Brevet FR2757716A1 — publié le 19980626

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de puissance et de mise en forme sans boucle d'asservissement analogique d'un signal émis par un émetteur radio. Elle permet notamment la régulation et la mise en forme d'un signal Haute Fréquence, noté HF, avant transmission par une antenne d'une radio portable. Dans les différents types de transmission radio, dont l'évasion de fréquence (EVF) est un cas particulier, il est nécessaire de maîtriser différents paramètres de l'onde émise: - la montée en puissance qui doit être mise en forme afin de limiter la largeur et l'amplitude du spectre parasite généré, - la durée de cette mise en forme de façon à garantir une onde parfaitement stabilisée dés les premiers bits d'information à transmettre, - la maîtrise de l'amplitude de l'onde émise, - la descente en puissance qui doit aussi être maîtrisée en forme et en temps pour des raisons identiques à la montée. II est connu pour réaliser une régulation de puissance et une mise en forme d'un signal émis par une chaîne d'émission d'un appareil de communication radio des dispositifs mettant en oeuvre des procédés d'asservissement de gain dont un synoptique est représenté sur la figure 1. La chaîne d'émission 1, représentée à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillé, comprend un générateur de fréquences 2 couplé à une antenne radio 3 par une chaîne de puissance 4 contrôlée par un dispositif de mise en forme et de régulation 5. La chaîne de puissance 4 comprend en entrée un atténuateur variable 6 suivi d'un bloc d'amplification 7 formé d'un premier amplificateur 8 en série avec un deuxième amplificateur 9, couplé à l'antenne radio 3 par un coupleur directionnel 10. Le dispositif de mise en forme et de régulation 5 comprend un dispositif de blocage 11 qui, à partir d'un signal d'entrée EHF, génère un signal de contrôle du premier amplificateur 8. Le dispositif de mise en forme et de régulation 5 comprend aussi une boucle d'asservissement 12 connectée en entrée au coupleur directionnel 10 et à un dispositif de génération de consigne 13 et connecté en sortie à l'atténuateur variable 6 et au deuxième amplificateur 9. Selon cette disposition, le procédé mis en oeuvre se déroule suivant la description qui suit. Un signal pilote Vp généré par le générateur de fréquences 2 est mis en forme et amplifié, sous la forme d'un signal Vs, par la chaîne de puissance 4 contrôlée par le dispositif de mise en forme et de régulation 5. Le coupleur directionnel 10 délivre en permanence une information de tension incidente vi et une information de tension réfléchie vr. L'information de tension incidente vi est une mesure de la puissance émise en sortie du bloc d'amplification 7 à destination de l'antenne radio 3 et l'information de tension réfléchie vr est une mesure de la puissance reçue sur l'antenne radio 3 due à la présence d'un brouilleur non représenté. L'information de tension incidente vi et l'information de tension réfléchie vr sont comparées à une consigne Vc, générée par le dispositif de génération de consigne 13, par la boucle d'asservissement 12. La consigne Vc, réalisée par un filtrage du signal de commande EHF représentant l'enveloppe du signal à émettre, définit le niveau de régulation de la chaîne de puissance 4. En fonction de ce niveau de régulation, la boucle d'asservissement 12 ajuste le niveau du signal de sortie Vs de la chaîne de puissance 4 en contrôlant l'atténuateur variable 6 par une commande d'atténuation V1 et en contrôlant le deuxième amplificateur 9 par une commande de gain V2. Durant les intervalles de temps où il n'y a pas d'émission, le signal de commande EHF est à zéro et le dispositif de blocage 11 bloque le premier amplificateur 8 par une commande de blocage V3. Un tel procédé a pour avantage d'effectuer une analyse de l'onde émise durant toute la durée d'émission assurant un asservissement permanent de la régulation de puissance. Par contre, un tel procédé présente certains inconvénients dont les plus importants sont le risque d'accrochage lié à la présence d'une boucle d'asservissement et le risque d'étouffement en présence d'un brouilleur à proximité. Par ailleurs, le dispositif mettant en oeuvre le procédé présente une certaine rigidité due à une réalisation toute analogique et sa réalisation doit tenir compte des contraintes liées à la taille des composants analogiques. