EP1652293A1 - Amplificateur a grande dynamique de puissance de sortie - Google Patents

Amplificateur a grande dynamique de puissance de sortie

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Publication number
EP1652293A1
EP1652293A1 EP04767583A EP04767583A EP1652293A1 EP 1652293 A1 EP1652293 A1 EP 1652293A1 EP 04767583 A EP04767583 A EP 04767583A EP 04767583 A EP04767583 A EP 04767583A EP 1652293 A1 EP1652293 A1 EP 1652293A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
level
amplifier
circuit
line
electrical length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04767583A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Philippe Fraysse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alcatel Lucent SAS
Original Assignee
Alcatel CIT SA
Alcatel SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcatel CIT SA, Alcatel SA filed Critical Alcatel CIT SA
Publication of EP1652293A1 publication Critical patent/EP1652293A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602—Combinations of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling

Definitions

  • the present invention relates to an amplifier adjustable on a high dynamic output power and having an almost constant efficiency in added power. It relates more particularly to the production of a microwave power amplifier of solid state signals in particular for satellite transmitters, adapted to operate for example in a frequency range close to 30 GHz, and comprising a determined number of active elements supplying in parallel a common load by means of an adaptation device made up of a microcircuit made up of lines of propagation, capacities or inductances.
  • the invention also relates to the production of an amplification circuit with redundant amplifier stages in which the amplifiers are not necessarily power amplifiers.
  • the Doherty amplifier controls the dynamics of the output power by 1 through the variation of the charge conductances of the active elements as a function of the input power.
  • This type of amplifier has the disadvantages of only combining two active elements and of being ill-suited for redundancy applications. It is also known to obtain an added power efficiency which is slightly dependent on the output power by adapting the polarization points of the active elements to the output power. However, this solution is difficult to implement and the dynamic range of the output power is limited.
  • One of the aims of the invention is to control the output power of an amplifier in the solid state by controlling both the number of active elements switched on and the charge conductances of the active elements without modifying the charge susceptances. active elements while minimizing losses in the adaptation circuit. More precisely, the invention aims to produce an adaptation device capable of effectively controlling the values of the charge conductances of the active elements switched on by the percentage of active elements switched off.
  • the device for adapting the output stage of the microwave amplifier comprises a determined number N of susceptance compensation circuits connected respectively to the outputs of N active elements to compensate for the output susceptances active elements and a circuit for combining and adapting the conductances having N inputs connected respectively to the outputs of the N susceptance compensation circuits and an output connected to the load of the amplifier.
  • the circuit for combining and adapting the charge conductances of the active elements comprises a determined number of line sections organized in M levels, in which level 1 is connected respectively to the outputs of the N circuits.
  • each level other than level 1 and level M + 1, has a determined number of line sections of equal electrical length, an integer multiple of ⁇ / 2.
  • the number of line sections of a level J is less than the number of sections of level Jl which precedes it, and each line section of a level can be connected to one or more line sections of the level which precedes it.
  • the electrical lengths of line sections of the first level must be equal to an odd integer multiple of ⁇ / 4 if the impedance presented at the input of the circuit of combination by an extinguished active element combined with its susceptance compensation circuit is a short circuit in order to present an open circuit on the nodes of level 1.
  • the electrical lengths of the line sections of the first level must be equal to a multiple even integer of ⁇ / 4 if the impedance presented at the input of the combination circuit by an extinguished active element combined with its susceptance compensation circuit is an open circuit in order to present an open circuit on the nodes of level 1.
  • each line section of a level is connected on the same node to the same number of line sections of the level which precedes it.
  • the lines of electrical length multiple integer of ⁇ / 2 connecting two nodes of different levels can be broken down into several lines of electrical length ⁇ / 4 of different characteristic impedance .
  • each susceptance compensation circuit consists of two line sections connected in series by a capacitor between the output of the active element to which it is connected and the input of the combination and adaptation circuit. conductances corresponding to it.
