Brevet FR2900291A1 — publié le 20071026

Dispositif et procédé d'amplification de signaux de radiocommunications La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'amplification de signaux 5 de radiocommunications. Il est connu de traiter des signaux de radiocommunications selon un premier mode amplifiant ces signaux avec un gain constant ou selon un second mode amplifiant ces signaux jusqu'à une puissance constante en sortie de l'amplificateur 10 indépendamment de la puissance d'entrée de ces signaux. Certains équipements de télécommunications, tels que des satellites, alternent ces deux modes d'amplification. Ainsi, des signaux de radiocommunications reçus par certains satellites peuvent être amplifiés selon le premier mode à gain constant, ce procédé étant dénommé par la suite FGM pour 'Fixe Gain Mode, ou selon le second 15 mode à puissance de sortie constante, ce procédé étant dénommé par la suite ALC pour 'Automatic Level Control' en anglais. La figure 1 a représente schématiquement un dispositif 100 d'amplification permettant d'alterner les deux modes FGM ou ALC pour amplifier une puissance d'entrée P1, d'un signal de radiocommunications jusqu'à une puissance de sortie Pa,,,. 20 A cet effet, ce dispositif 100 comprend une chaîne 101 d'amplificateurs 1 12 dont le gain est partiellement contrôlé par un contrôleur 113 de gain, le fonctionnement de ce contrôleur 113 étant déterminé par une consigne qui varie selon le mode d'amplification du dispositif 100. Dans cet exemple, cette consigne est une tension Va,,. 25 Un circuit 104 de contrôle délivre une telle consigne, ou tension, Vaä de valeur Vfgm fixe transmise par une source REF FGM, pour obtenir un gain constant dans la chaîne 101 d'amplificateurs 102, ou de valeur Val, variable, pour obtenir une puissance Po,,, constante en sortie du dispositif 100. Dans ce dernier cas, la consigne Val, variable est obtenue en sortie d'un régulateur 30 106 formant une boucle d'asservissement pour réguler cette tension en fonction de l'écart entre la puissance Po,, de sortie souhaitée et une consigne REF ALC du régulateur 106 transmise par un dispositif non représenté. Pour ce faire, ce régulateur 106 peut comprendre un amplificateur opérationnel 141 ù et d'autres F:\salle\F 106174\PREMDE P\TEXTE\106174_Depo,FR.doc composants électroniques non représentés ù tandis que la mesure de la puissance Pou, de sortie s'effectue à travers un détecteur 108 corrigeant les effets de la température sur la mesure. Un tel dispositif 100 présente de fortes variations du gain d'amplification et de puissance P,de sortie lors du passage d'un mode FGM à un mode ALC comme illustré sur la figure 1 b qui représente la variation (axe des ordonnées 120, en dBm) de la puissance de sortie Pop, d'un dispositif 100 en fonction du temps (axe des abscisses 122, en ms) lors d'un changement 124 du mode d'amplification pour le dispositif 100. De fait, lorsque le dispositif 100 est en mode FGM, le régulateur 106 fournit une tension maximale Vaiemox pour amener la puissance de sortie P0,,,à une puissance constante de telle sorte que, lors du basculement en mode ALC par un basculement d'un commutateur 105, la tension de commande Vaä atteint cette tension Valaa,. maximale avant de tendre vers une valeur propre à un point de fonctionnement du circuit. Une telle variation de puissance est problématique car elle risque d'entraîner des pertes de signaux, notamment entre un satellite et une station au sol. De ce fait, un circuit 204 (figure 2a) contrôlant une chaîne 201 d'amplificateurs 212 peut comprendre des moyens pour que la tension Val, en sortie d'un régulateur 206 soit fixée à une valeur fixe et proche d'une valeur Vfga, de consigne prédéterminée et propre à un mode FGM. En considérant un régulateur 206 comprenant un amplificateur opérationnel 241, ce résultat est atteint en intégrant un jeu de résistances 244 et 246 fixant la tension de sortie du régulateur 206 à une valeur précise lorsque le dispositif 200 fonctionne en mode FGM, une capacité 240 et une résistance 242 formant un élément intégrateur avec l'amplificateur 241 