il sera réalisé en technologie intégrée – en utilisant la filière BiCMOS SiGe:C de NXP. L’utilisation d’un LNA filtrant bibande en lieu et place d’un LNA large bande permet de réduire les contraintes du filtre RF (conçu en passif) et placé au premier étage de la chaine de réception.Les spécifications d’amplification dans les deux bandes sont données ci-dessous :  Gain > 10 dB,  NF < 3 dB,  Point de compression à -1 dB (IIP1) > -22 dBm.

Etat de l’art sur les filtres bi-bande existants 

Plusieurs travaux dans la littérature traitent la conception de circuits filtrants bi-bandes tel que les travaux publiés dans [126] – [131] dont [128] qui est été destiné à la même application que celle visée dans ce chapitre. Aucun de ces travaux n’a été réalisé en technologie silicium ce qui rend ce travail unique en son genre. La topologie de base du circuit bi-bande réalisée est illustrée sur la Figure IV-3. Ce circuit a été développé en collaboration avec l’université d’Alcala (Madrid). La topologie originale avaient été fabriquée en utilisant des technologies hybrides et à base d’éléments distribués [126], [127]. L’originalité de ce circuit repose sur la mise en œuvre d’un coupleur de type « branch line » où la sortie du filtre (RFOUT) se trouve être prise sur la sortie isolée du coupleur alors que les sorties du coupleur sont chargées par un circuit ouvert. Dans ce cas-là et par la combinaison des signaux transversaux du coupleur, une réponse de filtrage, bi-bande et très sélectif, peut être obtenue. Ce filtre peut être considéré comme appartenant à la famille des filtres à interférences. Deux exemples de ce filtre ont été réalisés auparavant. La première version de ce filtre est présentée sur la Figure IV-4(a). Elle a été réalisée en technologie hybride alors que la deuxième version de ce circuit est réalisée avec des éléments distribués comme montré sur la Figure IV-4(c).