Brevet FR2466142A1 — publié le 19810327

La présente invention se rapporte à un procédé de contrSle automatique de modulation pour les amplificateurs à impulsions RF, en classe C, procédé particulièrement adapté aux étages à transistors en technique dite "FAILSOFT", ainsi qu'à un système de modulation par impulsions préformées utilisant ce procédé. La modulation par impulsions, pour les étages de puissance RF à transistors, présente divers problèmes. L'un d'eux est la linéarité de modulation, c'est-à-dire l'aptitude de l'étage modulé à reproduire le signal vidéo désiré sur l'enveloppe du signal produit. Un autre problème est le spectre en fréquence produit par la modulation, et la possibilité de le maintenir à l'intérieur de certaines limites fixées. Ces deux problèmes sont souvent compliqués par la fréquence RF, la bande passante instantanée, la température et les forts courants concernés. La présente invention résoud ces problèmes de manière satis- faisante et est adaptée à de nombreuses applications. Elle concerne un procédé de contrôle automatique de modula- tion pour un système de modulation par impulsions préformées pour étages de puissance RF, caractérisé en ce qu'il consiste à: - détecter, pour au moins deux niveaux d'amplitude prédéterminés, les durées pendant lesquelles l'impulsion de sortie des étages de puis- sance dépasse respectivement ces niveaux; et - corriger, en fonction desdites durées, la forme desdites impulsions préformées modulant lesdits étages de puissance, pour maintenir les caractéristiques de l'impulsion de sortie à des valeurs prédéter- minées. L'invention se rapporte également à un système de modulation par impulsions préformées pour étages de puissance RF, dans lequel les impulsions préformées sont obtenues par combinaison d'au moins deux impulsions pour compenser la non linéarité provoquée par le processus de modulation, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contr6le automatique de modulation utilisant le procédé décrit ci-dessus et fournissant des signaux de correction agissant sur les caractéristiques desdites impulsions avant combinaison. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure 1 représente le schéma d'ensemble d'un amplificateur de puissance à transistors selon l'invention; - les figures 2 et 3 montrent des courbes caractéristiques du signal à la sortie de l'étage 2 de la figure I; et - les figures 4 à 6 représentent des courbes explicatives. La figure I montre le schéma d'ensemble d'un amplificateur de puissance à transistors en bande L, modulé par des impulsions gaus- siennes. Ceci est une application typique pour des émetteurs DME (équi- pement de mesure de distance) et TACAN. Pour simplifier l'exposé, on n'a pas fait mention des cir- cuits et des détails qui ne sont pas liés directement à l'objet de la description. La bande instantanée à couvrir s'étend de neuf cent soixante à mille deux cent quinze mégahertz, environ vingt-cinq pour cent. La puissance crête de sortie est de 1,6 kilowatt et est obtenue par la mise en parallèle de huit modules de deux cents watts chacun, reliés à un système hybride à huit accès 10 à l'entrée et à un autre 11 à la sortie. Chaque module est alimenté par un signal modulé par des impul- sions carréesqui coïncident avec les impulsions gaussiennes, à dix watts de puissance crête; chaque module est composé de deux étages en cascade I et 2 en classe C, utilisant chacun un transistor de puis- sance. Seul l'étage 1, correspondant au niveau inférieur, est modulé sur son collecteur; l'étage 2-n'est pas modulé et amplifie les signaux venant de l'étage I il délivre en sortie le signal correctement modulé, présentant une impulsion gaussienne et un spectre à l'intérieur des limites prescrites, comme montré sur les figures 2 et 3 qui repré- sentent respectivement la forme de l'impulsion obtenue et son spectre de fréquence. La figure 4 montre, pour un étage tel que l'étage 2 (voir figure 1), les variations typiques de la puissance de sortie en fonction de la puissance d'entrée. La figure 5 montre, pour un étage tel que l'étage I (voir figure 1), les variations typiques de la puissance de sortie en fonction du signal de modulation Vm sur le collecteur. La figure 6 montre le résultat de la combinaison des deux courbes des figures 4 et 5: on peut remarquer que, pour obtenir la forme correcte B, l'impulsion doit être préformée comme montré en A. Il faut également remarquer que, pour éviter les phénomènes de saturation en A' et B', on ne doit pas pousser la modulation au-delà d'une certaine limite; la puissance de sortie que l'on peut obtenir ne peut donc pas être maximale et est limitée à une valeur légèrement en dessous dudit maximum. On peut également voir, sur le schéma de la figure 1, comment on peut obtenir