Brevet FR2694980A1 — publié le 19940225

DISPOSITIF DE REGULATION DE LA CADENCE ET DE LA DUREE DES EMISSIONS DE MESSAGES RADIOFREQUENCES L'invention se rapporte au domaine de l'émission de messages radiofréquences et a plus particulièrement pour objet un dispositif de régulation de la cadence et de la durée des émissions de messages radiofréquences d'un radar secondaire. Dans les systèmes d'émission de radars secondaires de nouvelle génération, appelés également systèmes MODE S, la cadence des émissions depuis le sol dépend de la position des avions dans l'espace surveillé et la durée des transmissions sol-air dépend de l'information à transmettre. Le système radar en MODE S est le système de surveillance aérienne et de communication sol-air retenu par l'OACl, abréviation pour Organisation de l'Aviation Civile Internationale, destiné à succéder à l'actuel radar secondaire. Une limitation de la cadence et de la durée des émissions est liée à la température de jonction des transistors de puissance assurant la fonction amplificatrice haute fréquence de l'émetteur. Le taux de pannes des transistors croît très fortement avec leur température de jonction et pour garantir la fiabilité requise il faut veiller à ce que la température de jonction limite spécifiée par le fabricant ne soit jamais dépassée, ce qui impose certaines contraintes d'emploi de l'amplificateur de puissance. De ce fait, le concepteur tient compte des conditions d'emploi les plus contraignantes pour la réalisation de l'amplificateur de puissance. C'est à partir de paramètres thermiques tels que la température la plus élevée de la gamme des températures spécifiées par le fabricant, la résistance thermique maximum garantie par le fabricant et la dissipation thermique maximale au niveau du composant que le concepteur définit un facteur de forme limite. Le système d'émission dans lequel s'intègre l'amplificateur est conçu de manière à respecter ces contraintes. Un dispositif de surveillance automatique du facteur de forme, défini comme le rapport du temps de travail de l'émetteur sur la somme du temps de travail et du temps de repos de l'émetteur, permet de générer une alarme éventuellement précédée d'une ou plusieurs préalarmes quand le dispositif de surveillance détecte que le facteur de forme limite est atteint. Cette surveillance fait appel à un calculateur pour gérer le facteur de forme. Quand le facteur de forme limite est atteint, l'émission de messages à transmettre est par exemple stoppée, et les messages à transmettre sont alors stockés dans une file d'attente matérialisée par exemple par une mémoire du calculateur jusqu'à ce que le facteur de forme soit de nouveau inférieur au facteur de forme limite. L'un des inconvénients de ce dispositif est qu'il génère des alarmes dans des conditions qui ne sont pas nécessairement critiques pour les transistors de puissance puisque le paramètre surveillé est le facteur de forme appliqué à l'amplificateur et non pas la température de jonction du transistor de puissance. D'autre part, le fait de considérer une température de jonction maximum à ne jamais dépasser pour en déduire un facteur de forme limite fixe qui est ensuite imposé au fonctionnement du système entier, ne permet pas de tirer toutes les possibilités de l'amplificateur. Notamment, si la température d'utilisation est inférieure à la limite fixée par le fabricant et la conduction thermique réalisée très bonne, c'est le facteur de forme limite fixe correspondant à la température de fonctionnement la plus élevée de la gamme de température spécifiée par le fabricant et une conduction thermique la plus défavorable qui est utilisé. De plus, dans certaines applications la détermination précise du facteur de forme effectivement appliquée au transistor de puissance est difficile, les signaux transmis étant complexes, de longueur et espacement variables. C'est notamment le cas par exemple dans les systèmes MODE S. Afin d'utiliser l'amplificateur dans la quasi totalité du domaine où il présente la sécurité de fonctionnement requise, et ne générer des alarmes que lorsqu'on s'approche réellement des conditions limites d'emploi des transistors de puissance, et par conséquent améliorer les performances de l'ensemble du système dans lequel est intégré l'amplificateur, le but de l'invention est de proposer un dispositif de régulation