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de régulation de puissance et de mise en forme sans boucle d'asservissement analogique d'un signal transmis par une antenne radio d'un émetteur radio après amplification par une chaîne de puissance d'un signal généré par un générateur de fréquence caractérisé en ce qu'il consiste: - à mesurer un niveau de puissance émise par la chaîne de puissance, - a augmenter progressivement suivant une loi déterminée un gain d'amplification de la chaîne de puissance pour augmenter la puissance émise jusqu'à une valeur de puissance déterminée, - a maintenir pendant la durée d'émission le gain d'amplification de la chaîne de puissance obtenu lorsque la puissance émise a atteint la puissance déterminée - en fin d'émission, à diminuer progressivement jusqu'à zéro le gain d'amplification de la chaîne de puissance, suivant une loi similaire à celle de l'augmentation progressive de gain d'amplification de la chaîne de puissance, pour diminuer jusqu'à zéro la puissance émise. Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention a principalement pour avantages qu'elle réalise une régulation de puissance et une mise en forme sans boucle d'asservissement analogique et qu'elle supprime le risque d'étouffement en présence d'un brouilleur à proximité. Elle a aussi pour avantage de pouvoir être adaptée facilement à différents appareils du fait de boîtiers numériques programmables qui remplacent un certain nombre de composants analogiques. L'utilisation des boîtiers numériques permet aussi de réduire le nombre de composants et l'encombrement du dispositif. L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront lors de la description suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en regard des figures annexées qui représentent: -la figure 1, un synoptique d'une chaîne d'émission selon un dispositif connu, - la figure 2, un synoptique d'une chaîne d'émission d'un dispositif selon l'invention, et - la figure 3, des chronogrammes de différents signaux du dispositif. Sur les différentes figures, les éléments homologues sont représentés avec une même référence. Le procédé selon l'invention consiste à mesurer une puissance émise par un amplificateur d'un émetteur radio et à augmenter progressivement le niveau d'une commande de gain d'amplification tant que la puissance émise mesurée ne répond pas aux conditions d'exploitation de l'émetteur radio. Les conditions d'exploitation, pré-programmées lors de la fabrication du dispositif mettant en oeuvre le procédé ou sélectionnées par un opérateur, consistent essentiellement en un niveau de puissance émise pour une fréquence donnée du signal émis. Une fois les conditions d'exploitation remplies, le niveau de la commande de gain est maintenu constant pendant la durée d'émission pour assurer une puissance émise constante. En fin d'émission, le niveau de la commande de gain est diminué progressivement de manière à ramener la puissance émise à zéro sans variation brutale du signal émis. La commande de gain résulte de la mise en forme des sorties d'un compteur assurant des temps de montée et de descente de la commande de gain maîtrisables. La commande de gain contrôle le gain d'amplification en commandant la tension appliquée sur la grille de transistors du type à effet de champ notés TEC, ou FET suivant l'appellation anglo-saxonne ; ces transistors du type TEC sont les éléments essentiels de l'amplificateur de l'émetteur radio. Le procédé selon l'invention consiste aussi à détecter la présence d'un brouilleur à proximité de l'antenne radio afin de modifier les conditions d'exploitation de l'émetteur radio. La compréhension du procédé sera complète après la description suivante d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé. La figure 2 représente un synoptique d'une chaîne d'émission d'un dispositif selon l'invention. La chaîne d'émission 1, représentée à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillé, comprend un générateur de fréquences 2 couplé à une antenne radio 3 par une chaîne de puissance 4 contrôlée par un dispositif de mise en forme et de régulation 5. La chaîne de puissance 4 comprend en entrée un bloc d'amplification 7 formé d'un premier amplificateur 8 en série avec un deuxième amplificateur 9 couplé à l'antenne radio 3 par un coupleur directionnel 10. Le dispositif de mise en forme et de régulation 5 comprend un dispositif de contrôle de niveau 14 connecté en entrée au coupleur directionnel 10 par une information de tension incidente vi et une information de tension réfléchie vr et connecté à un dispositif de comptage 15, en entrée par un bus de bits bO ..., b6 et en sortie par un signal de contrôle STOP. Le dispositif de comptage 15 est connecté à un premier convertisseur numérique analogique 16 par un bus de bits bO, ..., b6 et est couplé à un deuxième convertisseur numérique analogique 17 par l'intermédiaire d'un circuit de combinaison 18. Le dispositif de mise en forme et de régulation 5 comprend aussi un dispositif sommateur 19 intercalé entre le premier convertisseur numérique analogique 16 et le deuxième amplificateur 9 et entre le deuxième convertisseur numérique analogique 17 et le premier