Brevet FR2742012A1 — publié le 19970606

AMPLIPICATEUR RADIOFREQUENCE A PUISSANCE DE SORTIE REGULEE La présente invention concerne les amplificateurs radiofréquences, c'est-à-dire fonctionnant à une fréquence dépassant 100 kHz ; elle trouve une application particulièrement importante dans le domaine des amplificateurs susceptibles de fonctionner entre 2 et 30 MHz et destinés à amplifier une porteuse modulée selon l'une quelconque des modulations classiques en radio-fréquence, notamment les modulations d'amplitude, modulations de fréquence, en bande latérale unique, en bande latérale résiduelle, en évasion de fréquence. L'invention concerne plus particulièrement les amplificateurs à radiofréquence dont la puissance de sortie est régulée pour assurer un gain constant et de façon que l'amplificateur soit sensiblement linéaire, du type comportant un étage amplificateur précédé d'un atténuateur d'entrée de gain ajustable par un signal électrique de commande, un coupleur directionnel fournissant un premier signal, qui est représentatif de la puissance de sortie de l'étage amplificateur, et un second signal, qui est représentatif de la puissance réfléchie par la charge alimentée par l'amplificateur, et un circuit d'asservissement recevant le premier et le second signal et fournissant le signal électrique de commande pour donner audit atténuateur un gain tel que ledit étage amplificateur fonctionne à gain sensiblement constant avec une caractéristique sensiblement linéaire. Un amplificateur radiofréquences est décrit dans le document FR-A-2376556. I1 comporte un asservissement qui est adapté à la modulation de fréquence (c'est-à-dire à enveloppe constante) et fournit une régulation de puissance et non pas de gain puisque le signal d'entrée n'est pas pris en compte. I1 sera surtout question, dans ce qui suit, d'un amplificateur ayant une constitution générale du genre décrit dans ce document, auquel on pourra se reporter. De nombreuses applications exigent des amplificateurs radiofréquence dont la caractéristique de réponse reste linéaire jusqu'à une puissance déterminée (qui peut dail- leurs varier suivant la valeur de paramètres externes ajustables), présentant une bande passante large pour s'adapter à de nombreux types de modulation, et pouvant être réalisés de façon à prendre en compte la présence d'émissions radioélectriques à proximité. L'invention vise à fournir un amplificateur du type cidessus défini répondant à ces conditions. Dans ce but, l'invention propose un amplificateur de type ci-dessus défini, caractérisé en ce que ledit circuit d'asservissement comprend deux atténuateurs imposant aux premier et au second signaux des atténuations respectives et et ar, avant sommation des signaux atténués et soustrac- tion, à la somme, d'une valeur représentative du signal d'entrée pour constituer le signal électrique de commande de l'atténuateur d'entrée. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels la figure 1 est un schéma synoptique d'un amplificateur suivant l'invention ; la figure 2 est une courbe représentative d'une caractéristique de réponse éventuellement réalisable pour un composant de l'amplificateur ; et la figure 3 montre une constitution possible de llinté- figure 1. L'amplificateur montré en figure 1 comprend un étage amplificateur 10 ayant une réponse linéaire jusqu'à une puissance de sortie déterminée, qui dépend de paramètres extérieurs, tels que la température, et/ou l'importance de la puissance réfléchie par une charge alimentée par lampli- ficateur. Le signal radiofréquence modulé e(t) d'entrée de l'amplificateur de puissance Pe, est appliqué à l'étage amplificateur 10 par l'intermédiaire d'un atténuateur 12. Un détecteur d'entrée 14 reçoit le signal d'entrée et fournit en sortie un signal v e (t) représentatif de l'enveloppe du signal e(t). Le signal s(t) à la sortie 16 de l'étage amplificateur 10 comprend un signal sortant, de puissance Pi, appliqué à la charge alimentée, et un signal, de puissance Pr, réfléchi par la charge. Un bloc constitué d'un coupleur directif 18, interposé entre l'étage amplificateur 10 et la sortie, et de détecteurs d'enveloppe, fournit, sur des sorties respectives 19 et 21, un signal v1 (t) représentatif de l'enveloppe du signal sortant et un signal v r (t) représentatif de l'enveloppe du signal réfléchi. Dans le mode de réalisation montré en figure 1, qui permet de tenir compte de la présence éventuelle d'émetteurs à proximité, des moyens