УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛОВ РАДИОСВЯЗИ
RADIO COMMUNICATION SIGNAL AMPLIFICATION DEVICE AND METHOD

Настоящее изобретения касается устройства и способа усиления сигналов радиосвязи.
Известна обработка сигналов радиосвязи по первому режиму усиления этих сигналов с постоянным коэффициентом усиления или по второму режиму усиления этих сигналов до постоянной мощности на выходе усилителя независимо от входной мощности этих сигналов.
Некоторое телекоммуникационное оборудование, такое как спутники, чередуют эти два режима усиления. Так, сигналы радиосвязи, принимаемые некоторыми спутниками, могут быть усилены по первому режиму с постоянным коэффициентом усиления, причем этот способ будет в дальнейшем называться FGM от “Fixe Gain Mode”, или по второму режиму с постоянной выходной мощностью, причем этот способ будет в дальнейшем называться ALC от “Automatic Level Control” на английском языке.
Документ US 2006/0006940 касается устройства усиления, имеющего множество операционных режимов. В документе DE 19623930 описана система усилителей, причем каждый усилитель содержит регулируемый аттенюатор, принимающий сигналы контроля. Документ JP 57030429 относится к системе автоматического восстановления для автоматического регулятора уровня. В US 2003/055590 описан усилитель, работающий в режиме FGM или в режиме ALC.
in
out
На фиг. 1а схематично показано устройство 100 усиления, позволяющее чередовать оба режима FGM или ALC для усиления входной мощности P сигнала радиосвязи до выходной мощности P.
att
Для этого устройство 100 содержит цепь 101 усилителей 112, коэффициент усиления которых частично контролируется контроллером 113 коэффициента усиления, причем работа этого контроллера 113 определяется заданной величиной, которая меняется согласно режиму усиления устройства 100. В этом примере такой величиной является напряжение V.
att
fgm
alc
out
Схема 104 контроля выдает такую заданную величину или напряжение V с фиксированным значением V, передаваемую источником REF FGM для получения постоянного коэффициента усиления в цепи 101 усилителей 102, или с переменным значением V для получения постоянной мощности P на выходе устройства 100.
alc
out
out
В этом последнем случае заданную переменную величину V получают на выходе регулятора 106, образующего контур автоматического регулирования для регулирования этого напряжения в зависимости от отклонения между требуемой выходной мощностью P и заданной величиной REF ALC регулятора 106, передаваемой непоказанным устройством. Для этого регулятор 106 может содержать операционный усилитель 141 и другие непоказанные электронные компоненты, тогда как измерение выходной мощности P осуществляют при помощи датчика 108, корректирующего влияние температуры на измерение.
out
out
Такое устройство 100 характеризуется большими колебаниями коэффициента усиления и выходной мощности P во время перехода от режима FGM к режиму ALC, как показано на фиг. 1b, где представлено изменение (ось ординат 120, в дБм) выходной мощности P устройства 100 в зависимости от времени (ось абсцисс 122, в мс) во время изменения 124 режима усиления для устройства 100.
alcmax
out
att
alcmax
Фактически, когда устройство 100 находится в режиме FGM, регулятор 106 выдает максимальное напряжение V для доведения выходной мощности P до постоянной мощности таким образом, чтобы во время переключения в режим ALC путем переключения переключателя 105 напряжение V управления достигло этого максимального напряжения V до того, как оно начнет стремиться к значению, характерному для рабочей точки схемы.
alc
fgm
Такое изменение мощности создает проблемы, так как оно может привести к потере сигналов, в частности, между спутником и наземной станцией. Поэтому схема 104 (фиг.2а), контролирующая цепь 201 усилителей 212, может содержать средства для фиксирования напряжения V на выходе регулятора 206 в фиксированном значении, близком к заранее определенному заданному значению V, характерному для режима FGM.
Если рассматривать регулятор 206, содержащий операционный усилитель 241, этого результата достигают путем включения набора резисторов 244 и 246, фиксирующих выходное напряжение регулятора 206 на точном значении, когда устройство 200 работает в режиме FGM, причем вместе с усилителем 241 конденсатор 240 и резистор 242 образуют интегрирующий элемент для выдачи переменного заданного значения на основании заданного значения REF ALC в режиме ALC.
out
Как показано на фиг.2b, такая конфигурация позволяет получить изменение усиленной мощности P, относительно ограниченное во время изменения 224 режима FGM на режим ALC (ось ординат 220, в дБм), в зависимости от времени (ось абсцисс 222, в мс).
