Brevet FR2553947A1 — publié le 19850426

Dispositif de précorrection automatique des non-linéarités dans une chaîne d'amplification de puissance et émetteur de télévision comportant un tel dispositif L'invention se rapporte à un dispositif de précorrection automati- que des non-linéarités, intermodulation et/ou transmodulation, dans une chaîne d'amplification de puissance. Son domaine est particulièrement celui des émetteurs et réémetteurs de télévision, dans lesquels le signal à émettre est un signal modulé en amplitude. En effet, lorsque les amplifi- cateurs de puissance présentent des non-linéarités, la modulation d'ampli- tude du signal à transmettre subit une distorsion qui nuit à la qualité du signal reçu. Dans les émetteurs de télévision comportant deux chaînes d'am- plification séparées, l'une destinée à l'amplification du signal vidéo image, J'autre destinée à l'amplification du signal audiofréquence, les défauts créés par les non-linéarités des amplificateurs se traduisent par une intermodulation du signal amplifié, c'est-à-dire qu'un signal parasite est superposé au signal de modulation à transmettre. Dans les émetteurs de télévision en voie commune, c'est-à-dire dans lesquels le signal vidéo fréquence et le signal audio fréquence, tous deux modulés en amplitude, sont transmis et amplifiés simultanément, les non-linéarités dans la chaîne d'amplification se traduisent d'une part par un signal parasite d'intermodulation sur chacune des porteuses modulées, et d'autre part par un signal parasite de transmodulation dO au transfert de modulation de chacune des porteuses sur l'autre. Les critères de qualité des émetteurs ou réémetteurs de télévision sont tels que le bruit c'est-à-dire les signaux parasites doivent être à un niveau de 60 décibels au-dessous du signal utile. Or, lorsqu'aucune correc- tion n'est appliquée, le niveau de bruit n'est qu'à 20 décibels audessous du signal utile. En conséquence, il est absolument indispensable de mettre en oeuvre dans ces systèmes des moyens de correction de non-linéarités. Le brevet français n 2 275 065 au nom du Demandeur, décrit un circuit de correction particulièrement adapté à la correction des non- linéarités du troisième ordre dans un émetteur à voies séparées. Dans ce i-553947 circuit, les signaux à l'entrée et à la sortie de la chaîne d'amplification sont détectés, le signal à la sortie de la chaîne étant de plus divisé par un coefficient égal à la partie linéaire du gain de la chaîne d'amplification, ces deux signaux étant comparés dans un soustracteur qui délivre un signal d'erreur à la pulsation de la sousporteuse à corriger; ce signal d'erreur est ensuite additionné au signal d'entrée dans un circuit de précorrection précédant les étages d'amplification. Un tel dispositif de précorrection est bien adapté à la correction de l'intermodulation, mais il ne permet pas de corriger convenablement la distorsion d e à la transmodulation d'une porteuse sur l'autre dans un émetteur à voie commune. En effet, un tel système permet de corriger convenablement une sous-porteuse à puis- sance constante. Mais lorsque la sous-porteuse à corriger est elle-même modulée en amplitude, et a donc une puissance instantanée variable, ce circuit de correction ne permet pas de la corriger dans toute sa plage de variation. L'invention a pour objet un dispositif de correction automatique des non-linéarités dans une chaîne d'amplification de puissance, en parti- culier les non-linéarités dues à la transmodulation dans un émetteur à voie commune, qui permet d'améliorer la qualité des équipements et qui n'a pas les limitations du système décrit ci-dessus. Suivant l'invention, un dispositif de précorrection de non- linéarités dans une chaîne d'amplification de puissance, comportant deux voies en dérivation respectivement connectées en amont et en aval de la chaîne d'amplification pour prélever une partie du signal transmis, cha- cune comportant un circuit de détection recevant le signal prélevé, la voie en dérivation branchée' à la sortie de la chaîne d'amplification comportant en outre un atténuateur ayant un coefficient d'atténuation égal à la partie du gain de la chaîne indépendante du signal d'entrée, est caractérisé en ce que les sorties des voies en dérivation sont reliées aux entrées d'un diviseur analogique dont la sortie est couplée à l'entrée de commande d'un circuit de précorrection à atténuation ajustable, ce circuit de précorrection étant placé en amont de la dérivation précédant la chaîne d'amplification. L'invention a également pour objet un émetteur de télévision comportant un tel dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques appa- raîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation du dispositif de correction automatique suivant l'invention; - les figures 2 et 3 sont des schémas de détails de certains éléments du dispositif représenté sur la figure 1; - la figure 4 est un schéma synoptique d'un second mode de réalisation du dispositif de correction suivant l'invention. Comme indiqué ci-dessus, lorsque deux signaux à des sous- porteuses différentes sont transmis simultanément à une chaîne d'amplifi- cation en vue d'y être amplifiés ensemble, et lorsque la chaîne d'amplifi- cation n'est pas parfaitement linéaire, ce qui est le cas lorsque les amplificateurs sont utilisés dans une plage assez grande de leur caracté- ristique Vs = f(Ve) pour augmenter le rendement de la chaîne d'amplifica- tion, et donc dans des portions non linéaires de cette caractéristique, la tension de sortie de la chaîne d'amplification n'est plus alors rigoureuse- ment proportionnelle à la tension d'entrée. Il apparaît des termes fonction du carré de la tension d'entrée, les termes fonction du cube de cette même tension, etc... Le calcul développé des différentes Composantes du signal de sortie montre que les termes fonction du cube de la tension d'entrée font apparaître des signaux aux pulsations des fréquences sous- porteuses constituant le signal d'entrée, contrairement aux termes fonc- tion du carré de la tension d'entrée qui eux ne font pas apparaître de tels signaux. Dans les composantes à l'une des porteuses d'entrée, l'une est le résultat de l'intermodulation c'est-à-dire un signal de distorsion dû à la modulation de la sous-porteuse elle-même, l'autre est un signal parasite créé par l'autre porteuse. Ainsi, pour un signal de télévision amplifié en voie commune, le signal son étant u1 = Pa(t) cos.ua(t), le signal image étant u2 = Pi(t) cos.Ui(t), si ue est la somme de ces deux tensions et que la tension de sortie u de la chaîne d'amplification est égale à k ue + k2 ue + k3 ue, cette tension de sortie s'exprime en fonction des composantes image et son à l'entrée de la manière suivante: U= kl P cos. wu(t) s a a + kl Pi cos.'i(t) 32 2 ±3k P (P 2+ 2 Pi) cos. wa(t) 4 3 a a Je a + 3 k3 Pi (2 Pa2 + P) coS.ui(t) Pour réaliser la correction d'intermodulation et de transmodula- tion simultanément, pour toute la plage de puissance des porteuses, le dispositif de correction comporte, pour la corirection de chaque porteuse, un système de filtrage des composantes à la fréquence de cette porteuse, suivi d'un atténuateur de coefficient égal à la partie du gain de la chaîne d'amplification indépendante du signal d'entrée, qui traite le signal de sortie de la chaîne d'amplification. Ce signal est divisé par le signal d'entrée de la chaîne d'amplification également après détection, le signal de sortie du diviseur fournissant un signal de précorrection appliqué à l'entrée de commande d'un atténuateur ajustable recevant le signal de la voie correspondante avant sommation avec le signal de l'autre voie. La figure 1 est le schéma synoptique du dispositif de correction automatique suivant l'invention pour la correction de l'une des porteuses. Pour la correction de l'autre porteuse une voie analogue doit être prévue comme il sera indiqué ci-après. Sur la figure 1, un générateur de signal à fréquence intermédiaire modulé par le son' 10 est représenté. Sa sortie délivre le signal en fréquence intermédiaire, modulé en amplitude par le signal audiofré- quence, soit uI. La sortie de ce générateur est reliée à l'entrée de signal d'un circuit de précorrection 11 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un coupleur 12 qui transmet la plus grande partie du signal d'entrée à la première entrée d'un sommateur 13, et une fraction ul/K de ce signal dans une voie en dérivation, à l'entrée d'un détecteur de modulation d'amplitude 14. Un générateur de signal à fréquence intermédiaire modulé par l'image 15 a sa sortie reliée à la seconde entrée du sommateur 13 et fournit le signal à fréquence intermédiaire modulé en amplitude par le signal vidéo. La sortie du sommateur fournit donc un signal composite qui est alors transposé en radiofréquence, c'est-à-dire à la fréquence d'émis- sion, dans un mélangeur 16 ayant une entrée d'oscillateur local à la 2'553947 fréquence d'émission, OL. La sortie de ce mélangeur est reliée à l'entrée de la chaîne d'amplification de puissance 17 qui reçoit donc le signal composite à la fréquence d'émission, ue. Le signal de sortie de la chaîne d'amplification de puissance us est appliqué à l'entrée d'un coupleur 18 qui en transmet la plus grande partie à la sortie en vue de son émission, et qui en prélève une