de la cadence et de la durée des émissions générées par le système en fonction de la température de jonction des transistors de l'amplificateur de puissance. Le dispositif effectue la mesure directe d'une information de tension qui reflète en permanence l'état thermique des transistors et de ce fait, n'est pas astreint à des marges de sécurité imposées par le procédé de l'art antérieur utilisant une surveillance du facteur de forme. L'invention a donc pour objet un dispositif de régulation de la cadence et de la durée des émissions de messages radiofréquences dans un système radar secondaire comportant un dispositif de mise en forme du signal à émettre, un amplificateur de puissance à transistor et un dispositif de gestion des messages à émettre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure pour prélever une information de tension, représentative de la température de jonction d'un transistor, aux bornes de la jonction base-émetteur d'un ou plusieurs transistors de l'amplificateur de puissance, et des moyens de traitement de l'information transmise au dispositif de gestion pour réguler les émissions des messages en fonction de la température de jonction du ou des transistors. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent La figure 1, une architecture connue simplifiée d'un amplificateur de puissance haute fréquence, La figure 2, un schéma simplifié d'un mode de réalisation des moyens de traitement de l'information VBE selon l'invention, et La figure 3, un schéma simplifié d'un mode de réalisation d'un dispositif de régulation selon l'invention. Dans les figures décrites ci-après, les mêmes éléments seront référencés par les mêmes repères. La figure 1 montre un exemple connu d'architecture simplifiée d'un amplificateur de puissance haute fréquence comportant plusieurs étages de puissance en parallèle. Chaque étage peut comporter un ou plusieurs transistors de puissance. Un signal haute fréquence est appliqué sur un diviseur de puissance 1 qui répartit la même puissance d'entrée sur chacune des entrées des étages amplificateurs de puissance 2i. Les puissances de sortie de chaque étage sont ensuite regroupées par un combineur de puissance 3 pour délivrer en sortie de celui-ci un signal haute fréquence correspondant au signal d'entrée amplifié du gain global des différents étages de puissance mis en parallèle II est connu que la tension base-émetteur des transistors, notée VBE dans la suite de la description, qui s'établit lorsque le transistor est normalement polarisé, varie avec la température de jonction base émetteur de manière monotone. Cette propriété est utilisée pour la surveillance du comportement en température des transistors de puissance. Un dispositif de mesure thermique d'un transistor bipolaire en classe C en fonctionnement impulsionnel est décrit dans la demande de brevet francais n02 629 597 déposée par la Demanderesse. Le dispositif de mesure thermique comprend un générateur de courant continu de faible valeur vis-à-vis du courant qui traverse le transistor bipolaire pendant la durée d'émission. II comprend également un circuit de commutation pour aiguiller le courant continu de faible valeur vers la jonction base-émetteur du transistor bipolaire en l'absence d'émission, et un circuit qui mesure la variation de la tension baseémetteur du transistor en l'absence d'émission. Cette variation de tension étant liée à la variation de température de la jonction baseémetteur, on en déduit la température atteinte par la jonction pendant l'émission. II est important de noter pour une meilleure compréhension de l'invention que la valeur absolue de la tension base-émetteur est une fonction décroissante de la température de jonction comme on peut le voir sur la figure 2 de la demande de brevet citée précédemment. La tension base-émetteur peut être soit positive soit négative suivant le type de transistor de puissance utilisé dans l'amplificateur de puissance. Dans le dispositif selon l'invention, illustré par la figure 3, I'information de tension est prélevée aux bornes de la jonction baseémetteur d'un ou de plusieurs transistors de puissance, non représentés, par des moyens de mesure 4 tels que, par exemple, le dispositif de mesure thermique décrit précédemment. L'information, ou signal mesuré, est traitée par des moyens de traitement 5 et est ensuite transmise