Brevet FR2830705A1 — publié le 20030411

La présente invention concerne une disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire, comprenant une entrée de ctrcuit, une sortie de circuit, une source de signal commandable, un modulateur branché entre la source de signal et la sortie, un premier élément sensible à s l' amplitude du signal, dont l'entrée est connectée à l'entrée de circuit, un second élément sensible à l'amplitude du signal, et un comparateur, la sortie de chacun des éléments sensibles à l'amplitude du signal, étant connectée à une entrée respective du comparateur, et la sortie du compa rateur étant connectée à une entrée de commande du modulateur. o L'émetteur à boucle polaire a été tout d'abord décrit par Gosling et Petrovic dans Electronics Letters, 1979, 15 (10) pages 286-288. C'était un développement du travail de Kahn " Single Sideband Transmis sion by Envelope Elimination and Restoration ", proc. IRE 1952, 40, pa ges 803-806. La disposition de base de l'émetteur à boucle polaire est s représentée dans la figure 1. En se référant à la figure 1, l'émetteur 100 comprend d'une façon générale une entrée radiofréquence (RF) 101 à laquelle est appliqué un signal d'entrée, en cours d'utilisation, et un oscillateur commandé en tension (VCO) 102. Le signal de sortie du VCO 102 est appliqué, par o l'intermédiaire d'un amplificateur à gain commandable 104, à une sortie RF 103, pour fournir un signal de sortie RF modulé. L'entrée RF 101 est connectée à la fois à un premier détecteur d'amplitude 105 et à un pre mier amplificateur limiteur 106. De la même manière, la sortie RF 103 est connectée à la fois à un second détecteur d'amplitude 107 et à un second s amplificateur limiteur 108. Cette disposition sépare donc à la fois les si gnaux d'entrée et les signaux de sortie, en composantes d'amplitude et de phase. Les sorties des amplificateurs limiteurs 106, 108 sont con nectées aux entrées respectives d'un comparateur de phase 109 qui gé nère, à sa sortie, un signal proportionnel à la différence de phase entre le signal d'entrée et le signal de sortie. La sortie du comparateur de phase 109 est connectée à une entrée de commande du VCO 102 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 110, pour commander la phase du signal généré par le VCO de manière à minimiser la différence de phase. 3s Cette disposition constitue ainsi une boucle verrouillée en phase. Au lieu d'être couplée à la sortie de l'amplificateur 104,1'entrée de l'amplificateur limiteur 108 peut être couplée directement à la sortie du VCO 102. Cette variante n'est pas tellement avantageuse car il n'y a pas de compensation des variations d'amplitude en fonction de la phase, qui sont introduites dans l'amplificateur 104. Les sorties des détecteurs d'amplitude 105 et 107 sont connectées aux entrées respectives d'un comparateur 111 qui fournit, à sa sortie, un signal dépendant de la différence entre les ampli s tudes instantanées des signaux d'entrée et de sortie. La sortie du compa rateur 111 est connectée à une entrée de commande de gain de l'amplificateur commandable 104, par l'intermédiaire d'un second filtre passe-bas 112. L'amplificateur à gain commandable 104 est donc amené à moduler la sortie du VCO 102 de façon que son amplitude suive les varia o tions de l'amplitude du signal d'entrée. Les variations de puissance du si gnal d'entrée produisent des variations par résonance de la puissance de sortie. La présente invention a pour but de remédier aux inconvé nients ci- de ssu s en ce qu 'un atténuateur command abl e e st b ranch é entre s la sortie de circuit et une entrée du second élément sensible à l'amplitude du signal. Selon des développements avantageux de l'invention: - le circuit comprend en outre un second atténuateur commandable branché entre la sortie du modulateur et la sortie de circuit, et/ou un mélangeur branché entre la sortie de circuit et l'entrce du second am plificateur de type logarithmique. Dans ce dernier cas, le circuit com prend en outre des moyens pour supprimer un signal à fréquence image généré par le mélangeur ou le mélangeur est un mélangeur à ré jection d'image. 