Brevet FR2890262A1 — publié le 20070302

Procédé et dispositif de contrôle de puissance crête et de largeur d'impulsion d'un émetteur de forte puissance RF impulsionnel gaussien large bande L'invention concerne un procédé et un dispositif pour contrôler notamment les paramètres amplitude et puissance d'une impulsion émise par un émetteur de forte puissance. Elle s'applique, en particulier, pour contrôler la puissance crête et 5 la largeur d'impulsion d'un émetteur de forte puissance RF impulsionnel gaussien large bande. L'invention s'applique par exemple dans le cas d'émetteur d'impulsions RF quel que soit le type d'impulsions. io II est connu de l'art antérieur des procédés et des dispositifs permettant de contrôler la puissance crête et la largeur d'impulsion d'un émetteur de forte puissance. L'utilisation de transistors bipolaires est encore aujourd'hui incontournable pour obtenir des niveaux de puissance crête supérieurs à 15 500W dans un volume raisonnable. Une solution habituellement utilisée consiste notamment à contrôler le courant de polarisation émetteur base de n étages classe C base commune successifs, tel que décrit dans le brevet du demandeur EP 06685932. Un des inconvénients de cette solution est que les éléments de contrôle sont placés en série dans l'alimentation de puissance des transistors bipolaires classe C, engendrant ainsi des pertes diminuant le rendement de l'émetteur. D'autre part, ces types de chaîne d'émission nécessitent l'emploi d'important moyen de refroidissement dès que le taux de charge dépasse 1%, ce qui limite son emploi pour des applications aéroportées dépassant 500W crête, par exemple. L'intégrité de la forme de l'impulsion RF est difficilement contrôlable dans une large bande de fréquence et une large variation de température de fonctionnement. L'invention concerne un dispositif de contrôle des paramètres d'une impulsion d'un émetteur de forte puissance RF impulsionnel comprenant au moins un amplificateur caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants: un détecteur de l'impulsion émise, un amplificateur vidéo, un dispositif de io traitement analogique adapté à fournir des informations relatives aux paramètres largeurs et puissance de l'impulsion émise, un dispositif de traitement numérique recevant les informations relatives aux paramètres de l'impulsion émise et adapté à générer les signaux de commande à un dispositif adapté à générer un signal de forme sensiblement gaussienne d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission et à générer les signaux de commande d'un dispositif adapté à générer un signal de forme sensiblement carrée d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission. L'invention présente notamment les avantages suivants: É les signaux de modulation basse tension sont faciles à générer numériquement avec un convertisseur de type analogique-numérique ou DAC et de simples amplificateurs opérationnels, É l'utilisation de transistors LDMOS limite le nombre d'étages amplificateurs et améliore le rendement de la chaîne d'émission et, par conséquent, donne accès à des taux de charge plus importants sans échauffement excessif. Par exemple, le rendement de l'émetteur peut être amélioré de 20 à 30 %, É l'invention garantit l'intégrité de l'impulsion gaussienne émise (forme, largeur, etc.), 2890262 3 É elle permet la régulation de la puissance crête dans toute la bande de fréquence, É elle permet d'obtenir des performances stables en température. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'un exemple donné à titre illustratif et nullement limitatif, annexée des figures qui représentent: É la figure 1 un synoptique de l'invention, É les figures 2A et 2B une série de chronogrammes pour les signaux de io commande, de contrôle et les signaux de modulations générées par l'invention, É la figure 3 un exemple d'architecture pour un amplificateur alimenté en tension pulsée. Le procédé et le dispositif selon l'invention reposent notamment sur le principe suivant: grâce à une détection du signal émis d'une part et l'utilisation d'un ampli RF à gain variable d'autre part, on génère un signal impulsionnel de forme gaussienne avec un piédestal de prépolarisation (piédestal ayant notamment pour fonction de polariser l'amplificateur) d'amplitude contrôlée par un système d'asservissement numérisé à destination des étages terminaux de puissance classe C. Le