  • the output susceptance of the active element is compensated by means of the two line sections and the capacitor and by means of a third line section connected between the point in common between the capacitor and the line section connected to the output of the active element and one end of a capacitor 'with fixed capacity connected by its second end to a ground point, the capacitor being biased by a bias voltage applied to its first end.
  • a different susceptance compensation circuit topology making it possible to present an open circuit at the input of the combination and adaptation circuit when the active element is switched off.
  • - Figure 1 is a block diagram of a embodiment of a solid state microwave power amplifier according to the invention.
  • - Figure 2 is a diagram illustrating an embodiment of a susceptance compensation circuit of active elements of the amplifier output of Figure 1.
  • - Figure 3 is a block diagram showing an exemplary embodiment of the load conductance combination and adaptation circuit of Figure 1.
  • - Figure 4 illustrates an embodiment of an impedance adaptation device of an amplifier according to the invention composed of four compensation circuits susceptor.
  • Figures 5 to 7 illustrate the operating mode of the adaptation device of Figure 4.
  • - Figures 8 and 9 illustrate two alternative embodiments of an impedance adaptation device according to the invention comprising six compensation circuits of susceptance.
  • Figure 1 shows an embodiment of a solid state microwave power amplifier according to the invention composed of N active output elements referenced from 11 to IN supplying in parallel a common load 2 to across a device of adaptation 3 of the active output elements, represented inside a closed line in dotted lines.
  • the adaptation device 3 comprises a determined number N of susceptance compensation circuits referenced 41 to 4N respectively connected to the outputs of N active elements 11 to IN to compensate the output susceptances of the active elements and a combination and adaptation circuit conductances 5 having N inputs connected respectively to the outputs of the N susceptance compensation circuits and an output connected to the load 2 of the amplifier.
  • each susceptance compensation circuit 41 to 4N consists of two line sections 5 and 6 connected in series via a capacitor 7 between the output of an active element 11 to IN to which it is connected and an input of the circuit for combining and adapting the conductances 3 which corresponds to it.
  • the output susceptance of the active element to which the compensation circuit is connected is compensated by means of the two line sections and the capacitor and by means of a third line section 8 connected between the common point 9 between the capacitor 7 and the line section 5 connected to the output of the active element and a first end of a fixed capacitor 10 connected by its second end to a ground point 11, the capacitor 10 being biased by a voltage of polarization applied on its first end.
  • the circuit 5 for combining and adapting the charge conductances of the active elements which is shown in FIG. 3 comprises a determined number of line sections organized in M levels.
  • Level 1 is connected respectively to the outputs of the N susceptance compensation circuits 41 to 4N via N line sections L (l, l) to L (1, N) of equal electrical length, integer multiple of ⁇ / 4 and the level M is connected directly to the load of the amplifier or indirectly to it by means of at least one section of line L (M + 1.1) of electrical length integer multiple of ⁇ / 4 constituting a (M + l) th level.
  • Each level, other than level 1 and level M + 1 has a determined number of line sections of equal electrical length, an integer multiple of ⁇ / 2.
  • each line section of a level can be connected to one or more line sections of the level which precedes it and the number of line sections of each level decreases as the number of levels since the first level increases, so that the number of line sections of a level J is always less than the number of sections of level Jl which precedes it.
  • the electrical lengths of line sections of the first level must be equal to an odd integer multiple of ⁇ / 4 if the impedance presented at the input of the combination circuit by an extinguished active element combined with its susceptance compensation circuit is a short- circuit in order to present an open circuit on the nodes of level 1.
  • the electrical lengths of the line sections of the first level must be equal to an even integer multiple of ⁇ / 4 if the impedance presented at the input of the combination circuit by a active element switched off combined with its susceptance compensation circuit is an open circuit in order to present an open circuit on the nodes of level 1.
  • the sum of the electrical lengths connecting an input of the circuit combination at its output must be equal to an odd integer multiple of ⁇ / 4.
  • each line section of a level is connected on the same node to the same number of line sections of the level which precedes it and the ' number N of line sections of the first level is even.