fraction u s/K dans une seconde voie en dérivation dans le but de réaliser la correction automatique de distorsion. La sortie de dérivation du coupleur 18 est reliée à l'entrée d'un filtre de sélection de la porteuse son en radiofréquence, 19; la sortie de ce filtre est reliée à l'entrée d'un atténuateur ajustable 20 dont la sortie est reliée à l'entrée d'un détecteur de modulation d'amplitude 21. Les sorties des détecteurs 14 et 21 sont reliées aux entrées d'un diviseur analogique 22 dont la sortie est couplée d'une part à l'entrée de commande du circuit de précorrection 11, pour la précorrection de la distorsion par l'intermédiaire d'un amplificateur différentiel 24, d'autre part, à l'entrée de commande de l'atténuateur ajustable 20, par l'intermé- diaire d'un filtre passe-bas 23, cet atténuateur 20 étant prévu pour annuler les variations lentes de la partie du gain de la chaîne d'amplifica- tion de puissance indépendante de la tension d'entrée, en faisant varier de la même manière l'atténuation de l'atténuateur 20. Ces variations lentes peuvent être fonction de la température ou peuvent être occasionnées par le vieillissement des composants. Ainsi, à la sortie du diviseur analogique rapide 22, la tension u m est composée d'une tension continue, qui sera annulée dans la boucle de commande du circuit de précorrection 11, d'un signal caractéristique de 3k3 2 l'intermodulation son proportionnel à 3 kv Pa, et d'un signal caractéristi- que de la transmodulation sur la porteuse son créée par la porteuse image k proportionnel à 3 -3 P2. L'amplificateur différentiel 24 permet d'inver- 2 k1 i ser cette tension, d'annuler sa composante continue indépendante du signal de modulation Pa(t) au moyen d'une tension de référence VREF, et d'ajuster le coefficient d'efficacité de la correction. Il fournit donc le signal de commande de précorrection, appliqué au circuit de précorrection des composantes de distorsion son qui commande une variation du coefficient d'atténuation du circuit de correction en fonction de la tension d'entrée inverse de celle du gain de la chaîne d'amplification. Le circuit de précorrection ne doit pas distordre le signal à transmettre, ces signaux étant en général des signaux à fort niveau. De plus, il doit avoir une loi de commande linéaire et un temps de réponse très court puisqu'il doit suivre les composantes de modulation. Enfin, il ne doit surtout pas intégrer la tension de commande appliquée sur son entrée. En conséquence, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de précorrection 11 est un atténuateur ajustable réalisé à partir d'un mélangeur à diodes PIN rapides. Ce mode de réalisation de l'atténuateur ajustable Il est repré- senté sur la figure 2. Il comporte un transformateur d'entrée T1 sur le primaire duquel est appliqué le signal à fréquence intermédiaire modulé en amplitude par le son, u1. Le point milieu du secondaire du transforma- teur T1 est relié à la masse tandis que les extrémités de ce secondaire sont reliées à deux bornes opposées du mélangeur rapide à diodes PIN, MX. Les deux autres bornes opposées du mélangeur à diodes sont reliées aux extrémités du primaire d'un second transformateur T2 dont le point milieu reçoit le signal de commande de précorrection Uc = - (C um - VREF), c. étant le coefficient d'efficacité de la correction. Le secondaire du transformateur T2 fournit le signal à fréquence intermé- diaire, modulé en amplitude par le son, précorrigé pour compenser les distorsions qui seront introduites par la suite par la chaîne d'amplification de puissance du fait des non-linéarités. Pour que ce dispositif de correction automatique fonctionne convenablement, il est nécessaire que le temps de transfert de la chaîne d'amplification soit le plus faible possible. De même, dans le filtre de sélection des composantes à la fréquence d'émission du son, 19, (ou dans le filtre de sélection des composantes à la fréquence d'émission de l'image, dans le cas o la boucle concerne la correction de la porteuse image), il est nécessaire que le temps de transfert soit aussi faible que possible, ce filtre devant être en même temps très sélectif. Ce temps de transfert du filtre doit en tout état de cause rester inférieur à 100 ou 150 nanosecon- des. En conséquence dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le filtre de sélection 19 sera un filtre réjecteur des composantes à la fréquence porteuse image (ou son, dans 'le cas de la correction de la composante image). De plus, pour que le système fonctionne correcte- ment, il importe que les détecteurs, 14 et 21, traitant respectivement le signal modulé avant et après l'amplification de puissance, soient