2s - Si le comparateur comporte une troisième entrce connoctée à une sor tie d'un dispositif de commande de puissance, avantageusement le dis positif de commande de puissance est disposé pour fournir à sa sortie des signaux qui produisent une mise en forme de transmissions de type TDMA, de manière à réduire les ou le " bruit de commutation ". - De préférence, les éléments sensibles à l'amplitude du signal sont des détecteurs d'amplitude ou des amplificateurs logarithmiques. La présente invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en se référant, simplement à titre d'exemple, aux dessins annexés 3s dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'une disposition de ctrcuit d'émetteur à boucle polaire selon l'art antérieur; et - les figures 2 et 3 sont des schémas de dispositions de circuits d'émetteurs à boucle polaire selon la présente invention. Dans les figures 2 et 3, certaines références numériques sont les mêmes que celles utilisées dans la figure 1, pour désigner les mêmes éléments. En se référant à la figure 2, une disposition de circuit 200 d'un émetteur à boucle polaire selon l'invention comprend en outre un premier atténuateur commandable 201 qui est branché entre la sortie du modulateur 104 et l'entrée du détecteur d'amplitude 107. La disposi o tion 200 comprend également un second atténuateur commandable 202 qui est branché entre la sortie du modulateur 104 et la sortie de ctr cuit 103. Les atténuateurs 201, 202 peuvent être des atténuateurs à va riation continue ou des atténuateurs étagés commandables par étapes. Les détecteurs d'amplitude 105 et 107 fonctionnent à des puissances d'entrée identiques, ce qui minimise la distorsion qu'ils provoquent. Pour augmenter la puissance de sortie, un contrôleur (non représenté) commande le premier atténuateur 201 pour augmenter son atténuation. Il en résulte un signal plus petit à l'entrée du détecteur d'amplitude 107 pendant une courte période de temps durant laquelle la boucle de rétroaction constituée par le comparateur 111 et le modula teur 104 produit une augmentation de la puissance à la sortie de ctr cuit 103 jusqu'au point o l'amplitude du signal reçu à l'endroit du détecteur d'amplitude 107 est ramenée à sa valeur précédente. Comme la puissance d'entrée est la même pour chaque détecteur d'amplitude 105, 2s 107, la distorsion est minimisée. L'atténuation maximum pouvant être fournie par le premier atténuateur 201, qui impose la puissance maximum à la sortie de circuit 103, est déterminée pendant le processus de conception. L'atténuation maximum est déterminée en tenant compte des figures de bruit à l'endroit des détecteurs d'amplitude 105, 107 et du comparateur 111, et en tenant compte du niveau admissible des bandes latérales de bruit, en termes de bruit de canal ainsi qu'en termes d'Emissions Hors Bande et Parasites (comme défini dans les recommandations ITU-R SM 328-10 et SM 329-7). Pour diminuer la puissance de sortie, le contrôleur (non re présenté) commande le premier atténuateur 201 pour diminuer son atté nuation. Il en résulte qu'un plus grand signal atteint l'entrée du détecteur d'amplitude 107 pendant une courte période de temps, jusqu'à ce que le comparateur 111 et le modulateur 104 produisent une diminution de la puissance de sortie pour rétablir le niveau de signal à l'entrée du détec teur d'amplitude, à sa valeur précédente. Le niveau de puissance de sortie minimum est obtenu lors que l'atténuation fournie parle premier atténuateur 201 atteint sa valeur s minimum possible qui est typiquement égale à zéro. Si une autre réduc tion de la puissance de sortie est nécessaire, le second atténuateur 202 est commandé pour augmenter son atténuation à partir de sa valeur mi nimum. L'atténuation du second atténuateur 202 n'est augmentée au dessus de sa valeur minimum que si le premier atténuateur 201 est com o mandé pour adopter son atténuation minimum et si une réduction sup plémentaire de puissance de sortie est nécessaire. Cela permet de s'assurer que la consommation de puissance est maintenue aussi basse que possible. Dans certaines conditions de fonctionnement, on réduit la s consommation de puissance en commandant l'amplificateur à gain com mandable 104 pour réduire sa consommation de puissance à courant continu. On peut obtenir des réductions de consommation