pour fournir une consigne variable à partir de la consigne REF ALC en mode ALC. Une telle configuration permet d'obtenir, comme montré sur la figure 2b, une variation de puissance Pou, amplifiée, relativement limitée lors d'un changement 224 d'un mode FGM à un mode ALC (axe des ordonnées 220, en dBm) en fonction du temps (axe des abscisses 222, en ms). La présente invention résulte d'une constatation propre à l'invention selon laquelle la continuité de ces basculements n'est obtenue que pour des conditions données, notamment en terme de température, de puissance et/ou de fréquence de F:\salle\F 106174\PREMDEP\TEXTE\ 106174_DepotFR.doc fonctionnement de la chaîne 201 d'amplificateurs 212, comme montré sur les figures 3a et 3b qui représentent des puissances de sortie (axe des ordonnées 320, en dBm) mesurées pour le circuit 200 en fonction du temps (axe des abscisses 322, en ms) avec des variations de températures respectives de + 41 C et de ù 36 C, c'est-à-dire des variations de l'ordre de +/-40 C par rapport aux mesures représentées à la figure 2b. C'est pourquoi, la présente invention concerne un procédé d'amplification de signaux de radiocommunications par une chaîne d'amplificateurs associée à un contrôleur de gain recevant une consigne d'amplification de valeur constante, pour effectuer une amplification à gain constant, ou de valeur variable, pour effectuer une amplification à puissance amplifiée constante à l'aide d'un premier régulateur pouvant délivrer cette consigne de valeur variable à partir d'une mesure de la puissance amplifiée, caractérisé en ce que, en mode d'amplification à gain constant, on maintient une consigne transmise par le premier régulateur proche de la consigne de valeur constante. En maintenant la consigne fourni par le premier régulateur proche de la consigne de valeur constante, le procédé présente l'avantage d'effectuer des transitions d'un mode FGM vers un mode ALC présentant des variations de puissance de sortie très limitées, voire inexistantes, indépendamment des variations des conditions de température, de puissance et/ou de fréquence de l'amplificateur concerné. De fait, l'invention assure que la consigne transmise par le régulateur, en mode ALC, soit proche de la consigne en mode FGM indépendamment des variations dues aux conditions de fonctionnement de l'amplificateur. Dès lors, le passage de la consigne FGM à la consigne ALC s'effectue avec continuité et, de façon corollaire, avec des variations de gain limitées. Dans une réalisation, le procédé comprend l'étape supplémentaire de transmettre au premier régulateur un signal issu du second régulateur ou une mesure de la puissance de sortie en fonction de l'amplification effectuée. Ainsi, une simple commutation du signal transmis au premier régulateur permet de basculer le fonctionnement de ce dernier d'une boucle de rétroaction avec le second régulateur ù pour fournir une consigne proche de la consigne de valeur constante ù à une boucle de rétroaction avec la chaîne des amplificateur ù pour fournir une puissance amplifiée constante. F:\sa l le\F 106174\PREMDEP\TEXTE\ 106174_DepotFR. doc Selon une réalisation, le procédé comprend l'étape supplémentaire de transmettre au contrôleur une consigne issue d'une source de consigne constante ou du premier régulateur pouvant délivrer la consigne variable par une commutation effectuée en fonction de l'amplification effectuée. Ainsi, la transmission d'une consigne au contrôleur est simple à mettre en oeuvre. Dans une réalisation, le procédé comprend l'étape supplémentaire d'accroître le temps de réponse du premier régulateur de façon à filtrer certains signaux parasites. La présente invention concerne également un dispositif d'amplification de signaux de radiocommunications transmis dans une chaîne d'amplificateurs munie d'un contrôleur de gain recevant une consigne d'un circuit comprenant un premier régulateur formant, dans une première position d'amplification à puissance amplifiée constante, une boucle de rétroaction sur la chaîne à partir d'un détecteur de la puissance