aussi semblables que possible de façon que le diviseur analogique fasse apparaî- tre des composantes de distorsion réelles. L'atténuateur ajustable 20 est prévu comme indiqué ci-dessus pour tenir compte de l'évolution de la composante du gain de la chaîne d'amplification de puissance, kl, indépendante de la tension d'entrée. En effet, si ce gain évolue dans le temps ou en fonction de la température, et que l'atténuation par l'atténuateur 20 reste fixe et égale à l/k1, le montage ne sera plus équilibré. Le coefficent - appliqué au signal de k1 sortie de la chaîne d'amplification de puissance par l'atténuateur 20 est donc asservi aux variations de k1 dans la chaîne d'amplification. Cet asservissement prend comme base la tension continue à la sortie du diviseur analogique 22. Pour cela le signal de sortie du diviseur analogique um est filtré dans le filtre passe-bas 23 afin d'éliminer toutes les composantes dues à la modulation. Le signal de sortie du filtre passe-bas 23 est donc le signal de commande de l'atténuateur ajustable 20. Ainsi les défauts "rapides" fonction de la modulation du signal d'entrée sont supprimés quelles que soient les variations "lentes" du gain de la chaîne d'amplification, en conservant une qualité constante, la correction étant indépendante du niveau de sortie réel. Pour que le système de correction automatique continue à fonctionner même lorsqu'une forte baisse de niveau est détectée dans la chaîne d'amplification, il est nécessaire que la boucle de commande de l'atténuateur ajustable ait- une dynamique suffi- sante. En conséquence, l'atténuateur ajustable 20 est, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, constitué d'un coupleur 3 décibels, dans lequel on fait varier le coefficient de réflexion par une commande à diodes PIN. Un mode de réalisation de cet atténuateur est représenté sur la figure 3. La sortie du détecteur 21 est reliée au premier accès d'un coupleur 3dB C, dont un deuxième accès constitue la sortie de l'atténua- teur. Les troisième et quatrième accès sont reliés à l'entrée de commande par l'intermédiaire de condensateurs C1, C2 respectivement et de résis- tances R1 et R2 respectivement, les points communs aux résistances et capacités étant reliés à la masse par l'intermédiaire de diodes PIN, D1 et D2. En ce qui concerne le diviseur analogique 22, il n'existe pas actuellement de tels diviseurs suffisamment rapides pour travailler dans toute la bande du signal vidéo. En conséquence, le diviseur analogique est réalisé au moyen d'un multiplicateur monté dans la boucle de contre- réaction d'un amplificateur opérationnel ayant une bande de transfert suffisamment grande pour que tout le signal vidéo soit transmis. La figure 4 représente un dispositif de précorrection permettant de corriger également les distorsions sur la porteuse image. Les mêmes éléments que sur la figure 1 ont été désignés par les mêmes repères et des éléments analogues se rapportant au traitement de la porteuse image ont été désignés par des repères augmentés de 100. Pour réaliser dans le même montage la correction des distorsions de la composante image, un circuit de précorrection 111 et un coupleur 112 sont placés en série entre la sortie du générateur de signal modulé par l'image, 15, et l'entrée correspondante du sommateur 13. La seconde sortie du coupleur est reliée à un dispositif de détection de modulation image, 114, tandis qu'un autre coupleur 118 est prévu à la sortie de la chaîne d'amplification de puissance pour alimenter la boucle de détection des distorsions image qui comporte alors un filtre de sélection image 119 accordé sur la fréquence porteuse d'émission de la composante d'image, suivi d'un atténuateur ajustable 120 et d'un détecteur de modulation d'amplitude 121; de la même manière que précédemment la sortie du détecteur de signal image avant amplification et la sortie de la chaîne de détection du signal image après amplification sont reliées aux entrées d'un diviseur analogique 122 dont la sortie commande le circuit de précorrec- tion 111 placé dans la voie image avant la réunion des composantes image et son. Mais en plus, pour le traitement des composantes à la fréquence image, il est nécessaire d'introduire dans la voie de détection du signal avant sommation un circuit à retard 100, pour compenser le retard introduit dans la chaîne d'amplification de puissance, retard généralement fonction de la fréquence de l'émetteur. Pour obtenir un circuit de correction automatique standard, il est utile de prévoir une ligne à retard fixe et une ligne à retard variable pour ajuster le retard introduit dans cette voie à la fréquence de l'émetteur. 