amplificateur 8. Le premier amplificateur 8 et le deuxième amplificateur 9 sont chacun réalisés avec au moins un transistor du type TEC polarisé par un circuit de polarisation. Une première sortie du dispositif sommateur 19 dénommée commande d'autorisation à émettre V3, contrôle le point de polarisation du premier amplificateur 8. Une deuxième sortie du dispositif sommateur 19, dénommée commande de gain V2, contrôle le point de polarisation du deuxième amplificateur 9. Selon cette disposition, le générateur de fréquences 2 génère un signal pilote Vp à une fréquence déterminée fonction de la fréquence du signal à transmettre. La mise en forme et la régulation de puissance du signal transmis par l'antenne radio 3 sont illustrées par la figure 3 qui représente des chronogrammes de différents signaux du dispositif. Ces chronogrammes correspondent à un cas général de fonctionnement du dispositif qui se déroule suivant la description suivante. Un signal enveloppe EHF résultant par exemple d'une action d'un opérateur qui aura choisi d'émettre un signal pendant une durée T à un niveau de puissance Ps, passe d'un état inactif à un état actif à un instant tO. Ce changement d'état entraîne un passage à l'état inactif du signal de contrôle STOP généré par le dispositif de contrôle de niveau 14 et un positionnement du dispositif de comptage 15 en mode de comptage à partir de la valeur zéro. Ainsi, le dispositif de comptage 15 compte à partir de zéro au rythme d'une horloge H générée par un oscillateur non représenté et une valeur de comptage est codée sur le bus de bits bu, .., b6. La valeur de comptage, codée par le bus de bits bO ..., b6 est convertie sous forme analogique par le premier convertisseur numérique analogique 16 et le deuxième convertisseur numérique analogique 17. La sortie V4 du premier convertisseur numérique analogique 16 et la sortie V5 du deuxième convertisseur numérique analogique 17 ont l'allure d'une rampe. La sortie V5 du deuxième convertisseur numérique analogique 17 suit la même rampe que la sortie V4 du premier convertisseur numérique analogique 16. Mais la rampe correspondant à la sortie V5 du deuxième convertisseur numérique analogique 17 démarre seulement après le passage à 1 du septième bit b6 qui est combiné avec chacun des autres bits bO à b5 dans le circuit de combinaison 18. Le résultat de la combinaison de chacun des bits bO à b5 avec le septième bit b6 est transmis au deuxième convertisseur numérique analogique 17. La sortie V4 du premier convertisseur numérique analogique 16 et la sortie V5 du deuxième convertisseur numérique analogique 17 sont combinées par le dispositif sommateur 19 pour générer la commande d'autorisation à émettre V3 et la commande de gain V2. La disposition et la combinaison des deux convertisseurs numériques analogiques, 16 et 17, permettent d'augmenter la dynamique de la commande de gain V2 sans augmenter le nombre de bits en sortie du dispositif de comptage 15. La commande d'autorisation à émettre V3 contrôle l'état du premier amplificateur 8 en imposant un niveau déterminé de tension sur la grille du transistor du type TEC du premier amplificateur 8. Si le premier amplificateur 8 comporte plusieurs transistors du type TEC, la commande d'autorisation à émettre V3 est appliqué préférentiellement à tous les transistors du type TEC du premier amplificateur 8. Ainsi, entre les temps tO et t5, la commande d'autorisation à émettre V3 est à un état actif, le premier amplificateur 8 fonctionne suivant un état dit saturé et le gain de tension du premier amplificateur 8 est fixe et fonction du circuit de polarisation du transistor du type TEC du premier amplificateur 8. Lorsque la commande d'autorisation à émettre V3 est à un état inactif, avant le temps tO et après le temps t5, le premier amplificateur 8 fonctionne suivant un état dit bloqué ; dans cet état le gain de tension du premier amplificateur 8 est nul, L'émission d'un signal est interdite. La commande de gain V2 résulte d'une addition du signal de sortie V4 du premier convertisseur numérique analogique 16 avec le signal de sortie V5 du deuxième convertisseur numérique analogique 17. La commande de gain V2 contrôle le gain de tension du deuxième amplificateur 9 en imposant un niveau de tension variable sur la grille du transistor du type TEC du deuxième amplificateur 9. Ainsi, la mise en conduction du deuxième amplificateur 9 est progressive entre les temps tO et t2, le gain de tension du deuxième amplificateur 9 varie entre les temps tO et t2. Au temps t1, le septième bit b6 passe d'un état inactif à un état actif, par conséquent la pente de la rampe que suit la commande de gain V2 est multipliée par deux. Au temps t2, le niveau de puissance mesuré P par la première information vi, a atteint le seuil Ps de puissance désirée. Le