amplifiée, caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur formant, dans une seconde position d'amplification du circuit à gain constant, une boucle de rétroaction avec le premier régulateur maintenant une consigne transmise par le premier régulateur à une valeur proche de la consigne de valeur constante. De façon analogue au procédé précédemment décrit, le dispositif maintient la consigne fourni par le premier régulateur proche de la consigne de valeur constante ce qui permet d'effectuer des transitions d'un mode FGM vers un mode ALC présentant des variations de puissance de sortie très limitées, voire inexistantes, indépendamment des variations des conditions de température, de puissance et/ou de fréquence de l'amplificateur concerné. Dans une réalisation, le dispositif comprend un commutateur qui relie le premier régulateur au second régulateur ou au détecteur de puissance amplifiée en fonction de l'amplification effectuée. Ainsi, un simple commutateur du signal transmis au premier régulateur permet de basculer le fonctionnement de ce dernier d'une boucle de rétroaction avec le second régulateur ù pour fournir une consigne proche de la consigne de valeur constante ù à une boucle de rétroaction avec la chaîne des amplificateur ù pour fournir une puissance amplifiée constante. Selon une réalisation, le dispositif comprend un second commutateur qui relie le contrôleur au premier régulateur ou à la source de consigne constante en fonction de l'amplification effectuée. Dans une réalisation, au moins un régulateur comprend un amplificateur opérationnel, ce qui permet d'obtenir des régulateurs fiables et à faible coût. F:\salle\F106174\PREMDEP\TEXTE\106174_DepotFR.doc Selon une réalisation, le premier et le second régulateur comprenant un amplificateur opérationnel, chaque amplificateur opérationnel est associé à au moins une résistance et à une capacité telles que le temps de réponse du premier régulateur soit supérieur au temps de réponse du second régulateur. Dans une réalisation, le premier régulateur est associé à des moyens permettant d'augmenter son temps de réponse, ce qui permet de filtrer d'éventuels signaux parasites. L'invention concerne également un procédé et un circuit mettant en oeuvre un contrôle de la consigne d'un gain réalisé par un automatisme. Plus précisément : - Un procédé de contrôle d'un automatisme appliquant une fonction avec un gain donné, cet automatisme recevant une consigne de valeur constante, pour obtenir un gain constant, ou de valeur variable, pour délivrer une application en sortie constante à l'aide d'un premier régulateur délivrant la consigne de valeur variable à partir d'une mesure de la fonction délivrée, caractérisé en ce qu'on maintient, en mode à gain constant, la consigne de valeur variable transmise par le premier régulateur à une valeur proche de la consigne de valeur constante. - Un circuit contrôle d'un automatisme appliquant une fonction avec un gain donné, cet automatisme recevant une consigne de valeur constante, pour obtenir un gain constant, ou de valeur variable, pour délivrer une application en sortie constante à l'aide d'un premier régulateur délivrant la consigne de valeur variable à partir d'une mesure de la fonction délivrée, caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur formant, en mode d'amplification à gain constant, une boucle de rétroaction avec le premier régulateur afin de maintenir une consigne transmise par ce premier régulateur à une valeur proche de la consigne de valeur constante. Finalement, l'invention concerne un satellite comprenant un dispositif d'amplification de signaux de radiocommunications transmis par une chaîne d'amplificateurs munie d'un contrôleur de gain recevant une consigne d'un circuit comprenant un premier régulateur formant, dans une première position d'amplification du circuit, une boucle de rétroaction sur la chaîne à partir d'un détecteur de la puissance amplifiée afin de fournir une consigne variable au contrôleur, caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur formant, en mode d'amplification à gain constant, une boucle de rétroaction avec