Brevet FR2758024A1 — publié le 19980703

Dispositif d'alimentation d'un amplificateur de puissance pour terminal de radiocommunications mobiles La présente invention concerne d'une manière générale les terminaux de radiocommunications mobiles, et plus particulièrement l'alimentation des amplificateurs de puissance prévus dans ces terminaux, en vue de réaliser un contrôle de la puissance émise. Dans un système de radiocommunications mobiles cellulaire, il est connu de contrôler cette puissance émise en fonction d'une consigne de puissance issue du système lui-même, fonction notamment de l'éloignement des mobiles par rapport aux éléments d'infrastructure, appelés aussi stations de base, avec lesquels ils sont en relation, afin de réduire le niveau global d'interférence dans ce système.15 Dans un système de radiocommunications mobiles numérique utilisant la technique de l'accès multiple à répartition temporelle, il est par ailleurs connu de contrôler cette puissance émise en fonction de la forme d'onde des signaux à émettre. Plus précisément, les20 informations à transmettre étant mises sous forme de paquets, ou "bursts", destinés à être émis dans des intervalles de temps prédéterminés d'une structure de trame, cette forme d'onde présente un palier, correspondant à la partie utile de ce paquet, précédé d'une rampe montante et25 suivi d'une rampe descendante, ces deux rampes correspondant à des temps de garde entourant cette partie utile. Pour alimenter un amplificateur de puissance de manière à réaliser un tel contrôle de la puissance émise, il est connu de prévoir un tripôle actif de puissance pour la30 commande de cet amplificateur de puissance, ce tripôle actif recevant, outre une tension de commande fonction de la puissance à émettre, une tension d'alimentation dite tension d'alimentation de ce tripôle actif, et fournissant à cet amplificateur de puissance un courant d'alimentation donné35 sous une tension d'alimentation donnée dite tension d'alimentation de cet amplificateur de puissance. Ladite tension d'alimentation du tripôle actif est en outre en général fixe et donc en pratique déterminée en fonction de la puissance maximale à émettre. Un tel montage a essentiellement pour inconvénient de présenter un mauvais rendement pour de faibles puissances d'émission car le produit dudit courant d'alimentation par la chute de tension aux bornes de ce tripôle actif peut alors atteindre des valeurs relativement élevées. Pour éviter cet inconvénient, il est connu, par le document EP 0 626 765, et pour un système de radiocommunications mobiles analogiques, de fournir ledit courant d'alimentation et ladite tension d'alimentation de l'amplificateur au moyen d'un convertisseur de tension comportant lui-même un tripôle actif de commande qui est15 commandé en fonction de la puissance à émettre, mais qui ne fournit pas lui-même la totalité desdits courant et tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance, mais seulement la partie de ces courant et tension d'alimentation qui est variable en fonction de la puissance d'émission20 demandée. Une telle solution ne convient pas pour les systèmes de radiocommunications mobiles numériques tels que rappelés plus haut, ou plus généralement pour tout système dans lequel la puissance d'émission est susceptible de varier25 relativement rapidement, c'est-à- dire trop rapidement par rapport aux délais de réaction nécessaires à un tel convertisseur de tension, du fait de la présence à l'intérieur de celui-ci de composants tels qu'inductances et condensateurs ayant des constantes de temps relativement30 élevées. Pour donner un ordre de grandeur, dans le système de radiocommunications mobiles connu sous le nom de GSM (pour "Global System for Mobile Communication"), les signaux émis sont susceptibles de varier de 70 dB au cours desdites rampes montantes et descendantes, pendant des temps de l'ordre de 30 microsecondes. La présente invention a notamment pour but de permettre une amélioration de rendement pour de faibles puissances d'émission, tout en étant applicable à de tels systèmes dans lesquels la puissance à émettre est 5 susceptible de varier relativement rapidement. La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d'alimentation d'un amplificateur de puissance pour terminal de radiocommunications mobiles, apte à fournir une puissance d'émission susceptible de varier relativement rapidement, ce10 dispositif étant essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte: - un tripôle actif de puissance pour la commande dudit amplificateur de puissance, recevant une tension de commande fonction de la puissance à émettre et une tension dite15 d'alimentation de ce tripôle actif, et fournissant audit amplificateur de puissance un courant d'alimentation donné sous une tension donnée dite tension d'alimentation de cet amplificateur de puissance, - des moyens de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif, aptes à fournir audit tripôle actif une tension d'alimentation variable de manière à ce que, pour une puissance d'émission donnée, la chute de tension aux bornes dudit tripôle actif soit minimale. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma destiné à illustrer un premier exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation suivant l'invention, - la figure 2 est un schéma destiné à illustrer un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation suivant l'invention, - la figure 3 est un schéma destiné à illustrer un troisième exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation suivant l'invention. Sur la figure 1 est illustré un amplificateur de puissance 1 pour terminal de radiocommunications mobiles. Cet amplificateur de puissance reçoit un signal à amplifier Si représentant les informations à transmettre, et est 5 alimenté par un dispositif d'alimentation 2 permettant de réaliser un contrôle de la puissance d'émission du signal amplifié S2 correspondant. Le système de radiocommunications mobiles considéré est en l'occurrence un système numérique utilisant la technique de l'accès multiple à répartition temporelle. Lesdites informations à transmettre sont donc en l'occurrence mises sous forme de paquets, ou "bursts", destinés à être émis dans des intervalles de temps prédéterminés d'une structure de trame, et la puissance15 d'émission du signal porteur de ces informations est donc en l'occurrence, comme rappelé plus haut, susceptible de varier relativement rapidement. Le système de radiocommunications mobiles considéré est en outre en l'occurrence un système cellulaire, auquel cas la puissance d'émission est en outre susceptible de variations plus lentes correspondant, comme rappelé plus haut, à un contrôle de cette puissance par le système de radiocommunications mobiles lui-même, afin de réduire le niveau global d'interférence dans ce système.25 Le dispositif d'alimentation 2 de l'amplificateur de puissance 1 comporte un tripôle actif de puissance 3 pour la commande dudit amplificateur de puissance, ce tripôle actif recevant une tension de commande Vc fonction de la puissance à émettre et une tension Vt dite tension30 d'alimentation de ce tripôle actif, et fournissant audit amplificateur de puissance un courant d'alimentation donné Ia sous une tension donnée Va dite tension d'alimentation de cet amplificateur de puissance. Le tripôle actif 3 peut être constitué par tout composant d'électronique de puissance tel que par exemple un transistor bipolaire ou un transistor à effet de champ. La tension de commande Vc de ce tripôle actif 3 est en l'occurrence issue d'un générateur de tensions de commande 4 apte à générer diverses formes d'onde de tensions de commande correspondant aux divers types de paquets 5susceptibles d'être transmis dans le système considéré (tels que par exemple, dans le système GSM, des paquets dits d'accès, ou "RACCH" (pour: "Random Access Control Channel") ou des paquets dits de trafic, ou "TCH" (pour: Traffic Channel")), et, pour chacun de ces types de paquets, à10 diverses consignes de puissance d'émission reçues du système, ce générateur 4 recevant un signal de commande extérieur C permettant de sélectionner l'une ou l'autre de ces diverses tensions de commande possibles. Le dispositif d'alimentation 2 comporte en outre des moyens 5 dits de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif, aptes à fournir une tension d'alimentation Vt variable de manière à ce que, pour une puissance d'émission donnée, la chute de tension Vt-Va aux bornes dudit tripôle actif soit minimale.20 Ainsi, bien que le tripôle actif 3 fournisse lui-même la totalité du courant et de la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1, le rendement est amélioré, par rapport à l'art antérieur rappelé plus haut, pour de faibles puissances d'émission, tout en ayant ainsi un25 dispositif d'alimentation qui autorise des variations relativement rapides de la puissance d'émission. Pour éviter un fonctionnement de ce tripôle actif 3 en régime de saturation, qui entraînerait lui-même une déformation des signaux émis, il est en outre préférable que30 la tension d'alimentation Vt fournie par les moyens 5 soit telle que la chute de tension Vt-Va aux bornes du tripôle actif reste supérieure à un seuil minimum. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, les moyens 5 comportent un convertisseur de tension commandé pour fournir, à partir d'une tension fixe Vb fournie par une batterie 6, une tension Vt variable de manière à ce que, pour une puissance d'émission donnée, la chute de tension Vt-Va aux bornes du tripôle actif 3 soit minimale. De tels convertisseurs de tension commandables sont connus et ne seront donc pas redécrits ici. Le signal de commande d'un tel convertisseur peut par exemple être issu d'une table de correspondance 7 dont le contenu peut être déterminé par exemple expérimentalement. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, une telle table de correspondance est adressée par un signal de commande extérieur, qui peut10 par exemple être le même que le signal C reçu par le générateur 4. Pour éliminer les diverses causes possibles qui font qu'en pratique ( notamment à cause de la température, du vieillissement des composants.. .etc.) la puissance émise15 peut ne pas correspondre rigoureusement à celle attendue correspondant à une tension de commande donnée, il est en outre prévu un asservissement de cette puissance émise à celle correspondant à cette tension de commande, cet asservissement étant en l'occurrence réalisé au moyen d'un20 amplificateur différentiel 8 recevant d'une part la tension de commande issue du générateur 4, et d'autre part une tension représentative de la puissance réellement émise, obtenue au moyen d'un détecteur 9 opérant sur une fraction de puissance émise prélevée au moyen d'un coupleur 10.25 Pour limiter les appels de courant sur les moyens 5 de génération de tension d'alimentation du tripâle actif lors