  • the lines of electrical length multiple integer of ⁇ / 2 connecting two nodes of different levels can be broken down into several lines of electrical length ⁇ / 4 of different characteristic impedance .
  • An embodiment according to this principle, of an adaptation device comprising four susceptance compensation devices 4a to 4d coupled at the output of four active elements la to ld and two levels of line sections, is shown in FIG. 4.
  • the first level is formed by four line sections 12a to 12d of characteristic impedance Zl and of electrical length ⁇ / 4, connected respectively by one of their ends at the outputs of the susceptance compensation devices 4a to 4d.
  • the second level is formed by two sections of line of electrical length ⁇ / 2 each composed of two half sections of lines 13a, 13b and 14a, 14b of electrical length ⁇ / 4 connected in series, the two half sections of a section having different characteristic impedances Z2 and Z3.
  • the connections between the first and the second level are made by the second ends of the line sections 12 a to 12 d of electrical length ⁇ / 4 of the first level which are linked in pairs at one end of the line sections 13a, 13b d on the one hand, and 14a 14b on the other hand, of electrical length ⁇ / 2 of the second level.
  • the second ends of the sections of electrical length ⁇ / 2 are made by the second ends of the line sections 12 a to 12 d of electrical length ⁇ / 4 of the first level which are linked in pairs at one end of the line sections 13a, 13b d on the one hand, and 14a 14b on the other hand, of electrical length ⁇ / 2 of the second level.
  • Figure 4 is illustrated by Figures 5 to 8 where the elements homologous to those of Figure 4 bear the same references.
  • the compensation circuits 4a to 4d are represented by their equivalent diagram which provides a negative susceptance -SEA which compensates for that of the output of the active element.
  • the representation of Figure 5 corresponds to a configuration where all the active elements li of the amplifier are switched on, i.e. for which each of the active elements li applies the same sinusoidal signal of amplitude U and wavelength ⁇ on the input of a compensation circuit 4i.
  • the adaptation device acts as an impedance transformer, the load impedance Z (load 2) of the adaptation device brought back to each of its inputs being defined by applying successively, on the path which connects it to the load impedance Z, the impedance transformation relationships to the line sections in ⁇ / 4 encountered from the one which is connected to the load Z of the adaptation device to the one which is connected to the active element by through the compensation circuit.
  • the power supplied by the active elements 1a to 1d are equal, the power obtained at the output of the adaptation circuit is equal to four times that supplied by an active element.
  • the load impedances brought back on each input of the adaptation device are equal and defined by the relation:
  • the representation of Figure 6 corresponds to a configuration where only two active elements respectively supply the line sections of electrical length ⁇ / 2, 13a, 13b on the one hand and 14a, 14b on the other hand.
  • the line sections 12b, 12c of electrical length ⁇ / 4 being closed at one end by a short circuit, their other end is in open circuit which makes it possible to disconnect them from the rest of the circuit.
  • the two line sections of electrical length ⁇ / 2 of the second level, formed by half sections 13a, 13b on the one hand and 14a, 14b are only supplied by the active elements la and ld.
  • the load impedance Z brought back to each of the active elements lit is equal to:
  • the output power Ps supplied to the load is the output power Ps supplied to the load.
  • FIG. 7 corresponds to a configuration where a single active element feeds the load through a single section of line of electrical length ⁇ / 2 formed by half sections 13a and 13b.
  • the line sections 12b, 12c and 12d of electrical length ⁇ / 4 being closed at one end by a short circuit, their other end is in open circuit which makes it possible to isolate them from the rest of the circuit.
  • the line section of electrical length ⁇ / 2 of the second level, formed by half sections 13a, 13b is supplied by the active element la.
  • the load impedance Z brought back to the only active element lit is:
  • the output power Ps supplied to the load is:
  • the excitation level of the active active elements is adjusted to obtain a constant output voltage U and that the adaptation device has no loss, it appears in the light of the relationships (4) , (6), (8) a dynamic range of 12dB of the output power Ps between the configuration in Figure 5 where four active elements are switched on and the configuration in Figure 7 where a single active element is switched on.
