Brevet FR3042358A1 (20170414)
REVENDICATIONS1. Dispositif d'amplification répartie, destiné à une charge utile de communications d'un satellite, comprenant un réservoir d'amplification répartie (4 ;\n<CLM>\1\tpour amplifier une première pluralité d'un premier nombre entier p supérieur ou égal à 2 de signaux radioélectriques (RF) d'entrée à amplifier, reçus par un premier port d'entrée (6) de bornes d'entrée (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22), identiques entre eux à une phase près et déphasés entre eux suivant une loi de phase prédéterminée, en une deuxième pluralité de p signaux RF amplifiés fournis par un deuxième port de sortie (26) de bornes de sortie (28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42), associées respectivement aux bornes d'entrée (8, 10, 12, 14, 16, 18, 20,\n<CLM>\1\tdu premier port (6) selon le même ordre, le réservoir d'amplification répartie (4 ;\n<CLM>\1\tcomportant .- un ensemble d'un deuxième nombre entier n, supérieur à p et inférieur ou égal à 2p+1, d'amplificateurs (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72,\n<CLM>\1\tdisposés électriquement en parallèle et définissant respectivement des voies internes d'amplification (76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 92,\n<CLM>\1\t, mutuellement isolées électro-magnétiquement et respectivement numérotées par un indice de ligne variant de 1 au deuxième nombre entier n, l'ensemble des n amplificateurs (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72,\n<CLM>\1\tétant composé d'une première série de p amplificateurs radiofréquence nominaux (58, 60, 62, 64, 66, 68, 70,\n<CLM>\1\tet d'une deuxième série de n-p amplificateurs de secours (56, 74), .- un anneau de redondance d'entrée (48), formé par un premier réseau (98) de commutateurs tournants quadripolaires (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 140), et un anneau de redondance de sortie (50), formé par un deuxième réseau (148) de commutateurs tournants quadripolaires (152, 154, 156, 158, 160, 162, 164, 166, 168, 170), les anneaux de redondance d'entrée et de sortie (48,50) étant connectés respectivement entre le premier port d'entrée (6) et un troisième port (96) de bornes d'entrée de l'ensemble (46) des n amplificateurs et entre un quatrième port (97) de bornes de sortie de l'ensemble des n amplificateurs et le deuxième port de sortie(26), pour router suivant une configuration de routage parmi une famille de configurations de 3042358 37 routage (172, 222, 232, 242, 252,\n<CLM>\1\tdont la mise en oeuvre est prévue, d'une part les p signaux d'entrée fournis au premier port sur p bornes d'entrée sélectionnés du troisième port, et d'autre part les p signaux amplifiés, délivrés aux p bornes de sortie du quatrième port associées aux p 5 bornes d'entrée sélectionnés du troisième port sur les p bornes de sortie du port du deuxième port associées aux bornes d'entrée du premier port ; le dispositif d'amplification répartie (4) étant caractérisé en ce que : .- les anneaux de redondance d'entrée et de sortie (48,\n<CLM>\1\tutilisent des conditions de propagation analogues ; et 10 .- les voies internes d'amplification (76,\n<CLM>\1\tassociées aux n-p amplificateurs de secours enserrent de manière entrelacée les voies internes d'amplification (78, 80, 82, 84, 86, 88, 90,\n<CLM>\1\tassociées aux p amplificateurs nominaux ; et .- chaque configuration de routage prévue (172, 222, 232, 242, 252,\n<CLM>\1\tcomporte un ensemble de p chemins indépendants d'amplification répartie, 15 chaque chemin d'amplification incluant individuellement une borne d'entrée du premier port, la borne de sortie du deuxième port associée à la borne d'entrée du premier, un amplificateur actif et son numéro de ligne, des premières liaisons passives connectées en série et traversant au moins trois commutateurs tournants de l'anneau de redondance d'entrée (48) et 20 reliant la borne d'entrée du premier port à la borne d'entrée de l'amplificateur actif, et des deuxièmes liaisons passives connectées en série et traversant au moins un commutateur de l'anneau de redondance de sortie (50) et reliant la borne de sortie de l'amplificateur actif à la borne de sortie du deuxième port ; et 25 .- les anneaux de redondance d'entrée et de sortie (48,\n<CLM>\1\tsont topo- logiquement et géométriquement configurés et la famille des configurations de routage (172, 222, 232, 242, 252,\n<CLM>\1\test choisie de sorte que les longueurs électriques de tous les chemins d'une même configuration de routage de la famille sont égales. 