Brevet FR2765750A1 — publié le 19990108

DISPOSITIF DE RECEPTION POUR SIGNAUX HYPERFREQUENCE La présente invention concerne un dispositif de réception pour signaux hyperfréquence. L'invention trouve son application dans la réalisation de liaisons point à point dans le domaine des faisceaux hertziens millimétriques. Une chaîne de réception de signaux hyperfréquence est composée de manière classique de filtres, d'amplificateurs, de mélangeurs et d'atténuateurs ainsi que de moyens d'asservissement pour réguler le niveau du signal en sortie de chaîne. Il est en effet nécessaire de contrôler le gain de la chaîne de réception car, en faisceaux hertziens et contrairement aux transmissions sur câble, la puissance reçue peut subir de très fortes variations en raison de modifications des conditions de propagation. Le gain de la chaîne de réception est généralement réglable au moyen d'atténuateurs variables commandées en tension. Pour s'assurer du bon fonctionnement de la chaîne de réception au moment de son installation, la méthode classique consiste à extraire à la sortie de la chaîne une information représentative du niveau de puissance reçu à l'entrée de la chaîne et à comparer cette information avec le niveau de puissance réel reçu par la chaîne. Ce dernier est déterminé par le niveau de puissance émis par la chaîne d'émission de la liaison auquel ont été soustraites les pertes dues à l'atténuation en espace libre. Pour que le résultat de la comparaison soit exploitable, il faut que l'information soit la plus représentative possible du niveau reçu et c'est pourquoi il faut que l'information soit linéairement dépendante du niveau reçu. Il existe plusieurs solutions connues pour obtenir une telle information. On peut tout d'abord prévoir l'utilisation d'une chaîne de réception dont l'amplification est logarithmique. Cette chaîne délivre alors un signal dont la tension est parfaitement linéaire en fonction du niveau de puissance à l'entrée de la chaîne. Cependant, ce type de chaine n'est applicable que pour des signaux à enveloppe constante ne nécessitant pas une linéarité en amplitude de la chaîne de réception. Cette chaîne est donc d'un intérêt limité. Une deuxième possibilité consiste à utiliser une chaîne de réception dont l'amplification est linéaire et à exploiter la tension de commande délivrée par les moyens d'asservissement (contrôle automatique du gain) de la chaîne. Cette chaîne de réception, de par sa linéarité, est en mesure de traiter tout type de signaux. La tension de commande est dépendante du niveau de puissance reçu à l'entrée de la chaîne, cependant la courbe correspondante est de forme logarithmique, ce qui implique que la pente de la courbe est élevée pour les niveaux de puissance faibles et faible pour les niveaux forts. Cette solution n'est donc pas satisfaisante car l'information récoltée n'est alors pas suffisamment précise pour les niveaux de puissance forts. Une troisième solution consisterait à compléter la solution précédente en prévoyant un bloc supplémentaire ayant une fonction de transfert exponentielle pour transformer la tension de commande en une fonction linéaire. Cette solution pose cependant des problèmes au niveau de la réalisation pratique du bloc, en particulier au niveau de sa stabilité thermique et de sa reproductibilité. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de réception dans lequel on puisse extraire une information linéairement dépendante du niveau de puissance reçu à l'entrée dudit dispositif. Pour y parvenir, on prévoit selon l'invention de modifier l'allure de la tension de commande en fonction du niveau de puissance reçu en utilisant dans la chaîne de réception, des atténuateurs de puissance variables dont l'atténuation est commandée électroniquement par une tension de commande et dont la plage dynamique de la tension de commande est réglable en taille et en position. De cette manière, il va être possible d'obtenir une courbe de la tension de commande en fonction du niveau de puissance reçu qui est de forme hyperbolique. Il suffit ensuite de prévoir un bloc ayant pour fonction de transfert un polynôme du second degré pour linéariser la tension de commande et obtenir ainsi une information linéairement dépendante du niveau de puissance reçu à l'entrée du dispositif de réception. L'invention a donc pour objet un dispositif de réception de signaux hyperfréquence comprenant: - une entrée de signal pour recevoir un signal d'entrée, - une sortie de signal pour