Brevet FR2766031A1 — publié le 19990115

PROCEDE DE COMMANDE DU GAIN D'UN AMPLIFICATEUR ET AMPLIFICATEUR METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE La présente invention concerne les amplificateurs à commande de gain et en particulier les amplificateurs de puissance chargés par une charge désadaptée dont la désadaptation peut être variable. Les amplificateurs, dans certaines applications, en particulier dans les émetteurs HF, sont commandés pour ne fournir au plus qu'une puissance bornée, Pb, de valeur inférieure à leur puissance maximum disponible, Pmax. Dans ce cas, comme d'ailleurs dans le cas où Pb=Pmax, il est connu de réguler le gain de l'amplificateur en lui imposant une puissance de sortie Pb où cr est le rapport d'onde stationnaire, ou ROS, à # la sortie de l'amplificateur. Or, comme cela sera montré à l'aide de la figure 1, dés que la valeur choisie pour Pb est inférieure à celle de Pmax, le fonctionnement de l'amplificateur n'est pas optimisé avec une régulation du gain de la forme or Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient. Ceci est obtenu en effectuant la régulation suivant des critères différents selon que le ROS est inférieur ou supérieur à un certain seuil ub déterminé en fonction de la puissance Pb. Selon l'invention il est proposé un procédé de commande de gain d'un amplificateur chargé par une charge, conçu pour fournir au plus une puissance Pmax lorsque la charge est adaptée et utilisé pour fournir au plus une puissance Pb lorsque la charge est adaptée, avec Pb La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: - la figure 1 des diagrammes "puissance de sortie - ROS" relatifs à plusieurs types de régulation d'un même amplificateur, - la figure 2, un schéma d'un amplificateur, avec sa commande de gain, selon l'invention, - la figure 3, un schéma plus détaillé d'un des circuits de la figure 2. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés pour les mêmes repères. La figure 1 montre trois diagrammes, relatifs à un même amplificateur, respectivement en traits plein, en traits interrompus et en pointillés ; ces diagrammes sont représentés en coordonnées cartésiennes avec en abscisse le ROS, a, à la sortie de l'amplificateur et en ordonnée la puissance, F, fournie à une charge connectée sur la sortie de l'amplificateur. Sur l'axe des ordonnées sont indiquées deux valeurs de puissance: - une puissance Pmax, qui est la puissance maximum que l'amplificateur, chargé par une charge adaptée, peut fournir dans des conditions normales d'utilisation, c'est-à-dire sans risque de détérioration - et une puissance Pb qui est la puissance maximum qu'un utilisateur donné désire avoir sur une charge en sortie d'amplificateur. Une courbe en traits interrompus, Cm, représente les valeurs à ne pas dépasser pour la puissance en sortie d'amplificateur quand le ROS, a, varie du fait d'une charge dont l'impédance varie et ne reste donc pas adaptée. Cette courbe, d'équation Pmax/cx, est une courbe classique de fonctionnement d'un amplificateur; un tel fonctionnement est obtenu par une commande adéquate du gain de l'amplificateur. De même, lorsque la puissance de sortie de l'amplificateur ne doit pas dépasser une valeur Pb inférieure à Pmax, il est classique de commander le gain de l'amplificateur pour que la puissance fournie soit égale à Pb/a ; la courbe Cb de la figure 1 correspond à une tel fonctionnement La courbe Cm constitue, de façon générale la courbe limite d'utilisation de l'amplificateur; la valeur Pb constitue, pour une raison particulière, une valeur de puissance à ne pas dépasser en sortie d'amplificateur. Tenant compte des deux remarques qui précèdent il est proposé, ici, d'effectuer une régulation de gain qui conduise à un fonctionnement non plus selon la courbe Cb mais selon la courbe Cbm où la puissance P garde la valeur Pb tant que le ROS est inférieur à une valeur de seuil ou et où cette puissance prend la valeur Pmax/v lorsque le ROS est supérieur à ob avec Pmax/ab = Pb c'est-à-dire ob = Pmax/Pb. Ce mode de fonctionnement a été mis en oeuvre avec un amplificateur selon la figure 2. Il est à noter que cette mise en oeuvre aurait pu être faite avec tout type d'amplificateur à commande de gain. Dans l'exemple décrit, il s'agit d'un amplificateur où, partant de l'égalité Vsi(t) = G. Ve(t), I'équation de régulation