Brevet FR2836307A1 — publié le 20030822

BOUCLE D'ASSERVISSEMENT EN PUISSANCE, CIRCUIT D'AMPLIFICATION DE SIGNAUX RADIOFREQUENCES ET EMETTEUR DE SIGNAUX RADIOFREOUENCES EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT La présente invention se rapporte au domaine des transmissions de signaux radiofréquences et concerne plus particulièrement une boucle d'asservissement en puissance, pour commander un amplificateur de puissance notamment. De manière connue, dans un système de télécommunications reliant un émetteur de signaux radiofréquences à un récepteur de tels signaux, il faut assurer une qualité de service maximale. Par exemple, dans le cas d'une transmission de signaux numériques, cette condition requiert que le taux d'erreurs binaires soit toujours inférieur à un taux requis. Pour satisfaire à cette condition en réception, on s'assure qu'à tout instant, le rapport signal à bruit reçu soit supérieur à une valeur prédéterminée. Pour permettre une montée en puissance des signaux radiofréquences à émettre, l'émetteur est pourvu d'un amplificateur de puissance. Dans le cas, par exemple, d'une communication entre un terminal mobile et une station de base d'un réseau cellulaire de type GSM (Global System for Mobile communications en anglais), cet amplificateur de puissance a pour objectif d'émettre à une puissance suffisante pour que la station de base correspondante puisse recevoir de façon correcte selon les spécifications en vigueur. De cette façon, lorsque cette station de base se trouve à une distance du terminal telle qu'elle reçoit peu ou ne reçoit plus les informations de communication du terminal, la station émet une indication au terminal d'émettre à une puissance supérieure déterminée par la station. Aussi, dans un émetteur, il est connu d'asservir l'amplificateur au moyen d'une boucle d'asservissement en puissance régulant en sortie de l'amplificateur la puissance des signaux radiofréquences à émettre. Plus précisément, un signal radiofréquence généré par l'émetteur est fourni en entrée de l'amplificateur. La boucle de puissance comporte un circuit de détection ayant des moyens de couplage pour prélever une partie du signal de sortie de l'amplificateur de puissance. Ce signal radiofréquence prélevé, représentatif du signal de sortie, est redressé après passage dans une diode d'un bloc de détection en une tension continue dite de détection. Cette tension de détection est ensuite comparée, à l'aide d'un bloc comparateur placé en sortie du circuit de détection, à une tension de référence. Tant que la tension de référence n'est pas atteinte, le bloc comparateur influe sur l'amplificateur de puissance pour incrémenter la valeur de la puissance du signal de sortie. Cependant, il arrive qu'un signal radiofréquence parasite circule dans l'émetteur dans un sens opposé au sens de propagation du signal de sortie. Par exemple, il peut s'agir de la puissance réfléchie par l'antenne désadaptée de l'émetteur, c'est-à-dire ayant un TOS (Taux d'Ondes Stationnaires) élevé. Ce signal parasite, également en partie prélevé via les moyens de couplage du circuit de détection, s'ajoute au signal prélevé du signal de sortie et crée des distorsions telles que la tension de détection n'est plus l'image du signal de sortie. Cette mauvaise détection fausse l'asservissement de l'amplificateur. Cela peut conduire soit à une consommation excessive de puissance de l'émetteur soit à une dégradation des performances de transmission du signal à émettre. Dans l'art antérieur, certains émetteurs sont équipés d'un circulateur disposé en amont de la boucle de puissance par rapport au sens de propagation de la puissance réfléchie. Le circulateur est monodirectionnel : il autorise le passage du signal à émettre et supprime le signal réfléchi contrapropagatif. Un tel circulateur est un composant onéreux. En outre, de part sa grande taille, il est difficilement intégrable dans certains émetteurs de dimensions réduites tels que les stations radiotéléphoniques portables. L'objet de l'invention est de réaliser une boucle d'asservissement ayant un circuit de détection intégrant des moyens de contrôle de détection et en outre à moindre coût. A cet effet, la présente invention propose une boucle d'asservissement en puissance, pour commander un amplificateur de puissance notamment, comprenant un circuit de détection comportant : - des moyens de couplage pour prélever des signaux radiofréquences, - un bloc de détection pour délivrer un signal