signal de modulation est constitué par l'addition d'une composante de forme gaussienne d'amplitude variable permettant de contrôler la puissance crête et d'une composante carrée d'amplitude variable permettant de générer une prépolarisation du ou des étages terminaux, dans cet exemple, des amplificateurs de classe C, afin d'obtenir une impulsion de forme gaussienne intégralement ou au moins en majorité respectée et de largeur contrôlée. La figure 1 représente un synoptique d'un exemple de système selon l'invention. Le système comporte notamment un premier amplificateur 1 fonctionnant par exemple en classe AB. L'amplificateur est, par exemple, alimenté en tension pulsée. Un deuxième amplificateur 2 disposé à la suite du premier fonctionne en classe C et est alimenté en continu, un troisième amplificateur 3 fonctionne en classe C et est alimenté en continu. Un détecteur d'enveloppe 4 est disposé en fin de chaîne d'amplification et a notamment pour fonction de détecter l'enveloppe du signal émis par la chaîne. Le détecteur est par exemple compensé en température. Le détecteur détecte notamment les impulsions émises dont on extrait une information d'amplitude et une information de largeur. L'enveloppe détectée est transmise à un ampli vidéo 5 dont la sortie est reliée à un dispositif de traitement analogique 6 qui reçoit une valeur REF de tension. Le dispositif de traitement analogique 6 est en liaison avec un dispositif de traitement numérique 7 qui reçoit les signaux de d'émission. Le dispositif de traitement numérique 7 génère des signaux de commande et les transmet respectivement à un potentiomètre numérique 8 afin de générer un signal de forme gaussienne et à un potentiomètre numérique 9 afin de générer un signal de forme carrée. Les deux signaux sont ensuite sommés dans un additionneur 10. Le signal formé par la somme des deux signaux est ensuite transmis à un amplificateur 11 avant d'être envoyé au premier amplificateur 1. De manière plus détaillée: le dispositif de traitement analogique 6 fournit notamment: ^ une information VMAX si l'amplitude crête de l'émission détectée est supérieure au seuil max (K1 x REF de tension), ^ une information VMIN si l'amplitude crête de l'émission détectée est inférieure au seuil min (K2 x REF de tension), ^ une impulsion de largeur représentative de l'impulsion émise détectée prise à 5 ou 10% de l'amplitude max (discrimination plus facile pour un signal de type gaussien) ; le dispositif de traitement numérique 7 fournit notamment: ^ le signal de commande de l'alimentation pulsée de l'étage modulateur classe AB synchronisé sur l'émission, ^ les signaux de commande d'un convertisseur analogique numérique DAC et d'un potentiomètre numérique permettant de générer un signal de forme gaussienne d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission, ^ les signaux de commande d'un commutateur analogique et d'un potentiomètre numérique permettant de générer un signal de forme carrée d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission, ^ les commandes des potentiomètres numériques sont du type "up / down", un seul incrément ou décrément est envoyé à chaque synchro émission en fonction des informations reçues du traitement analogique, Amplitude trop forte ou trop faible, largeur trop forte ou trop faible. Le choix de la puissance crête en sortie se fait par exemple en ajustant le gain de l'ampli vidéo. La stabilité en température du système ne dépend que de la stabilité du détecteur et de l'ampli vidéo, les autres variations sont automatiquement compensées par l'asservissement. La stabilité en fréquence du système ne dépend que de la sensibilité en fréquence du coupleur et du détecteur, les autres variations sont automatiquement compensées par l'asservissement. L'ajout d'un circulateur 12 en sortie d'étage permet notamment d'augmenter l'immunité du système aux conditions d'adaptation en sortie si la 25 directivité du coupleur est insuffisante. La précision de la puissance crête ne dépend que de la sensibilité en fréquence et en température de l'ensemble coupleur, détecteur, ampli vidéo et du circulateur. La figure 2 représente les chronogrammes de la commande synchro émission reçue par le dispositif de traitement numérique, de la commande alimentation pulsée de l'amplificateur 1, de la modulation générée par le système selon l'invention et appliquée à l'entrée de la chaîne d'amplification au