le premier régulateur afin de maintenir une consigne transmise par ce premier régulateur à une valeur proche de la consigne de valeur constante. F:\salle\F106174\PREMDP\TEXTE\106174_DepotFR.doc D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description d'une réalisation de l'invention décrite ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux figures ci-jointes sur lesquelles : - les figures 1 a et 1 b, déjà décrites, représentent respectivement un premier dispositif 5 d'amplification et son gain pour différents modes d'amplification, - les figures 2a et 2b, déjà décrites, représentent respectivement un second dispositif d'amplification et son gain pour différents modes d'amplification, - les figures 3a et 3b représentent le gain du dispositif d'amplification décrit à la figure 2a lorsque sa température varie, 10 - les figures 4a et 4b représentent respectivement un dispositif d'amplification conforme à l'invention et son gain pour différents modes d'amplification, et - la figure 5 représente le gain d'un dispositif conforme à l'invention. Comme montré sur la figure 4a, un dispositif 400 d'amplification de signaux de radiocommunications implémentant l'invention comprend une chaîne 401 15 d'amplificateurs 412 dont le gain est contrôlé en partie par une consigne d'amplification Vaä, transmise par un circuit 404 de contrôle à un contrôleur 413 de gain. Cette consigne Vaä peut alterner entre deux valeurs : - Soit une valeur constante Vfgm, auquel cas la chaîne 401 d'amplificateurs 412 effectue une amplification à gain constant du type FGM, 20 - Soit une valeur variable Valc, auquel cas la chaîne 401 d'amplificateurs 412 effectue une amplification du type ALC à puissance de sortie constante. Pour mettre en oeuvre ce deuxième mode d'amplification, le circuit 400 comprend un premier régulateur 406 délivrant une consigne de valeur Vaia variable à partir d'un asservissement utilisant la mesure de la puissance Pa,,, de sortie de l'amplificateur à 25 l'aide d'un détecteur 408 compensé en température. Conformément à l'invention, un second régulateur 416 régule le premier régulateur 406 lorsque le dispositif 400 fonctionne en mode d'amplification à gain constant FGM pour que ce dernier fournisse de façon automatique et dynamique une consigne proche ou égale de la consigne Vfgm en suivant les éventuelles modifications 30 de cette consigne Vfgm constante dues aux variations d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du dispositif tels que sa fréquence ou sa température. F:\salle\F106174\PREMDEP\TEXTE\106174 DepotFR.doc Pour cela, ce second régulateur 416 effectue un asservissement de la consigne de valeur variable Vol, transmise par le premier régulateur à partir de la consigne de valeur constante Vfgm mise en oeuvre par le circuit 400. Un tel asservissement peut être effectué en reliant, en mode FGM, le second régulateur 416 au premier régulateur 406 afin que ces régulateurs 406 et 416 forment une boucle dont l'équilibre impose une consigne Val, en sortie du régulateur 406 correspondant à la valeur de la consigne Vfgm constante. En mode ALC, une telle boucle de rétroaction ne doit pas être mise en oeuvre afin que le premier régulateur puisse modifier son signal de sortie du régulateur 406 à une valeur de consigne Val, permettant d'obtenir une puissance Pou, de sortie constante. Ces résultats sont atteints grâce à un commutateur 418 qui relie une entrée du premier régulateur 406, dans une position, à la sortie du second régulateur 416 ou, dans une autre position, à la sortie du détecteur 408. En considérant que le premier régulateur 406 et le second régulateur 416 comprennent respectivement un amplificateur opérationnel 441 ou 443, il apparaît que l'utilisation de composants électroniques simples tels qu'une capacité 440 ou 454 et une résistance 442 permettent de former le régulateur 406 ou le régulateur 416. Seuls quelques composants ont été représentés par soucis de clarté compte tenu du fait que le choix de leurs valeurs permet de déterminer le temps de réponse de chaque régulateur. Ainsi, le premier régulateur 406 est