de détection partiellement représentatif d'un premier signal radiofréquence prélevé par les moyens de couplage, caractérisée en ce que le circuit de détection comprend, entre les moyens de couplage et le bloc de détection, des moyens de contrôle de détection pour supprimer sensiblement un deuxième signal radiofréquence dit signal parasite prélevé par les moyens de couplage de sorte que le signal de détection est totalement représentatif du premier signal radiofréquence. Les moyens de contrôle selon l'invention sont intégrés dans le circuit de détection. Il n'est plus nécessaire d'employer un circulateur en amont de la boucle comme dans l'art antérieur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le circuit de détection peut comprendre, en sortie des moyens de couplage, des première et deuxième branches dites de sortie interconnectées sur une branche dite de détection comportant le bloc de détection, et chacune pour le transport d'une composante du signal parasite prélevé. Les moyens de contrôle de détection peuvent en outre comprendre des premiers moyens de déphasage insérés dans la première branche de sortie et des deuxièmes moyens de déphasage insérés dans la deuxième branche de sortie, les premiers et deuxièmes moyens de déphasage étant aptes à induire des déphasages sensiblement opposés sur lesdites composantes. Grâce aux moyens de déphasage selon l'invention, les composantes du signal parasite prélevé sont en opposition de phase et peuvent ainsi s'annuler au niveau de la branche de détection. De préférence, les premiers et deuxièmes moyens de déphasage selon l'invention comportent chacun une inductance couplée avec une capacité. Ainsi, les moyens de contrôle selon l'invention comportent des composants discrets peu onéreux, aisément intégrables dans des équipements portatifs et pouvant être ajoutés facilement dans des boucles déjà existantes. Dans ce dernier mode de réalisation, la première branche de sortie peut comprendre une branche principale menant à la branche de détection et comportant une première desdites inductances ainsi qu'une branche secondaire comprenant une première desdites capacités entre un plan de masse et un point de liaison avec la branche principale associée. La deuxième branche de sortie peut en outre comprendre une branche principale menant à la branche de détection et comportant l'autre desdites capacités, sensiblement identique à la première capacité, ainsi qu'une branche secondaire comprenant l'autre desdites inductances, sensiblement identique à la première inductance, disposée entre un plan de masse et un point de liaison avec la branche principale associée. Avantageusement, les moyens de contrôle de détection peuvent comprendre un atténuateur disposé dans l'une des branches de sortie afin d'égaliser plus facilement l'amplitude des deux composantes du signal parasite prélevé à supprimer. De préférence, les moyens de couplage peuvent comprendre des moyens de déphasage aptes à déphaser les signaux radiofréquences prélevés. La présente invention propose également un circuit d'amplification de signaux radiofréquences comprenant un amplificateur de puissance et une boucle d'asservissement en puissance dudit amplificateur telle que décrite précédemment. La présente invention propose aussi un émetteur de signaux radiofréquences comprenant des moyens d'émission de signaux radiofréquences et équipé d'un circuit d'amplification tel que décrit précédemment. De préférence, l'émetteur selon l'invention est choisi parmi le groupe des stations radiotéléphoniques portables, des assistants numériques personnels et des ordinateurs portables Une station radiotéléphonique portable selon l'invention peut être un téléphone cellulaire de type GSM, DCS (Digital Communication System en anglais) ou UMTS (Universal Mobile Télécommunications System en anglais), ou encore un téléphone de type DECT (Digital European Cordless Télécommunications en anglais). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagne. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Dans ces figures : # la figure 1 montre un mode de réalisation d'un circuit de détection d'une boucle de puissance selon l'invention ; # la figure 2 montre un mode de réalisation d'un circuit d'amplification selon l'invention; # la figure 3 montre un mode de réalisation d'un terminal radiotéléphonique portable selon l'invention. La figure 1 montre un mode de réalisation d'un circuit de détection 100 d'une boucle de puissance selon l'invention. Le circuit de détection 100 comprend : - des moyens de couplage 1, de type coupleur directif hybride, avec des moyens de déphasage 11,12, 13 pour prélever des signaux radiofréquences via un facteur de prélèvement adapté G1, G2, G3 respectivement et les déphaser de ##1, ##2 et ##3 respectivement, - des première et deuxième branches dites de sortie Bl, B2 respectivement, interconnectées à un point d'interconnexion A sur une branche B3 dite de détection comprenant un bloc de détection 3 comportant une diode de redressement 31 reliée à une résistance 32 et à une capacité 33 en parallèle et mises à un plan de masse M3, - des moyens de contrôle de détection comportant : - des premiers moyens de déphasage 21, insérés dans la première branche de sortie Bl, pour déphaser des signaux radiofréquences de -A(po et des deuxièmes moyens de déphasage 22 insérés dans la deuxième branche de sortie B2, pour déphaser des signaux radiofréquences de ##0, chacun des moyens 21,22 comportant une inductance 210,220 couplée avec une capacité 211,221, - un atténuateur 4 ayant un facteur d'atténuation adapté G4 disposé par exemple dans la deuxième branche de sortie B2 entre les deuxième moyens 22 et les moyens de couplage 1. Plus précisément, la première branche de sortie Bl comprend une branche principale Bla comportant la première inductance 210 et menant à la branche de détection B3 au point d'interconnexion A ainsi qu'une branche secondaire Blb comprenant la première capacité 211 entre un plan de masse Ml et un point de liaison P1 avec la branche principale associée Bla. De même, la deuxième branche de sortie B2 comprend une branche principale B2a comportant la capacité 221, sensiblement identique à la première capacité 211, et menant à la branche de détection B3 au point d'interconnexion A ainsi qu'une branche secondaire B2b comprenant l'autre inductance 220, sensiblement identique à la première inductance 210, disposée entre un plan de masse M2 et un point de liaison P2 avec la branche principale associée B2a. Décrivons maintenant le fonctionnement dynamique de la boucle à partir du trajet d'un courant radiofréquence de puissance dit incident lin issu d'un amplificateur de puissance (non représenté) et se propageant suivant l'axe Z et du trajet d'un courant radiofréquence parasite de puissance Iref, par exemple courant réfléchi d'une antenne (non représentée) et se propageant selon l'axe Z'. En entrée de la branche de sortie B2a, la composante Iin1 du courant incident prélevé et la composante Irefi du courant réfléchi prélevé s'écrivent respectivement : Iin1 = Gi x lin e(j##1) Irefi = G2 x Iref e(jA(p2) En sortie des premiers moyens de déphasage 21, ces courants deviennent : I'in1 = G1 x lin e(j##1-##0) I'refi = G2 x Iref e(jA(p2-A(po) En entrée de la branche de sortie B2b, la composante Iin2 du courant incident prélevé et la composante Iref2 du courant réfléchi prélevé s'écrivent respectivement : Iin2 = G2 x lin e(j##2) Iref2 = G3 x Iref e(jA Après passage dans l'atténuateur 4 et les deuxièmes moyens de déphasage 21, ces courants deviennent : I'in2 = G4 x G2 x lin e(j##2+##0) I'ref2 = G4 x G3 x Iref e(j##3+##0) Au niveau du point A, le courant total 1 peut s'écrire : 1 = I'ref1 + I'ref2 + Fini + I'in2 = Iref [G4 x G3 e(j##3+##0) + G2 e(j##2-##0)] + lin [G4 x G2 e(jA(p2+A(po) + G1 e(jOcpl-cpo)J De manière générale, G4 est choisi pour satisfaire à la condition d'égalisation des amplitudes des composantes I'ref1, I'ref2, du courant réfléchi prélevé, au niveau du point A, condition donnée par la formule : G4 x G3 = G2 II vient : G4 = G2 / G3. De préférence, on choisit G3 entre-10 dB et-14 dB et G2 vaut entre -20 dB et-25 dB. Par exemple, pour G3 =-10 dB et G2 =-20 dB, G4 vaut -10 dB. Parallèlement, ##0 est choisi pour satisfaire à la condition de mise en opposition de phase des composantes I'refi, I'ref2, du courant réfléchi prélevé, au niveau du point A, condition donnée par la formule : (##3 + ##0) - (##2 - A(po) = # De préférence on choisit ##1=##3= 0 et ##2=#/2 car ce sont les propriétés des coupleurs usuels. On obtient donc : ##0=#/4 Ainsi, on ajuste les valeurs d'inductance et de capacité donnant un tel déphasage dans le domaine radiofréquence de fonctionnement de la boucle. Par exemple, dans la bande de fréquences radiotéléphoniques couramment utilisée (900 MHz ou 1800 MHz par exemple) ces valeurs de capacités sont de l'ordre 10 pF et les valeurs d'inductance de 5 nH. Pour ces valeurs choisies de déphasage des