255394? L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. En particulier, il a été supposé dans le schéma de la figure 1 que la sommation des deux composantes était réalisée à partir des composantes en fréquence intermédiaire, et dans ce cas la détection de la modulation de la composante son avant sommation est réalisée en fréquence intermédiaire tandis que la détection de la modulation de]a composante son après sommation est réalisée en VHF à la fréquence d'émission. Il est évident que si la sommation a lieu en VHF, les deux détections peuvent être réalisées toutes deux en VHF, ou comme dans le mode de réalisation décrit, la détection de signal avant amplification peut être réalisée en amont, dans la voie en fréquence intermédiaire. De plus, le dispositif de correction décrit ci-dessus a été axé sur la correction de la transmodulation et de l'intermodulation simultanément, dans un émetteur ou un réémetteur en voie commune, mais ces dispositifs de correction automatique s'appliquent tout aussi bien à la correction d'inter- modulation de l'une des composantes seulement lorsque ces composantes sont amplifiées séparément, la distorsion de non-linéarité étant alors seulement de l'intermodulation. Dans ce cas il n'est d'ailleurs pas utile de prévoir un filtre à la sortie de la chaîne d'amplification. REVENDICATIONS 1. Dispositif de précorrection de non-linéarités dans une chaîne d'amplification de puissance (17), comportant deux voies en dérivation respectivement connectées en amont et en aval de la chaîne d'amplifica- tion pour prélever une partie du signal transmis, chacune comportant un circuit de détection (14, 21) recevant le signal prélevé, la voie en dérivation branchée à la sortie de la chaîne d'amplification comportant en outre un atténuateur (20) ayant un coefficient d'atténuation égal à la partie du gain de la chaîne indépendante du signal d'entrée, caractérisé en ce que les sorties des voies en dérivation sont reliées aux entrées d'un diviseur analogique (22) dont la sortie est couplée à l'entrée de commande d'un circuit de précorrection (11) à atténuation ajustable, ce circuit de précorrection étant placé en amont de la dérivation précédant la chaîne d'amplification. 2. Dispositif selon la revendication 1 pour la correction de la transmodulation d'une porteuse sur une autre dans une chaîne d'amplifica- tion en voie commune de plusieurs porteuses modulées en amplitude, caractérisé en ce que la voie en dérivation branchée à la sortie de la chaîne d'amplification en voie commune comporte en outre un circuit de filtrage (19) de la porteuse à corriger, la voie de dérivation en amont de la chaîne d'amplification étant branchée dans la voie de transmission de cette même porteuse, avant sommation des composantes à amplifier en voie commune. 3. Dispositif selon la revendication 2 pour la correction des transmodulations, d'une part de la porteuse image sur la porteuse son et d'autre part de la porteuse son sur la porteuse image dans une chaîne d'amplification (17) en voie commune des composantes vidéo et audio d'un signal de télévision, caractérisé en ce qu'il comporte deux circuits de précorrection (11, 111) respectivement placés dans les voies de transmis- sion image et son avant addition des composantes, deux voies en dériva- tion respectivement connectées entre le circuit de précorrection corres- pondant et la chaîne d'amplification, et deux voies de dérivation connec- tées à la sortie de la chaîne d'amplification, l'une comportant un circuit de filtrage (19) de la porteuse son et l'autre comportant un circuit de filtrage de la porteuse image (119). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que pour la précorrection de non-linéarités sur la porteuse image d'un signal composite de télévision, la voie en dérivation correspondante située en amont de la chaîne d'arhplification comporte en plus du circuit de détection (114) un circuit à retard (100) ajusté en fonction de la fréquence d'émission. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de précorrection (11) est un circuit atténuateur ajustable à diodes PIN. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atténuateur (20) situé dans la voie de dérivation de sortie est un atténuateur ajustable commandé par les variations lentes de la compo- sante continue du signal de sortie du diviseur (22), le dispositif comportant à cet effet un circuit de filtrage passe-bas (23) reliant la sortie du diviseur (22) à l'entrée de commande de cet atténuateur ajustable (20). 7. Emetteur de télévision comportant un dispositif de précorrec- tion de non-linéarités selon l'une quelconque des revendications précé- dentes.