Настоящее изобретение исходит из констатации, свойственной изобретению, согласно которой непрерывность этих переключений получают только при данных условиях, в частности, что касается температуры, мощности и/или рабочей частоты цепи 201 усилителей 212, как показано на фиг.3а и 3b, на которых представлены выходные мощности (ось ординат 320, в дБм), измеренные для схемы 200, в зависимости от времени (ось абсцисс 322, в мс) с соответствующими температурными колебаниями от +41°С до -36°С, то есть колебаниями порядка +/-40°С по сравнению с измерениями, показанными на фиг. 2b.
В связи с этим настоящее изобретение касается способа усиления сигналов радиосвязи при помощи цепи усилителей, соединенной с контроллером коэффициента усиления, принимающим заданную величину усиления постоянного значения для осуществления усиления с постоянным коэффициентом усиления или переменного значения для осуществления усиления с постоянной усиленной мощностью при помощи первого регулятора, выполненного с возможностью выдачи этой заданной величины переменного значения на основании измерения усиленной мощности, отличающегося тем, что в режиме усиления с постоянным коэффициентом усиления заданную величину переменного значения, передаваемую первым регулятором, поддерживают близкой к заданной величине постоянного значения.
Поддерживая заданную величину, выдаваемую первым регулятором, близкой к заданной величине постоянного значения, способ позволяет преимущественно осуществлять переходы от режима FGM к режиму ALC с очень ограниченными и даже ничтожными колебаниями выходной мощности независимо от изменения условий температуры, мощности и/или частоты рассматриваемого усилителя.
Таким образом, благодаря изобретению, заданная величина, передаваемая регулятором в режиме ALC, остается близкой к заданной величине в режиме FGM независимо от колебаний, связанных с условиями работы усилителя. За счет этого переход от заданной величины FGM к заданной величине ALC осуществляется непрерывно и необходимым образом с ограниченными колебаниями коэффициента усиления.
В варианте выполнения способ содержит дополнительный этап передачи на первый регулятор сигнала, выходящего из второго регулятора, или передачи измерения выходной мощности в зависимости от осуществляемого усиления. Таким образом, простое переключение сигнала, передаваемого на первый регулятор, позволяет переключить работу последнего от контура обратной связи со вторым регулятором - для выдачи заданной величины, близкой к заданной величине постоянного значения, к контуру обратной связи с цепью усилителей для выдачи постоянной усиленной мощности.
Согласно варианту выполнения, способ содержит дополнительный этап передачи на контроллер заданной величины, поступающей от источника постоянной заданной величины или от первого регулятора, выполненного с возможностью выдачи переменной заданной величины, путем переключения, осуществляемого в зависимости от осуществляемого усиления. Таким образом, передача заданной величины на контроллер является легкой в осуществлении.
В варианте выполнения способ содержит дополнительный этап увеличения времени срабатывания первого регулятора, чтобы обеспечивать фильтрование некоторых паразитных сигналов.
Настоящее изобретение касается также устройства усиления сигналов радиосвязи, передаваемых по цепи усилителей, снабженной контроллером коэффициента усиления, принимающим заданную величину от схемы, содержащей первый регулятор, образующий в первом положении усиления с постоянной усиленной мощностью контур обратной связи с цепью от датчика усиленной мощности, отличающегося тем, что содержит второй регулятор, образующий во втором положении усиления схемы с постоянным коэффициентом усиления контур обратной связи с первым регулятором, поддерживающий заданную величину, передаваемую первым регулятором, в значении, близком к заданной величине постоянного значения.
По аналогии с описанным выше способом устройство поддерживает заданную величину, выдаваемую первым регулятором, близкой к заданной величине постоянного значения, что позволяет осуществить переходы от режима FGM к режиму ALC с очень ограниченными и даже ничтожными колебаниями мощности, независимо от колебаний температурных условий, мощности и/или рабочей частоты рассматриваемого усилителя.
