Brevet FR2465228A1 — publié le 19810320

La présente invention se rapporte aux détecteurs d'enveloppe de signaux, et plus particulièrement à un système de détection d'enve- loppe de signal permettant de détecter l'enveloppe d'un signal pour lequel on veut une reproduction précise sur une large gamme dynamique. On s'est rendu compte que l'utilisation d'un simple détecteur d'enveloppe, pour détecter l'enveloppe d'un signal pour lequel on veut une reproduction précise sur une large gamme dynamique, conduit à une distorsion d'amplitude sur l'enveloppe détectée, pour les signaux faibles, ainsi qu'à un gain de boucle incorrect lorsqu'un tel détecteur d'enveloppe est utilisé dans une boucle de réaction. Un objet de la présente invention est de fournir un système détecteur d'enveloppe, permettant de détecter l'enveloppe d'un signal pour lequel on veut une reproduction précise sur une large gamme dyna- mique, en évitant les inconvénients d'un simple détecteur d'enveloppe. Une caractéristique de la présente invention est la définition d'un système détecteur d'enveloppe, permettant de détecter l'enveloppe d'un signal pour lequel on veut une reproduction précise sur une large gamme dynamique, ledit système comprenant une source pour ledit signal et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ensemble de détec- teurs d'amplitude couplés à la source, chacun des détecteurs de l'ensem- ble étant rendu actif seul, à son tour, pour détecter l'amplitude du signal dans difféirentes gammes d'amplitudesdu signal, tandis que les autres détecteurs de l'ensemble qui ne sont pas rendus actifs sont main- tenus inactifs, et des moyens couplés à la sortie de l'ensemble des détecteurs pour recevoir les signaux de sortie en provenance desdits détecteurs. Les caractéristiques et objets de la présente invention seront exposés plus clairement par la description qui suit et les dessins joints o: - la figure I est un schéma d'ensemble d'un émetteur qui utilise une première réalisation du système détecteur d'enveloppe selon les prin- cipes de la présente invention; - la figure 2 est un schéma illustrant la production de formes d'ondes de commutation, de manière générale, et plus particulièrement pour le système à trois détecteurs de la figure I; et la figure 3 est un schéma d'ensemble d'un émetteur qui utilise une deuxième réalisation du système détecteur d'enveloppe selon les prin- cipes de la présente invention. La figure 1 montre l'émetteur, qui comprend une source 1 de porteuse RF (radiofréquence), qui est couplée à un modulateur 2 dont la sortie est couplée à un amplificateur de puissance 3, qui a une caractéristique entrée-sortie correspondant à la classe C ou à une autre forme non linéaire. L'entrée RF de l'amplificateur de puissance 3 est contr8lée par une boucle de réaction 4, qui incorpore la première réalisation d'un système 5 détecteur d'enveloppe selon les principes de la présente invention. La sortie du système 5 est couplée à un amplificateur de différence 6, pour fournir, après passage dans le modulateur 2, le signal modulé pour l'amplificateur de puissance 3, complétant par là la boucle de réaction 4. Le signal de sortie du système 5 est couplé à un "point de différence" 7, o le signal est soustrait de la sortie d'un amplificateur de référence 8, qui amplifie un signal de référence ayant la forme d'une onde voulue, produite dans le réseau 9, qui élabore l'onde voulue. Le signal résultant au point 7 est le signal d'entrée pour l'amplificateur de différence 6. Le système 5 détecteur d'enveloppe comprend un ensemble de détecteurs d'amplitude, dont trois sont visibles sur la figure 1 et portent les numéros 10 à 12. Il doit être compris qu'il est possible d'employer plus de trois détecteurs d'amplitude, si l'on désire détec- ter l'enveloppe d'un signal pour des niveaux plus faibles que - 78 dB (décibels) par rapport à sa valeur de crête, cette