associé à une capacité 440 de 100 nF et à une résistance 442 dont la valeur varie entre 10kOhm et 1MOhm selon la bande passante désirée, par exemple de 250kOhm. Pour que le temps de réponse du régulateur 416 soit inférieur au temps de réponse du second régulateur 406, on peut associer à ce second régulateur 416 une capacité 454 de 1 microF et une résistance ù non représentée ù de 3.16 kOhm. Par ailleurs, la constante de temps du régulateur 406 peut être modifiée à l'aide d'une seconde capacité 450 de 1 microF pouvant être mise en parallèle avec la première capacité 440 grâce à un interrupteur 452 à l'aide d'un dispositif 417. Une telle augmentation du temps de réponse permet de filtrer, par exemple au moment du changement de mode FGM vers ALC, des décalages du circuit 404 de contrôle ou du dispositif 400 d'amplification, dus aux paramètres de fonctionnement F:\salle\F 106174\PREMDEP\TEXTE\1061 74_DepotFR.doc du dispositif tels que sa fréquence ou sa température, et à son environnement fin de vie tel que les charges cumulées par irradiation ou son vieillissement. Un dispositif 400 conforme à l'invention peut être utilisé comme DLA pour 'Driver Limiter Amplifier', c'est-à-dire pour effectuer l'amplification de signaux reçus par un relais spatial tel qu'un satellite qui peut ainsi modifier son mode d'amplification comme montré sur la figure 5 qui représente la puissance de sortie Po,,, (axe des ordonnées) en fonction de la puissance d'entrée Pin (axe des abscisses) en fonction du mode FGM ou ALC utilisés. A titre d'exemple, ces valeurs de puissances varient typiquement dans un satellite entre -20 et - 60 dBm pour Ph., et -20dBm à + 10 dBm pour P0ä1, les signaux amplifiés ayant une fréquence comprise entre 100 MHz et 100 GHz. La figure 5 montre la variation possible du point 504 de décrochage de la boucle ALC en fonction de la puissance d'entrée Pin. Ce décrochage de la boucle peut être contrôlé en mode ALC par une tension Vbutée_DLA, dont la source est représentée sur la figure 4a, afin d'obtenir en mode ALC un contrôle de la chaîne 401 similaire à un mode FGM sans avoir basculé en mode FGM. La présente invention est susceptible de nombreuses variantes. Notamment, les régulateurs 406 et 416 peuvent être obtenues par des microcomposants programmables dont la fonction de transfert permet un fonctionnement équivalent au fonctionnement décrit ci-dessus des régulateurs 406 et 416. F: \sa I I e\F 106174\PREMDE P\TEXTE\ 106174_De pot FR. doc REVENDICATIONS 1. Procédé d'amplification de signaux de radiocommunications par une chaîne (401) d'amplificateurs (412) associée à un contrôleur (413) de gain recevant une consigne (Vaff) d'amplification de valeur constante (Vfgm), pour effectuer une amplification à gain constant (FGM), ou de valeur variable (Vals), pour effectuer une amplification (ALC) à puissance (Pouf) amplifiée constante à l'aide d'un premier régulateur (406) pouvant délivrer cette consigne de valeur variable (Vara) à partir d'une mesure de la puissance (Pouf) amplifiée, caractérisé en ce que, en mode d'amplification à gain constant (FGM), on maintient une consigne transmise par le premier régulateur (406) à une valeur proche de la consigne (Vfgm) de valeur constante (Vfgm)• 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant l'étape supplémentaire de transmettre au premier régulateur (406) un signal issu d'un second régulateur (416) ou une mesure de la puissance de sortie (Pout) en fonction de l'amplification (FGM, ALC) effectuée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 comprenant l'étape supplémentaire de transmettre au contrôleur (413) une consigne issue d'une source de consigne constante (Vfgm) ou du premier régulateur (406) en fonction de l'amplification (FGM, ALC) effectuée. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant l'étape supplémentaire d'accroître le temps de réponse du premier régulateur (406). 