dispositif de contrôle de niveau 14 positionne le signal de contrôle STOP à un état actif pour stopper le comptage du dispositif de comptage 15. Au temps t2, le dispositif de comptage 15 a compté jusqu'à une valeur déterminée N à laquelle correspond un niveau déterminé V2s de la commande de gain V2. A partir du temps t2, le dispositif de comptage 15 suspend le comptage à cette valeur N tant que le signal de contrôle STOP est à un état actif. Au temps t3, le signal enveloppe EHF passe à un état inactif signifiant la fin d'émission. Entre les temps t2 et t3, le dispositif de comptage 15 reste en attente à la valeur N codée sur les bits bO à b6. Dans ces conditions, la commande de gain V2 conserve la même valeur V2s qu'il avait au temps t2 et ceci pendant un intervalle de temps compris entre les temps t2 et t3. Ainsi, le niveau de puissance mesuré P au temps t2 par la première information vi reste constant pendant l'intervalle de temps compris entre les temps t2 et t3. Au temps t3, le changement d'état du signal enveloppe EHF, d'un état actif à un état inactif1 entraîne le passage à un état inactif du signal de contrôle STOP et le passage en mode décomptage du dispositif de comptage 15. Entre les temps t3 et t5, le dispositif de comptage 15 décompte au rythme de l'horloge H. Au temps t4 le septième bit b6 passe d'un état actif à un état inactif, par conséquent la pente de la rampe que suit la commande de gain V2 est divisée par deux. Au temps t5, le dispositif de comptage 15 a décompté jusqu'à zéro. Le dispositif de contrôle de niveau 14 détecte le passage à zéro en décodant le bus de bits bO ..., b6. Après détection du passage à zéro, il positionne le signal de contrôle STOP à un état actif pour bloquer le dispositif de comptage 15 à la valeur zéro et maintenir ainsi simultanément la commande d'autorisation à émettre V3 et la commande de gain V2 à un niveau déterminé pour bloquer le premier amplificateur 8 et le deuxième amplificateur 9 jusqu'à l'émission suivante. Le choix de la fréquence de l'horloge H est fonction des temps de montée et de descente désirés du signal émis, ainsi plus les temps de montée et de descente sont petits pour une dynamique donnée de la commande de gain V2 plus la fréquence de l'horloge H est grande. Le choix du nombre de bits nécessaires pour coder la dynamique maximale de la commande de gain V2 est effectué en fonction du pas de régulation voulu. Ainsi, plus le pas de régulation est petit, plus la puissance émise est proche du seuil Ps de puissance désiré plus le nombre de bits de codage est grand. Dans le but de sécuriser le dispositif selon l'invention, un temps limite TL de montée en puissance est programmé initialement dans le dispositif de contrôle de niveau 14. Ce temps TL borne l'intervalle de temps compris entre les temps tO et t2. Ainsi, le temps TL est le temps maximum alloué à la chaîne de puissance 4 pour atteindre le gain d'amplification nécessaire pour émettre un signal ayant la puissance Ps désirée. Toujours dans le but de sécuriser le dispositif selon l'invention, un niveau maximal de puissance émise autorisé est déterminé et programmé dans le dispositif de contrôle de niveau 14. Le niveau maximal de puissance émise autorisé est programmé sous le forme d'une valeur M de comptage du dispositif de comptage 15 à laquelle correspond un niveau de la commande de gain V2 dont la valeur permet d'obtenir ce niveau maximal de puissance émise. Ainsi seule cette valeur M est programmée initialement dans le dispositif de contrôle de niveau 14 pour limiter la puissance émise. Une évolution intéressante du dispositif selon l'invention consiste à programmer un niveau maximal de puissance émise pour chaque fréquence du spectre d'émission. En plus du fonctionnement général, différents cas particuliers de fonctionnement peuvent se produire. Un premier cas particulier de fonctionnement se produit quand, à la fin de l'intervalle de temps défini par le temps limite TL, le niveau de puissance émise mesuré P par la première information vi est toujours inférieur au niveau de puissance désiré Ps. Dans ce cas, le comptage du dispositif de comptage 15 est stoppé au temps TL à une valeur N atteinte et l'émission se poursuit comme dans le cas général en remplaçant sur les chronogrammes de la figure 3 le temps t2 par le temps TL. Un deuxième cas particulier se produit quand il existe un brouilleur proche. Dans ce cas, pendant les instants où l'émission est interdite, avant le temps tO ou après le temps t5, la valeur de puissance mesurée par la deuxième information vr correspond à la puissance d'un signal reçu sur l'antenne émis par une source qualifiée de brouilleur. La détection d'un brouilleur a lieu quand la deuxième information vr dépasse un seuil déterminé. Dans ces conditions, le niveau de puissance mesuré