Brevet FR2752113A1 — publié le 19980206

Générateur de signaux â forme d'onde prédéterminée. La présente invention concerne un générateur de signaux à forme d'onde prédéterminée. Elle s'applique notamment à la réalisation d'émetteurs transistorisés d'ondes radio électriques modulées angulairement ou à celle d'émetteurs d'ondes acoustiques à très fortes puissances. La réalisation d'un émetteur d'ondes acoustiques ou électromagnétiques développant des fortes puissances d'émission supérieures par exemple à 100 KW au moyen de composants solides au silicium est généralement obtenue en couplant un nombre déterminé N de modules, de puissance élémentaire PO, de façon à obtenir une puissance totale P en sortie de l'émetteur égal N x PO. L'excitation de l'étage de puissance de l'émetteur a lieu par commutation additive des modules par des commandes dédiées chacune à un module de puissance. Selon un premier type de réalisation, les signaux de commande sont générés à partir de comparaisons effectuées entre le signal analogique bas niveau appliqué à l'émetteur et des valeurs de seuils de référence fixes. Cependant ce premier type de solution qui permet l'amplification d'un signal analogique quelconque, ne protège pas la partie puissance de l'émetteur contre certaines formes de signaux analogiques, transitoires notamment, non supportées par la charge de l'émetteur et d'autre part, la répartition de la puissance fournie par ces modules n'est pas homogène certains modules étant excités pendant la plupart du temps tandis que d'autres ne le sont que pendant très peu de temps. Pour créer des commandes équi-réparties, une deuxième solution consiste à générer à partir d'une boucle à verrouillage de phase un signal d'horloge à fréquence multiple du signal à générer pour commander un séquenceur. Cependant cette solution du fait qu'elle utilise une boucle à verrouillage de phase ne permet pas de générer des signaux modu lés avec une cohérence de phase suffisante pour satisfaire certains types de transmission à modulation angulaire, par exemple type MSK ou FSK. Le but de l'invention, est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, un générateur de signaux à forme d'onde prédéterminée du type comprenant N modules montés en additionneurs de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire couplée par ses sorties de données respectivement aux entrées de commande des N modules de puissance, la mémoire étant adressée par un générateur d'adresses et programmée pour qu'à chaque adresse fournie par le générateur d'adresses corresponde un ensemble de signaux de commande des modules de puissance pour obtenir en sortie des N modules montés en additionneurs la forme d'onde prédéterminée au fur et à mesure de la progression des adresses fournies par le générateur d'adresses. L'invention a pour principal avantage qu'elle permet l'émission de formes d'onde cohérentes en phase, par plusieurs générateurs disposés en des endroits différents. Elle permet notamment la constitution de réseau d'antennes à diagramme de directivité variable ou le couplage de plusieurs générateurs sur une même utilisation. L'optimisation de la place mémoire permet également un ajustement précis de la forme des signaux obtenus à la sortie du générateur ainsi que de leur occupation spectrale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent - La figure 1, un mode de réalisation d'un générateur de signaux selon l'invention - La figure 2, un mode de réalisation d'un module de puissance formant le générateur de signaux de la figure 1 - La figure 3, un mode d'organisation des zones de la mémoire du générateur de signaux de la figure 1 - La figure 4, un diagramme de temps pour illustrer le principe de commande des modules de puissance de la figure 1 - La figure 5, une distribution des signaux de commande permettant l'obtention d'un signal sinusoïdal à la sortie du générateur de la figure t - Les figures GA et 6B, une décomposition de l'aire occupée par la juxtaposition des courants générés par les modules de puissance de la figure 1 lorsque ceux-ci sont commandés pour générer une onde ayant la forme d'une sinusoïde - La figure 7, la forme crénelée d'une portion de signal sinusoïdal tel qu'il est obtenu en sortie du générateur de la figure 1 - Les figures 8A et 8B, des configurations comparées de signaux obtenus en sortie du générateur de la figure 1 lorsqu'un des modules de puissance est défaillant - La figure 9, une association de générateur selon l'invention pour alimenter un réseau d'antenne - La figure 10, un exemple de couplage