30 .2 Dispositif d'amplification répartie selon la revendication 1, dans lequel les anneaux de redondance d'entrée et de sortie (48,\n<CLM>\1\tsont topo- logiquement et géométriquement configurés et la famille des configurations de routage (172, 222, 232, 242, 252,\n<CLM>\1\test choisie de sorte que les 35 longueurs électriques de tous les chemins de toute la famille sont égales. 3042358 38 .3 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel lors d'une reconfiguration d'une première configuration de routage de la famille (172) en une deuxième configuration 5 de routage de la famille (222, 232, 242, 252, 262), les différences de longueurs électriques issues de la reconfiguration de l'anneau d'entrée (48) sont compensées par la reconfiguration de l'anneau de redondance de sortie (50) pour chaque chemin d'amplification répartie modifié. 10 .4 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la même technologie est partagée par les anneaux de redondance d'entrée et de sortie (48, 50), et est comprise dans l'ensemble formé par la technologie coaxiale, la technologie des guides d'onde. 15 .5 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel indépendamment de tous les chemins de toutes les configurations de routage prévues du réservoir (4), 20 les commutateurs tournants d'un même chemin d'amplification sont traversés globalement de la même façon en termes du nombre de commutateurs tournants traversés d'un même chemin et de la répartition numérique des configurations de commutation des commutateurs tournant activées dans ce chemin. 25 .6 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la famille des configurations de routage comporte une configuration de routage nominale (172) qui utilisent les p amplificateurs nominaux de la 30 première série comme amplificateurs actifs, et une ou plusieurs configurations de routage de secours (222, 232, 242, 252, 262), qui utilisent chacune au moins un des n-p amplificateurs de secours (56,\n<CLM>\1\tparmi les p amplificateurs actifs sélectionnés dans l'ensemble des n amplificateurs (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72). 35 3042358 39 .7 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la famille des configurations de routage comporte une configuration de routage nominale qui utilisent les p amplificateurs nominaux de la première 5 série comme amplificateurs actifs, et une ou plusieurs configurations de routage de secours qui utilisent chacune au moins un des n-p amplificateurs de secours parmi les p amplificateurs actifs sélectionnés dans l'ensemble des n amplificateurs; la ou les configurations de routage de secours étant déterminés pour 10 maintenir une capacité maximale d'amplification du réservoir dans tous les cas de pannes d'au plus p amplificateurs parmi l'ensemble des n amplificateurs lorsque p est inférieur ou égal à n, et d'au plus p+1 amplificateurs parmi l'ensemble des n amplificateurs lorsque n est égal à 2p+1. 15 .8 Dispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel Le premier réseau (98) des commutateurs interconnectés de l'anneau de redondance d'entrée (48) est agencé suivant une première matrice (304) 20 dont les éléments sont les commutateurs tournants quadripolaires d'entrée et forment des premiers noeuds (306,\n<CLM>\1\tarrangés suivant au moins deux colonnes et n lignes, les lignes correspondant aux lignes des voies internes d'amplification, p premiers noeuds d'extrémité amont d'une première colonne d'extrémité amont étant connectés aux bornes d'entrée du premier port et 25 p+r premiers noeuds d'extrémité aval d'une première colonne d'extrémité avale, étant connectés respectivement un à une aux bornes d'entrée des p+r amplificateurs ; et Le deuxième réseau (148) des commutateurs interconnectés de l'anneau de redondance de sortie est agencé suivant une deuxième matrice (314) dont 30 les éléments sont les commutateurs tournants de sortie et forment des deuxièmes noeuds (318) arrangés suivant au moins une colonne et n lignes, les n lignes correspondant aux lignes des voies internes d'amplification avec la même numérotation, p deuxièmes noeuds nominaux d'extrémité aval d'une deuxième colonne 35 d'extrémité aval étant connectés aux bornes de sortie du deuxième port et 3042358 p+r deuxièmes noeuds d'extrémité amont d'une deuxième colonne d'extrémité amont, étant connectés en amont respectivement aux bornes de sortie des amplificateurs suivant un même rang i, lorsque la deuxième matrice comporte au moins deux deuxièmes colonnes ; ou 5 p deuxièmes noeuds d'extrémité aval et amont d'une unique deuxième colonne d'extrémité connectés en aval aux bornes de sortie du deuxième port et connectés en amont respectivement aux bornes de sortie des amplificateurs nominaux suivant un même rang i, et r deuxièmes noeuds restant d'extrémité amont connectés en amont respectivement aux bornes 10 de sortie des amplificateurs lorsque la deuxième matrice comporte une unique deuxième colonne.