moyens 11,12, 13,21, 22, les composantes Fini, I'in2 du courant incident prélevé, au niveau du point A, sont aussi en opposition de phase. GiG2 est alors une condition nécessaire supplémentaire à réaliser pour ne pas annuler le courant incident prélevé. Dans la pratique, G1 est toujours choisi très supérieur à G2 car c'est une propriété des coupleurs utilisés dans les Radiotéléphones. Finalement, le courant total I devient : I = lin [G22x G1-1 e(j3#/4) + G1 e(-#/4)] La composante Fini d'amplitude G22x G1-1 est négligeable par rapport à la composante I'in2 d'amplitude G1 du fait de G1# G2. On choisit par exemple G1 égal à G3. Le courant total 1 est redressé après passage dans la diode 31 en une tension continue de détection Vdet : Vdet = K x I2 = K x Iin2x [G22 x G3-1 e(j3#/4) + G3 e(-#/4)]2 Grâce aux moyens selon l'invention, cette tension est bien représentative du courant incident prélévé : le circuit de détection 100 est donc performant. La figure 2 montre un mode de réalisation d'un circuit d'amplification selon l'invention contenant une boucle d'asservissement en puissance selon l'invention 10 avec le circuit de détection 100 tel que décrit en figure 1 et un amplificateur 200. Un amplificateur de puissance 200, par exemple un transistor de fonctionnement non linéaire, reçoit un courant radiofréquence de puissance destiné à être amplifié. Ce courant provient de blocs de traitement en amont. Dans le cadre d'un téléphone de type GSM, la parole, transmise en ondes acoustiques, est convertie en un courant analogique puis numérique. Celui-ci subit une modulation en phase et éventuellement en amplitude grâce à un modulateur (non représenté). Ce courant doit, comme on l'a vu précédemment, subir une amplification de puissance de manière à pouvoir être reçu par la station de base communicante, non représentée. En sortie d'un tel modulateur, le courant est préamplifié par un préamplificateur (non représenté). Le courant lin de sortie de l'amplificateur 200 est alors dirigé vers une antenne 300 pour la liaison vers la station de base correspondante. Une fraction de ce signal est prélevée par le circuit de détection 100. La boucle de puissance 10 est également branchée à une entrée 201 de l'amplificateur 200, entrée recevant le contrôle de la tension de polarisation de l'amplificateur. En sortie du bloc de détection (voir figure 1) du circuit 100, intervient une tension de détection Vdet délivrée à une entrée d'un bloc comparateur 400 connu en soi. Ce bloc 400 comprend classiquement deux résistances 41 42, chacune respectivement reliée à une borne d'entrée d'un amplificateur opérationnel 44. Une capacité 43 est montée en parallèle, une de ses extrémités étant reliée à la première résistance 41 elle-même en sortie du bloc de détection et son autre extrémité étant reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 200. La seconde résistance 42 est reliée, à son autre extrémité, à une seconde borne d'entrée du bloc comparateur 400. Cette seconde borne d'entrée est reliée à une sortie d'un convertisseur 7 numérique-analogique dont l'entrée est reliée à une sortie d'un microcontrôleur 5. Celui-ci est également relié à une mémoire 6. La sortie de l'amplificateur 200 est reliée à la sortie du bloc comparateur 400. Celle-ci est branchée à l'entrée 201 de contrôle de la tension de polarisation de l'amplificateur de puissance 200. L'ajustement de la puissance de sortie à effectuer est géré par le microcontrôleur 5. La mémoire 6 comporte une table de correspondance qui fait correspondre une pluralité de valeurs de puissance à émettre (33 dBm par exemple) avec une pluralité respective de valeurs numériques. Ainsi, à la puissance à émettre de 33 dBm correspond une valeur numérique prédéterminée. Cette valeur est convertie en un signal analogique de référence par le convertisseur 7 appliquant une tension Vref de référence à l'une des bornes d'entrée du bloc comparateur 400. Tant que la tension Vdet en sortie du bloc de détection est inférieure à Vref sur la première borne de l'amplificateur opérationnel 44, le bloc comparateur 400 délivre une tension continue positive et croissante de manière à pouvoir jouer sur la tension de polarisation de l'amplificateur 200. La tension Vdet évolue donc jusqu'à atteindre Vref. Le bloc comparateur 400 est donc agencé dans la boucle de puissance 10 pour ajuster à la puissance désirée. La figure 3 montre un mode de réalisation d'un terminal radiotéléphonique portable selon l'invention 500, de type GSM par exemple, contenant une antenne 300 et un boîtier 301 avec des moyens d'émission 30 de signaux radiofréquences modulés reliés à un circuit d'amplification 20 selon l'invention tel que décrit en figure 2 et comportant une boucle d'asservissement en puissance 10 avec un circuit de détection 100 tel que décrit en figure 1. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Les valeurs données des paramètres de déphasages et des facteurs de prélèvement et d'atténuation sont données à titre indicatif tout comme l'emplacement de l'atténuateur. En outre, l'antenne du terminal portable selon l'invention peut aussi bien être insérée dans le boîtier du terminal. REVENDICATIONS 1. Boucle d'asservissement en puissance (10), pour commander un amplificateur de puissance (200) notamment, comprenant un circuit de détection (100) comportant : - des moyens de couplage (1) pour prélever des signaux radiofréquences, - un bloc de détection (400) pour délivrer un signal de détection (Vdet) partiellement représentatif d'un premier signal radiofréquence prélevé par les moyens de couplage, caractérisée en ce que le circuit de détection comprend, entre les moyens de couplage et le bloc de détection, des moyens de contrôle de détection (21,22, 4) pour supprimer sensiblement un deuxième signal radiofréquence dit signal parasite prélevé par les moyens de couplage de sorte que le signal de détection est totalement représentatif du premier signal radiofréquence. 2. Boucle d'asservissement en puissance (10) selon la revendication 1 caractérisée en ce que le circuit de détection (100) comprend, en sortie des moyens de couplage (1), des première et deuxième branches dites de sortie (Bl, B2), interconnectées sur une branche dite de détection (B3) comportant le bloc de détection (400), et chacune pour le transport d'une composante (Irefi, Iref2) du signal parasite prélevé, et en ce que les moyens de contrôle de détection comprennent des premiers moyens de déphasage (21), insérés dans la première branche de sortie, et des deuxièmes moyens de déphasage (22), insérés dans la deuxième branche de sortie, les premiers et deuxièmes moyens de déphasage étant aptes à induire des déphasages sensiblement opposés sur lesdites composantes. 3. Boucle d'asservissement en puissance (10) selon la revendication 2 caractérisée en ce que les premiers et deuxièmes moyens de déphasage (21,22) comportent chacun une inductance (210,220) couplée avec une capacité (211,221). 4. Boucle d'asservissement en puissance (10) selon la revendication 3 caractérisée en ce que la première branche de sortie (Bl) comprend une branche principale (Bla) menant à la branche de détection (B3) et comportant une première desdites inductances (210) ainsi qu'une branche secondaire (Blb) comprenant une première desdites capacités (211) entre un plan de masse (Ml) et un point de liaison (P1) avec la branche principale associée, et en ce que la deuxième branche de sortie (B2) comprend une branche principale (B2a) menant à la branche de détection (B3) et comportant l'autre desdites capacités (221), sensiblement identique à la première capacité (211), ainsi qu'une branche secondaire (B2b) comprenant l'autre desdites inductances (220), sensiblement identique à la première inductance (210), disposée entre un plan de masse (M2) et un point de liaison (P2) avec la branche principale associée. 5. Boucle d'asservissement en puissance (10) selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisée en ce que les moyens de contrôle de détection comprennent un atténuateur (4) disposé dans l'une des branches de sortie (B2a). 6. Boucle d'asservissement en puissance (10) selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les moyens de couplage (1) comprennent des moyens de déphasage (11,12, 13) aptes à déphaser les signaux radiofréquences prélevés. 7. Circuit d'amplification (20) de signaux radiofréquences comprenant un amplificateur de puissance (200) et une boucle d'asservissement en puissance (10) dudit amplificateur selon l'une des revendications précédentes. 8. Emetteur de signaux radiofréquences (500) comprenant des moyens d'émission de signaux radiofréquences (30) et équipé d'un circuit d'amplification ( 20) de signaux radiofréquences selon la revendication 7. 9. Emetteur (500) selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il est choisi parmi le groupe des stations radiotéléphoniques portables, des assistants numériques personnels et des ordinateurs portables.