sur une même utilisation de plusieurs générateurs tels que représenté à la figure 1 - La figure 11, le montage d'une boucle de contre-réaction entre la sortie du générateur de la figure 1 et la mémoire de ce même générateur. Un générateur de signaux selon l'invention plus particulièrement destiné à la génération d'ondes modulées en fréquence est représenté à la figure 1. Ce générateur comprend un générateur d'adresses 1 représenté à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillés, couplé à une mémoire 2 par une ligne d'adresses 3. Il comprend également un ensemble de N modules de puissance référencés de 41 å 4N couplés par une ligne de commande 5 aux sorties de données de la mémoire 2. Les sorties des modules de puissance 4i å 4N sont reliées respectivement aux enroulements primaires de transformateurs 61 å 6N dont les enroulements secondaires 71 å 7N sont reliés en série pour alimenter une antenne d'émission 8 ou une charge électrique quelconque. Le générateur d'adresses 1 comprend un premier circuit additionneur 9, un deuxième circuit additionneur 10 et un registre accumulateur 11. La sortie du deuxième circuit additionneur 10 est reliée à l'entrée du registre accumulateur 11. Le deuxième circuit additionneur 10 possède d'autre part, deux entrées d'opérande qui sont reliées respectivement l'une à la sortie du premier circuit additionneur 9 et l'autre à la sortie du registre accumulateur 11. La sortie du registre accumulateur 11 est reliée par la ligne d'adresses 3 aux entrées d'adressage de la mémoire 2. Le premier circuit additionneur 9 possède deux entrées d'opérande sur lesquelles sont appliquées respectivement un premier mot binaire représentant la fréquence FO de l'onde porteuse et un deuxième mot binaire représentant les écarts de fréquence delta F de la modulation. Chacun des modules de puissance 41 à 4N a une structure du type de celle qui est représentée à la figure 2. Cette structure est formée par un ensemble de quatre transistors 12, 13, 14, 15 montés en "Push Pull" entre une ligne d'alimentation E et un circuit de masse M. Une première branche du -"Push Pull" est formée par le transistor 12 et la diode CR1, une deuxième branche est formée par le transistor 13 et la diode CR2, une troisième branche est formée par le transistor 14 et la diode CR3 et enfin une quatrième branche est formée par le transistor 15 et la diode CR4. Le point commun à la cathode de la diode CR1 et à l'anode de la diode CR2 est relié au point commun à la cathode de la diode CR3 et de l'anode de la diode CR4 au travers d'un enroulement primaire d'un transformateur Gi comprenant un enroulement secondaire 71. Les transistors 12, 13, 14 et 15 sont commandés respectivement sur leur base par des signaux binaires désignés respectivement par AA*CC*, ces signaux étant appliqués sur le bus de commande 5 à la sortie de la mémoire 2. La mémoire 2 est programmée de façon qu'à chaque adresse contenue dans le registre accumulateur 11 corresponde une combinaison des signaux AA*CC* appliqués sur les bases des transistors 12, 13, 14 et 15. Chacun des transistors 12, 13, 14, 15 fonctionne en interrupteur de courant. Chacun prend l'état passant lorsque le signal appliqué sur sa base est dans un état binaire prédéterminé et devient bloqué, pour l'état binaire complémentaire appliqué à sa base. Ainsi par exemple pour la combinaison AA*CC* =(1001) les transistors 12 et 15 se trouvent dans l'état passant et les transistors 13 et 14 sont dans l'état bloqué. L'état passant des transistors 12 et 15 établit un courant dans le primaire du transformateur 6i, ce courant circulant du transistor 12 vers le transistor 15. Inversement lorsque la combinaison des signaux AA*CC* dans l'état 0110, les transistors 12 et 15 sont bloqués et les transistors 13 et 14 sont dans l'état passant et un courant circule alors dans le primaire du transformateur 6i entre le transistor 14 et le transistor 13. Ainsi à chaque adresse contenue dans le registre i1 correspond, comme représenté à la figure 3 dans la zone de mémoire correspondante une combinaison AA*CC* des signaux de commande de chacun des modules 41 à 4N. De b sorte le nombre de zones de mémoires adressées pendant lesquelles les combinaisons AA*CC* gardent une valeur constante définit pendant toute la durée d'adressage de ces zones le temps de conduction des modules 41 à 4N. Selon l'invention les temps de conduction des modules 41 à 4N sont adaptés à la forme d'onde et décalés les uns par rapport aux autres de la manière représentée par le diagramme de la figure 4. Cela