Brevet FR2445664A1 — publié le 19800725

La présente invention concerne les dispositifs de correction automatique de la distorsion das émetteurs radioélectriques et plus particulièrement ceux destinés aux emplificateurs de puissance des signaux composites de télévision. L'étude de principe du dispositif et la réalisation de la maquette correspondante ont été respectivement effactuées dans les laboratoires d'automatique de l'@cole Supérieure d'Electricité et par les services techniques de THOMSON-CSF. jn sait que l'obtention d'une bonne linéarité des étages de puissance, c est-à-dire la faculte de reproduire en sortie un signal d'amplitude proportionnelle à celle du signal d'entrée, est difficilement compatible avec l'obten- tion d'un bon rendement. Afin d'éviter un coûteux surdimensionnement des émetteurs, il est connu d'utiliser des correcteurs de linéa- rité, généralement des précorrecteurs, dont la fonction de transfert est choisie complémentaire de celle de l'étage à corriger. Mais les étages de puissance ne présentent pas une caractéristique de transfert stable. Cette dernière est affectée par les variations de nombreux paramètres tels que la température ambiante, la tension d'alimentation et le vieillissement des organes. Pour éviter de fréquents reglages manuels il est connu dans le cas des étages de puissance amplifiant à la fois les signaux audio et video fréquence, ds rendre automatique le réglage du correcteur en l'asservissant au dispositif de mesure périodique de la raie d'intermodulation correspondant à la somme des fréquences des porteurs image et son moins celle de la sous-porteuse couleur. Ainsi le niveau de cette raie est effectivement mini- misé, mais comm il n'y a pas de relations simples antre l'intermodulation et la fonction de transfert, cette dernière peut prendre des valeurs incompatibles avec les autres performances exigées de l'étage ainsi corrigé. La présente invention a pour objet de pallier ces divers inconvénients. Selon l'invention, un dispositif de correction automatique de distorsion non linéaire d'un émetteur, oumpertant un correcteur de niveau à caractéristique variable, au moyen de n paramètres indépendants commandables électroni- quement, inséré en amont de la chaîne d'amplification de l'émetteur, est caractérisé en ce qu'il comporte des de-tec- teurs des signaux appliqués à l'entrée du correcteur, à sa sortie et à celle de la chaîne d'amplification, Ces signaux comportant des signaux de test et étant.échantillonnés aux instants caractéristiques d'apparition de ces signaux de test, de manière à établir la fonction du transfert de la chaîne d'amplification et en déduire les caractéristiques optimales à donner au correcteur, le dispositif comportant, en variante, des moyens de minimalisation-de lintermodulation par exploration aléatoire de plages de variations bornes de ces caractéristiques optimales. L'invention sera mieux comprise et d'autres caracteristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins s'y rapportant sur lesquels - la figure 1 est un exemple du dispositif de correction selon l'invention appliqué à une chaîne d'amplification d'émetteur de télévision ; - la figure 2 est une variante de la figure 1. Tout repère commun à ces deux figures concerne un même organe, identiquement utilisé. Sur la figure 1, une chaîne d'amplification 1 fournit sur sa borne de sortie 2 des signaux haute fréquence nodules en amplitude par un signal de télévision composite, à destination d'un aérien (non représenté), et à partir d'un signal à fréquence intermédiaire applique sur une borne d'entrée 3 à entrée 4 d'une chaîne d'amplification I à travers un correcteur de niveau à caractéristique variable 5 ayant une entrée de commande 6 alimentée å partir d'une première sortie 9 d'un circuit de traitement 8 et à travers un dispo-. sitif de commande 7. Ce circuit 8 a une première entre 10 connectée en parallèle aux sorties de trois circuits de détection 11 , 12 et 13 dont les entrées de signal sont respectivemènt connectées aux bornes 3, 4 et 2 et dont les entrées de commande sont alimentées en parallèle par une deuxième sortie 14 du circuit de traitement 8 dont une seconde entrée 15 reçoit un signal de synchronisation. La chaîne d'amplification 1 renferme les étages de tout émetteur de télévision classique, depuis le convertis seur transposant, ti la fréquence inhale d'émission, 1 @ signal à fréquence intermédiaire qui lui est appliqué, jusqu'à ltétage de puissance final Ces étages, et en particulier le dernier, présentent des distorsions non linéaires qui sontprécorrigées par le correcteur 5, qui est, lui aussi, du type connu ayant une fonction de transfert en ligne brisée constituée d'un nombre prédéterminé de segments linéaires.Dans l'exemple décrit, il a été choisi un correcteur à 12 paramètres, soit six couples de seuil et gain correspondant à six segmentes de correction de la courbe de niveau dont trois sont supposés situ.