sont prévus pour apporter, aux signaux vi(t) et v r (t) une correction permettant d'écarter la contribution de ces émetteurs. Le mode de fonctionnement de ce circuit, qu'on qualifiera par la suite de discriminateur de co-localisation, sera décrit plus loin. Les signaux corriges vi et vr provenant du discriminateur (ou, dans d'autres cas, les signaux vi et vreuxmêmes) sont appliqués à des circuits permettant respectivement d'asservir les signaux-enveloppes vi et vr, éventuellement corrigés en fonction de v e (t) et/ou d'autres paramètres, et cela quel que soit le type de modulation du signal entrant e(t). Ces circuits comprennent des amplificateurs 24 et 26 ayant des gains respectifs ai et Qr ajustables par une unité de commande 28, en fonction de paramètres qui comprennent notamment les tensions ve, vi et v r et des paramètres susceptibles d'influer sur le domaine de linéarité de l'étage amplificateur 10, par exemple la température. Le gain ai sera généralement géré de façon à maintenir la puissance à la sortie de l'amplificateur à un niveau déterminé, susceptible d'être modifié en fonction de paramètres extérieurs tels que la température. C'est &alpha;i qui aura un rôle déterminant dans l'asservissement lorsque la charge est bien adaptée à l'amplificateur et donc lorsque Pr est faible. Ce coefficient &alpha;i fixe en effet la valeur de consigne dans la boucle d'asservissement de l'amplificateur. Le gain sera géré pour optimiser la puissance présente en sortie 16 de l'amplificateur. I1 prendra une valeur d'autant plus élevée que la charge est désadaptée. Le coefficient r pondère l'influence de la puissance réfléchie Pr, en particulier lors d'une optimisation de Pr en fonction des conditions d'exploitation, comme dans le document FR-A-2 376 556 déjà mentionné. Les signaux qui sortent des amplificateurs 24 et 26 sont appliqués à un sommateur 30. En sortie du sommateur, la tension vir est Vir = af . Of(t). #i (t) + ar- r ( t) Ce signal est appliqué à un soustracteur 32 de comparaison avec v e (t) . Et la sortie, de valeur a.ss( t) + ar- r(t) - v. (t) est appliquée à un intégrateur 34 qui attaque l'entrée de commande 36 de l'atténuateur à gain variable 12. Du fait de la présence de l'intégrateur 34, lasservis- sement des signaux de sortie vi et v r est du type proportionnel-intégral, la valeur de consigne étant l'enveloppe ve (t). Le signal de sortie de l'intégrateur 34 est en effet de la forme (i/t.p) (al. 21 (P) + ar- r(P) - v(p)) Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, la constante de temps T est ajustable, par exemple par commutation entre deux valeurs T1 et #2, en réponse à des conditions extérieures qui peuvent être celles qui seront décrites plus loin. En général, le rapport entre les valeurs de Tî et T2 sera élevé, d'au moins 20/1 et plus fréquemment d'environ 50/1. La commutation de #1 (régulation rapide) à T2 (régulation lente) peut notamment être commandée par mise en courtcircuit d'une résistance d'entrée d'un amplificateur opérationnel intégrateur. La figure 3 montre un tel montage. La commutation vers une régulation lente s'effectue sans perturbation importante, le courant qui traverse les résistances étant très faible en régime établi. L'emploi dune constante de temps longue s2 permet d'éviter une modulation parasite de l'atténuateur 12 une fois le régime permanent atteint. L'intégrateur peut être constitué par une chaîne de deux résistances 38 et 40 placées en série sur une des entrées de l'amplificateur. Un interrupteur 42 monté en dérivation sur la résistance 40 est commandé par un circuit qui reçoit, en entrée, un top de synchronisation provenant d'un discriminateur 46 d'apparition d'un signal d'entrée e(t) utile, discriminateur qui compare e ve(t) à un seuil. Ce circuit 44 peut comporter une ligne à retard #t. La valeur de #t est choisie en fonction du temps de montée choisi pour le signal de sortie. bt peut être d'autant plus court qu'on admet une montée plus lente du signal de sortie.Dans le cas particulier d'une modulation classique à évasion de fréquence, avec une porteuse comprise entre 2 et 30 MHz, le temps dt ne dépassera généralement pas 1 msec. Les discriminateurs de co-localisation 20 et 22 de l'amplificateur de la figure 1 sont prévus pour mémoriser les valeurs vi(to) et vr(to) à l'entrée juste avant que n'apparaisse un signal significatif c'est-à-dire juste avant chaque instant t0 e(t) et/ou dans les intervalles (cest-à- dire dans les creux de