dernière valeur numérique correspondant à l'exemple décrit ici. Dans le cas illustré ici, les trois détecteurs-d'amplitude 10, 11, 12 répondent à l'ampli- tude du signal dans trois gammesd'amplitudes consécutives différentes. Par exemple, le détecteur d'amplitude 10 est rendu actif par une impulsion de contrôle en provenance du générateur 13 d'impulsions de commutation dans la gamme d'amplitudes située entre 0 dB et - 26 dB par rapport au niveau de crête d'entrée, le détecteur d'amplitude Il est rendu actif par une autre impulsion de contrôle du générateur 13 dans la gamme située entre - 26 dB et - 52 dB par rapport au niveau de crête d'entrée, et le détecteur d'amplitude 12 est rendu actif par encore une autre impulsion de contrôle du générateur 13 dans la gamme située entre - 52 dB et - 78 dB par rapport au niveau de crête d'entrée. Les impul- sions de contrôle en provenance du générateur 13 sont telles que, lorsqu'un des détecteurs d'amplitude 10, 11, 12 est rendu actif, les autres détecteurs d'amplitude sont rendus inactifs. Les trois impul- sions de contrôle fournies par le générateur 13 sont produites en combinant de manière adéquate les signaux de sortie de trois compara- teurs de tension, comme on le voit sur la figure 2. Dans la disposi- tion qui est représentée ici, chaque comparateur bascule lorsque l'impulsion venant du réseau 9 atteint la tension correspondant à une des limites qui définissent les différentes gammes d'amplitudes asso- ciées aux comparateurs, c'est-à-dire, dans l'exemple illustré ici, à - 26 dB, - 52 dB, et - 78 dB par rapport au niveau de crîte. Un schéma typique pour les détecteurs d'amplitude 10, 11, 12 est donné en détails sur la figure 6 de la demande de brevet américain portant le numéro de série 075 626, déposée le 14 septembre 1979 par Milton DISHAL. Un schéma typique pour le réseau 9 est également donné sur la figure 9 de ladite demande. Un schéma typique de l'amplifica- teur de référence 8 est donné sur la figure 12 de ladite demande, modifiée ici par la suppression des transistors de commutation comman- dés par la sortie du générateur 16 d'impulsions de commutation de ladite demande. Un schéma typique du générateur 13 d'impulsions de commutation est donné sur la figure 10 de ladite demande de brevet, modifiée en ce qui concerne les niveaux servant de base aux compara- teurs, afin de respecter les points d'entrée en service des détec- teurs 10, 11, 12, et modifiée également pour inclure les additionneurs tels que ADD I et ADD 2, branchés comme indiqué sur la figure 2. Pour donner un signal d'entrée correct aux détecteurs 10, 11, 12, on couple le détecteur 10 à la sortie de l'amplificateur 3 grâce à un coupleur directionnel 14, ledit coupleur 14 ayant une atténuation telle que le signal crgte appliqué au détecteur 10 soit très voisin du signal maximum que le détecteur peut traiter de manière linéaire. Si, dans certains systèmes, le niveau de sortie de l'amplificateur 3 est trop faible pour satisfaire cette condition, on ajoute un amplificateur linéaire 24 en série avec le coupleur directionnel 14 de manière à donner le niveau suffisant. Pour de bons détecteurs à diodes typiques, le niveau de crête du signal fourni au détecteur 10 se présenterait comme sur la courbe 15, avec une puissance de crête possible d'environ 0,2 W pour une impédance de 50 SQ, soit une puissance de crête de + 23 dBm possible à l'entrée du détecteur 10. Le détecteur 10 sera utilisé jusqu'au moment o le niveau sera assez faible pour que sa caractéristique entrée-sortie devienne non linéaire de manière prohibitive (en général, on observe une loi en x2). Cette région non linéaire peut commencer typiquement à environ - 26 dB par rapport au signal de crête admissible en entrée en d'autres termes, le détecteur]0 peut fonctionner linéairement de manière correcte sur la gamme de niveaux absolus comprise entre+23 dBm (0,2 W) et - 3 dBm (0,5 mW). C'est pourquoi, comme le montre la courbe 15, le détecteur 10 est utilisé dans le présent exemple jusqu'à un niveau de - 3 dBm, c'est-à-dire qu'il est utilisé sur une gamme dynamique dont on convient qu'elle conserve la linéarité, ladite gamme étant ici de 26 dB. Lorsque le signal continue de décroître, le système bascule sur le détecteur 11 au moment o se présente le plus bas niveau (-3dBm) relatif au détecteur 10. L'entrée du détecteur 11 est alimentée par un second coupleur directionnel 16, couplé à la sortie de l'amplificateur linéaire 24, ou directement à la sortie du coupleurl 14, si, comme onen a discutéplushaut, aucune amplification n'est nécessaire. Unamplificateur limiteur 17 à réta- blissement instantané est placé entre le coupleur 16 et l'entrée du détec- teur 11. Le gain linéaire de l'amplificateur 17, avant qu'il commence à agir entant quelimiteur, doitêtre tel qu'au plus faible niveau d'entrée (c'est-à-dire - 3 dBn dans cet exemple) du détecteur 10, cet amplifica- teur fournisse au détecteur 1l un signal amplifié linéairement qui soit supérieur de 26 dB par rapport au niveau - 3 dBm (donc + 23 dBm dans cet exemple). En d'autres termes, le gain linéaire en puissance résul- tant de la combinaison du coupleur 16 et de-l'amplificateur 17 doit couvrir la gamme dynamique présentant, par convention, une linéarité correcte, gamme sur laquelle les détecteurs doivent être utilisés, c'est-à-dire 26 dB dans cet exemple. En raison du gain linéaire présenté par la combinaison coupleur 16/amplificateur 17, les signaux, dans la gamme - 3 dBm à - 29 dBm dont il est question plus haut, sont amplifiés linéairement jusqu'aux niveaux de + 23 dBm à - 3 dBm lorsqu'ils sont appliqués au détecteur 1I1 qui peut alors détecter correctement, de manière linéaire, cette gamme de niveaux. Ainsi, le détecteur 11 est utilisé sur cette gamme de 26 dB couvrant les niveaux de - 3 dBm à - 29 dBm en sortie de l'amplificateur linéaire 24 ou du coupleur 14, si l'amplificateur 24 n'est pas néces- saire. Au-dessus du niveau de sortie de + 23 dBm, l'amplificateur limiteur 17 de radiofréquences à rétablissement instantané devient non linéaire et, finalement, limite son niveau de sortie qui est typi- quement 3 dB au-dessus du niveau de sortie en amplification linéaire à sa valeur maximale de + 23 dBm. Ce phénomène de limitation est une disposition importante dans la pratique, pour protéger le détecteur Il à diode de la destruction par niveau excessif d'entrée. La courbe 18 montre, d'une part, les niveaux de. la partie du signal qui doit être détectée linéairement par le détecteur 11 et, d'autre part, les niveaux de ladite partie du signal après amplification tels qu'ils sont effec- tivement appliqués au détecteur 1l. Au moment o se présente le plus bas niveau acceptable par le détecteur 11, le système bascule sur le détecteur 12. Le détecteur 12 reçoit son signal d'entrée par l'intermé- diaire d'un troisième coupleur directionnel 19, couplé à la sortie de l'amplificateur 17, puis d'un second amplificateur limiteur 20 de radiofréquences à rétablissement instantané, placé entre la sortie du coupleur 19 et l'entrée du détecteur 12. Comme pour le coupleur 16 et l'amplificateur 17, la gamme dynamique, o le gain en puissance résul- tant (pour la combinaison du coupleur 19 et de l'amplificateur 20) est linéaire, doit aussi être égale à celle sur laquelle, par convention, le détecteur fonctionne correctement, linéairement, c'est-à-dire 26 dB dans cet exemple. Grâce à cette seconde amplification linéaire de 26 dB, les signaux compris entre - 29 dBm et - 55 dBm en provenance de l'amplifi- cateur 24 (ou directement du coupleur 14, si l'amplificateur 24 n'est pas nécessaire) sont amplifiés linéairement et passent dans la zone allant de + 23 dBm à - 3 dBm lorsqu'ils sont appliqués au détecteur 12, zone de niveaux permettant une détection linéaire