és dans la zone de niveau faible, ou la courbe de réponse présente une pente croissante, et trois dans la zone de saturation, où la pente de la courbe de réponse est décroissante. Un tel correcteur comporte un amplificateur de gain constant quelque soit le niveau d'entrée, en parallèle avec six autres ayant chacun une entrée de seuil réglable audessous de laquelle aucun signal n'est transmis et au-dessus de laquelle les signaux sont transmis avec un gain ajustable. Le seuil de chacun de ces six amplificateurs est réglé à un niveau correspondant à l'origine du segment auquel il est affecté, le gain étant ajusté en fonction de la pente souhaitée pour ce segment. Trois amplificateurs présentent un gain positif et les trois autres un gain négatif, c'est-à-dire que ces derniers délivrent un signal en opposition de phase avec celui délivré par les précédents. Les potentiomètres sont constitués de diodes à résistances variables en fonction du courant qui les traverse, courant fourni pour chaque diode par le dispositif de commande 7, à partir de signaux, caractéristiques des non linéarités des étages de la chaîne d'amplification 1, et obtenus par les moyens suivants, dans lesquels réside l'ori- ginalité du dispositif décrit. Les trois circuits détecteurs identiques 11 à 13 délivre" à l'entrée 10 du circuit de trai.tfment 8 des tensions caractéristiques du niveau instantané du signal présent respectivement à l'entrée du correcteur 5 -(borne 3) à sa sortie (borne 4) et à la sortie de la chaîne d'amplification 1 (borne 2), ceci à certains instants prédéterminés définis par des impulsions d'echantillonnage fournies en sortie 14 du circuit 8 à partir d'impulsions de synchronisation, extraites du signal de télévision transmis et appliquées à son entrée 15. Dans l'exemple décrit, sept instants ont été choisis correspondant à la crête de l'impulsion de synchronisation, au niveau de suppression ou piédestal, et aux cinq paliers de luminance de la ligne de test nO 17, soit sept niveaux respectivement repérés par les indices 1 å 7 qui affectent des symboles E , C et S correspondant aux trois emplacements où ils sont mesurés à savoir respectivement à l'entrée du correcteur (borne 3), à sa sortie (borne 4) et à celle de la chaîne d'émission (borne 2). On dispose ainsi de 3 x 7 = 21 valeurs de niveau distinctes. Compte-tenu des caractéristiques standards des signaux de télévision, et de la ligne de test n 17 en particulier, le temps de présence de chaque niveau n'est que de 4/,s durée insuffisante pour obtenir plus d'un échantillon par image. il est donc prévu une sequence d'acquisition sur 21 images consécutives dans l'ordre suivant E1 , C1 , S1 , E2 C2 , S2 ... E7 , C7 , $S7 . Ces signaux permettent ainsi de conna-ître sept points de-la courbe S = f(C.) Et d'en déduire la courbe qu'il faudrait donner à C = f(E) pour que S = -f(E) soit la fonction linéaire souhaitée. Le processus est le suivant. Au départ, le correcteur est réglé en donnent un gain nul aux amplificateurs à seuil, et un gain unité à l'ampli ficateur sans seuil de manière que l'on ait E = C , oùn n n est un indice entier quelconque compris entre 1 et 7. Soit K le coefficient d'amplification nominal de la chaîne d'amplification 1, le circuit de traitement élabore les signaux de sortie désirés Dn = KEn ainsi que le modèle de la caractéristique S = f(C), par interpolation cubique des couples de données reçues Cn , Sn ; ce modèle permet de déterminer les caractéristiques à donner au correcteur pour minimiser au maximum l'écart # n entre la valeur désirée Dn et celle mesurée 5n .Ceci a lieu d'abord par modalisation de la courbe correspondant à ces caractéristiques (ltexpé- rience a montré qu'un algorithme simple permettait de réaliser