  • the output power Ps is directly linked to the number of active elements lit. It also appears that the power level obtained for each configuration from a determined number of active elements lit is in all cases proportional to the square of the ratio between the characteristic impedances Z2 and Z3 of the line sections of the second level and is inversely proportional to the square of the characteristic impedance Zl of the line section of the first level.
  • the embodiment of Figure 8 differs from that of Figure 4 both by the fact that it comprises six susceptance compensation circuits referenced from 4a to 4f and by the fact that the outputs of the susceptance compensation circuits (4a, 4b, 4c) and (4d, 4e, 4f) are connected three by three via a section of line 12a to 12f of the first level respectively at one end of a section of line 13a or 14a of the second level.
  • An alternative embodiment of the adaptation device of FIG. 8 is shown in FIG. 9.
  • the outputs of the susceptance compensation circuits 4a to 4f are connected two by two via a section of line of the first level respectively at one end of a section of line of the second level which comprises three sections of lines connected by their second end common to the load impedance of the adaptation device.
  • the line sections constituting the combination and adaptation circuit 5 can be produced using any known microwave technique for producing microcircuits.
  • the active elements can be unitary transistors or sets of transistors such as for example cascode assemblies.
  • the active elements, the compensation and combination circuits can be integrated on the same monolithic circuit. But for reasons of space and cost, the combination circuit can also be dissociated from the active elements and from the susceptance compensation circuits through a hybrid assembly.
  • the combination circuit can also be performed by power spatial combination techniques provided that the action of decreasing the percentage of active elements lit always leads to a decrease in the charge conductance of the active elements remaining lit without impacting the susceptances. dump.

Landscapes

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Abstract

L'amplificateur comprend un nombre déterminé N d'éléments actifs (11 à 1N) couplés en parallèle à une impédance de charge (2) par l'intermédiaire d'un dispositif d'adaptation (3) comportant un nombre déterminé N de circuits de compensation de susceptance référencés (41 à 4N). Les circuits de compensation de susceptance (41 à 4N) sont reliées respectivement aux sorties des N éléments actifs (11 à 1N) pour compenser les susceptances de sortie des éléments actifs et à un circuit de combinaison et d'adaptation des conductances (5) possédant N entrées reliées respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances et une sortie reliée à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur. Application aux amplificateurs hyperfréquences à grande dynamique de puissance de sortie.

Description

AMPLIFICATEUR A GRANDE DYNAMIQUE DE PUISSANCE DE SORTIE.
La présente invention se rapporte à un amplificateur réglable sur une forte dynamique de puissance de sortie et possédant un rendement en puissance ajoutée quasiment constant . Elle concerne plus particulièrement la réalisation d'un amplificateur de puissance de signaux hyperfréquence à l'état solide notamment pour émetteurs de satellites, adapté pour fonctionner par exemple dans une gamme de fréquence proche de 30GHz, et comportant un nombre déterminé d'éléments actifs alimentant en parallèle une charge commune par l'intermédiaire d'un dispositif d'adaptation constitué d'un microcircuit composé de lignes de propagation, de capacités ou inductances. Cependant l'invention concerne également la réalisation de circuit d'amplification avec étages amplificateurs redondants dans lesquels les amplificateurs ne sont pas nécessairement des amplificateurs de puissance. Il est connu pour réaliser un amplificateur de puissance à l'état solide d'utiliser un circuit de combinaison à deux états mettant en oeuvre des lignes hyperfréquence de longueur électrique λ/4 où λ est la longueur d'onde du signal à amplifier. Ce circuit combine les signaux fournis par quatre éléments actifs et fournit en résultat de la combinaison deux niveaux de puissance de sortie avec un rapport de puissance ajoutée constant