Brevet FR2482799A1 — publié le 19811120

TUR/MOA 1 L'invention se rapporte à un dispositif de pré- correction de produits de non linéarité et à un. système de transmission de signaux de télévision, précorrection automatique,comportant un tel dispositif. La transmission des signaux de télévision exige des systèmes très linéaires, que ce soit au niveau des amplificateurs faible bruit de réception, qu'au niveau des convertisseurs en fréquence intermédiaire ou au ni- veau des étages de puissance de l'émetteur. En effet, un signal de télévision" qui se compo- se d'une porteuse image modulée en amplitude, et d'une porteuse son modulée suivant le standard en amplitude ou en fréquence, doit être amplifié très linéairement pour que le signal démodulé soit fidèle. Les non liné- arités obtenues dans un étage produisent une altération des signaux transmis. On observe par exemple dans la voie image une modification des contrastes, des cou- leurs, et dans la voie son une distorsion des basses fréquences. Elles peuvent aussi produire, dans le cas o les signaux image et son sont amplifiés simultané- ment, des phénomènes perturbateurs extrêmement g"nants dés aux transferts de modulation (ou cross-modulation) d'une porteuse sur l'autre qui se traduisent par le moirage des images, la dégradation du rapport signal/ bruit etc... Pour toutes ces raisons, les équipements-d'émis- sion et de réémission de télévision de faible et de moyenne puissance (1 watt à 1 kilowatt) possèdent des amplificateurs polarisés en classe A, ce qui conduit à un rendement compris entre 5 et 10 /0. Ce rendement peut 8tre sensiblement augmenté avec des dispositifs de cor- rection de non linéarités. Différents types de pré-correction sont actuelle- ment utilisés, pour les émetteurs de télévision en voies 24Z? 9f image et son séparées ou en voies communes, en parti- culier, des dispositifs de précorrection à seuils, en vidéofréquence, ou en fréquence intermédiaire, ou des dispositifs du type à contre-réaction comportant un dis- positif réinjectant dans le système des produits de non linéarité obtenus par comparaison des signaux avant et après traitement par l'amplificateur de sortie. Toutes ces solutions ont l'inconvénient d'9tre particulières aux systèmes de transmission auxquels elles sont appliquées et surtout tous ces dispositifs sont en général assez difficiles à ajuster. En effet, souvent plusieurs réglages sont nécessaires et ces réglages inter-agissent. Un dispositif de précorrection particulier, compor- tant un générateur de produits de non linéarité,a été décrit dans la demande de brevet n 75 16062 déposée le 23 mai 1975 au nom de la Demanderesse. Legénérateur de produits de non linéarité possède une loi de mpme nature que l'amplificateur de sortie. Son niveau d'exci- tation est choisi de façon qu'il atteigne le même point de distorsion. Le signal d'entrée U est transmis e symétriquement vers ce générateur et vers une ligne à retard qui égalise les retards respectifs des deux voies. Les signaux fournis par le générateur de produits de non linéarité de la forme k' Ue en opposition de 3 e en opposition de phase avec les produits de non linéarité générés par l'amplificateur à corriger de la forme - k Ue3 t sont 3e ensuite combinés avec le signal émergeant de la ligne à retard Ue.Ainsi la courbe d'amplitude-amplitude du,si- e gnal, comprimée dans l'amplificateur de sortiedu fait en particulier de ce terme de non linéarité d'ordre 3 - k U3 qui se retranche du terme k U d'amplifica- 3 e I e tion linéaire,subit une expansion préalable par le dispositif de précorrection qui peut compenserapres amplification,les produits de non linéarité introduis de façon que le signal résultant ait une distorsion minimale. Ce type de précorrection présente une excel- lente stabilité et une efficacité qui est naturellement variable lorsque le niveau du signal d'entrée varie. En effet, lorsque le signal d'entrée diminue, la distorsion de l'étage de sortie et simultanément celle du précor- recteur diminuent avec la même rapidité. Il y a donc correction dans