cette opération, à l'aide d'un modèle polynomial d'ordre 5) et ensuite par segmentation afin d'obtenir les douze paramètres de seUil et de gain déjà cités, cette détermination ayant lieu point par point par valeurs de n croissant de 1 à 7. En pratique, la caractéristique globale de transfert de la chaîne 1 présente une saturation aux niveaux élevés, c'est-à-dire qu'on a en particulier D7 très sensiblement supérieur à S7 et le modèle S = f(C) est insuffisamment developpé pour permettre de corriger complètement l'écart correspondant. Ceci ne pourra être obtenu que par quelques itérations successives, chacune d'elles déterminant un nouveau modèle S = f(C) à partir des valeurs de paramètres du correcteur déterminées par la précédente itération. En pratique trois ou quatre itérations sont suffisantes pour que les écarts soient inférieurs à une valeur fixée à l'avance. Bien entendu le correcteur a des possibilités limitées qui, si elles sont dépassées, devront entraîner une diminution de la puissance de sortie de la chaîne 1 de manière à réduire la saturation et donc la correction à appliquer. Les réglages ci-dessus obtenus peuvent être affinés en prenant en compte les résultats d'une mesure d'intermodulation comme le montre la figure suivante. Sur la figure 2, chacune des sorties des circuits de détection 11 , 12 et 13 est reliée à un convertisseur analogique-numérique 20 alimentant le circuit de traitement 21 constitué d'un microprocesseur et des organes habituels nécessaires à son fonctionnement (mémoires RAM , ROM , circuit d'horloge, registres etc ...). Ce circuit 21 reçoit sur une entrée 15 et délivre sur une sortie 14 respectivement les mêmes signaux que le circuit 8 de la figure 1. il alimente l'entrée 23 du dispositif de commande 7 à travers un convertisseur numérique-analogique 22 suivi d'un commutateur 31 qui est en outre en liaison bilatérale avec une mémoire analogique 24, et commandé par le circuit 21, sur son entrée de commande 32. Le dispositif de correction comporte en outre un circuit de mesure d'intermodulation 25 ayant une entrée de signal 26 couplée à la borne de sortie 2 de la chaîne d'amplification, une entrée de commande 27 alimentée par le circuit 21 et une sortie 28 connectée au convertisseur analogique-numérique 29 fournissant des informations numé- riques au circuit 21, avec lequel un dispositif d'affichage 30 est en liaison bilatérale. Tout ce qui a été dit du fonctionnement du dispositif relatif à la figure 1 reste valable. Mais il s'y ajoute les nouvelles fonctions et détails de réalisation ci-après. Les échantillons de signaux analogiques fournis par les circuits de détection 1.1 , 12 et 13 et reçus par le convertisseur 20 sont intégrés par ce dernier avant d'être convertis en signaux numériques à l'usage du microprocesseur du circuit 21. Le circuit 25 mesure le niveau de la rais dtintermodu- lation parasite Fp = Fi + F5 - FC à l'instant où est transmisa pendant une durée de 14 s (a chaque @mage) le signal de test standard inséré dans la ligne 331, qui se compose d'un signal de porteuse image Fi , de porteuse son FS et de sous-porteuse couleur F C de niveaux relatifs respectifs - 8 , - 7 et - 16 dB. Cette mesure est effectuée après retransposition en fréquence intermédiaire d'une partie du signal présent en 2, filtrage, amplification logarithmique puis intégration. L'instant de la mesure est défini par une impulsion envoyée par le circuit 21 à l'entrée 27 du circuit de tnSOLte t5 qui fournit ainsi, au circuit 21, à travers le convertisseur analogique-numérique 29, un signal numérique proportionnel au niveau de la raie F p A partir des données qu'il reçoit, le circuit 21 fournit, sous forme numérique, des valeurs des paramètres du correcteur 5 qui sont transformées en données analogiques transmises au dispositif de commande 7 et/ou à la mémoire analogique 24 à travers le commutateur 31 par lequel sont également transmis les ordres d'écriture et de lecture de cette mémoire. L'exploitation du dispositif est opérée à partir du tableau d'affichage 30 qui est en même temps un tableau de commande du processus de correction qui se déroule de la manière suivante A la mise sous tension du système, démarre une première phase d'opérations comportant en particulier toutes celles décrites à l'occasion de la figure 1, et dont les détails n'en seront pas décrits à nouveau. Le déroulement de cette première phase est le suivant 10) Initialisation des douze paramètres de commande du correcteur 5 à des valeurs telles que sa fonction de transfert soit la fonction identité. Les valeurs numériques correspondantes, en mémoire dars le circuit 21, sont stockées sous forn analogique dans la.mémoire 24 afin de figer les commandes du correcteur à ces valeurs, par un signal envoyé sur l'entrée de commande 32 du commutateur 31, tant qu'aucun désir de changement ne se manifeste. 