des variations rapides des formes d'onde correspondant aux signaux à transmettre, il est en outre avantageusement prévu, en parallèle sur ces moyens de génération 5, un30 condensateur 11 dit aussi condensateurréservoir. Le dispositif d'alimentation illustré sur la figure 2 ne diffère de celui illustré sur la figure 1 que par le fait que la table de correspondance, notée ici 12, est adressée par la tension d'alimentation réelle Va de l'amplificateur35 de puissance, le contenu de cette table étant déterminé, par exemple expérimentalement, de manière à ajuster la tension Vt fournie par les moyens 5, pour que l'écart Vt-Va entre ces deux tensions reste inférieur à une valeur seuil prédéterminée. La valeur de la tension d'alimentation Va de l'amplificateur de puissance est en l'occurrence donnée par 5 un détecteur de tension crête 13 connecté à l'entrée d'alimentation de l'amplificateur de puissance 1. En outre, une telle commande étant plutôt destinée à fonctionner en régime établi, une commande au moyen de ladite consigne extérieure C peut, comme illustré sur la10 figure 2, subsister pour permettre à un tel système de converger plus rapidement vers la valeur voulue au cours d'une phase d'initialisation précédant un tel fonctionnement en régime établi. Le contenu de ladite table de correspondance est alors déterminé, par exemple15 expérimentalement, pour permettre à cette table d'être ainsi adressée à la fois par cette consigne extérieure et par la valeur de tension d'alimentation Va ainsi détectée. Le dispositif d'alimentation illustré sur la figure 3 ne diffère de celui illustré sur la figure 1 que par la réalisation des moyens 5 qui comportent ici un convertisseur de tension 14 fournissant, à partir de la tension fixe Vb fournie par la batterie 6, une tension Vbl différente de Vb, et un commutateur 15 recevant d'une part la tension Vb fournie par la batterie 6, d'autre part la tension Vbl issue25 de ce convertisseur de tension 14, et sélectionnant l'une ou l'autre de ces tensions en fonction de la puissance d'émission demandée, représentée par le signal C. Bien que ce dispositif soit moins performant que le précédent (puisque la tension Vt ne peut prendre ici que deux valeurs possibles) il a cependant l'avantage d'une plus grande simplicité de réalisation, notamment due au fait que les modifications à apporter à un dispositif d'alimentation classique pour le rendre conforme à la présente invention sont moindres que dans le cas de la figure 1 puisqu'il35 suffit ici de prévoir un commutateur tel que le commutateur , un convertisseur non commandable tel que le convertisseur 14 étant en effet généralement déjà prévu dans un terminal de radiocommunications mobiles pour fournir, à partir d'une tension telle que Vb utilisée pour l'alimentation de circuits autres que des circuits de puissance, une tension telle que Vbl supérieure à Vb, utilisée pour l'alimentation des circuits de puissance. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'alimentation d'un amplificateur de puissance (1) pour terminal de radiocommunications mobiles, apte à fournir une puissance d'émission susceptible de5 varier relativement rapidement, ce dispositif (2) étant caractérisé en ce qu'il comporte: - un tripôle actif de puissance (3) pour la commande dudit amplificateur de puissance, recevant une tension de commande (Vc) fonction de la puissance à émettre et une10 tension (Vt) dite d'alimentation de ce tripôle actif, et fournissant audit amplificateur de puissance un courant d'alimentation donné (Ia) sous une tension donnée (Va) dite tension d'alimentation de cet amplificateur de puissance, - des moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif, aptes à fournir audit tripôle actif une tension d'alimentation (Vt) variable de manière à ce que, pour une puissance d'émission donnée, la chute de tension aux bornes dudit tripôle actif soit minimale.20 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif sont commandés par un signal issu d'une table de correspondance (7) adressée par une consigne extérieure de puissance d'émission (C). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif sont commandés par un signal issu d'une table de correspondance adressée par un signal représentatif de la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance. 4 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif ssont commandés par un signal issu d'une table de correspondance (12) adressée par une consigne extérieure de puissance d'émission (C) et par un signal représentatif de la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance. 5 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif comportent un convertisseur de tension fournissant, à partir d'une tension 5 fixe (Vb), une tension d'alimentation variable (Vt). 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif comportent un convertisseur de tension (14) fournissant, à partir d'une tension fixe (Vb), dite première tension fixe, une tension fixe de valeur différente (Vbl), dite deuxième tension fixe, et un commutateur (15) commandé pour sélectionner l'une ou l'autre de ces première et deuxième tensions fixes, de façon à ce que, pour une puissance d'émission donnée, la chute de tension aux bornes dudit tripôle actif soit minimale. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un condensateur (11) dit condensateur-réservoir, en parallèle sur la sortie desdits moyens de génération de tension d'alimentation dudit tripôle actif.