5. Dispositif (400) d'amplification de signaux de radiocommunications transmis par une chaîne (401) d'amplificateurs (412) munie d'un contrôleur (413) de gain recevant une consigne d'un circuit (404) comprenant un premier régulateur (406) formant, dans une première position (ALC) d'amplification à puissance (Pour) amplifiée constante, une boucle de rétroaction sur la chaîne (401) à partir d'un détecteur (408) de la puissance amplifiée (Pouf), caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur (416) formant avec le premier régulateur (406), dans une seconde position (FGM) d'amplification du circuit (404) à gain constant, une boucle de rétroaction maintenant une consigne transmise par le premier régulateur (406) à une valeur proche de la consigne (Vfgm) de valeur constante (Vfgm)• F:\salle\F106174\PREMDEP\TEXTE\106174 DepotFR.doc 6. Dispositif selon la revendication 5 dans lequel un commutateur (418) relie le premier régulateur (406) au second régulateur (416) ou au détecteur (408) de puissance amplifiée (Pouf) en fonction de l'amplification (FGM, ALC) effectuée. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6 dans lequel un second commutateur (405) relie le contrôleur (413) au premier régulateur (406) ou à une source de consigne constante (Vf9m) en fonction de l'amplification (FGM, ALC) effectuée. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5, 6 ou 7 dans lequel au moins un régulateur (406, 416) comprend un amplificateur opérationnel (441, 443). 9. Dispositif selon la revendication 8, le premier et le second régulateur comprenant un amplificateur opérationnel, dans lequel chaque amplificateur opérationnel (441, 443) est associé à au moins une résistance (442) et à une capacité (440, 454) telles que le temps de réponse du premier régulateur (406) soit supérieur au temps de réponse du second régulateur (416). 10. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 9 dans lequel le premier régulateur (406) est associé à des moyens (417) permettant d'augmenter son temps de réponse. 11. Procédé de contrôle d'un automatisme appliquant une fonction avec un gain donné, cet automatisme recevant une consigne (Vaff) de valeur constante (Vf9m), pour obtenir un gain constant, ou de valeur variable (Vole), pour délivrer une application en sortie constante à l'aide d'un premier régulateur (406) délivrant la consigne de valeur variable (Volt) à partir d'une mesure de la fonction délivrée (Pouf), caractérisé en ce qu'on maintient, en mode à gain constant (FGM), la consigne de valeur variable (Volt) transmise par le premier régulateur (406) à une valeur proche de la consigne (Vfgm) de valeur constante (Vfgm). 12. Circuit (400) contrôle d'un automatisme appliquant une fonction avec un gain donné, cet automatisme recevant une consigne (Vaff) de valeur constante (Vfgm), pour obtenir un gain constant, ou de valeur variable (Volt), pour délivrer une application en sortie constante à l'aide d'un premier régulateur (406) délivrant la consigne de valeur variable (Vola) à partir d'une mesure de la fonction délivrée (Pouf), caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur (416) formant, en mode d'amplification à gain constant (FGM), une boucle de rétroaction avec le premier régulateur (406) afin de maintenir une consigne transmise par ce premier régulateur à une valeur proche de la consigne de valeur constante (Vfgm). 13. Satellite comprenant un dispositif (400) d'amplification de signaux de radiocommunications transmis par une chaîne (401) d'amplificateurs (412) F:\salle\F106174\ PREMDEP\TEXTE\ 106174_DepotFR.docmunie d'un contrôleur (413) de gain recevant une consigne d'un circuit (404) comprenant un premier régulateur (406) formant, dans une première position (ALC) d'amplification du circuit (404), une boucle de rétroaction sur la chaîne (401) à partir d'un détecteur (408) de la puissance amplifiée (Pau,) afin de fournir une consigne variable (Vais) au contrôleur (413), caractérisé en ce qu'il comprend un second régulateur (416) formant, en mode d'amplification à gain constant (FGM), une boucle de rétroaction avec le premier régulateur (406) afin de maintenir une consigne transmise par ce premier régulateur (406) à une valeur proche de la consigne de valeur constante (Vfgm)• F:\salle\F106174\PREMDEP\TEXTE \ 106174_DepotFR.doc