correcte. Ici encore, la caractéristique de limitation du second ampli- ficateur limiteur 20 de radiofréquences à rétablissement instantané, limitation qui se produit au-dessus de son niveau de sortie maximum en régime linéaire (+ 23 dBm), protège le détecteur à diode 12 d'une destruction par niveau d'entrée excessif. La courbe 21 montre, d'une part, les niveaux de la partie du signal qui doit être détectée linéai- rement par le détecteur 12, et, d'autre part, les niveaux de ladite partie du signal après amplification tels qu'ils sont appliqués au détecteur 12. Si l'on employait des détecteurs d'amplitude supplémentaires, le prochain détecteur d'amplitude qui serait rendu actif pour une gamme d'amplitudes encore plus basse recevrait son signal d'entrée par un quatrième coupleur directionnel 22 et un troisième amplificateur limi- teur 23 de radiofréquences à rétablissement instantané. Cette disposition de coupleur directionnel et d'amplificateur limiteur RF serait employée pour chaque détecteur d'amplitude supplémentaire utilisé. Enfin, pour reconstituer linéairement le signal complet, il est nécessaire de supprimer les gains successifs de 26 dB qui étaient nécessaires pour assurer un fonctionnement linéaire des détecteurs à diodes; ceci se fait en choisissant correctement les résistances R], R2 et R3, qui sont connectées entre les sorties des trois détecteurs à diodes 10, 11 et 12, et un point de sommation commun à basse impédance d'entrée fourni par le sommateur 25. Pour les accroissements de gain de 26 dB, dans cet exemple, la résistance R2 serait vingt fois plus grande que la résistance RI, et la résistance R3 serait vingt fois plus grande que la résistance R2, de façon à obtenir une reconstitution linéaire de l'enveloppe du signal sur une gamme de 78 dB pour le présent exemple. La figure 3 montre une seconde réalisation du système 5 détec- teur d'enveloppe selon la présente invention, dans le même émetteur que celui dont il est question sur la figure 1; cette seconde réalisation serait employée dans une boucle de réaction 4, lorsqu'on désire linéa- riser pour des signaux beaucoup plus faibles dans la portion non linéaire de la caractéristique non linéaire d'entrée-sortie représentée sur la figure 1, relative à l'amplificateur 3. Les composants de la figure 3 qui sont identiques à ceux de la figure 1 sont identifiés par le même symbole que celui utilisé sur la figure 1. Le système 5 détecteur d'enveloppe de la figure 3 comprend le détecteur d'amplitude 26, qui est identique au détecteur d'amplitude 10 de la figure 1, et qui serait rendu actif pendant la portion linéaire de la caractéristique d'entrée-sortie de l'amplificateur 3; ladite portion linéaire est dans la gamme d'amplitudes de 0 dB à - 26 dB par rapport à l'entrée crête pour le détecteur 26, avec un signal crête d'entrée d'environ cent milliwatts, c'est-a-dire environ + 20 dBm. L'autre détecteur du système 5 est un détecteur d'amplitude 27 à gain commandé, qui est rendu actif pendant la portion non linéaire de la caractéristique d'entrée-sortie de l'amplificateur 3; ceci se produit dans la gamme d'amplitudes comprise entre - 26 dB et - 52 dB par rapport au niveau crgte de sortie. Des impulsions de commande sont produites par la commande de commutation 28, qui fonctionne en tout ou rien et qui est contrôlée par une impulsion de commande produite dans le générateur d'impulsions de commutation 13'. Lesdites impulsions de commande permettent le fonctionnement suivant dans la gamme d'ampli- tudes comprise entre 0 dB et - 26 dB par rapport à la valeur de crgte à l'entrée du système détecteur, le détecteur 26 est rendu actif, et le détecteur 27 est rendu inactif; dans la gamme d'amplitudes comprise entre - 26 dB et - 52 dB par rapport à la valeur de crête à l'entrée du système détecteur, le détecteur 27 est rendu actif et le détec- teur 26 est rendu inactif. Comme pour la