une impulsion préformée bien adaptée: elle est la combinaison de deux impulsions conjointes, l'une formant le "palier", c'est-à-dire la partie inférieure, la plus large, de l'impulsion pré- formée, tandis que l'autre, la partie supérieure, est la plus étroite ces deux impulsions forment l'impulsion gaussienne. Les deux impulsions sont produites et amplifiées séparément en impulsions carrées dans les amplificateurs 24 et 25, de manière que chaque amplitude aussi bien que l'amplitude résultante soient ajustables. Les deux impulsions sont ensuite combinées dans le circuit combinateur 26 et filtrées dans le filtre 27, ceci pour atténuer les composantes spec- trales indésirables, puis elles sont amplifiées en tension par l'ampli- ficateur 28 et en courant par l'amplificateur 29, pour pouvoir être capables de moduler l'étage 1 comme montré sur la figure 5. Les formes des signaux à l'entrée et à la sortie des étages 1 et 2 sont montrées sur le- schéma de la figure]. On peut voir que le signal de sortie de l'étage] conserve une partie du palier qui dispa- raît, cependant, dans le signal de sortie de l'étage 2. En ajustant les gains des amplificateurs 24 et 25, l'impulsion de modulation peut être mise en forme de manière à obtenir, en sortie de l'étage 2, l'impulsion de la figure 2, avec le spectre de la figure 3. En particulier, en corrigeant seulement le niveau du palier, la base de l'impulsion gaus- sienne est élargie progressivement, avec, en conséquence, un effet notable sur la qualité du spectre; en corrigeant le niveau de la partie étroite de l'impulsion, on modifie seulement le niveau crîte, jusqu'à atteindre la puissance maximale possible qui, comme on l'a dit plus haut, doit être légèrement en dessous du niveau maximum de satu- ration, car sinon l'impulsion affecte une forme plate au moment de la cr te, et cette déformation de l'impulsion provoque une détérioration du spectre. Les courbes des figures 4 et 5 et, par suite, celle de la figure 6, varient en fonction de la fréquence et, par suite, Vm peut avoir différentes valeurs; de plus, la température et le vieillisse- ment du circuit peuvent affecter à la fois Vm et le niveau, la forme et le spectre du signal de sortie. Pour réduire ces effets, une étude a été faite sur le circuit de contrôle automatique de modulation (CAM) qui constitue l'objet principal de la présente invention. Le principe de base de ce circuit est décrit dans le schéma de la figure l. Le signal RF modulé est appliqué par l'intermédiaire d'un coupleur directionnel 20 à un détecteur linéaire 21 qui restitue avec précision l'impulsion gaussienne voulue; l'impulsion obtenue est amplifiée et appliquée à un circuit détecteur particulier 22 qui exa- mine en permanence ses durées pour quatre-vingt-dix et dix pour cent de son amplitude maximale, et fournit deux signaux de sortie propor- tionnels auxdites durées; chacun de ces signaux est transformé en un signal de commande proportionnel par un convertisseur temps/tension 23. Ces signaux de commande provoquent, par l'intermédiaire de commandes appropriées, des variations de gain dans les amplificateurs 24 et 25 (quatre-vingt-dix pour cent et dix pour cent). Le résultat est un contrôle automatique de modulation CAM stable, précis et efficace. L'effet, c'est-à-dire la variation de gain dans les amplifi- cateurs 24 et 25, prend place un court instant (quelques millisecondes) après la cause, c'est-à-dire après les déviations, en durée, par rapport à des valeurs prédéterminées, des niveaux à quatre-vingt-dix pour cent et dix pour cent. Ces déviations sont celles détectées en analysant en permanence le signal. En conséquence, l'action est con- tinue et légèrement retardée, mais insensible, et n'affecte pas les performances normales de l'amplificateur. Comme on l'a déjà dit,- si, pour une raison quelconque (modification de la fréquence du signal, de la température, ou dans les composants-), il se produit une variation de la forme de l'impulsion, qui provoque une déviation dans les durées correspondant aux niveaux à-dix pour cent et quatre-vingt-dix pour cent, le CAM effectue une correction automatiquement en rétablissant les durées originales préétablies. En mkme temps, le spectre est aussi corrigé automatiquement car, comme on l'a dit plus haut, la forme de l'impulsion, et en particulier la formede sa base (palier), a un effet notable sur la distribution spectrale. En conséquence, outre la compen- sation des variations en fréquence, ce circuit confère à l'amplifica- teur modulé une stabilité et une fiabilité appréciables en ce qui concerne la forme d'impulsion, le spectre et la puissance. 