de puissance importantes, en particulier lorsqu'une faible puissance de sortie est de mandée, tout en maintenant des caractéristiques de linéarité adéquates o méme lorsqu'on utilise des modulations à enveloppe non constante. De préférence, on met en _uvre un algorithme pour obtenir les niveaux de puissance de sortie requis avec des performances de bruit acceptables, et une consommation de puissance minimum, en commandant convenable ment l'amplificateur 104 et les atténuateurs 201, 202. s En se référant maintenant à la figure 3, celle-ci représente une variante de circuit d'émetteur à boucle polaire 300. La disposition 300 comporte un premier amplificateur logarithmique 301 et un second am plificateur logarithmique 302 à la place des détecteurs d'amplitude 105, 107 et des amplificateurs limiteurs 106, 108 de la disposition de la fi gure 2. Chacun des amplificateurs logarithmiques 301, 302 comporte deux sorties dont l'une fournit un signal contenant une information rela tive à la phase du signal reçu à son entrée, et dont l'autre fournit un si gnal d'amplitude prop ortionnelle au logarithme de l' amplitude du signal reçu à son entrée. Les sorties des amplificateurs logarithmiques 301, 302 s qui fournissent des signaux contenant une information de phase, sont connectées à celles respectives des entrées du comparateur de phase 109. Les sorties des amplificateurs logarithmiques 301, 302 qui fournissent les signaux représentatifs du logarithme de l'amplitude du signal d'entrée, sont connectées à celles respectives des entrées du comparateur 111. Les amplificateurs logarithmiques 301 et 302 peuvent être des amplificateurs logarithmiques de détection successifs. Ces amplifica s teurs ont une sortie RF qui est limitée en amplitude, et peuvent être con çus pour présenter une sortie limitée en phase constante, c'est-à- dire que la phase du signal de sortie ne varie pas avec l'amplitude du signal d'entrée. Des amplificateurs de détection successifs sont couramment uti lisés dans les récepteurs radio pour téléphonie cellulaire dans lesquels la o sortie d'amplitude est appelée sortie d'Indicateur de Force de Signal Reçu (RSSI). Dans les applications radar, la sortie d'amplitude d'un amplifica teur de détection consécutif est connue sous le nom de sortie vidéo. En variante, les amplificateurs logarithmiques tels que ceux décrits par Bar ber et Brown dans le IEEE Journal of Solid States Circuits, juin 1980, a A s True Logarithmic Amplifier for Radar I. F. Applications ", suivis d'un dé tecteur d'amplitude respectif. Un vrai amplificateur logarithmique peut comprendre un amplificateur limiteur et un amplificateur linéaire bran chés en parallèle. En termes généraux, les amplificateurs 301, 302 sont tels qu'ils fournissent chacun un signal de sortie au moins lié approxima o tivement logarithmiquement à son signal d'entrée. Un émetteur à boucle polaire muni d'amplificateurs logarithmiques fait l'objet de la demande de brevet Britannique No. 0 109 265.9. Un avantage obtenu en utilisant les amplificateurs loga rithmiques 301, 302 dans l'émetteur à boucle polaire 300 est que, pour s une différence d'amplitude donnée quelconque (en dB, c'est-à-dire en ayant un rapport donné entre elles) entre l'entrée de circuit 101 et la sortie de circuit 103, la tension de différence représentant une erreur d'amplitude est constante à l'intérieur des erreurs des ampliflcateurs loga rithmiques. Par suite, le degré d'erreur entre l'amplitude correcte (idéale) et l'amplitude rcelle du signal d'entrée modulé fourni à la sortie 103, ne dépend pas de l'amplitude du signal reçu à l'entrée 101. On réduit ainsi la distorsion de signaux à niveaux d'entrée faibles. La technique de fabrica tion de bandes logarithmiques adaptées destinées à être utilisées dans des amplificateurs logarithmiques, est bien connue car elle a été mise en _u s vre depuis de nombreuses années dans le domaine des radars monopulse. L'émetteur à boucle polaire 300 comprend en outre des en trées de modulation en phase et en quadrature 301 et 302. Les signaux reçus aux entrées 301, 302 sont mélangés respectivement avec un signal fourni par un oscillateur local 303 dans un premier modulateur équilibré 304, et avec une version du signal