permet d'additionner, en fonction du contenu croissant du registre accumulateur 11 les courants développés au secondaire 71 à 7N des transformateurs 61 à 6N dans la charge 8. La charge 8 peut ainsi être alimentée en courant suivant un nombre varié de formes d'ondes dépens dant des combinaisons AA*CC* des mots de code enregistrés dans la mémoire 2. Ainsi dans l'exemple de la figure 5, l'obtention de la forme d'onde sinusoïdale représentée a lieu par mise en conduction successive de 10 modules de puissance géné rant chacun aux bornes de leur enroulement secondaire les tensions Vi à V10. En désignant par T la période de la sinusoïdale, - l'instant t = T/4 définit dans chaque période l'instant où l'amplitude VS de la sinusoïde est maximum et positive. Celle-ci est égale à la somme des tensions V1 à V10 comptées positivement, - l'instant 3T/4 définit dans chaque période l'instant où l'amplitude VS de la sinusoïde est maximum et négative. Celle-ci est égale à la somme des tensions V1 à V10 comptées négativement, - les instants t = O modulo T sont les instants durant lesquels aucun module ne conduit et où l'amplitude de la sinusoïde est nulle. Ces instants permettent d'introduire un retard de conduction pour interdire la conduction simultanée des transistors 12 et 13 ou 14 et 15 et la mise en court circuit du circuit d'alimentation du module. Les instants intermédiaires t n sont eux définis par une relation de la forme t = arcsin (n n n nant des valeurs quelconques de i à 10. En appliquant la relation précédente on obtient dans l'exemple de la figure 5 pour les périodes de conduction de chacun des 10 modules de puissance où les tensions V1 à V10 sont positives, des durées de conduction définies dans les intervalles (tn,T/2-t10-(n-1)) et pour les périodes de conduction des modules durant lesquelles les tensions V1 à V10 sont négatives des durées de conduction définies dans les intervalles (T/2 + Tn, T - t1o tn 1) ) où n prend les valeurs entières de 1 à 10. Une autre illustration du principe qui vient d'être décrit est montrée aux figures 6A, 6B où les zones de conduction des modules hachurés de la figure GA sont représentées juxtaposées sur la figure 6B. Naturellement dans l'exemple qui précède, le contenu de la mémoire 2 est défini en fonction de la fréquence à générer de façon à adapter la durée des commandes aux performances attendues du générateur. Suivant ce principe plusieurs sinusoïdes de fréquences, d'amplitudes, et de positions relatives en phase différentes peuvent être obtenues dépendant toutes respectivement de tables de codage inscrites dans la mémoire 2, l'adresse initiale de chaque table de codage étant pointée par le contenu du registre 11 qui est chargé au travers des circuits additionneurs 9 et 10. Cette dernière disposition a aussi pour avantage qu'elle permet de faire subir à n'importe quelle forme d'onde sinusoïdale inscrite dans la mémoire 2 des modulations vectorielles cohérentes en amplitude, phase et fréquence, avec éventuellement la possibilité de modifier son spectre de fréquence comme cela est suggéré par la représentation de la portion de sinusoïdale de la figure 7 où il est apparent qu'en modifiant le codage de la mémoire 2 en certains points seulement de la courbe pour produire une modification du crénelage, on peut obtenir une modification de la répartition des raies de sa représentation spectrale en transmettant par exemple à la mémoire 2 un paramètre de sous g amme de fréquence pour minimiser l'erreur quadratique moyenne entre échantillons.. Naturellement suivant ce même principe le contenu de la mémoire 2 peut être optimisé ou corrigé, pour tenir compte par exemple de défauts de troncature de l'accumulateur pour obtenir une distorsion minimale même en cas de défaillance d'un module de puissance comme cela est représenté par les courbes des figures 8A et 8B. Cette optimisation qui conduit à un contrôle fin de l'amplitude et de la phase de la forme d'onde obtenue en sortie du générateur de la figure 1 peut être judicieusement mise à profit dans des applications nécessitant l'utilisation comme représenté aux figures 9 et 10 de plusieurs générateurs 161 à 16n de ce type soit pour réaliser (figure 9) des réseaux d'antenne 17 où chaque antenne est excitée par un signal de phase i qui lui est propre soit encore (figure 10) pour permettre le couplage de plusieurs générateurs 161 à 16n de ce type sur une même utilisation 18. il est à noter que dans ces réalisations la forme d'onde obtenue peut encore être améliorées au moyen d'un conformateur de signal de la