suivant qu'un élément actif ou quatre élément actifs sont allumés. Ce circuit a pour inconvénient qu'il ne permet de disposer que de deux niveaux de puissance, un niveau de puissance de sortie maximum et un niveau de puissance de sortie inférieur de 6dB. En outre le manque de symétrie du circuit ne permet pas de faire fonctionner tout seul n'importe quel élément actif. De façon différente au mode de réalisation précédent qui s'appuie sur le nombre d'éléments actifs utilisé pour réaliser le contrôle en puissance, un autre mode de réalisation connu sous l'appellation d'amplificateur Doherty contrôle la dynamique de la puissance de sortie par 1 ' intermédiaire de la variation des conductances de charge des éléments actifs en fonction de la puissance d'entrée. Ce type d'amplificateur a pour inconvénients de ne combiner que deux éléments actifs et d'être mal adapté pour des applications de redondance. II est également connu pour obtenir un rendement de puissance ajoutée qui soit faiblement dépendant de la puissance de sortie d'adapter les points de polarisation des éléments actifs à la puissance de sortie. Mais cette solution est difficile à mettre en oeuvre et la dynamique de la puissance de sortie est limitée. Un des buts de l'invention est de maîtriser la puissance de sortie d'un amplificateur à l'état solide par un contrôle à la fois du nombre d'éléments actifs allumés et des conductances de charge des éléments actifs sans modifier les susceptances de charge des éléments actifs tout en minimisant les pertes dans le circuit d'adaptation. Plus précisément l'invention vise à la réalisation d'un dispositif d'adaptation capable de contrôler de façon efficace les valeurs des conductances de charge des éléments actifs allumés par le pourcentage d'éléments actifs éteints. Pour atteindre ces objectifs, le dispositif d'adaptation de l'étage de sortie de l'amplificateur hyperfréquence selon l'invention comprend un nombre déterminé N de circuits de compensation de susceptance reliées respectivement aux sorties de N éléments actifs pour compenser les susceptances de sortie des éléments actifs et un circuit de combinaison et d'adaptation des conductances possédant N entrées reliées respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances et une sortie reliée à la charge de l'amplificateur. Suivant un mode de réalisation le plus général, le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charge des éléments actifs comprend un nombre déterminé de tronçons de ligne organisés en M niveaux, dans lesquels le niveau 1 est raccordé respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances par l'intermédiaire de N tronçons de ligne d'égale longueur électrique multiple entier de λ/4 et le niveau M est raccordé directement à la charge de l'amplificateur ou indirectement à celle ci par l'intermédiaire d'au moins un tronçon de ligne de longueur électrique multiple entier de λ/4 constituant un (M+l)ème niveau. Chaque niveau, autre que le niveau 1 et le niveau M+l, comporte un nombre déterminé de tronçons de ligne d'égales longueur électrique multiple entier de λ/2. Dans cette configuration, le nombre de tronçons de ligne d'un niveau J est inférieur au nombre de tronçons du niveau J-l qui le précède, et chaque tronçon de ligne d'un niveau peut être raccordé à un ou plusieurs tronçons de ligne du niveau qui le précède. Les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau doivent être égales à un multiple entier impair de λ/4 si l'impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un court-circuit afin de présenter un circuit -ouvert sur les noeuds du niveau 1. Les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau doivent être égales à un multiple entier pair de λ/4 si 1 ' impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un circuit -ouvert afin de présenter un circuit-ouvert sur les noeuds du niveau 1. Afin de réaliser un transformateur inverseur d'impédance, la somme des longueurs électriques reliant une entrée du circuit de combinaison à sa sortie doit être égale à un multiple entier impair de λ/4. De préférence afin d'assurer une symétrie de fonctionnement au circuit, chaque tronçon de ligne d'un niveau est raccordé sur un même noeud à un même nombre de tronçons de ligne du niveau qui le précède. Afin d'améliorer la fonction transformateur d'impédance du circuit d'adaptation, les lignes de longueur électrique multiple