délivrer un signal de sortie, - au moins trois blocs de traitement du signal d'entrée, lesquels blocs de traitement sont montés en cascade et produisent le signal de sortie, et des moyens d'asservissement du niveau de puissance du signal de sortie pour assurer un niveau de puissance constant du signal de sortie, lesquels moyens d'asservissement produisent une tension de commande agissant sur le gain desdits blocs de traitement par l'intermédiaire de ladite tension de commande, caractérisé en ce que la courbe de la tension de commande en fonction du niveau de puissance du signal d'entrée est de forme hyperbolique, et en ce qu'il comporte un prédistorteur parabolique dont la fonction de transfert est un polynôme du second degré, lequel prédistorteur parabolique est destiné à linéariser la tension de commande. Pour obtenir une courbe de la tension de commande de forme hyperbolique, chaque bloc est muni d'un circuit d'atténuation variable de puissance dont l'atténuation est commandée électroniquement par la tension de commande, chaque circuit d'atténuation variable comportant des moyens pour régler indépendamment la taille de la plage dynamique de la tension de commande et la position de ladite plage dynamique. Selon un mode de réalisation préféré, le prédistorteur parabolique fait partie des moyens d'asservissement. Les moyens d'asservissement comprennent alors: - un détecteur de niveau de puissance délivrant une tension continue proportionnelle au niveau de puissance du signal de sortie du dispositif, - un comparateur intégrateur destiné à comparer ladite tension continue issue du détecteur de niveau de puissance à une tension de consigne et à délivrer une tension d'erreur, le prédistorteur hyperbolique recevant la tension d'erreur et fournissant la tension de commande aux circuits d'atténuation variable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma du dispositif de réception selon l'invention, - la figure 2 est un schéma représentant une courbe logarithmique de la tension de commande des dispositifs de l'art antérieur et la courbe hyperbolique de la tension de commande selon l'invention, et - la figure 3 est un schéma d'un circuit d'atténuation variable de puissance employé dans le dispositif de réception de l'invention. En se référant à la figure 1, le dispositif de réception de l'invention se compose tout d'abord d'une chaîne principale connectée entre une borne d'entrée 1 et une borne de sortie 2. La chaîne principale est constituée de trois blocs de traitement 3, 4 et 5 permettant d'amplifier le signal reçu à l'entrée du dispositif, de le filtrer et de le transposer si nécessaire. Le signal d'entrée est capté par une antenne placée en amont du dispositif de réception et le signal de sortie est destiné à être traité par un démodulateur. En faisceau hertzien, les fréquences des signaux d'entrée étant élevées, il est classique d'utiliser trois blocs pour ramener la fréquence du signal présent à l'entrée du dispositif à la fréquence de travail du démodulateur. La transposition en fréquence est alors réalisée en plusieurs étapes, une première transposition étant effectuée par exemple dans le bloc 4 et une seconde dans le bloc 5. Des mélangeurs sont alors prévus à cet effet dans ces blocs. Le dispositif de l'invention peut être employé dans des applications ne nécessitant pas de transposition en fréquence. Chaque bloc comporte des filtres, des amplificateurs (non représentés) et un atténuateur de puissance variable, lequel va permettre de régler le gain de chaque bloc et ainsi régler le gain global de la chaîne. Ces atténuateurs sont commandés électroniquement par une tension de commande Vc. Le bloc 3 comporte un atténuateur 6 introduisant une atténuation A1. La plage dynamique de la tension de commande Vc associée à cet atténuateur est centrée sur la valeur Vpl et a pour largeur ou taille T1. Chaque paramètre doit être réglable indépendamment des autres. De la même manière, les blocs 4 et 5 comportent chacun un atténuateur, respectivement 7 et 8 défini respectivement par les paramètres suivants (A2, Vp2, T2) et (A3, Vp3, T3). Un mode de réalisation de ces atténuateurs variables sera décrit de façon détaillée à la figure 3. La tension de commande Vc de ces atténuateurs est fournie par une chaîne d'asservissement. Cette dernière va permettre, en collaboration avec la chaîne principale, de réguler le niveau de puissance du signal de sortie du dispositif. Pour obtenir une tension linéairement dépendante du