par la première information vi pendant les instants d'émission risque d'être erroné car entaché de la puissance du signal reçu sur l'antenne dû à la présence d'un brouilleur. Dans ce cas, après détection d'un brouilleur le dispositif de contrôle de niveau 14 ne tient pas compte de la première information vi mais tient compte d'une valeur de comptage programmée initialement dans le dispositif de contrôle de niveau 14 et il autorise le comptage du dispositif de comptage 15 jusqu'à ce que ce dernier ait atteint la valeur de comptage programmée. Dans ces conditions, le niveau de puissance émise est garanti en présence du brouilleur. II n'y a pas d'étouffement du signal émis. Dans une variante au procédé, le dispositif de comptage 15 est réalisé avec un boîtier programmable programmé pour générer un signal numérique de forme sinusoïdale ou de forme exponentielle et plus généralement, il est programmé pour générer toute forme décrite par un programme implanté dans le boîtier programmable. Ainsi, le gain d'amplification de la chaîne de puissance 4 suit, en fonction du choix de l'opérateur ou en fonction des conditions d'exploitation (par exemple le dispositif de comptage 15 est configuré automatiquement en fonction d'une forme d'onde émise choisie par l'opérateur), une courbe ayant l'allure d'un créneau dont les flans sont une rampe ou un bout de sinusoïde ou un bout d'exponentielle par exemple. Dans une autre variante au procédé, la commande d'autorisation à émettre V3 est le résultat de la superposition d'une rampe à une valeur constante de tension (négative dans le cas où le transistor du type TEC utilisé est bloqué avec une tension négative sur la grille, la source étant à la masse). Dans ces conditions, le déblocage et le blocage du signal HF émis est effectué, sans changement brusque, par le premier amplificateur 8. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de puissance et de mise en forme sans boucle d'asservissement analogique d'un signal transmis par une antenne radio (3) d'un émetteur radio après amplification par une chaîne de puissance (4) d'un signal généré par un générateur de fréquence (2) caractérisé en ce qu'il consiste: - a mesurer un niveau de puissance émise (P) par la chaîne de puissance (4), - a augmenter progressivement suivant une loi déterminée un gain d'amplification de la chaîne de puissance (4) pour augmenter la puissance émise (P) jusqu'à une valeur de puissance déterminée, - a maintenir pendant la durée d'émission le gain d'amplification de la chaîne de puissance (4) obtenu lorsque la puissance émise (P) a atteint la puissance déterminée, - en fin d'émission, à diminuer progressivement jusqu'à zéro le gain d'amplification de la chaîne de puissance (4), suivant une loi similaire à celle de l'augmentation progressive de gain d'amplification de la chaîne de puissance (4), pour diminuer jusqu'à zéro la puissance émise (P). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'augmentation et la diminution progressive du gain d'amplification de la chaîne de puissance (4) suivent une rampe de pente (s) déterminée (s). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à augmenter le gain d'amplification de la chaîne de puissance (4) tant que la puissance émise (P) est inférieure à un seuil de puissance (Ps) déterminé par un opérateur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer un signal de brouillage (vr) reçu par l'antenne radio (3) pendant les intervalles de temps où il n'y a pas d'émission pour détecter un dépassement d'un seuil déterminé de brouillage de manière à augmenter le gain d'amplification de la chaîne de puissance (4) jusqu'à atteindre une puissance émise dont la valeur est initialement programmée. 5. Dispositif de régulation de puissance et de mise en forme sans boucle d'asservissement analogique d'un signal émis par un émetteur radio comprenant une chaîne de puissance (4) couplée à une antenne radio (3) par un coupleur directionnel (10), la chaîne de puissance (4) étant contrôlée par un dispositif de mise en forme et de régulation (5) caractérisé en ce que la chaîne de puissance (4) comprend au moins un transistor du type à effet de champ et en ce que le dispositif de mise en forme et de régulation (5) comprend un dispositif de contrôle de niveau (14) et un dispositif de comptage (15) à l'aide duquel sont obtenues des commandes de contrôle de la chaîne de puissance (4). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chaîne de puissance (4) est composée d'un premier amplificateur (8) comprenant au moins un transistor à effet de champ permettant de découper le signal émis suivant une commande d'autorisation à émettre (V3) et d'un deuxième amplificateur (9) comprenant au moins un transistor à effet de champ dont le gain est rendu variable par une commande de gain (V2).