Brevet FR2646574A1 — publié le 19901102

AMPLIFIGATEUR A GAIN REGLABLE, UTILISABLE DANS LE DOMAINE DES HYPERPREQUENCES La présente invention se rapporte à un amplificateur à gain réglable utilisable, dans le domaine des hyperfréquences, en Fréquence Intermédiaire (de 70 à 140 Mégahertz pour fixer les idées) aussi bien quten Radiofréquence (de l'ordre de un Gigahertz par exemple) ou en Basse-Fréquence (une dizaine de Mégahertz par exemple). Dans une channe de réception, le démodulateur, qui est nécessaire à la reconstitution de l'information, doit être attaqué à niveau constant afin de fonctionner correctement. En revanche, le niveau reçu peut varier de plusieurs décibels en fonction du débit, de la configuration de la partie réception (type de transposition, câbles,...), ou de l'évanouissement de propagation. Un amplificateur à gain réglable est alors nécessaire, avec commande manuelle ou automatique de gain. Le gain réglable est traditionnellement réalisé au moyen d'un atténuateur réglable qui est inséré dans la chaine d'amplification qui précède le démodulateur. Un tel atténuateur doit rester linéaire en caractéristique amplitude/fréquence en fonction de l'atténuation, et il ne doit pas créer de raies parasites d'intermodulation pour les forts niveaux d'entrée. La chaîne d'amplification classiquement utilisée comporte en général un amplificateur à gain fixe qui précède cet atténuateur variable. Ceci s'avère nécessaire pour masquer le facteur de bruit relativement important de l'atténuateur et éviter des niveaux trop faibles pour des champs reçus peu élevés. Avec ces dispositifs classiques, un problème se pose lorsque la dynamique des niveaux à l'entrée est grande, car la même chaîne doit pouvoir fonctionner aussi bien avec des niveaux d'entrée faibles qu'avec des niveaux d'entrée forts, sans produire dans ce dernier cas de raies parasites dtintermodulation. Les principaux types d'atténuateurs variables normalement utilisés en Fréquence Intermédiaire (70 à 140 Mégahertz) sont les modulateurs en anneau, les montages à transistors à effet de champ à double grille, les montages à diodes PIN. Pour ces deux premiers types, le point de saturation est au plus bas pour l'atténuation maximale (alors que le niveau reçu est le plus élevé), ce qui n'est pas adéquat. Les atténuateurs à diodes PIN sont en revanche moins sensibles au niveau reçu, mais leur caractéristique amplitude/fréquence en fonction de l'atténuation n'est pas très linéaire. Ils sont en outre assez complexes à réaliser si l'on souhaite obtenir une grande dynamique. Enfin, quel que soit le type d'atténuateur utilisé, l'amplificateur à gain fixe placé à entrée risque de saturer pour les forts niveaux d'entrée et d'avoir un gain trop faible pour les niveaux reçus peu élevés. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en prévoyant un amplificateur à gain réglable par commande extérieure, cet amplificateur n'utilisant pas d'atténuateur réglable et étant aisément intégrable, par le fait qu'il utilise un ou plusieurs amplificateurs MMIC ("Monolithic Microwave Integrated Circuit", c'est à dire Circuit Intégré Monolithique Hyperfréquence) .11 s'agit en l'espèce d'un amplificateur à gain réglable qui utilise le principe bien connu de la contre-réaction tension-courant (consistant à retrancher de la tension d'entrée une tension proportionnelle au courant de sortie). I1 comporte au moins un étage d'amplification qui comprend au moins un module amplificateur MMIC pour lequel les bornes qui sont normalement prévues par le constructeur pour être reliées à la masse, sont d'une part reliées à la masse par au moins une self-inductance de choc, apte à refermer le circuit de polarisation du module amplificateur MMIC tout en s'opposant au passage du signal alternatif à amplifier, et sont d'autre part reliées à la masse par une capacité de séparation suivie d'une impédance de valeur réglable de l'extérieur. Selon le cas, cette impédance réglable peut être constituée par une impédance à réglage purement manuel (tel qu'un rhéostat) ou par une diode PIN dont l'impédance est réglée par sa tension de polarisation, ce qui permet alors une commande automatique de gain de cet amplificateur à gain réglable. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante de quelques exemples non limitatifs de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 1 rappelle le schéma classique de branchement d'un amplificateur MMIC, tel que prescrit par le constructeur ; - Figure 2 est un schéma d'un amplificateur réglable conforme à l'invention, cet amplificateur étant à réglage manuel et comportant un seul étage ; - Figure 3 est une variante de l'amplificateur de la figure 2, avec possibilité de réglage automatique par tension extérieure ; et - figure 4 est un schéma pratique d'un amplificateur réglable à deux étages d'amplification. En se reportant à la figure 1, un amplificateur MMIC se présente comme un circuit intégré, ou "puce" 5, qui comporte quatre bornes d'accès deux bornes généralement numérotées 2 et 4 sur la puce, qui, selon la prescription du constructeur, doivent être reliées à la masse comme réalisé sur ce schéma ; . une borne d'entrée, généralement numérotée 1, qui est apte à être reliée à la borne d'arrivée 7 du signal alternatif (Radiofréquence ou autre) à amplifier par l'intermédiaire d'une capacité de liaison 6 ; et . une borne de sortie, généralement numérotée 3, qui est apte à être reliée à la borne de sortie alternative 9 par l'intermédiaire d'une capacité de liaison 8, et qui reçoit en outre la polarisation continue + Vc appliquée en 12, par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 11 et d'une self de choc 10 (optionnelle, selon la fréquence). En se reportant maintenant à la figure 2, ce même amplificateur MMIC 5 est, dans le but de créer une contreréaction réglable du type tension-courant (consistant à retrancher de la tension d'entrée une tension proportionnelle au courant de sortie), utilisé de manière différente. En effet, si les circuits d'entrée (en amont de la borne 1) et de sortie (et polarisation) sur la borne 2 restent inchangés, en revanche les bornes 2 et 4 ne sont pas reliées directement à la masse comme le prescrit le constructeur : la borne 4 est reliée à la masse à travers une self de choc 13 qui, tout en permettant le bouclage du circuit de polarisation continue de la puce 5, constitue une impédance quasi-infinie pour les tensions alternatives à amplifier, tandis que la borne 2 est reliée à la masse à travers une capacité 14 d'arrêt du courant continu suivie d'une résistance variable 15, constituée par exemple par un potentiomètre monté en rhéostat. En réglant manuellement la valeur de la résistance 15, on règle le degré de contre-réaction sur l'amplificateur 5, ce qui en modifie le gain tout en lui conservant l'avantage de la contre-réaction tensioncourant constituant en une large gamme de fonctionnement hors-saturation. Sur la figure 1, la résistance variable 15 a été dessinée ainsi pour faire comprendre le moyen général de l'invention : il est bien évident qu'unie telle résistance ne peut pratiquement être prévue qu'en basse fréquence (par exemple de l'ordre d'une dizaine de Mégahertz). Pour des fréquences plus élevées, il est avantageux de remplacer cette résistance variable 15 par une diode PIN, telle que celle référencée 16 sur la figure 3. La résistance de cette diode PIN 16 est rendue variable en changeant la tension V appliquée sur une borne 40, et qui la polarise à travers une résistance 17. Ce montage présente l'avantage non seulement de fonctionner à des fréquences plus élevées (en Fréquence Intermédiaire voire même en Radio-Fréquence moyennant un minimum de précautions), mais encore de permettre, par le jeu de la tension de commande V, appliquée sur une borne supplémentaire 40, une commande automatique du gain de cet amplificateur. Une réalisation pratique de cet amplificateur réglable est représentée sur la figure 4. Il s'agit là d'un amplificateur à deux étages, ce qui permet une dynamique assez importante (de l'ordre d'une trentaine de décibels). Par ailleurs, ces deux étages sont alimentés en série, ce qui permet de réduire la consommation. L'amplificateur de la figure 4 comporte deux amplificateurs MMIC, référencés 18 et 19, qui sont connectés en cascade entre les bornes d'entrée et de Sortie, respectivement 7 et 9. La borne 3 du deuxième MMIC 19 est connectée, comme auparavant, à la borne de sortie 9 pour une capacité de liaison 8, et à la borne d'alimentation 12 (qui reçoit la tension continue + Vc) par la self de choc 10 (découplée à la masse par une capacité 20) et la résistance de polarisation 11. La borne 4 de cet amplificateur 19 est reliée à la borne de sortie 3 du premier MMIC 18 par l'intermédiaire d'une self de choc 21,33 (elle aussi découplée à la masse par une capacité 22), tandis que sa