modulation). L'ordre de mémorisation peut être fourni par un signal de synchronisation externe 48 appliqué au discriminateur 46 et provenant d'un circuit recevant e(t) en avance sur le détecteur (14). Les discriminateurs de co-localisation 20 et 22 fournissent la différence entre la valeur d'entrée et - soit la valeur v(to) mémorisée, - soit une valeur vm(to)égale à v(to) jusqu'à ce que v(to) atteigne un seuil M et égale à M au-delà (figure 2). Un tel écrétage permet de limiter la contribution externe des émissions radio-électriques proches à une valeur jugée a priori maximale. L'unité de commande est constituée par un organe de calcul, qui peut être purement analogique, qui ajuste Qi et r en fonction de paramètres d'entrée qui comportent Ve Vi et Vr et des paramètres définissant les conditions de fonctionnement, en particulier la température. Elle peut également recevoir un signal indiquant l'apparition d'une porteuse modulée, provenant d'un discriminateur 46, et commander la commutation de la constante de temps T. Comme cela a été indiqué plus haut, le coefficient Qi est commandé essentiellement en fonction de Vi, représentatif de la tension Pi et il tend à maintenir la puissance de sortie à une valeur optimale, pouvant tenir compte d'autres paramètres, tels que ceux cités dans le document FR déjà mentionné. A titre d'exemple de paramètre extérieur susceptible d'être pris en compte, on peut citer la panne d'un des modules constitutifs d'un étage amplificateur, ces modules étant montés en parallèle ; dans ce mode dégradé, la seule utilisation de Vi (t) en tant que paramètre d'entrée tendrait à pousser la puissance de sortie des modules survivants à une valeur réduisant la fiabilité et la linéarité. Une entrée supplémentaire peut être prévue pour déceler cette situation et éviter une valeur trop faible des atténuations en amont des modules survivants. Le coefficient r peut notamment être réglé en fonction de la température e des dissipateurs thermiques des modules (ou, mieux, de l'excès de la température des dissipateurs par rapport à la température ambiante)/ de la puissance réfléchie, pour augmenter l'atténuation lorsque la température augmente, dans un sens qui peut être comparable à celui envisagé par le document FR-A-2 376 556, mais avec mise en oeuvre de moyens différents. REVENDICATIONS 1. Amplificateur à radio-fréquences, comportant un étage amplificateur (10) précédé d'un atténuateur d'entrée (12) de gain ajustable par un signal électrique de commande, un coupleur directionnel (18) fournissant un premier signal qui est représentatif de la puissance de sortie de l'étage amplificateur et un second signal qui est représentatif de la puissance réfléchie par la charge alimentée par l'amplificateur, et un circuit d'asservissement recevant le premier et le second signal et fournissant le signal électrique de commande pour donner audit atténuateur un gain tel que ledit étage amplificateur fonctionne avec une caractéristique sensiblement linéaire caractérisé en ce que ledit circuit d'asservissement comprend deux atténuateurs (24,26) imposant aux premier et au second signaux des atténuations respectives Qi et r avant sommation des signaux atténués et soustraction, à la somme, d'une valeur représentative du signal d'entrée pour constituer le signal électrique de commande de 1'atténuateur d'entrée, afin d'obtenir un gain sensiblement constant. 2. Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur représentative du signal d'entrée e(t ) est l'enveloppe ve (t) de ce signal et caractérisé en ce que les premiers et second signaux sont les enveloppes vi (t) et vr (t) des signaux sortant et réfléchis. 3. Amplificateur selon la revendication 2, caractérisé par une unité de calcul des atténuations ( i)et(ar) respectivement en fonction de vi (t) et d'une puissance de consigne fonction de paramètres extérieurs et en fonction de Vr (t) au moins. 4. Amplificateur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par des discriminateurs (20,22) de co-localisation, constitués pour évaluer les puissances perturbatrices dues à des émetteurs proches, avant apparition d'un signal d'entrée modulé et/ou pendant les creux de modulation, et pour soustraire les dites puissances perturbatrices évaluées de la puissance des signaux d'enveloppe vi (t) et vr (t) avant atténuation. 5. Amplificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les puissances parasites évaluées sont limitées à un seuil (M) avant soustraction.