niveau du premier amplificateur. Sur la partie 2A, les signaux sont représentés avec le contrôle de la puissance. On a décrit le signal de synchronisation, le signal de commande alimentation, et l'enveloppe aux points A, B et C de la figure 1. Sur la partie 2B, les signaux sont représentés avec le contrôle de io la largeur. De la même façon, les signaux de synchronisation, de commande alimentation et le signal de modulation sont représentés. La figure représente aussi l'enveloppe des signaux RF aux points A, B et C de la figure 1. La figure 3 représente un transistor LDMOS fonctionnant en 15 régime impulsionnel en amplification RF de puissance. La grille G du transistor reçoit le signal modulé en fréquence et est alimentée par une alimentation de grille. Le drain D est relié à une alimentation DC au moyen d'un commutateur 20 faible perte. Le commutateur 20 est commandé au moyen du signal de synchronisation sync d'émission du signal modulé. Le courant de drain n'est présent que lorsque le drain est alimenté. Un dispositif d'écrêtage bi-directionnel rapide de tension, 22, valeur comprise entre l'alimentation crête du drain et la tension de claquage drain source du transistor LDMOS, offre une protection efficace contre les surtensions inhérentes à ce type de fonctionnement. La capacité 23 permet un découplage radiofréquence RF. L'énergie instantanée nécessaire est fournie par une capacité réservoir 21 de forte valeur calculée en fonction du taux de charge de l'émetteur et faible résistance en série. Ce choix technologique permet notamment de minimiser les pertes. Le commutateur faible perte est réalisé par exemple à partir de transistors MOSPOWER. Il est donc facilement réalisable et offre toutes les qualités de tenue au courant de drain crête élevé et de faibles pertes L'alimentation VG de la grille peut être: É une tension continue variable de commande de gain, par exemple un ampli à gain variable, É un signal de modulation pour un étage utilisé comme un modulateur, É la tension de grille est contrôlable en amplitude, ajustage du courant de drain de repos, ajustage du gain RF de l'étage. 2890262 8 REVENDICATIONS 1 Dispositif de contrôle des paramètres d'une impulsion d'un émetteur de forte puissance RF impulsionnel comprenant au moins un amplificateur caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants: un détecteur (4) de l'impulsion émise, un amplificateur vidéo (5), un dispositif de traitement analogique (6) adapté à fournir des informations relatives aux paramètres largeurs et puissance de l'impulsion émise, un dispositif de traitement numérique (7) recevant les informations relatives aux paramètres de l'impulsion émise et adapté à générer les signaux de commande à un dispositif (8) adapté à générer un signal de forme sensiblement gaussienne d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission et à générer les signaux de commande d'un dispositif (9) adapté à générer un signal de forme sensiblement carrée d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (8) adapté à générer une forme gaussienne comporte un convertisseur 20 analogique numérique DAC et un potentiomètre numérique. 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif (9) adapté pour générer une forme sensiblement carrée comporte un commutateur analogique et un potentiomètre numérique. 4 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un circulateur (12) disposé avant l'ampli vidéo (5). Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'alimentation du 30 premier amplificateur de la chaîne est une alimentation en tension pulsée. 6 Procédé pour contrôler les paramètres d'une impulsion émise par un émetteur de forte puissance RF impulsionnel caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes: É prélever une partie de l'impulsion émise par l'émetteur et détecter son enveloppe, É comparer l'amplitude crête de l'émission détectée à une valeur seuil et fournir une information Vmax ou Vmin, É générer une impulsion de largeur représentative de l'impulsion émise détectée prise à un pourcentage donné de l'amplitude max, É générer des signaux de commande vers un dispositif adapté à générer un signal de forme gaussienne d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission, É générer des signaux de commande d'un dispositif adapté à générer un signal de forme sensiblement carrée d'amplitude variable synchronisé avec la synchro émission.