à un dispositif de gestion 6 des messages à émettre. Les moyens de traitement 5 ainsi que le dispositif de gestion 6 sont décrits ci-après. Un mode de réalisation des moyens de traitement 5, selon l'invention, est sommairement décrit par la figure 2 et est représenté à l'intérieur d'une ligne fermée continue. Le signal mesuré est amplifié et comparé à une tension de référence VREF, Ou seuil, déterminé par calcul ou de façon expérimentale, avant d'être injecté sur une diode de détection. Dans ce mode de réalisation, plusieurs transistors de puissance, non représentés, sont contrôlés en température. Chaque tension prélevée, VBE à VBEn, est appliquée respectivement sur une première entrée d'opérande d'un amplificateur différentiel, 71 à 7,, lequel reçoit sur sa deuxième entrée d'opérande la tension de référence VREF. La sortie de chaque amplificateur, 71 à 7nf est ensuite reliée respectivement à l'anode d'une diode, 81 à an. Les cathodes des diodes, 81 à 8nr sont toutes reliées à un même point correspondant à une première borne d'une résistance R qui convertit le courant détecté en tension, L'autre borne de la résistance est reliée à la masse. Un condensateur C est mis en parallèle sur la résistance R afin d'éliminer les tensions parasites haute fréquence. Le circuit de détection 9, constitué des amplificateurs différentiels, 71 à 7,, des diodes, 81 à an, et du réseau RC, est représenté à l'intérieur d'une ligne fermée discontinue. II réalise la fonction logique "OU" et permet la détection de la tension VBE correspondant au plus chaud des transistors de l'amplificateur de puissance. Le raccordement aux entrées d'opérande, inverseuse et non inverseuse, des amplificateurs différentiels, 71 à 7nt des tensions VBE1 à VBEn et des tensions de référence VREF, est fonction du signe, positif ou négatif, des tensions VBE1 à VBEn.Ainsi, en sortie du réseau de diodes1 81 à a n, c'est la tension détectée sur le transistor de l'amplificateur de puissance ayant atteint la température maximale qui est appliquée à l'entrée d'un amplificateur 10 dont la sortie est couplée à un convertisseur analogique-numérique 11. La sortie du convertisseur 11 est ensuite couplée à l'entrée d'une mémoire 12 de type PROM (Programmable Read Only Memory). La PROM 12 peut être une PROM de transcodage renfermant une table de conversion tension/température et permet de traduire directement les tensions numérisées en températures numérisées, chaque valeur de tension correspondant à une adresse déterminée de la table de conversion. Une alarme peut être déclenchée à différents niveaux des moyens de traitement 5 : par comparaison de deux signaux analogiques en sortie de l'amplificateur 10 ou par comparaison de deux signaux numériques soit en sortie du convertisseur 11 soit en sortie de la PROM 12. Qu'elle soit analogique ou numérique, I'information obtenue peut être comparée à un ou plusieurs seuils correspondants à une consigne prédéterminée permettant le déclenchement d'une ou plusieurs alarmes. Par exemple, I'information analogique en sortie de l'amplificateur 10 peut être comparée à deux seuils, ce qui génère deux informations binaires respectives à une préalarme et une alarme. Ces données numérisées relatives à la température de jonction sont ensuite transmises au dispositif de gestion 6 décrit ci-après destiné à contrôler l'envoi des messages à transmettre. Un mode de réalisation d'un dispositif de régulation des informations à transmettre selon l'invention est illustré par la figure 3. II comporte un circuit principal 13 représenté à l'intérieur d'une ligne fermée discontinue comprenant un circuit de mise en forme 14 décrit ci-après recevant les signaux à transmettre sur son entrée et dont la sortie est couplée à un amplificateur de puissance 15 lui-même couplé à l'antenne émission non représentée. De cet amplificateur 15, I'information de température est prélevée par les moyens de mesure 4, et est ensuite transmise via les moyens de traitement 5 à une première entrée du dispositif de gestion 6 des messages à émettre. Le dispositif de gestion 6 reçoit sur une deuxième entrée les messages à transmettre issus d'une file d'attente 16 de messages à émettre. La sortie du dispositif de gestion 6 est ensuite couplée à l'entrée du circuit principal 13 soit à l'entrée du circuit de mise en forme 14. Le circuit de mise en forme 14 