entier de λ/2 reliant deux noeuds de niveaux différents peuvent être décomposées en plusieurs lignes de longueur électrique λ/4 d' impédance caractéristiques différentes. I Suivant un mode particulier de réalisation d'un amplificateur selon l'invention le nombre d'éléments actifs N=4 et le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charge des éléments actifs est organisé en deux niveaux ce qui permet d'atteindre une dynamique de puissance de 12dB entre une configuration où un seul élément actif est allumé et une configuration où les quatre éléments actifs sont allumés. Des dynamiques de puissance encore plus grandes peuvent être obtenues en augmentant le nombre N d'éléments actifs. En outre chaque circuit de compensation de susceptance se compose de deux tronçons de ligne reliés en série par l'intermédiaire d'un condensateur entre la sortie de l'élément actif auquel il est relié et l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation des conductances qui lui correspond. La compensation de la susceptance de sortie de l'élément actif s'effectue au moyen des deux tronçons de ligne et du condensateur et au moyen d'un troisième tronçon de ligne relié entre le point commun entre le condensateur et le tronçon de ligne relié à la sortie de l'élément actif et une extrémité d'un condensateur' à capacité fixe relié par sa deuxième extrémité à un point de masse, le condensateur étant polarisé par une tension de polarisation appliquée sur sa première extrémité. Lorsqu'un élément actif est éteint, par variation de la tension de polarisation appliquée sur le condensateur, la variation de 1 ' impédance de sortie que présente cet élément actif conduit à présenter un court circuit à l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation. II peut être également envisagé de choisir une topologie de circuit de compensation de susceptance différente permettant de présenter un circuit ouvert à l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation lorsque l'élément actif est éteint. Le circuit de combinaison peut être réalisé également par une technique de combinaison spatiale de puissance. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtrons clairement à la lecture de la description qui suit, faite seulement à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est un schéma de principe d'un mode de réalisation d'un amplificateur de puissance hyperfréquence à état solide selon l'invention. - la Figure 2 est un schéma illustrant un mode de réalisation d'un circuit de compensation de susceptance d'éléments actifs de sortie de l'amplificateur de la Figure 1. - la Figure 3 est un schéma de principe montrant un exemple de réalisation du circuit de combinaison et d'adaptation de conductance de charge de la Figure 1. - la Figure 4 illustre un mode de réalisation d'un dispositif d'adaptation d'impédance d'un amplificateur selon l'invention composé de quatre circuits de compensation de susceptance. les Figures 5 à 7 illustrent le mode de fonctionnement du dispositif d'adaptation de la Figure 4. - les Figures 8 et 9 illustrent deux variantes de réalisation d'un dispositif d'adaptation d'impédance selon l'invention comportant six circuits de compensation de susceptance .
On se réfère d'abord à la Figure 1 qui représente un mode de réalisation d'un amplificateur de puissance hyperfréquence à état solide selon l'invention composé de N éléments actifs de sortie référencés de 11 à IN alimentant en parallèle une charge commune 2 au travers d'un dispositif d'adaptation 3 des éléments actifs de sortie, représenté à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillés. Le dispositif d'adaptation 3 comprend un nombre déterminé N de circuits de compensation de susceptance référencés 41 à 4N reliées respectivement aux sorties de N éléments actifs 11 à IN pour compenser les susceptances de sortie des éléments actifs et un circuit de combinaison et d'adaptation des conductances 5 possédant N entrées reliées respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances et une sortie reliée à la charge 2 de 1 ' amplificateur . Comme le montre la Figure 2 chaque circuit de compensation de susceptance 41 à 4N se compose de deux tronçons de ligne 5 et 6 reliés en série par l'intermédiaire d'un condensateur 7 entre la sortie d'un élément actif 11 à IN auquel il est relié et une entrée du circuit de combinaison et d'adaptation des conductances 