d'oscillateur local déphasée par un dé phaseur 305 à 90 , dans un second modulateur équilibré 306. Des si gnaux d'oscillateur local en phase et en quadrature peuvent être fournis, à s la place des signaux ci-dessus, en utilisant un réseau de déphasage diffé rent tel qu'un réseau comprenant un déphaseur de + 45 et un déphaseur de - 45 . Les sorties des modulateurs équilibrés 304 et 306 sont fournies à un combineur 307 qui combine les signaux reçus à ses entrées, et fournit le résultat de la combinaison, par l'entrée 101, au premier amplifica o teur 201. Un mélangeur 308 est branché entre la sortie RF 103 de l'émetteur et l'entrée du second amplificateur logarithmique 302. Le mé langeur 308 reçoit un signal fourni par une source de détermination de fréquence 309 qui peut être un synthétiseur de fréquence. La fréquence de s fonctionnement de la source de détermination de fréquence est sélection née de façon que les signaux de sortie du mélangeur 308 soient à la même fréquence nominale que les signaux à l'entrée 101. Cela permet à la fré quence de sortie d'être différente de la fréquence d'entrée, et réduit égale ment les effets négatifs de signaux parasites comprenant notamment des o produits d'intermodulation des signaux. Dans un mode de réalisation, le mélangeur 308 est un mé langeur conventionnel et comporte un filtrage prévu pour supprimer ou réduire les signaux à la fréquence image qui sont générés par le mélan geur. Ce filtrage peut être fourni par une limitation de fréquence dans le s mélanger 308, par une limitation de fréquence dans l'amplificateur loga rithmique 202, ou par un filtre discret (non représenté) branché entre le mélangeur 308 et l'amplificateur logarithmique 202. Dans une variante de réalisation, le mélangeur 308 est un mélangeur à réjection d'image, comme représenté dans la figure 36. so L'émetteur à boucle polaire 300 tel que décrit ci-dessus peut être modifié par l'utilisation d'un comparateur 111 comportant une troisième entrée, et par le branchement d'une sortie d'un dispositif de commande de puissance 310 à cette troisième entrée. Cela est représenté par des lignes en tirets dans la figure 3. L'amplitude d'un signal fourni au ss comparateur 111 par le dispositif de commande de puissance 310, déter mine la puissance des signaux fournis à la sortie 103. Cela constitue une disposition particulièrement pratique pour effectuer une commande de puissance. Lorsque l'émetteur à boucle polaire 300 est utilisé dans un système à accès multiple à répartition en temps (TDMA) ou autre système analogue, le dispositif de commande de puissance 310 effectue une mise en forme (c'est-à-dire un arrondissage) des flancs de montée et de des cente de la puissance du signal fourni à la sortie 103, pour réduire les ef s fets d" , ou de > qui sont produits par des enveloppes radiofréquence (RF) à flancs raides. Le dispositif de commande de puissance 310 effectue une commande de puissance fine qui est particulièrement utile lorsque l'un ou les deux atténuateurs 201, 202 sont des atténuateurs étagés. o Un émetteur à boucle polaire selon la présente invention a des applications potentielles dans de nombreux domaines comprenant notamment la radio cellulaire. Lorsque des émetteurs à consommation de puissance minimum sont nécessaires et lorsque les contraintes de com plexité et de coût sont telles que des techniques de fabrication de semi s conducteurs à géométrie minimum sont souhaitables, certaines difficultés apparaissent même lorsque de petites quantités de puissance RF sont demandées. Des difficultés peuvent apparaître lorsque seules des tensions d'alimentation basses sont admissibles, car cela peut nécessiter l'utilisation d'impédances basses. De la même manière, du fait de ces contraintes, il est souhaitable de minimiser le nombre de filtres extérieurs, mais les exigences du système peuvent imposer des contraintes impor tantes sur le bruit à large bande pouvant être produit. Cela conduit à son tour à l'exigence de maximiser les tensions des signaux, ce qui peut être incompatible avec la tension d'alimentation admissible de la technique de s fabrication des semi-conducteurs. L'émetteur à boucle polaire selon l'invention permet à une grande proportion des circuits