В варианте выполнения устройство содержит переключатель, соединяющий первый регулятор со вторым регулятором или с датчиком усиленной мощности в зависимости от осуществляемого усиления. Таким образом, простой переключатель сигнала, передаваемого на первый регулятор, позволяет переключить работу последнего от контура обратной связи со вторым регулятором для выдачи заданной величины, близкой к заданной величине постоянного значения, к контуру обратной связи с цепью усилителей для выдачи постоянной усиленной мощности.
Согласно варианту выполнения, устройство содержит второй переключатель, который соединяет контроллер с первым регулятором или с источником постоянной заданной величины в зависимости от осуществляемого усиления.
В варианте выполнения, по меньшей мере, один регулятор содержит операционный усилитель, что позволяет получить надежные и недорогие регуляторы.
Согласно варианту выполнения, первый и второй регуляторы содержат операционный усилитель, причем каждый операционный усилитель соединен, по меньшей мере, с одним резистором и с конденсатором, выполненными таким образом, чтобы время срабатывания первого регулятора превышало время срабатывания второго регулятора.
В варианте выполнения первый регулятор соединен со средствами, позволяющими увеличивать его время срабатывания, что позволяет фильтровать случайные паразитные сигналы.
Изобретение касается также способа и схемы, осуществляющей контроль заданной величины коэффициента усиления, осуществляемого автоматически.
Способ автоматического контроля, применяющего функцию с данным коэффициентом усиления, причем эта автоматика принимает заданную величину постоянного значения для получения постоянного коэффициента усиления или переменного значения для выдачи постоянного отображения на выходе при помощи первого регулятора, выдающего заданную величину переменного значения на основании измерения выдаваемой функции, отличающийся тем, что в режиме с постоянным коэффициентом усиления заданную величину переменного значения, передаваемую первым регулятором, поддерживают в значении, близком к заданной величине постоянного значения.
Схема автоматического контроля, применяющая функцию с данным коэффициентом усиления, причем эта автоматика принимает заданную величину постоянного значения для получения постоянного коэффициента усиления или переменного значения для выдачи постоянного отображения на выходе при помощи первого регулятора, выдающего заданную величину переменного значения на основании измерения выдаваемой функции, отличающаяся тем, что содержит второй регулятор, образующий в режиме усиления с постоянным коэффициентом усиления контур обратной связи с первым регулятором для поддержания заданной величины, передаваемой этим первым регулятором, в значении, близком к заданной величине постоянного значения.
Наконец, изобретение касается спутника, содержащего устройство усиления сигналов радиосвязи, передаваемых цепью усилителей, оснащенной контроллером коэффициента усиления, принимающим заданное значение от схемы, содержащей первый регулятор, образующий в первом положении усиления схемы контур обратной связи с цепью от датчика усиленной мощности, чтобы передавать переменную заданную величину на контроллер, отличающегося тем, что содержит второй регулятор, образующий в режиме усиления с постоянным коэффициентом усиления контур обратной связи с первым регулятором для поддержания заданной величины, передаваемой этим первым регулятором, в значении, близком к заданной величине постоянного значения.
Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания вышеуказанного варианта выполнения, представленного в качестве неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1а и 1b (уже описаны) - соответственно первое устройство усиления и его коэффициент усиления для разных режимов усиления.
Фиг. 2а и 2b (уже описаны) - соответственно второе устройство усиления и его коэффициент усиления для разных режимов усиления.
Фиг. 3а и 3b - коэффициент усиления устройства усиления, показанного на фиг. 2а, при изменении его температуры.
Фиг. 4а и 4b - соответственно устройство усиления в соответствии с настоящим изобретением и его коэффициент усиления для разных режимов усиления.
Фиг. 5 - коэффициент усиления устройства в соответствии с настоящим изобретением.
att
att
Как показано на фиг. 4а, устройство 400 усиления сигналов радиосвязи в соответствии с настоящим изобретением содержит цепь 401 усилителей 412, коэффициент усиления которых частично контролируется заданной величиной усиления V, передаваемой схемой 404 контроля на контроллер 413 коэффициента усиления. Эта заданная величина V может принимать два значения:
fgm
- либо постоянное значение V, и в этом случае цепь 401 усилителей 412 осуществляет усиление с постоянным коэффициентом усиления типа FGM,
alc
- либо переменное значение V, и в этом случае цепь 401 усилителей 412 осуществляет усиление типа ALC с постоянной выходной мощностью.