s'écrit: Log[Ysi(r) + s]-Log[Ve(Z)+s]=O G avec Vsi(t): valeur au temps t de la tension incidente de sortie fournie à la charge de l'amplificateur, Ve(t): valeur au temps t de la tension d'entrée fournie à l'amplificateur, G: consigne de gain programmable s: valeur donnée, homogène à une tension et négligeable devant les autres termes dans des conditions normales de fonctionnement. La valeur s est ajoutée dans l'équation de manière à simplifier le calcul lorsque les autres termes de l'équation sont nuls ou très proches de zéro. Un tel amplificateur est décrit dans le brevet français 2 712 751 où il est réalisé avec une commande sous forme analogique. Dans le présent exemple, comme il apparaîtra plus loin, la commande a été conçue sous forme numérique. La figure 2 montre un amplificateur chargé par une charge Ch ; cet amplificateur comporte un circuit amplificateur proprement dit, A, auquel a été associée une commande de gain. Le signal d'entrée de l'amplificateur est noté Ve(t) ; il est appliqué sur l'entrée d'un coupleur directionnel 1 à deux sorties : une sortie principale couplée par un atténuateur à poids, 2, à l'entrée de signal du circuit amplificateur A et une sortie avec atténuation de 20 dB reliée à travers un détecteur de niveau, 4, suivi d'un filtre anti-repliement, 5, à un convertisseur analogique-numérique 6 qui reçoit un signal d'horloge, à fréquence fixe, d'un circuit d'horloge H. Le signal de sortie du circuit amplificateur A est appliqué à l'entrée d'un coupleur directionnel, 3, à trois sorties: une sortie principale reliée à la charge Ch et une première et une seconde sortie secondaires avec atténuation de 20 dB. Le coupleur 3 délivre, sur sa première sortie secondaire, un signal Vsi(t) qui correspond à la tension incidente de sortie fournie à la charge Ch, mais avec une atténuation de 20 dB ; sur sa seconde sortie auxiliaire le coupleur 3 délivre un signal Vsr(t) qui correspond à la tension réfléchie par la charge Ch mais avec une atténuation de 20 dB. La première sortie auxiliaire est couplée, par un détecteur de niveau 7i suivi d'un filtre anti-repliement 8i, à un convertisseur analogiquenumérique 9i qui reçoit du circuit d'horloge H le même signal d'horloge que la convertisseur 6. De même la seconde sortie auxiliaire est couplée par un détecteur de niveau 7r suivi d'un filtre anti-repliement 8r, à un convertisseur analogique-numérique 9r qui reçoit le même signal que les convertisseurs 6 et 9i. La commande d'atténuation de l'atténuateur à poids 2 est réalisée par un circuit logique L qui reçoit : un signal d'horloge h du circuit d'horloge H, les signaux référencés Ve, Vi, Vr délivrés respectivement par les convertisseurs 6, 9i, 9r et des signaux de commande en provenance d'un pupitre de commande B. Les signaux Ve, Vi, Vr, tels qu'ils sont obtenus, donnent, au rythme du signal d'horloge reçu par les convertisseurs, la valeur de l'enveloppe des signaux Ve(t), Vsi(t), Vsr(t). Le circuit logique L du pupitre B les valeurs et g où, comme il a été vu précédemment, Pmax et Pb sont respectivement la puissance maximum disponible de l'amplificateur et une puissance dont l'utilisateur ne désire pas qu'elle soit dépasse; il reçoit également du pupitre Blavaleur P max/ Pb = ab La figure 3 montre comment, dans le circuit logique L de la figure 2, s'élabore la régulation de l'amplificateur en fonction d'une consigne de gain G et comment s'effectue le calcul de cette consigne. La partie supérieure de la figure 2 est consacrée à la fonction régulation et la partie inférieure à la fonction calcul de la consigne G. II a été indiqué précédemment que l'équation de régulation s'écrivent Vi(t) Log[ + #] - Log [Ve(t)+ # ] = 0 G en réalité la régulation se fait sur les valeurs d'enveloppe de ces signaux et consiste à rechercher à satisfaire la double inégalité Vi Log a2 s Log [ G + s} Log [Ve + E] S Log al G où Vi et Ve sont respectivement foumis par les convertisseurs 9i et 6 selon la figure 2 et où Log a 1 Log a 1, Log a 2 sont les bornes à l'intérieur desquelles l'amplificateur est considéré comme correctement régulé et où, de ce fait, la commande de l'atténuateur à poids, 2, selon la figure 2, n'a pas à être modifiée ; ces valeurs sont choisies en fonction de la précision désirée pour la régulation et apparaissent dans le schéma selon la figure 3 sous la forme de