Brevet FR2621752A1 — publié le 19890414

L'invention concerne un procede pour i]amplification iineaire de signaux, notamment dans des transpondeurs de satellite. Independamment de l'emplacement de travail, tous les amplificateurs lineaires conventionnels présentent une baisse du rendement en cas de modulation partielle. Par amplificateurs conventionnels on entend ici des amplificateurs dont la tension d'alimentation principale ou dont la charge n'est pas commandee de manière dynamique en fonction de la puissance de sortie momentanée. Il est possible de démontrer sous des aspects generaux que le rendement ne peut pas depasser des valeurs proportionnelles a la tension de la modulation. Du fait que pratiquement tous les amplificateurs posseoent cette qualite, on specifie les amplificateurs la plupart du temps lors de la moaulation maximale et- accepte comme inevitable la baisse du rendement lors de la modulation partielle. Les amplificateurs lineaires dans des transpondeurs ae satellite doivent etre modules de telle façon que les valeurs de crête relativement rares, qui se forment par addition vectorielle des signaux dcuti]lsateur (SCPC) individuels dans le transpondeur, puissent etre transmises sans distorsions. Or de ce fait, la modulation moyenne du transpondeur devient lnevitablement inférieure de 4 a 8 dB à la valeur de modulation maximale. Ce phenomene est designe comme "backoff" et fait que le rendement de systeme du transpondeur baisse de 1,5 a 3 fois par rapport aux chiffres constates lors de la modulation maximale. Les causes de cette baisse de rendement sont les suivantes: Des amplificateurs linéaires travaillent avec une tension d'alimentation constante sur -le collecteur. L'amplificateur est conçu de telle façon qu'avec la modulation maximale le transistor de sortie (ou le tube) soit adapté de manière optimale. En cas de modulation partielle (par exemple avec la moitie de la tension de sortie), la puissance de sortie a diminue a un quart (P=U2/R). La tension de service de l'amplificateur etant constante, la puissance o entree au courant continu (moitie du courant) n-a baisse que de moitié. Par consequent, le probleme resiae dans le fait qu'avec la moitie de l'excitation, ladaptation ce l'amplificateur n'est plus correcte. Pour obtenir un bon rendement, il faudrait egalement diviser par deux la tension d'alimentation. Le problème est le meme pour des émetteurs de radiodiffusion a modulation d'amplitude et les procédes élabores dans ce domaine peuvent en principe également être appliqués aux transpondeurs de satellite. Neanmoins, jusqu'à présent seule l'AMSAT a utilise ces procedés dans l'espace. Fondamentalement il existe deux possibilites de maintenir le rendement constant, a savoir d'une part la modulation de la tension du collecteur du transistor émetteur en fonction de la modulation et d'autre part l'utilisation de ceux canaux d'amplification travaillant sur des reseaux ae sortie adequats, de sorte que l'lmpedance de charge sur l'amplificateur devienne variable et l'adaptation optimale soit conservee pour toutes les charges. Les deux procedés ont été employés dans la technique de la radiodiffusion et ont servi, avec des modifications appropreiées, également dans des satellites AMSAT, comme il ressort des ouvrages suivants: (1) A new high Efficiency Power Amplifier for Modulated Waves, W.H. Doherty, Proc. IRE, Vol. 24, Sept. 1936, pp 1163, (2) High Power Outphasing Modulation, H. Chirelx, Proc. ire, Vol. 23, Nov. 1935, pp 1370, (3) Instruction Manual of the VP-100 Transmitter, Gates Radio Corp., Quinc., Ill. USA, (4) Lineare Nachrichtentransponder durch nichtlineare Signal- zerlegung, K. Meinzer, Inaugural-Dlssertation, Marburg 1973. Des problemes particulièrement importants se posent pour des transpondeurs a bande L. Dans la bande L (1500 à 1700 MHz), les puissances de sortie pouvant etre obtenues actuellement avec des semi- conducteurs se situent entre 20 et 40 W PEP (Peak Envelope Power - Puissance-crete). Or, dans la plupart des applications de transponaeurs, des puissances de sortie plus élevees sont 262 1752 necessaires, de sorte qu'un montage en parallele a-un grand nombre ce modules d'amplificateurs soit lnevitaDie. Les moyens adaaptation (hybrides) necessaires a cet effet excluent toutefois d'appilquer le principe de l'impédance de charge variable. Une variation de la tension de collecteur par exemple avec un modulateur de duree d'impulsions est en général vouée à l'échec, car la largeur de bande de l'amplificateur ne peut pas dépasser quelques MHz. En effet, le modulateur doit etre