permet de transformer la structure binaire des messages à émettre en signal analogique. Un ou plusieurs oscillateurs locaux fournissent le signal radiofréquence basniveau. Ce signal est modulé par les messages à transmettre. Le dispositif de gestion 6 est réalisé, par exemple, à partir d'un calculateur qui traite en temps réel les données binaires telles que les valeurs de température numérisées et les messages à transmettre numérisés. Les messages en attente sont stockés dans une mémoire du calculateur qui est utilisée en tant que file d'attente 16. Le dispositif de gestion 6 permet de temporiser ou d'accélérer la transmission des messages vers le canal radiofréquence 17. Il réagit en fonction des informations transmises par les moyens de traitement 5 de l'information relative à la température de jonction, et peut générer des temps morts à l'émission, de quelques dizaines de microsecondes à quelques millisecondes, ou des temps d'utilisation restreints pendant lesquels seul un petit nombre de messages courts est transmis, ce qui se traduit par une baisse des températures de jonction dans l'amplificateur de puissance 15. Pour se prémunir de pannes dues à un élèvement brutal de la température de jonction dû, par exemple, à l'envoi ponctuel d'un paquet de messages, une simple limitation en température peut être imposée par l'intermédiaire du dispositif de gestion 6. Dans le cas où l1envoi de messages est régulier dans le temps, une régulation de la température de jonction autour d'une valeur moyenne aussi constante que possible et réajustable en fonction de la quantité de messages à émettre peut être également imposée par l'intermédiaire du dispositif de gestion 6. Dans ces deux cas la fiabilité de l'amplificateur 15 se trouve ainsi optimisée. L'invention n'est pas limitée au dispositif de régulation décrit précédemment. Notamment, tous moyens de mesure de la température de jonction d'un transistor de puissance ainsi que d'autres moyens de traitement de l'information représentative de la température de jonction rentrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la cadence et de la durée des émissions de messages radiofréquences dans un système radar secondaire comportant un dispositif de mise en forme (14) du signal à émettre, un amplificateur de puissance (15) à transistor et un dispositif de gestion (6) des messages à émettre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure (4) pour prélever une information de tension, représentative de la température de jonction d'un transistor, aux bornes de la jonction base-émetteur d'un ou plusieurs transistors de l'amplificateur de puissance (15), et des moyens de traitement (5) de l'information transmise au dispositif de gestion (6) pour réguler les émissions des messages en fonction de la température de jonction du ou des transistors. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de traitement (5) comportent un circuit de détection (9) de l'information de tension représentative de la température maximum de jonction, comportant plusieurs branches de détection respectives à chaque transistor de l'amplificateur de puissance (15), comportant chacune un comparateur (71 à 7n > dont l'une des deux entrées recoit une tension de référence (VREF) et l'autre entrée l'information de tension relative à la température de jonction base-émetteur du transistor, et une diode de détection (81 à 8n) couplée à la sortie du comparateur (71 à 7n > par son anode, les cathodes des diodes (81 à 8n) sont reliées entre elles et à une première borne d'une résistance (R) reliée par son autre borne à la masse, la tension de sortie du circuit de détection recueillie au point commun des cathodes et de la résistance (R) correspondant à la tension détectée sur le transistor ayant atteint la température maximale fixée par la tension de référence (VREF). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement (5) comportent en outre un amplificateur (10) couplé en sortie du circuit de détection (9), - un convertisseur analogique-numérique (11) couplé en sortie de l'amplificateur (10) pour convertir l'information analogique de tension, en information numérique, et - une mémoire (12) couplée en sortie du convertisseur analogique-numérique (11) pour convertir l'information de tension numérique en une grandeur numérique représentative de la température de jonction.