niveau de puissance reçu à l'entrée du dispositif, il faut tout d'abord selon l'invention que la tension de commande Vc soit hyperbolique. Pour se faire, il faut régler la position et la taille de la plage de commande des atténuateurs 6, 7 et 8. En modifiant la taille de la plage de commande, on va modifier en fait la pente de l'atténuation. Sur la figure 2, on a représenté une tension de commande de forme logarithmique et la tension de forme hyperbolique qui s'en rapproche le plus. La courbe logarithmique correspond à la tension de commande des dispositifs de l'art antérieur. Cette figure fait apparaître deux points de croisement A et B. En agissant sur la position des plages de commande des atténuateurs, on choisit l'emplacement des points A et B pour qu'ils se trouvent respectivement au centre de la zone d'action atténuateurs 7 et 8. On règle ainsi les tensions Vpl, Vp2 et Vp3 de manière à ce que: l'atténuateur 8 agisse pour les niveaux de puissance très faibles, l'atténuateur 7 agisse pour les niveaux de puissance aux alentours du point A, - l'atténuateur 6 agisse pour les niveaux de puissance aux alentours du point B. Il suffit ensuite d'agir sur la pente de la courbe d'atténuation des circuits 6, 7 et 8 pour que les trois portions de courbes logarithmiques obtenues définissent une courbe qui est approximativement une branche d'hyperbole. Il est ensuite très facile d'obtenir une fonction linéaire à partir de cette fonction hyperbolique; il suffit pour cela de la multiplier par une fonction polynomiale du second degré. Cette multiplication est effectuée par le prédistorteur parabolique qui est décrit dans la suite du présent exposé. En se référant à nouveau à la figure 1, la chaine d'asservissement comporte un détecteur de niveau de puissance dont l'entrée est connectée à la sortie 2 du dispositif de réception. Ce détecteur de niveau fournit une tension continue Vl proportionnelle au niveau de puissance du signal présent à la sortie 2. La tension Vi résultante est appliquée sur une première entrée d'un comparateur intégrateur 10 et une tension de consigne Vconsigne est appliquée sur une seconde entrée de ce comparateur intégrateur. La tension de consigne détermine le niveau de puissance souhaité à la sortie 2. En pratique, ce comparateur intégrateur est constitué d'un amplificateur opérationnel dont la sortie est rebouclée sur l'entrée négative par l'intermédiaire d'un condensateur, la tension de consigne étant appliquée sur son entrée positive. Il délivre sur sa sortie une tension d'erreur V2. Il confère à la boucle d'asservissement un gain infini au moment de l'acquisition de la tension de commande et son condensateur permet de garder en mémoire la valeur de tension correspondant à l'annulation de la tension d'erreur V2. La tension V2 est ensuite traitée par un prédistorteur parabolique 11 dont la fonction de transfert est un polynôme du second degré. Ce bloc polynomial est intercalé entre la sortie du comparateur intégrateur 10 et les entrées de commande des atténuateurs variables 6, 7 et 8 pour linéariser la tension de commande Vc. Il délivre la tension de commande Vc. On aurait pu placer ce bloc à l'extérieur de la chaîne d'asservissement en connectant par exemple la sortie du comparateur intégrateur 10 d'une part aux entrées de commande des atténuateurs 6, 7, 8 et d'autre part à l'entrée de ce bloc; cependant, des contraintes notamment de temps d'acquisition de l'asservissement rendent préférable l'introduction du bloc polynomial à l'intérieur de la chaîne d'asservissement. La réalisation pratique d'un tel bloc polynomial est bien connu de l'homme du métier. Le dispositif de réception de l'invention est un système bouclé. Si on se place à l'intérieur de la boucle, on obtient alors une tension V2 à l'entrée du prédistorteur parabolique qui est linéaire et une tension de commande Vc hyperbolique. La tension linéaire V2 est l'information qui va permettre de vérifier le bon fonctionnement du dispositif de réception. Pour que la description du dispositif de l'invention soit complète, le circuit d'atténuation variable employé pour la réalisation de l'invention est représenté sur la figure 3. Ce circuit d'atténuation a fait l'objet d'une demande de brevet déposée le 23/05/1997 par le même déposant et dont le numéro de dépôt est 97 06558. Il comporte une entrée de signal IN, une sortie de signal OUT et une entrée de commande INc sur laquelle est appliquée la tension de commande Vc issue des moyens