alc
out
Для осуществления этого второго режима усиления схема 400 содержит первый регулятор 406, выдающий заданную величину переменного значения V от системы автоматического регулирования, использующей измерение выходной мощности P усилителя при помощи датчика 408, компенсированного по температуре.
fgm
fgm
Согласно изобретению, второй регулятор 416 регулирует первый регулятор 406, когда устройство 400 работает в режиме усиления с постоянным коэффициентом усиления FGM, чтобы последний автоматически и динамически выдавал заданную величину, близкую или равную заданной величине V, согласно возможным изменениям этой постоянной заданной величины V, связанным с колебаниями одного или нескольких рабочих параметров устройства, таких как его частота или его температура.
alc
fgm
Для этого второй регулятор 416 осуществляет автоматическое регулирование заданной величины переменного значения V, передаваемой первым регулятором, на основании заданной величины постоянного значения V, применяемой схемой 400.
alc
fgm
Такое автоматическое регулирование можно получить, соединяя в режиме FGM второй регулятор 416 с первым регулятором 406, чтобы эти регуляторы 406 и 416 образовали контур, равновесие которого требует заданной величины V на выходе регулятора 406, соответствующей значению постоянной заданной величины V.
alc
out
В режиме ALC такой контур обратной связи не применяется, чтобы первый регулятор мог изменять свой выходной сигнал регулятора 406 по значению заданной величины V, позволяющему получить постоянную выходную мощность P.
Эти результаты достигают, благодаря переключателю 418, который соединяет вход первого регулятора 406 в одном положении с выходом второго регулятора 416 или, в другом положении, с выходом датчика 408.
Учитывая, что первый регулятор 406 и второй регулятор 416 содержат соответственно операционный усилитель 441 или 443, установлено, что использование простых электронных компонентов, таких как конденсатор 440 или 454 и резистор 442, позволяет образовать регулятор 406 или регулятор 416.
Для простоты показаны только некоторые компоненты, учитывая, что выбор их значений позволяет определять время срабатывания каждого регулятора. Так, первый регулятор 406 соединен с конденсатором 440 на 100 нФ и с резистором 442, значение которого колеблется от 10 кОм до 1 МОм в зависимости от требуемой полосы пропускания, например, 250 кОм.
Чтобы время срабатывания регулятора 416 было меньше времени срабатывания первого регулятора 406, с этим вторым регулятором 416 можно соединить конденсатор 454 на 1 мкФ и резистор (не показан) на 3,16 кОм. Кроме того, постоянную времени регулятора 406 можно менять при помощи второго конденсатора 450 на 1 мкФ, который можно параллельно соединить с первым конденсатором 440, благодаря выключателю 452 при помощи устройства 417.
Такое увеличение времени срабатывания позволяет фильтровать, например, в момент смены режима FGM на ALC смещения схемы 404 контроля или устройства 400 усиления, связанные с рабочими параметрами устройства, такими как его частота или его температура, или с условиями его срока службы, такими как накапливаемые заряды от облучения или его старение.
out
in
Устройство 400 в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в качестве DLA от “Driver Limiter Amplifier”, то есть для осуществления усиления сигналов, принимаемых космическим ретранслятором, таким как спутник, который может, таким образом, менять свой режим усиления, как показано на фиг. 5, где показана выходная мощность P (ось ординат) в зависимости от входной мощности P (ось абсцисс) в зависимости от используемых режимов FGM или ALC.
in
out
Например, эти значения мощности в спутнике обычно колеблются от -20 до -60 дБм для P и от -20 дБм до +10 дБм для P, причем усиливаемые сигналы имеют частоту от 100 МГц до 100 ГГц.
in
На фиг. 5 показано возможное изменение точки 504 разрыва контура ALC в зависимости от входной мощности P. Этот разрыв контура можно контролировать в режиме ALC напряжением Vbutée_DLA, источник которого показан на фиг. 4а, чтобы в режиме ALC получить контроль цепи 401, аналогичный режиму FGM, без переключения в режим FGM.
Возможны различные варианты настоящего изобретения. В частности, регуляторы 406 и 416 можно получить при помощи программируемых микрокомпонентов, функция передачи которых обеспечивает работу, эквивалентную описанной выше работе регуляторов 406 и 416.