une large plage. Mais la caractéristique amplitude-fréquence du générateur de produits de non linéarité n'est pas par- faitement plane dans toute la gamme de fréquences, et du fait des dissymétries de temps de retard de groupe et de phase des deux voies, un déphaseur variable doit 9tre introduit pour rétablir dans une gamme de fréquences donnée une symétrie correcte. Un tel précorrecteur est assez simple à ajuster puisqu'il suffit de régler l'amplitude des produits de non linéarité générés et la phase relative des deux voies. Mais ces deux réglages doivent etre effectués par approches successives l'un par rapport à l'autre et sont à effectuer après-chaque variation du niveau d'in- termodulation. Le dispositif de précorrection décrit ci-dessus ne se prête donc pas, à partir d'une mesure de produits de non linéarité, à une correction automatique simple. L'invention a pour objet un dispositif de précor- rection du type décrit ci-dessus, mais perfectionné par rapport à celuici du fait que la ligne à retard de la voie principale du dispositif de précorrection est rem- placée par un circuit ayant le mëeme temps de retard du groupe et la m"me caractéristique amplitude-fréquence que celui du générateur de produits de non linéarité de la voie annexe. Ainsi, la correction a lieu dans une très large bande. De plus, le système est tel qu'il ne subsis- te qu'un réglage qui se prgte bien à une correction au- tomatique. Enfin ce dispositif peut ttre réalisé en techni- que microélectronique, ce qui permet d'obtenir un très faible encombrement et des bandes passantes de plusieurs décades. Selon l'invention, un dispositif de précorrection de produits de non linéarité introduits par un étage amplificateur, comportant une entrée de signal couplée par l'intermédiaire d'un répartiteur de puissance à une voie principale linéaire et à une voie annexe compor- tant un générateur de produits de non linéarité; ce générateur comportant:un répartiteur de puissance ali- mentant en parallèle une voie d'amplification linéaire et une voie d'amplification non linéaire, et un sous- tracteur effectuant la différence entre le signal de sortie de la voie linéaire et le signal de sortie de la voie non linéaire pour générer seulement des produits de non linéarité opposés en phase avec les produits de non linéarité à corrigerb un additionneur de sortie relié aux sorties de la voie principale et de la voie annexe délivrant un signal somme des signaux fournis par ces deux voies, est principalement caractérisé en ce que la voie principale comporte: un répartiteur de puissance alimentant en parallèle deux voies d'amplification liné- aires semblables à la voie linéaire du générateur de produits de non linéarité, un additionneur réunissant les signaux de sortie de ces deux voies linéaires en un signal transmis à l'additionneur de sortie, un disposi- tif de réglage d'amplitude des produits de non linéarité étant prévu. L'invention sera mieux comprise et d'autres ca- ractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. - La figure 1 représente un dispositif de précor- rection du type comportant un générateur de produits de non linéarité selon l'art connu. - La figure 2 représente des courbes caractéris- tiques du dispositif de la figure 1. - La figure 3 est un schéma du dispositif de pré- correction suivant l'invention. - La figure 4 est le schéma synoptique du dernier étage de l'émetteur du système de transmission suivant l'invention, avec précorrection automatique. Le dispositif de précorrection selon l'art connu va être décrit ci-après en référence à la figure 1o Comme indiqué succinctement ci-dessus, le dispo- sitif de précorrection décrit dans la demande de bre- vet précitée comporte principalement, alimenté par l'entrée 1, un répartiteur d'entrée 2 dont les deux sorties 3 et 4 constituent les entrées de deux voies une voie principale transmettant le signal à amplifier par l'amplificateur de sortie dont on cherche à corri- ger l'intermodulation et la cross-modulation, et une voie annexe comportant un générateur de produits de non