d'asservissement. La structure de base de ce circuit est une structure en T ponté composée de deux résistances R20 et R21 montées en série entre l'entrée et la sortie de signal du circuit, d'une diode D20 montée en parallèle avec lesdites résistances et d'une diode D21 connectée entre le point milieu des résistances et la masse. Pour imposer un courant continu dans les diodes D20 et D21, le circuit comporte un dispositif de polarisation. Ce circuit de polarisation comprend une paire différentielle constituée des transistors bipolaires T20 et T21. Le collecteur du transistor T20 est relié à la cathode de la diode D21 tandis que le collecteur du transistor T21 est relié à la cathode de la diode D20 par l'intermédiaire d'une bobine d'induction L21. Les deux branches de la paire différentielle sont alimentées en tension par une source de tension Vcc qui est connectée à l'anode de la diode D20 par l'intermédiaire d'une bobine d'induction L20. Les bobines L20 et L21 ont pour rôle de couper le signal alternatif. Le circuit comporte également des condensateurs de découplage pour canaliser le courant continu imposé par la paire différentielle. A cet effet, un premier condensateur de découplage C20 est inséré entre l'entrée de signal IN et l'anode de la diode D20; un deuxième condensateur C21 est inséré entre la cathode de la diode D21 et la masse; un troisième condensateur C22 est inséré entre la résistance R21 et la sortie de signal OUT; un quatrième condensateur C23 est inséré entre l'anode de la diode D20 et la résistance R21; enfin, un cinquième condensateur C24 est inséré entre la bobine d'induction L21 et la masse. La paire différentielle est alimentée en courant par une source de courant variable SC. Des résistances de dégénérescence R27 et R28 sont prévues sur les émetteurs des transistors T20 et T21 pour mieux contrôler la proportion de courant circulant dans chacune des branches. Ainsi, si ces deux résistances sont égales et si on applique une tension identique sur les bases des transistors T20 et T21, les deux branches de la paire différentielle sont parcourues par un courant identique. Comme le courant continu circulant dans les diodes D20 et D21 fixe la résistance dynamique de ces deux diodes, la source de courant variable permet donc de régler l'impédance caractéristique du circuit. Dans l'exemple de la figure 3, la source de courant variable SC comporte un transistor T23 dont le collecteur est relié au point milieu des résistances de dégénérescence R27 et R28, dont l'émetteur est connecté à la masse par l'intermédiaire d'une résistance variable R24 destinée à faire varier la valeur du courant délivré par la source, et dont la base est connectée au point milieu d'un pont de résistances R25, R26 connecté entre la borne d'alimentation Vcc du circuit et la masse. Une tension de référence Vp est appliquée sur une entrée E1 de paire différentielle. Cette entrée est connectée à la base du transistor T20. Cette tension va permettre de régler la position de la plage dynamique de la tension de commande et correspond à la valeur centrale de cette plage lorsque le montage est équilibré. En effet, plus la tension de référence Vp est élevée, plus la tension appliquée sur l'autre entrée E2 de la paire différentielle devra être élevée. Comme la tension appliquée sur l'entrée E2 est une fraction de la tension de commande Vc, on comprend aisément que cette tension doit être plus élevée pour obtenir une atténuation identique. Les tensions Vpl, Vp2 et Vp3 de la figure 1 sont les tensions de référence respectives des atténuateurs 3, 4 et 5. D'autre part, la tension de commande Vc est appliquée sur la base du transistor T21, qui constitue l'entrée E2, par l'intermédiaire d'un pont de résistances ajustable. Ce pont de résistances est constitué d'une résistance variable R22 montée en série avec une résistance fixe R23, le tout étant connecté entre la tension de référence Vp et la tension de commande Vc. Le point milieu du pont de résistances est connecté à la base du transistor T21. La valeur de la résistance R22 va agir sur la pente de la courbe d'atténuation et, par conséquent, va agir sur la taille de la plage dynamique de la tension de commande Vc. Le réglage de l'atténuateur de l'invention s'effectue de la manière suivante: on règle tout d'abord l'impédance caractéristique du circuit au moyen de la source de courant variable. On règle ensuite la position de la dynamique de la tension de commande Vc en choisissant la valeur de tension Vp. Enfin, on règle la pente de la courbe d'atténuation au moyen de la résistance R22. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de réception de signaux hyperfréquence comprenant: - une entrée de signal (1) pour recevoir un signal d'entrée, - une sortie de signal (2) pour délivrer un signal de sortie, - au moins trois blocs de traitement (3,4,5) du signal d'entrée, lesquels blocs de traitement sont montés en cascade et produisent le signal de sortie, et - des moyens d'asservissement du niveau de puissance du signal de sortie pour assurer un niveau de puissance constant du signal de sortie, lesquels moyens d'asservissement produisent une tension de commande (Vc) agissant sur le gain desdits blocs de traitement (3,4,5) par l'intermédiaire de ladite tension de commande (Vc), caractérisé en ce que la courbe de la tension de commande (Vc) en fonction du niveau de puissance du signal d'entrée est de forme hyperbolique, et en ce qu'il comporte un prédistorteur parabolique (11) dont la fonction de transfert est un polynôme du second degré, lequel prédistorteur parabolique est destiné à linéariser la tension de commande (Vc). 2 - Dispositif de réception selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour que la courbe de la tension de commande (Vc) en fonction du niveau de puissance du signal d'entrée soit de forme hyperbolique, chaque bloc est muni d'un circuit d'atténuation variable de puissance dont l'atténuation est commandée électroniquement par la tension de commande (Vc), chaque circuit d'atténuation variable comportant des moyens pour régler indépendamment la taille de la plage dynamique de la tension de commande (Vc) et la position de ladite plage dynamique. 3 - Dispositif de réception selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit d'atténuation variable comporte deux résistances (R20, R21) montées en série entre une borne d'entrée de signal (IN) et une borne de sortie (OUT) du circuit, une première diode (D20) montée en parallèle avec lesdites résistances (R20, R21) et connectée entre l'entrée de signal (IN) et la sortie (OUT) du circuit, une seconde diode (D21) connectée entre le point milieu des deux résistances et la masse, et un dispositif de polarisation destiné à régler le courant continu traversant les diodes, et en ce que le dispositif de polarisation consiste en une paire différentielle (T20, T21) dont une première branche est reliée à la cathode de la première diode (D20) et dont une seconde branche est reliée à la cathode de la seconde diode (D21), l'anode de ladite première diode (D20) étant reliée à une borne d'alimentation continue (Vcc), ladite paire différentielle (T20, T21) étant alimentée par une source de courant variable (SC) pour régler l'impédance caractéristique du circuit atténuateur et recevant sur une première entrée (El) une tension de référence (Vp) destinée à positionner la plage dynamique de la tension de commande du circuit et sur une seconde entrée (E2) la tension de commande (Vc) par l'intermédiaire d'un premier pont de résistances ajustable (R22, R23), lequel premier pont de résistances est destiné à régler la taille de la plage dynamique de la tension de commande (Vc). 4 - Dispositif de réception selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le prédistorteur parabolique (11) fait partie des moyens d'asservissement. Dispositif de réception selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement comportent: - un détecteur de niveau de puissance (9) délivrant une tension continue (Vl) proportionnelle au niveau de puissance du signal de sortie du dispositif, - un comparateur intégrateur (10) destiné à comparer ladite tension continue (Vl) issue du détecteur de niveau de puissance (9) à une tension de consigne (Vconsigne) et à délivrer une tension d'erreur (V2), le prédistorteur hyperbolique (11) recevant la tension d'erreur (V2) et fournissant la tension de commande (Vc) aux circuits d'atténuation variable (6,7,8). 6 - Dispositif de réception selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte trois blocs de traitement (3,4,5) et en ce que la fréquence du signal d'entrée est égale à la fréquence du signal de sortie. 7 - Dispositif de réception selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte trois blocs de traitement de signaux hyperfréquence, et en ce que la fréquence du signal de sortie est inférieure à la fréquence du signal d'entrée, l'abaissement de la fréquence étant effectué par lesdits blocs de traitement.