20) Mémorisation numérique dans le circuit 21 des échantillons analogiques séquentiellement obtenus à partir des circuits il , 12 et 13, par séries de 3 x 7 = 21 valeurs des paramètres En, Cn 5n , comme déjà décrit. Afin de diminuer les erreurs de mesure, un nombre N-de séries de mesures, égal par exemple à 10 et affiché sur le tableau 30, est effectué par le dispositif dont le circuit 21 calcule la valeur moyenne de chacun des paramètres E n C ,S de dimension 7. n n 30) Modélisation de la caractéristique S = f(C) par interpolation cubique. 4 ) Calcul par le circuit 21 de Dn = K En et de #n = Dn - Sn , K étant le coefficient d'amplification constant nominal de la chaîne d'amplification 1, affiché sur le tableau 30. 50) Modélisation de la caractéristique du correcteur C = f(E) et détermination des paramètres de commande correspondants à lui appliquer en fonction des écarts n et du modèle S = f(C), comme déjà décrit précédemment. Ces paramètres sont alors enregistrés dans la mémoire 24 et appliqués au correcteur pendant un nouveau processus comportant successivement les opérations 2 , 3 et 4 d'où les nouveaux écarts n obtenus. Si ces derniers sont supérieurs à une valeur e0 que lton s'est fixée au départ et qui est affichée sur le tableau 30, le processus repart automatiquement pour une nouvelle opération 5 afin de définir de nouveaux paramètres qui sont ensuite testés par les opérations 2 , 3 puis 4-, et ainsi de suite jusqu'à ce que l'on ait # n A ce moment, une deuxième phase des opérations prend la suite afin d'affiner la linéarité obtenue par la première. Le déroulement en est le suivant 10) Définition d'un domaine d'admissibilité dans la variation des paramètres de commande préalablement déterminés, par bornage inférieur et supérieur de chacun d'eux, c'est-à-dire que 2 x 12 = 24 bornes sont ainsi fixées, le domaine d'admissibilité étant défini par l'ensemble réunion des douze plages de variations dant l'adoption drun jeu quelconque est sujet è la vérification que 13 relation Entez soit toujours. satisfaite, à l'aide des processus précédents qui pourront entraîner, à cette fin, que la variation délibérée d'un paramètre provoque la variation d'un ou plusieurs autres. 20) Acquisition de la valeur d'intermodulation Avec les valeurs des paramètres de commande du correcteur obtenues en fin de la première phase, inscrites dans la mémoire 24, la mesure d'intermodulation par le circuit 25, décrite ci-avant,. est declenchée sur ordre du circuit 21 qui compare la valeur obtenue avec une valeur maximale de seuil inscrite sur le dispositif d'affichage 30 et correspondant par exemple à un cahier de charges à respecter. Si la valeur d'intermodulation mesurée est inférieure à celle affichés, le processus s'arrêtelà pour l'instant sans chercher la valeur minimale, ce qui est inutile et risquerait de conduire à une impossibilité, le système de mesure étant perturbé par le bruit. 30) Recherche de la valeur d'intermodulation minimale Si la valeur d'intermodulation mesurée est supérieure au seuil affiché, un processus de recherche est entamé par le circuit 21 qui explore, par un maillage aléatoire du domaine d'admissibilité, ltensemble de valeurs d'intermodulation qui résultent des diverses combinaisons des paramètres de commande du correcteur et qui en retiendra la meilleure. La période de récurrence maximale du microprocesseur est utilisée pour générer des nombres pseudo-aléatoires. Tandis.que le jeu de douze paramètres utilisé jusqu'ici est maintenu en mémoire, un premier jeu de douze nouvelles valeurs de ces paramètres obtenus à partir de ces nombres leurs sont substitués pour un intervalle d'essai pendant lequel est effectuée une nouvelle mesure d'intermodulation. Trois cas se présentent : 10) La nouvelle valeur d'intermodulation est inférieure au seuil affiché. Le processus en reste là, le résultat recherché est atteint. ZQ) La nouvelle valeur d'intermodulation est supérieurs au seuil mais également à la précédente valeur trouvée. Le jeu des valeurs d'essai n'est pas pris en considération et le processus se poursuit avec le meme jeu de valeurs mis en mémoire. 