borne 3 est reliée à la masse par une self de choc 23, ce qui boucle le circuit de polarisation série des deux MMIC 19 et 18. Du point de vue alternatif, la sortie 3 du MMIC 18 est reliée à l'entrée 1 du MMIC 19 par une capacité de liaison 24. Comme c'est le cas pour l'amplificateur de la figure 3, les bornes 2 des amplificateurs MMIC 18 et 19 sont reliées à la masse, chacune par l'intermédiaire d'une capacité de liaison, respectivement 25 et 26, et d'une diode PIN, respectivement 27 et 28. La tension de commande V de ces diodes PIN leur est appliquée sur la borne-40 par l'intermédiaire d'un circuit commun de découplage à self de choc série 29 et capacité parallèle 30 et d'une résistance respective de polarisation, 31 et 32. Comme précédemment, la valeur de la tension de commande V règle la résistance des diodes PIN 27 et 28 et, en conséquence, le gain global de cet amplificateur à deux étages. Ce montage, réalisé avec deux amplificateurs MMIC de 13 dB assure une dynamique de près de 30 dB (+ 18 dB à - 12 dB) linéaire en réponse amplitude/fréquence en fonction du gain, et il permet un niveau d'entrée, sans phénomène de saturation, de +5 dBm pour le gain minimum. Le dispositif de l'invention peut être utilisé en faisceaux hertziens ou en stations terriennes dans une chaine de réception en Fréquence Intermédiaire entre 70 et 140 Mégahertz. Il peut être également employé dans une chaine Radio-Fréquence, à par exemple un Gigahertz, à condition de respecter les règles d'implantation hyperfréquence. Dans ce cas, l'intégration de la diode PIN (ou des diodes PIN) dans le circuit monolithique MMIC est fortement recommandable : on obtient ainsi un amplificateur monolithique MMIC, à un ou plusieurs étages, à gain réglable par application d'une tension de commande V sur une de ses bornes. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, et peut être réalisée sous d'autres formules équivalentes, par exemple en confondant en une seule les bornes 2 et 4 de chaque amplificateur MMIC utilisé. Elle trouve son application la plus intéressante dans la réalisation d'amplificateurs monolithiques intégrés, à borne 40 de commande manuelle ou automatique de gain. Bien que la figure 4 montre une réalisation d'amplificateur à deux étages, ce dernier pourrait bien entendu comporter plus de deux étages, préférentiellement alimentés en série comme c'est le cas pour l'amplificateur selon cette figure 4. REVENDICATIONS 1 - Amplificateur à gain réglable, utilisable dans le domaine des hyperfréquences, caractérisé en ce qu'il comporte un étage d'amplification qui comprend au moins un module amplificateur MMIC (5) pour lequel les bornes (4,2) qui sont normalement prévues par le constructeur pour être reliées à la masse, sont d'une part-reliées à la masse par au moins une self-inductance de choc (13), apte à refermer le circuit de polarisation du module MMIC (5) tout en s'opposant au passage du signal alternatif à amplifier, et sont d'autre part reliées à la masse par une capacité de séparation (14) suivie d'une impédance (15,16) de valeur réglable de l'extérieur. 2 - Amplificateur à gain réglable selon la revendication 1, utilisant au moins un module MMIC qui comporte deux bornes distinctes (2,4) prévues par le constructeur pour être chacune reliées à la masse, caractérisé en ce qu'une de ces bornes (4) est reliée à la masse par ladite self-inductance de choc (13), tandis que l'autre (2) est reliée à la masse par ladite capacité de séparation (14) suivie de ladite impédance réglable (15,16). 3 - Amplificateur à gain réglable selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'impédance réglable est une diode PIN (16) dont l'impédance est rendue réglable par application d'une tension de polarisation extérieure (V). 4 - Amplificateur à gain réglable selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est réalisé de manière intégrée sur le circuit monolithique du ou des modules MMIC (5,18,19), avec borne 40 de commande de gain par tension extérieure (V). 5 - Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étages d'amplification en cascade, à chacun un module MMIC (18,19) associé comme précédemment à une impédance réglable (27,28), et en ce que tous ces modules sont alimentés en série, avec la self-inductance (21) de retour à la masse du module MMIC (19) du second étage reliée à la borne de sortie (3) du premier étage, et ainsi de suite pour les étages suivants éventuels.