2466142: Un autre avantage intéressant de cette technique est que la modulation peut être placée automatiquement au point correspondant au début de la saturation de l'étage, c'est-à-dire le point o la puis- sance maximale de l'étage est obtenue. En effet, lorsque le CAM est correctement réglé, il est possible d'ajuster la durée à quatre-vingt- dix pour cent de manière à ce qu'elle corresponde au début de la zone de saturation (puissance maximale), car ladite durée diminue au-dessous de ladite zone et augmente sensiblement au-dessus (voir A' et B' sur la figure 6). En conséquence, le CAM peut être préréglé de manière telle que, indépendamment de tout réglage de la part de l'opérateur, l'ampli- ficateur soit automatiquement réglé pour donner, lors d'une modifica- tion de fréquence ou lors de tout autre évènement, la puissance maxi- male ainsi que la forme de signal (durées) et le spectre prescrits. Dans les amplificateurs en technique "FAIL-SOFT", c'est-à-dire avec de nombreux modules mis en parallèle, il faut que la défaillance d'un ou plusieurs modules soit possible sans avoir d'autre effet sur les paramètres du signal amplifié qu'une variation de puissance; c'est-à- dire qu'une certaine perte de puissance doit être permise, sans que l'amplificateur soit pour autant mis hors service, de manière à éviter les doublements de matériels et à obtenir la disponibilité maximale de l'amplificateur. Un circuit de contrôle automatique de modulation ne saurait, dans ce cas, être basé sur l'amplitude du signal, mais seulement sur les durées. Le circuit CAM de la présente invention n'est pas sensible aux variations de niveau ni au nombre d'impulsions par seconde, mais seulement aux variations des durées dans le signal; c'est pourquoi il est particulièrement adapté aux amplificateurs en technique "FAIL-SOFT". Bien entendu, l'exemple de réalisation décrit n'est nulle- ment limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle automatique de modulation pour un système de modulation par impulsions préformées pour étages de puis- sance RF, caractérisé en ce qu'il consiste à: - détecter, pour au moins deux niveaux d'amplitude prédéterminés, les durées pendant lesquelles l'impulsion de sortie des étages de puis- sance dépasse respectivement ces niveaux; et - corriger, en fonction desdites durées, la forme desdites impulsions préformées modulant lesdits étages de puissance, pour maintenir les caractéristiques de l'impulsion de sortie à des valeurs prédéter- minées. 2. Système de modulation par impulsions préformées pour étages de puissance RF, dans lequel les impulsions préformées sont obtenues par combinaison d'au moins deux impulsions pour compenser la non linéarité provoquée par le processus de modulation, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contr8le automatique de modulation (20 à 23) utilisant le procédé selon la revendication 1 et fournissant des signaux de correction agissant sur les caractéristiques desdites impulsions avant combinaison. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, les impulsions préformées étant obtenues par superposition de deux impulsions constitutives dont l'une fournit un niveau de palier, ledit circuit de contrôle comprend des premiers moyens (20, 21, 22) pour détecter les durées pendant lesquelles l'impulsion de sortie dépasse respectivement deux niveaux d'amplitude prédéterminés, et des seconds moyens (23) pour commander à partir de ces deux durées respectivement le gain de deux amplificateurs à gain variable (24, 25) transmettant les deux impulsions constitutives au circuit de combinaison (26). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée correspondant au niveau prédéterminé le plus bas sert à commander l'amplificateur (25) de l'impulsion de palier tandis que l'autre durée sert à commander le second amplificateur (24). 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le niveau prédéterminé le plus bas correspond à une amplitude égale à dix pour cent de l'amplitude maximale de l'impulsion de sortie et le niveau prédéterminé le plus haut correspond à une amplitude égale à quatre-vingt-dix pour cent de l'amplitude maximale. 24661 42 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit de contrôle automatique de modulation est réglé pour que la durée correspondant au niveau prédéterminé à quatre-vingt-dix pour cent corresponde au début de la zone de saturation du système de modulation. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens (20, 21, 22) comprennent un coupleur directionnel (20) couplé à la sortie des étages de puis- sance (J, 2), un détecteur linéaire (21) et un circuit détecteur (22) de durées pendant lesquelles l'impulsion de sortie dépasse respecti- vement lesdits niveaux prédéterminés. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens (23) sont constitués par un convertisseur temps/ tension fournissant des signaux de commande proportionnels auxdites durées. ^, w