30) La nouvelle valeur dtintermodulation est comprise entre la précédente et le seuil, le jeu de valeurs d'essai se substitue au jeu jusqu'ici en mémoire. Dans ces deux derniers cas, la recherche se poursuit tant qutil n'a pas été trouvé une valeur d1intermodulation inférieure à celle du seuil. Elle se termine cependant une fois balayée la totalité du domaine admissible. La seconde phase de correction se termine alors,avec,en mémoire, un jeu de paramètres de commande du correcteur correspondant à la valeur minimale possible dtintermodulation. La maquette du système décrit a été réalisée avec, comme circuit de commande 21, un microprocesseur SESCOSEM 96800 associé aux circuits nécessaires à son fonctionnement (mémoires, circuits d'horloge, registres etc ...). Bien entendu de nombreuses variantes de réalisation sont possibles par rapport aux dispositions adoptées dans l'exemple décrit. En particulier, le filtre correcteur peut comporter un nombre quelconque de paramètres afin de mieux s'adapter à des distorsions différentes de celles résultant de la courbe de transfert classique en 11511 prise en considération dans cet exemple. Il--en est de même du nombre d'images utilisé pour acquérir l'information qui peut varier en fonction, notamment, de la rapidité d'èxécutlcn des organes utilisés. Le signal de test utilisé pour caractériser le distorsions de l'émetteur à corriger, peut être, dans le cas d'un émetteur de télévision, différent de celui, standard, inclus dans la ligne 17 ; ce pourrait être par Exemple la rampe de luminance linéaire de la ligne 330. Bien entendu, le dispositif décrit peut s'appliquer à un émetteur quelconque à condition que le type de signal à transmettre se prête à l'insertion de signaux de test périodiques, ou, s'il est de caractère permanent, àcondi- tion qutil soit de nature à permettre de caractériser le défaut à corriger. Dans cette dernière catégorie on trouve les faisceaux hertziens dont une mesure permanente du bruit d'intermodulation est possible dans une banda de fréquence située au voisinage, mais en dehors, de la bande de base du signal transmis. REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction automatique de la distorsion d'un émetteur destiné à transmettre des signaux dtinfor- mation périodiquement interrompus par des signaux de test et des signaux de synchronisation, comportant : un correcteur de niveau, à caractéristique variable au moyen de n paramètres indépendants électroniquement commandables et inséré en amont de la chaine d'amplification de l'émetteur, et un dispositif de commande ayant n sorties délivrant respectivement les signaux de commande des n paramètres, et n entrées, caractérisé en ce qulil comporte en outre : un premier, un second et un troisième circuit de détection ayant chacun une entrée de signal, une entrée de commande d'échantillonnage et une sortie, les trois entrées de signal étant couplees respectivement à entrée du correcteur, à la sortie du correcteur et à la sortie de la chaîne d'amplification, et un circuit de traitement ayant une première entrée couplée à chacune des sorties des trois circuits de détection, une première sortie couplée à chacune des n entrées de commande, une deuxième sortie couplée aux n entrées du dispositif de commande et une deuxième entrée destinée à recevoir les signaux de synchronisation extraits des signaux transmis, afin que le circuit de traitement commande l'échantillonnage des circuits de détection à l'instant des signaux de test dont les valeurs permettent à ce circuit d'élaboer,-à travers le dispositif de commande, les n paramètres du correcteur. 