capable de traiter environ le triple de la largeur de bande du transpondeur. L'invention a pour but de créer un procédé du type cite au début, ainsi que des dispositifs pour sa mise en oeuvre, qui permet daameliorer de manière decisive le rendement d'amplificateurs, notamment pour des transpondeurs de satellite. Conformement a l'invention ce but est atteint par le fait qu'au moins trois amplificateurs travaillent par 1 intermediaire inverseurs d impedance sur la charge commune. Il est particulierement avantageux lorsque le nombre des amplificateurs est impair. Le procède a N canaux conforme a l'invention tente de resoudre a la racine le probleme decrit au debut: la baisse de rendement lors de la modulation partielle, normale dans le transpondeur, n-est pas consideree comme inevitable. Au contraire, on veille sur le plan du systeme a ce que le rendement reste pratiquement constant pendant la modulation partielle et que le rendement du transpondeur augmente ainsi d'un facteur de 1,5 a 3. Des détails de l'invention ressortent des autres revendications rattachées et de la description, dans laquelle seront expliques ci-après des exemples de réalisation à l'aide des dessins, sur lesquels la figure 1 représente les puissances et les rendements d'amplificateurs lineaires typiques (état de la technique), les figures 2a à d représentent de façon schematique la modulation "outphasing" selon l'état de la technique, avec deux amplificateurs, -4. les figures 3a a d representent un amplificateur a N canaux conforme a leinvention, et les figures 4a a d representent un amplificateur a 3 canaux conforme a l'invention. La figure I montre de façon schématique les conditions fondamentales connues dans des amplificateurs lineaires typiques. Comme explique au début, il est possible de démontrer sous des aspects generaux que le rendement ne peut pas dépasser des valeurs proportionnelles à la tension de la modulation. Du fait que pratiquement tous les amplificateurs possèdent cette qualite, on spécifie les amplificateurs la plupart du temps lors de la modulation maximale et accepte comme inévitable la baisse du rendement lors de la modulation partielle. Les figures 2a a d montrent de façon schematique la modulation "outphasing" selon l'etat de la technique, avec deux amplificateurs. L'invention part du fait que dans des procèdes avec deux canaux d'amplification et avec commande de phase selon la figure 2 ou (2), le courant de collecteur devient approximativement une fonction quadratique de la modulation et le spectre d'amplitude reste ainsi limite a peu pres a la largeur de bande du transponaeur. Ainsi de tels procedes conviennent particulièrement bien lorsqu il s'agit d-obtenir de grandes largeurs de bande. Neanmoins le nombre relativement eleve de composantes déwattees au courant dans les amplificateurs diminue en principe le rendement par rapport a la variation de la tension de collecteur, et il n'est possible de reunir que deux transistors, de sorte que la puissance ae sortie reste limitee. Suivant les figures 3a à d, l1invention réside dans le fait que trois amplificateurs ou plus travaillent par l'intermediaire d'inverseurs d'impédance sur la charge commune.- Une excitation adequate des amplificateurs individuels permet d'obtenir une fonction de transfert linéaire. Les amplificateurs individuels travaillant avec une tension de sortie HF constante, ils sont adaptes de manière optimale pour toutes les modulations. Pour un nombre impair d'amplificateurs, l'un des amplificateurs ne presente 262 1 752 pas de courants dewattes, de sorte que le rendement soit meilleur que dans les procedes anterieurs a 2 canaux. Le nombre accru des canaux implique egalement une puissance de sortie plus élevee correspondante. Pour trois canaux selon les figures 4a à d, on obtient 1,5 fois la puissance de sortie par rapport à un émetteur classique Doherty ou Chireix esperer de très grandes fiabilités. - 6 - Revendications 1. Procede pour l'amplification lineaire de signaux, notamment dans des transpondeurs de satellite, caractérisé en ce qu"au moins trois amplificateurs travaillent par l'intermédiaire d"lnverseurs d impédance sur la charge commune. 2. Procéde selon la revendication 1, caractérise en ce qu'un nombre impair d'amplificateurs sont interconnectes. 3. Procédé selon les revendications 1 à 2, caracterisé en ce que trois amplificateurs sont interconnectés. 4. Amplificateur linéaire notamment pour des transpondeurs de satellite, caracterise en ce qu'au moins trois amplificateurs sont interconnectes par l'intermédiaire d'inverseurs d"'impéceance.