linéarité 5. Ce générateur comprend deux amplifica- teurs identiques, 53 et 54, dont les niveaux d'excita- tion sont très différents. Pour cela, l'entrée 4 est reliée à un répartiteur 51 dont une sortie est reliée à l'entrée de l'amplificateur 53 par l'intermédiaire d'un atténuateur 52 pour former une voie d'amplification li- néaire, et dont l'autre sortie 51 est reliée directement à l'amplificateur 54, un atténuateur-55 étant placé à la sortie de cet amplificateur pour former une voie d'amplification non linéaire; les niveaux des signaux dans la voie linéaire et dans la voie non linéaire sont égaux, aux produits de non linéarité près, avant recombinaison dans un coupleur de sortie 56. Ce cou- pleur de sortie est un coupleur différentiel qui ex- trait, des signaux présents sur ses deux entrées, les parties qui ne sont pas communes à ces deux signaux, c'est-à-dire les produits de non linéarité opposés en 248279e phase avec les produits de non linéarité générés par l'amplificateur à corriger. En effet, l'amplificateur 53, attaqué à faible niveau, ne produit quasiment pas de distorsion. Par contre, l'amplificateur 54, attaqué à haut niveau, produit des distorsions. La sortie du générateur de produits de non linéarité ainsi réalisé est reliée à l'entrée d'un circuit de commande d'ampli- tude,6,dont la sortie est elle-même reliée à l'entrée d'un circuit de commande de phase,7. Le signal émergeant est alors couplé dans un additionneur de sortie 8 avec le signal transitant par la voie principale qui comporte seulement une ligne à retard 9. La sortie 10 de l'addi- tionneur 8 délivre alors -un signal dahs lequel la dis-- torsion introduite par les produits de non linéarité - est eh sens contraire de'la distorsion à corriger. Mais comme indiqué ci-dessus, la dissymétrie de la voie prin- cipale, comportant la ligne à retard, et de la voie annexe, comportant le générateur de non linéarité, fait que la distorsion n'est pas réalisée tout à fait de la même manière dans-toute la bande de fréquence, le temps de retard du groupe et la caractéristique amplitude- fréquence du générateur de produits de non linéarité étant évidemment différents dans les deux voiescomme indiqué ci-dessus. Pour effectuer, pendant l'exploitation, une mesure des produits de non linéarité qui permette de réaliser une précorrection automatique dans un système de trans- mission en exploitation, un produit de non linéarité généré en dehors de la bande utile peut être utilisé. Un tel dispositif de mesure, en exploitation, de produits de non linéarité a été décrit dans la demande de brevet n0 79 31 488 déposée 'e 21 décembre 1979 au nom de la Demanderesse. Pour que la mesure soit exacte, il faut absolument que la correction ait lieu avec la même efficacité et suivant la m9me loi de phase à l'intérieur de la bande utile et à l'extérieur de cette bande, là o le produit inter-porteuse utilisé pour la mesure peut etre prélevé par simple filtrage (par exemple la composante à 2FI - FS, o F, est la fréquence porteuse image et FS la fréquence porteuse son). Les courbes représentées sur la figure 2, per- mettent de mieux mettre en évidence le défaut à corri- ger pour pouvoir réaliser une mesure exacte du taux d'intermodulation. La première courbe représente la variation du gain du générateur de produits de non li- néarité, 5, dans la bande de fréquences, G(f), G étant le gain pour la fréquence centrale de la bande. Ce gain varie de part et d'autre de G de t G. L'amplitude I1 des produits de non linéarité générés-par le générateur n'est donc pas constante dans toute la bande de fré- quences, à niveau d'entrée égal. Sa variation est re- présentée par la deuxième courbe de la figure 2, 1() dB. Par contre, la ligne à retard 9 n'a aucune influ- ence sur le niveau I2(f)dB des produits de non linéari- té à corriger, représenté en fonction-de la fréquence, sur la troisième courbe de la figure 2. En conséquence, en admettant que les produits de non linéarité se compensent exactement pour la fréquen- ce centrale, le niveau des produits d'intermodulation résultant