manière représentée à la figure 11 où les éléments homologues à ceux de la figure 1 sont représentés avec les mêmes références. Suivant cette réalisation un dispositif à contre-réaction 19 permet de compenser les variations d'amplitude du courant appliqué sur la charge 8 due par exemple à des parasites. Les variations d'amplitudes dues par exemple à des parasites où à des variations de la charge 8 sont dans ce cas transformées en variation d'adresse sur la mémoire 2, dans un sens qui s'oppose à la variation d'amplitude du courant circulant dans la charge 8. Suivant ce principe plusieurs sinusoïdes de fréquences différentes peuvent être générées dépendant toutes de tables de codage inscrites dans la mémoire 2 et correspondant chacune à une fréquence à générer. Dans ce cas, l'adresse initiale de la table de codage doit être chargée à l'instant de départ de la génération de la sinusoïde dans le registre 11 au travers des circuits additionneurs 9 et 10. REVENDICATIONS 1. Générateur de signaux à forme d'onde prédéterminée du type comprenant N modules ..... 4N) montés en additionneur de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire(2) couplée par ses sorties de données respectivement aux entrées de commande des N modules de puissance ..... 4N), la mémoire (2) étant adressée par un générateur d'adresses (1) et programmée pour qu' chaque adresse fournie par le générateur d'adresses (1) corresponde un ensemble de signaux de commande des modules de puissance ..... 4N) pour obtenir en sorties des N modules montés en additionneur la forme d'onde prédéterminée au fur et à mesure de la progression des adresses fournies par le générateur d'adresses (1). 2. Générateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire (2) contient N mots de code par adresse pour générer simultanément les commandes respectives des N modules (41. . 3. Générateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque module ..... 4N) est formé par un étage amplificateur de type Push Pull. 4. Générateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'étage amplificateur est un Push Pull série comprenant au moins deux branches (12, 13 ; 14, 15) de conduction. 5. Générateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'étage amplificateur est un Push Pull parallèle possédant au moins deux branches de conduction. 6. Générateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque mot de code comprend des bits (AA*CC*) pour la commande de la conduction de chacune des branches de l'étage amplificateur Push Pull. 7. Générateur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les branches de conduction élémentaire de chaque Push Pull sont retardées l'une par rapport à l'autre pour interdire une conduction simultanée des deux branches (12, 13 ; 14, 15). 8. Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les commandes des branches de conduction complémentaire de chaque étage amplificateur Push Pull sont retardées l'une par rapport à l'autre par décalage d'adresses des mots de code. 9. Générateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le générateur d'adresses (1) comprend un registre accumulateur d'adresses (11) incrémenté par pas successifs dans le temps. 10. Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le générateur d'adresses (1) transmet à la mémoire (2) un paramètre de sous gamme de fréquence pour garder constant la valeur de retard afin de minimiser l'erreur quadratrique moyenne entre deux échantillons. 11. Générateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la mémoire (2) contient plusieurs tables adressées par le générateur d'adresses (1) définies, pour plusieurs niveaux du signal de sortie de la forme d'onde à générer, les sous gammes de fréquence et le nombre et la position des modules de puissance en service. 12. Utilisation du générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 à la réalisation d'un générateur de modulation vectorielle cohérente en amplitude, en phase et en fréquence. 13. Utilisation du générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 à la réalisation d'un conformateur de signal à une forme d'onde attendue la mémoire (2) étant programmée pour compenser les défauts engendrés par la charge des modules de puissance. 14. Générateur des signaux de forme d'onde prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs générateurs ....... îGN) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 couplés en parallèle. 15. Utilisation du générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 à la réalisation d'un réseaux d'antennes (17).