2. Dispositif de correction selon la revendication 1, appliqué à un émetteur de télévision dont le signal composite qu'il transmet comporte à chaque image un signal de test comprenant des niveaux successifs prédéterminés de luminance, caractérisé en ce que le circuit de traitement est un circuit logique comportant un microprocesseur, les sorties des trois circuits de détection étant couplées à la première entrée du circuit de traitement à travers un convertisseur analogique-numérique, la deuxième sortie du circuit de traitement étant couplée aux n entrées du dispositif à travers un convertisseur numérique-analogique en série avez un commutateur électronique commandé par le circuit de traitement, et en ce que le dispositif de correction comporte en outre un dispositif d'affichage et un dispositif de mémoire respectivement couplés bilatéralement avec le circuit de traitement et le commutateur. 3. Dispositif de correction selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de traitement est programmé pour exécuter les opérations successives suivantes 10 Entrer dans le dispositif à mémoire un jeu de valeurs de n paramètres correspondant à une fonction identité de la fonction de transfert du correcteur 20 Etablir la caractéristique de transfert de la chaîne d'amplification à partir des niveaux recueillis par les signaux de test des second et troisième circuits de détection 30 Etablir la caractéristique de transfert souhaitée de l'ensemble correcteur plus chaîne d'amplification à partir des niveaux recueillis par des signaux de test du premier circuit de détection et pour un coefficient d'amplification prédéterminé entré sur le dispositif d'affichage, et calculer les écarts existants avec la caractéristique obtenue précédemment 40 Calculer la fonction de transfert à donner au correcteur en fonction de celle de la chaîne d'amplification et des écarts calculés, et en déduire un nouveau jeu de valeurs de n paramètres 50 Substituer le nouveau jeu de valeurs au précédent dans le dispositif à mémoire 60 Recommencer le processus à partir de la dernière opération et ainsi de suite jusqu'à ce que les écarts calculés soient inférieurs à une valeur de seuil prédéterminée entrée sur le dispositif d'affichage. 4. Dispositif de correction selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte an outre un dispositif de mesure d1intermodulation ayant une entrée de signal couplée à la sortie de la chaîne d'amplification, une entrée de commande d'échantillonnage couplée à une sortie supplémentaire du circuit de traitement et une sortie couplée à une entrée supplémentaire du circuit de traitement à travers un convertisseur analogique digital, une valeur d'intermodulation maximale prédéterminée étant inscrite dans le dispositif d'affichage en vue de sa comparaison dans le circuit de traitement, avec celle fournie par la sortie du dispositif d'intermodulation. 5. Dis.positif de correction selon la revendication 4,. caractérisé en ce que la sortie du dispositif de mesure fournit la valeur du niveau de la raie d'intermodulation F p définie comme étant égale à F. + F5 - F C S qui sont respec- tivement les valeurs des niveaux de porteuse image, son et couleur du signal de test standard de la ligne 331 à l'instant d'apparition duquel l'échantillonnage est command par la sortie supplémentaire ducircuit de traitement. 6. Dispositif de correction selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que des plages de-variation possible du jeu de paramètres obtenues en fin des opérations successives, sont définies par inscription de bornes infé- rieures et supérieures prédéterminées de chacun des paramètres sur le dispositif d'affichage, et en ce que le circuit de traitement comporte en outre un dispositif d'exploitation par maillage aléatoire desdites plages, le circuit de traitement étant en outre programmé pour exécuter les opérations successives supplémentaires suivantes 10 Déclenchement de la mesure d'intermodulation suvie de la comparaison de la valeur d'intermodulation mesurée fournie avec celle affichée, le processus étant terminé là où la valeur d'intermodulation mesurée est inférieure à celle affichée 20 Déclenchement du dispositif d'exploration et mesure d'une nouvelle valeur d'intermodulation correspondant à chaque nouveau jeu de valeurs déterminé par le dispositif d'exploration, un nouveau jeu de valeurs étant entré dans le dispositif à mémoire et utilisé en exploitation chaque fois qutil correspond-:à une valeur d'intermodulation inférieure à celle obtenue par le jeu de valeurs précédent, le processus étant stoppé dès que la valeur d'intermodulation mesurée est inférieure à celle affichée. 7. Emetteur de télévision comportant un dispositif de correction selon l'une des revend-ications 1 à 6.