IT, dont l'expression en fonction de Il et I2 I I 2 est: ITdB = 2OLog ( 10 - 10 |), varie de part et d'autre de cette fréquence centrale. La quatrième cour- be de la figure 2 représente cette variation de l'am- plitude restante des produits de non linéarité en fonc- tion de la fréquence. Il faut noter que IT reste tou- jours très largement inférieur aux 54dB requis par les normes internationales dans toute la gamme de fréquences d'un canal de télévision. La figure 3 représente le dispositif de précor- rection suivant l'invention. Sur la figure 3, les mêmes éléments que sur la figure 1 ont été désignés par les mêmes repères. Dans ce dispositif de précorrection, l'entrée t est reliée à l'entrée d'un répartiteur de puissance 2 par un atténuateur variable 13. Les deux sorties, 3 et 4, de ce répartiteur alimentent respectivement une voie principale et une voie annexe. La voie annexe comporte comme précédemment un générateur de produits de non li- néarité 5 identique à celui utilisé dans le dispositif décrit en référence à la figure 1. Par contre, la ligne à retard 9 du dispositif de cette meme figure t est remplacée, dans le dispositif de précorrection suivant l'invention, par un circuit 90 comportant les me'mes com- posants que le générateur de produits de non linéarité, , c'est-à-dire un répartiteur de puissance d'entrée 91 exactement semblable au répartiteur 51, deux amplifica- teurs 93 et 94 identiques aux amplificateurs 53 et 54, et deux atténuateurs 92 et 95 identiques aux atténua- teurs 52 et 55 quant à leurs caractéristiques de phase et de temps de retard de groupe mais dont les atténua- tions peuvent éventuellement être différentes. Ces com- posants sont assemblés de façon que ce circuit 90 soit parfaitement linéaire et n'introduise donc pas de pro- duits de non linéarité. Pour cela, les deux voies de circuit sont organisées de la m9me manière que la voie dite linéaire du générateur de produits de non linéari- té. C'est-à-dire que les amplificateurs 93 et 94 sont attaqués à des niveaux d'excitation faibles, les atté- nuateurs 92 et 95 étant placés en amont de ces amplifi- cateurs. Les signaux de sortie des amplificateurs 93 et 94 alimentent les deux entrées d'un additionneur 96. Le signal émergeant de ce circuit 90 a le même temps de retard de groupe que celui transitant par la voie annexe comportant le générateur de produits de non linéarité, et ce signal subit les mtmes atténuations en fonction de la fréquence du fait que la caractéristique amplitude-fréquence de cette voie principale est exacte- ment la m9me que celle de la voie annexe. Un atténuateur variable 14 est disposé entre la sortie de l'addition- neur 8 et la sortie 10 du dispositif de précorrection pour ajuster la puissance de sortie de l'équipement dans lequel il s'insère. Pour que la transmittance de ce dispositif soit constante, les deux atténuateurs 13 et 14 sont couplés de telle manière que la somme des atténuations en dB soit constante. Ce dispositif est très avantageusement réalisé avec des composants microélectroniques. En effet, il existe actuellement des amplificateurs large bande réa- lisés à transistors, leurs bandes pouvant couvrir la bande 5MHz à 1000MHz. Les circuits additionneurs et r6- partiteurs tels que 8, 96 et 2, 51 et 91p et le circuit 56 effectuant la différence peuvent gtre soit des cou- pleurs à ferrite de déphasage O' ou 1800 (additionneur, répartiteur ou soustracteur respectivement), lorsque la bande ne dépasse pas 250MHz, soit des coupleurs 3 déci- bels dont on utilise l'accès somme ou l'accès différence. Les atténuateurs peuvent 9tre des atténuateurs électro- niques (diodes PIN) développés en micro-électronique couche mince. Cette nouvelle disposition constitue une simpli- fication notable quant aux réglages à effectuer. En effet, du fait de la symétrie parfaite des deux voies, voie annexe et voie principale, aucun élément variable supplémentaire n'est à prévoir dans ces deux voies et les circuits de commande d'amplitude et de phase (6 et 7 de la figure 1) sont maintenant inutiles. Les seuls