d'être réalisés dans des techniques d'alimentation basse tension à géométrie minimum. De plus, l'amplificateur de sortie 104, bien qu'il soit représenté ici sous la forme d'un amplificateur modulé, pourrait être constitué par un étage de modulation suivi d'un amplificateur. Un tel amplificateur pourrait être un amplificateur à haut rendement fonctionnant en Classe E, avec réduction des pro duits de distorsion résultant de l'utilisation de signaux d' envelopp e non constants, au moyen de la rétroaction d'amplitude propre au système. La présente invention peut être mise en _uvre optiquement ss en remplaçant l'oscillateur 102 par une source de lumière modulée en fré quence, telle qu'un laser, et en remplaçant l'amplificateur à gain comman dable 104 ainsi que les atténuateurs 201 et 202 par des dispositifs dont la caractéristique de transmission de lumière est proportionnelle à une ten sion appliquée, comme par exemple des cellules de Kerr. Dans ce cas, le mélangeur à réjection d'image 308 devrait être remplacé par un photodé tecteur alimenté par un autre laser. Les amplificateurs logarithmiques 201, 202 fournissent une s plage de puissance égale à la plage dynamique des amplificateurs loga rithmiques moins le rapport de la crête à la moyenne du signal de sortie. L'atténuation 201 fournit une plus grande plage de puissance que celle qu'on pourrait obtenir pour une plage dynamique donnée des amplifica teurs logarithmiques. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Disposition de ctrcuit d'émetteur à boucle polaire (200), comprenant: - une entrée de circuit (101), - une sortie de circuit (103), s - une source de signal commandable (102), - un modulateur (104) branché entre la source de signal et la sortie, - un premier élément (105) sensible à l'amplitude du signal, dont l'entrée est connoctée à l'entrée de ctrcuit (101), - un second élément (107) sensible à l'amplitude du signal, et lO un comparateur (111), la sortie de chacun des éléments (105, 107) sensibles à l'amplitude du si gnal, étant connoctée à une entrée respective du comparateur (111), et la sortie du comparateur étant connectée à une entrée de commande du mo dulateur (104), s caractérisée en ce qu' un atténuateur commandable (201) est branché entre la sortie de cir cuit (103) et une entrée du second élément (107) sensible à l'amplitude du signal. o 2 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire (200) selon la reven dication 1, caractérisée en ce que le circuit comprend en outre un second atténuateur commandable (202) branché entre la sortie du modulateur (104) et la sortie de ctrcuit (103). 3 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelcon que des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ctrcuit comprend en outre un mélangeur (308) branché entre la sortie de circuit (103) et l'entrce du second amplificateur de type logarithmi que (302). 4 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendica tion 3, 3s caractérisée en ce que le circuit comprend en outre des moyens pour supprimer un signal à fré quence image généré par le mélangeur (308). ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendica tion 3, caractérisée en ce que le mélangeur (308) est un mélangeur à réjection d'image. s 6 ) Disposition de ctrcuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelcon que des revendications précédentes, caractérisce en ce que le comparateur (111) comporte une troisième entrée connectée à une sor o tie d'un dispositif de commande de puissance. 7 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendica tion 6, caractérisée en ce que s le dispositif de commande de puissance est disposé pour fournir à sa sor tie des signaux qui produisent une mise en forme de transmissions de trpe 1L'MA, de manière à réduire les " interférences.> ou le commutation ". 8 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelcon que des revendications précédentes, caractérisée en ce que les éléments sensibles à l'amplitude du signal sont des détecteurs d'amplitude. 2s 9 ) Disposition de ctrcuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelcon que des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments sensibles à l'amplitude du signal sont des amplificateurs lo