\n<CLM>\1\tDispositif d'amplification selon la revendication 8, dans lequel au moins un commutateur (102, 152, 170,\n<CLM>\1\tparmi les commutateurs de 15 la première colonne d'extrémité amont et de la deuxième colonne d'extrémité amont est remplacé par une liaison (454, 456, 458,\n<CLM>\1\tde même longueur électrique. .10 Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 8 20 à 9 dans lequel La première matrice (304) comporte deux ou trois colonnes et la deuxième matrice (314) comporte une unique colonne. .11 Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 10 dans lequel le réservoir d'amplification répartie (504) comporte des moyens de réglage en amplitude et phase (512, 514, 516, 518, 520, 522, 524, 526, 528, 530), disposés en amont et/ou en aval de chaque amplificateurs entre les anneaux de redondance d'entrée et de sortie, de préférence en amont lorsque les 30 amplificateurs sont des amplificateurs de puissance et de préférence en aval lorsque les amplificateurs sont des amplificateurs à faible bruit ; et les moyens de réglage en amplitude et phase (512, 514, 516, 518, 520, 522, 524, 526, 528,\n<CLM>\1\tsont configurés pour équilibrer tous les chemins internes d'amplification répartie des configurations de fonctionnement 35 prévues du réservoir dans une large bande de fréquences. 3042358 41 .12 Dispositif d'amplification selon la revendication 11 dans lequel Les moyens de réglage en amplitude et phase (512, 514, 516, 518, 520, 522, 524, 526, 528,\n<CLM>\1\tde chaque chemin interne d'amplification répartie 5 comprennent un atténuateur d'amplitude (542), un premier déphaseur (552) et un deuxième déphaseur (562), le premier déphaseur (552) étant un déphaseur du type « longueur électrique » compris dans l'ensemble formé par les « phase trimmers », et le deuxième déphaseur (562) étant un déphaseur à déphasage constant sur 10 toute la bande large de fréquences ; et les atténuateurs d'amplitude, les premiers déphaseurs et les deuxièmes déphaseurs (542, 552,\n<CLM>\1\tsont configurés respectivement pour équilibrer les gains des amplificateurs sur la large bande de fréquence, rapprocher les variations de phase en fonction de la fréquence sur une large 15 bande de fréquence de tous les chemins internes d'amplification répartie des configurations de fonctionnement prévues du réservoir, compenser les dispersions des décalages de phases constants introduits par les amplificateurs actifs de tous les chemins internes d'amplification répartie des configurations de fonctionnement prévues du réservoir. 20\n<CLM>\1\tDispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les amplificateurs du réservoir (504) sont des amplificateurs de puissance compris dans l'ensemble formé par les amplificateurs utilisant des tubes à ondes progressives (TWTAs) et les 25 amplificateurs à état solide (SSPAs), et le dispositif d'amplification répartie est un amplificateur de puissance multiport comportant en outre .- un réseau d'équi-répartition de la puissance d'entrée (714) sur les bornes d'entrée du port d'entrée (6; et .- un réseau de répartition de la puissance de sortie (716). 30\n<CLM>\1\tDispositif d'amplification répartie selon la revendication 13, dans lequel le réseau répartiteur de puissance d'entrée (714) est un réseau d'entrée de formation de faisceau et le réseau de répartition de puissance de sortie (716) est un réseau de formation de sortie. 35 3042358 42\n<CLM>\1\tDispositif d'amplification répartie selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel les amplificateurs du réservoir d'amplification répartie sont des amplificateurs à état solide à faible bruit et l'étage de réception d'une antenne active de réception. 5 .16 Dispositif d'amplification selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre .- des moyens de combinaison de bandes de fréquences (604) comportant n entrées pour recevoir n canaux de transmission et q sorties pour fournir 10 respectivement des canaux regroupés au sein de q bandes de fréquences en q signaux de bandes de fréquences ; .- un ensemble de diviseurs (612) pour diviser en puissance les q signaux de bandes sur les p entrées du port d'entrée du réservoir d'amplification ; et .- des moyens de réglage du gain et de phase (614) correspondant aux p 15 amplificateurs sur les q bandes de fréquence. .17 Dispositif d'amplification selon la revendication 15, dans lequel les moyens de réglage du gain et de la phase (614) comportent p fois q déphaseurs et atténuateurs disposés au sein de l'ensemble de diviseurs. 20 25 30 35