réglages qui subsistent sont ceux des atténuateurse 13 et 14, et ces deux réglages sont liés, une atténuation A - AA par l'atténuateur 13 se traduisant par une atté- nuation A + tA par l'atténuateur 14 pour que la puis- sance de sortie reste inchangée. Le réglage peut d'ail- leurs être effectué automatiquement par une boucle de commande qui permet, à partir d'une variation d'ampli- tude des produits de non linéarité générés par le dis- positif de précorrection,déterminant l'efficacité de la correction des produits de non linéarité générés par l'amplificateur à corriger,,d'agir automatiquement sur l'amplitude de la tension d'entrée pour que la puissance de sortie de l'amplificateur reste constantes Le dispositif de correction ainsi réalisé est à large bande et peut donc 9tre associé à un dispositif de mesure en exploitation des produits de non linéari- té; une telle mesure permettant de mettre en oeuvre un système dans lequel la précorrection est réalisée automatiquement à partir d'une mesure de non linéarité par le dispositif de mesure. La figure 4 représente le dernier étage d'un système de transmission de signaux de télévision (d'é- mission nu de réémission) comportant un.tel dispositif de précorrection, avec précorrection automatique. Le circuit représenté sur la figure 3,(à l'exception des, atténuateurs 13 et 14) c'est-à-dire le dispositif de précorrection, est globalement désigné par Il sur cette figure. L'entrée de l'étage est reliée à l'entrée du - dispositif de précorrection par l'atténuateur variable commandable électriquement, 13. La sortie du dispositif de précorrection Il est reliée à l'entrée de l'amplificateur de.sortie 12 par l'intermédiaire de l'atténuateur variable à commande électrique 14. La sortie de cet amplificateur 12 ali- mente un aérien d'émission 19. La puissance de sortie P peut ttre mesurée au moyen d'un dispositif 16, une charge 15 étant disposée à la sortie de l'amplificateur 12. En agissant, dans la bande de fréquences, sur le coefficient d'atténuation de l'atténuateur variable 14. La boucle de contre-réaction constituée par un'détec- teur 17 et un comparateur 18 alimenté sur l'une de ses entrées par le détecteur 17 et sur l'autre par une ten- sion de consigne C, fournit à l'atténuateur variable 13 un signal de commande proportionnel à la tension d'er- reur constituée par la différence entre la tension dé- tectée par le détecteur 17 et la tension de consigne C. Pour déterminer l'optimum dans lequel l'intermodulation et la cross-modulation sont minimales, un dispositif de mesure 20(qui effectue un filtrage d'un produit inter- porteuses situé en dehors de la bande utile du signal transmis, par exemple le produit 2F1 - FS, comme dé- crit ci-dessus) permet, par comparaison avec des niveaux de référence prélevés dans le signal utile, de donner une mesure de l'intermodulation I et de la cross-nûodula- tion CM dans le signal transmis. Ces deux valeurs, disponibles sous forme binaire, sont transmises à un microprocesseur 21 qui calcule l'amplitude à donner aux produits de non linéarité générés par le-dispositif de précorrection et qui fournit donc le signal de com- mande à l'atténuateur variable 14. Comme il ressort de la description ci-dessus, le dispositif de précorrection selon l'invention est d'une très grande souplesse d'emploi et facilite grandement la maintenance de tels équipements. De plus, du fait que tous ses éléments peuvent être réalisés en microélectronique, son encombrement est très faible et il peut même 9tre introduit dans les équipements déjà réalisés. Il est également très facile à introduire dans les équipements de très faible puis- sance (qui sont également de très faible volume)0 Le taux de crossmodulation subsistant dans des systèmes de transmission équipés de tels dispositifs de précor- rection est inférieur à 7% (norme requise) et le taux d'intermodulation est inférieur à -60dB (la norme étant -54dB) dans toute la bande de fréquences et m9me en dehors du canal de télévision. La puissance de sortie d'une structure d'amplifi- cation est multipliée par 2,5 avec un tel dispositif de précorrection, avec des performances accrues. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion précisément décrit et-représenté, et il est à noter que cette structure est applicable dans les systèmes de transmission de signaux de télévision en voies séparées ou en voies communes, en ondes métriques ou en ondes dé- cimétriques. Ce dispositif est également applicable à des systèmes de transmission de signaux autres que des signaux de télévision, dans d'autres gammes de fréquen- ces, lorsque leurs performances sont limitées par des non linéarités d'ordre 3. i 24827'9 REVENDICATIONS 1, Dispositif de précorrection de produits de non linéarité introduits par un étage amplificateur, com- portant une entrée de signal couplée par l'intermédiaire d'un répartiteur de puissance (2) à une voie principale linéaire et à une voie annexe comportant un générateur de produits de non linéarité (5); ce générateur compor- tant un répartiteur de puissance (5l) alimentant en pa- rallèle une voie d'amplification linéaire et une voie d'amplification non linéaire, et un soustracteur (56) effectuant la différence entre le signal de sortie de la voie linéaire et le signal de sortie de la voie non linéaire pour générer seulement des produits de non linéarité opposés en phase avec les produits de non linéarité à corriger; un additionneur de sortie (8) relié aux sorties de la voie principale et de la voie annexe délivrant un signal somme des signaux fournis par ces deux voies! caractérisé en ce que la voie principale comporte:-un répartiteur de puissance (91) alimentant en parallèle deux voies d'amplification linéairessem- blables à la voie linéaire du générateur de produits de non linéarité, un additionneur réunissant les signaux de sortie de ces deux voies linéaires en un signal transmis à l'additionneur de sortie (8), un dispositif de réglage d'amplitude des produits de non linéarité étant prévu. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, la voie non linéaire du générateur de produits de non linéarité comportant en série un ampli- ficateur (54) et un atténuateur (55), et la voie liné- aire comportant en série un atténuateur (52) et un am- plificateur (53), les voies linéaires de la voie prin- cipale comportent en série un atténuateur (92 et 95) et un amplificateur (93 et 94) ayant les mêmes caracté- ristiques de phase et de temps de retard de groupe et même caractéristique amplitude-fréquence que ceux du générateur de produits de non linéarité. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de réglage comporte deux atténuateurs (13 et 14) respectivement disposés à l'entrée et à la sortie du dispositif dont le réglage fixe le niveau de précorrection en mainte- nant la puissance de sortie constante, la transmittance du dispositif de précorrection étant ainsi maintenue constante. 4. Système de transmission de signaux de télé- vision comportant dans un étage d'émission un amplifi- cateur de puissance produisant des non linéarités, ca- ractérisé en ce qu'il comporte en amont de l'amplifica- teur un dispositif de précorrection selon l'une quel- conque des revendications précédentes. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une boucle de commande prélevant une fraction du signal de sortie de l'amplificateur, fournit,après comparaison avec un signal de référence, un signal de commande à 1' atténuateur d'entrée (13) commandable électriquement, la puissance de sortie de l'amplifica- teur étant ainsi maintenue constante, et le réglage du niveau de précorrection étant alors défini par l'atté- nuateur de sortie (14). 6. Système selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce-qu'il comporte en outre une chaîne de mesure (20, 21), en exploitation, des pro- duits de non linéarité générés par l'amplificateur, cette chaîne de mesure fournissant un signal de com- mande à l'atténuateur de sortie commandable électri- quement du dispositif de précorrection de produits de non linéarité de manière à effectuer une minimisation permanente et automatique de ces produits.