deux tensions : une tension positive + V-l représentative de Log a 1 et une tension négative - V2 représentative de Log a 2. Les paramètres s, + V1 et - V2, dans l'exemple décrit, sont des paramètres internes du circuit logique L. Pour réaliser la fonction de régulation c'est-à-dire pour satisfaire la double inégalité Vi Log &alpha;2 # Log[ + #]- Log [Ve+#] # Log &alpha; 1 -G le circuit logique L de la figure 2 comporte le logiciel ci-après: - un diviseur, 10, qui effectue l'opération Vi/G, - deux additionneurs, 11, 12, qui additionnent respectivement Ve avec set Vi/G avec s, - un tableau à double entrée, schématisé par deux fonctions logarithmiques 13, 14 suivies d'un soustracteur 15, qui reçoit les signaux Ve + set Vi/G + set délivre un signal représentatif de l'opération Log [VI/G + E]- Log [Ve + E] - un comparateur 16 qui compare ce dernier signal avec les valeurs + VI et - V2 et fournit un signal sur une première sortie si le signal à comparer est supérieur à + VI et un signal sur une deuxième sortie si le signal à comparer est inférieur à - V2, - un compteur-décompteur, 17, avec une entrée de comptage référencée +, une entrée de décomptage référencée - et une entrée d'horloge pour recevoir le signal d'horloge h du circuit d'horloge H selon la figure 2; ce compteur-décompteur a ses signaux de sortie qui constituent la commande d'atténuation de l'atténuateur à poids 2 selon la figure 2 lorsqu'un signal est présent sur son entrée + son compte augmente d'une unité à chaque période du signal d'horloge h et l'atténuation de l'atténuateur à poids augmente tandis que cette atténuation diminue lorsqu'un signal est présent sur son entrée, et que l'atténuation ne varie pas en l'absence de signaux sur ses entrées + et - . Comme il a été vu précédemment, le calcul de la consigne de gain G doit être fait de manière que la charge Ch reçoive une puissance Pmax/ab = Pb = constante donnée, tant que le rapport d'onde stationnaire, a, à la sortie de l'amplificateur est inférieur ou égal à ab = Pmax et une valeur Pmax dès Pb a que uest supérieur à Gb En d'autres termes le gain G doit avoir - pour a ab une valeur Pour effectuer le calcul de la consigne de gain G, le logiciel ci-après est mis en oeuvre: Vi-Vr - un premier opérateur, 20, calcule a = Vi+Vr - un extracteur de racine carrée, 21, calcule Ça - un détecteur de quasi-crête, 22, mémorise les crêtes du signal Ve avec un temps de montée très inférieur à son temps de descente et fournit le signal Vex, - un deuxième opérateur, 24, calcule Gb = VZb /Vex, - un troisième opérateur, 25, calcule - un comparateur, 23, compare a à ab et autorise l'opérateur 24 à fournir le signal Gb sur la première entrée d'une porte OU, 26, si et seulement si a Gb. Ainsi la porte OU, 26, fournit, à l'ensemble de régulation constitué des éléments 10 à 17 selon la figure 3, une consigne de gain qui, non compte tenu de l'erreur infime et voulue introduite par la constante s, asservit la puissance Pfournie à la charge Ch selon la figure 2, à la valeur Pb tant que a r; ab et à la valeur Fmaxla dès que a > Gb. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de gain d'un amplificateur chargé par une charge, conçu pour fournir au plus une puissance Pmax lorsque la charge est adaptée et utilisé pour fournir au plus une puissance Pb lorsque la charge est adaptée, avec Pb Pmax/Pb et égale à Pmax/alorsque aest supérieur au rapport PmaxJPb. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer une régulation du gain en recherchant la valeur de Vi Log(-7;+E)-Log(Ye+E) où Ve correspond à la tension à l'entrée de G l'amplificateur, Vi à la tension incidente sur la charge et où s est une valeur donnée, homogène à une tension, et négligeable devant VI/G et Ve dans les conditions normales de fonctionnement de l'amplificateur, et à diminuer plus ou moins l'amplitude du signal à amplifier (Ve(t)) selon que cette valeur recherchée est respectivement supérieure ou inférieure à une fourchette de valeurs prédéterminées Log a 1, Log a 2, où a 1 et a 2 sont homogènes à des tensions. 3. Amplificateurs à commande de gain, chargé par une charge (Ch), conçu pour fournir au plus une puissance Pmax lorsque la charge est adaptée et utilisé pour fournir au plus une puissance Pb lorsque la charge est adaptée, avec Pb Pmax/Pb et soit égal à Pmax/crdès que a est supérieur à Pmax/Pb.