réalisation représentée sur la figure J, le générateur J3' compare l'amplitude du signal de réfé- rence, en provenance du réseau 9, avec des tensions fixes, qui défi- nissent des niveaux de basculement prédéterminés pour les comparateurs de tension, de manière à produire les impulsions de synchronisation adéquates pour contrôler correctement le gain du détecteur 27 et, simultanément, le gain de l'amplificateur de référence 29 à gain commandé, comme exposé en détails dans la demande de brevet américain dont il est question plus haut. Un schéma typique du détecteur 26 est exposé sur la figure 6 de ladite demande de brevet, et un schéma typique du détecteur 27 se trouve sur la figure 7 de ladite demande de brevet. Un schéma typique de la commande de commutation 28, de l'amplificateur 29 à gain com- mandé, du générateur d'impulsions de commutation 13', et du réseau 9, se trouvent respectivement sur les figures 11, 12, 10 et 9 de ladite demande de brevet. Bien que les principes de l'invention aient été décrits en liaison avec un dispositif particulier, il faut bien comprendre que cette description est faite seulement à titre d'exemple, et non pour limiter la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système détecteur d'enveloppe pour la détection de l'enve- loppe d'un signal lorsqu'il est nécessaire d'assurerune reproduction précise sur une vaste gamme dynamique, ledit système comprenant une source pour ledit signal et étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre: - un ensemble de détecteurs d'amplitude (10, 11, 12; 26,-.27) couplés à ladite source (3), chacun desdits détecteurs de l'ensemble étant rendu actif seul, à son tour, pour détecter l'amplitude dudit signal dans différentes gammes d'amplitudes du signal, tandis que les autres détecteurs dudit ensemble qui ne sont pas rendus actifs sont main- tenus inactifs; et - des moyens (RI, R2, R3, 25) couplés à la sortie dudit ensemble de détecteurs pour recevoir les signaux de sortie en provenance desdits détecteurs. I5 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur d'impulsions de contr8le (13), couplé à chacun des détecteurs (10, 11, 12) dudit ensemble, sensible à l'ampli- tude d'un signal de référence, et produisant à partir dudit signal des impulsions de contrôle identifiant chacune une desdites gammes d'ampli- tudes,chacune desdites impulsions de contr8le rendant actif le détec- teur approprié parmi ledit ensemble de détecteurs, sur la gamme d'ampli- tudes qui lui est propre, tandis que les autres impulsions rendent inactifs les autres détecteurs dudit ensemble de détecteurs.- 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit générateur d'impulsions de contr8le comprend un ensemble de comparateurs de tension, ayant autant d'éléments que ledit ensemble de détecteurs, chacun desdits comparateurs produisant, à l'aide d'un dispositif effectuant une soustraction en tension qui lui est associé, une desdites impulsions de contrôle. 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un amplificateur de référence (8), pour amplifier ledit signal de référence et le coupler auxdits moyens (RI, R2, R3, 25) couplés à la sortie dudit ensemble de détecteurs (10, 11, 12), de manière telle que les signauxde sortie des détecteurs dudit ensemble, lorsqu'ils sont rendus actifs, sont soustraits dudit signal de référence amplifié. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite source comprend un amplificateur de puis- sance (3), lesdites gammes d'amplitudes, au nombre de trois, comprenant une gamme d'amplitudes supérieure, une gamme d'amplitudes moyenne, et une gamme d'amplitudes inférieure, et ledit ensemble de détecteurs (10, JI, 12), qui sont au nombre de trois, comprenant un premier (10) des- dits trois détecteurs rendu actif sur ladite gamme d'amplitudes supé- rieure, tandis que les deux autres détecteurs (11, 12) sont rendus inactifs, un second (11) desdits trois détecteurs étant rendu actif sur ladite gamme d'amplitudes moyenne, tandis que les deux autres détec- teurs (10, 12) sont rendus inactifs, et un troisième (12) desdits trois détecteurs étant rendu actif sur ladite gamme d'amplitudes inférieure, tandis que les deux autres détecteurs (10, 11) sont rendus inactifs. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un premier coupleur directionnel (14), placé entre la sortie dudit amplificateur de puissance (3) et l'entrée dudit premier (10) des trois détecteurs, un second coupleur direction- nel (16) placé à la sortie dudit premier coupleur (14), un premier amplificateur limiteur RF à rétablissement instantané (17), placé entre la sortie dudit second coupleur (16) et l'entrée dudit deuxième (11) des trois détecteurs, un troisième coupleur directionnel (19), placé à la sortie dudit premier amplificateur limiteur (17), et un deuxième amplificateur limiteur RF à rétablissement instantané (20), placé entre la sortie dudit troisième coupleur (19) et l'entrée dudit troisième (12) des trois détecteurs. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un amplificateur linéaire (24) placé entre ledit premier coupleur (14) et l'entrée dudit premier (10) des trois détec- teurs. 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites gammes d'amplitudes comprennent une gamme d'amplitudes liné- aire et une gamme d'amplitudes non linéaire et en ce que ledit ensemble de détecteurs comprend deux détecteurs d'amplitude (26, 27), l'un desdits deux détecteurs (27) étant un détecteur d'amplitude à gain commandé, rendu actif seulement dans ladite gamme d'amplitudes non linéaire, l'autre desdits deux détecteurs (26) étant rendu actif seule- ment dans ladite gamme d'amplitudes linéaire. 1*0 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un générateur d'impulsions de contrôle (13'), couplé à chacun desdits deux détecteurs (26, 27), sensible à l'ampli- tude d'un signal de référence, et produisant à partir dudit signal une paire d'impulsions de contr8le et un ensemble d'impulsions de contrSle, l'une des impulsions de contr6le de ladite paire rendant l'autre des- dits deux détecteurs (26) actif seulement sur ladite gamme d'amplitudes linéaire, et l'autre impulsion de contr6le de ladite paire rendant le premier desdits détecteurs (27) actif seulement dans la gamme d'ampli- tudes non linéaire, tandis que ledit ensemble d'impulsions de contrôle commande le gain dudit détecteur à gain commandé (27) à des niveaux prédéterminés dans ladite gamme d'amplitudes non linéaire, de façon à linéariser ladite game d'amplitudes non linéaire. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un amplificateur de référence (29), pour amplifier ledit signal de référence et le coupler auxdits moyens couplés à la sortie de l'ensemble des détecteurs (26, 27), de manière telle que lesdits signaux de sortie desdits deux détecteurs, lorsqu'ils sont rendus actifs, sont soustraits dudit signal de référence amplifié, ledit amplificateur de référence étant couplé audit générateur d'impul- sions de contr8le (13'), et étant sensible audit ensemble d'impulsions de contrôle, ledit générateur (]3') contrôlant grâce audit ensemble le gain dudit amplificateur de référence (29) en accord avec la commande de gain dudit détecteur à gain commandé (27). ]]. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite source comprend un amplificateur de puissance (3). ]2. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier coupleur directionnel, placé entre la sortie dudit amplificateur de puissance (3) et l'entrée de celui desdits deux détecteurs (26) dont le gain n'est pas commandable, un second coupleur directionnel placé à la sortie dudit premier coupleur, et un amplificateur limiteur RF à rétablissement instantané, placé entre la sortie dudit second coupleur et l'entrée dudit détecteur d'amplitude à gain commandé (27).