3 qui lui correspond. La compensation de la susceptance de sortie de l'élément actif auquel le circuit de compensation est relié s'effectue au moyen des deux tronçons de ligne et du condensateur et au moyen d'un troisième tronçon de ligne 8 relié entre le point commun 9 entre le condensateur 7 et le tronçon de ligne 5 relié à la sortie de l'élément actif et une première extrémité d'un condensateur à capacité fixe 10 relié par sa deuxième extrémité à un point de masse 11, le condensateur 10 étant polarisé par une tension de polarisation appliquée sur sa première extrémité. Lorsqu'un élément actif est éteint (par variation de la tension de polarisation appliquée sur le condensateur) , la variation de 1 ' impédance de sortie que présente cet élément actif conduit à présenter un court circuit à l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation. Il peut être également envisagé de choisir une topologie de circuit de compensation de susceptance différente permettant de présenter un circuit ouvert à l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation lorsque l'élément actif est éteint. Le circuit 5 de combinaison et d'adaptation des conductances de charge des éléments actifs qui est représenté à la Figure 3 comprend un nombre déterminé de tronçons de ligne organisés en M niveaux. Le niveau 1 est raccordé respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances 41 à 4N par l'intermédiaire de N tronçons de ligne L(l,l) à L(1,N) d'égale longueur électrique, multiple entier de λ/4 et le niveau M est raccordé directement à la charge de l'amplificateur ou indirectement à celle ci par l'intermédiaire d'au moins un tronçon de ligne L(M+1,1) de longueur électrique multiple entier de λ/4 constituant un (M+l)ième niveau. Chaque niveau, autre que le niveau 1 et le niveau M+l, comporte un nombre déterminé de tronçons de ligne d'égales longueur électrique multiple entier de λ/2. Dans cette configuration, chaque tronçon de ligne d'un niveau peut être raccordé à un ou plusieurs tronçons de ligne du niveau qui le précède et le nombre de tronçons de ligne de chaque niveau va en décroissant au fur et à mesure que le nombre de niveaux depuis le premier niveau augmente, de sorte que le nombre de tronçons de ligne d'un niveau J soit toujours inférieur au nombre de tronçons du niveau J-l qui le précède. Les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau doivent être égales à un multiple entier impair de λ/4 si l'impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un court-circuit afin de présenter un circuit -ouvert sur les noeuds du niveau 1. Les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau doivent être égales à un multiple entier pair de λ/4 si l'impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un circuit-ouvert afin de présenter un circuit-ouvert sur les noeuds du niveau 1. Afin de réaliser un transformateur inverseur d'impédance, la somme des longueurs électriques reliant une entrée du circuit de combinaison à sa sortie doit être égale à un multiple entier impair de λ/4. De préférence afin d'assurer une symétrie de fonctionnement au circuit, chaque tronçon de ligne d'un niveau est raccordé sur un même noeud à un même nombre de tronçons de ligne du niveau qui le précède et le 'nombre N de tronçons de ligne du premier niveau est pair. Afin d'améliorer la fonction transformateur d'impédance du circuit d'adaptation, les lignes de longueur électrique multiple entier de λ/2 reliant deux noeuds de niveaux différents peuvent être décomposées en plusieurs lignes de longueur électrique λ/4 d'impédance caractéristiques différentes. Un mode de réalisation suivant ce principe, d'un dispositif d'adaptation comportant quatre dispositifs de compensation de susceptance 4a à 4d couplés en sortie de quatre éléments actifs la à ld et deux niveaux de tronçons de ligne, est montré à la Figure 4. Le premier niveau est formé de quatre tronçons de ligne 12a à 12d d'impédance caractéristique Zl et de longueur électrique λ/4, reliés respectivement par une de leurs extrémités aux sorties des dispositifs de compensation de susceptance 4a à 4d. Le deuxième niveau est formé de deux tronçons de ligne de longueur électrique λ/2 composé chacune de deux demi tronçons de lignes 13a, 13b et 14a, 14b de longueur électrique λ/4 reliés en série, les deux demi tronçons d'un tronçon ayant des impédances caractéristiques Z2 et Z3 différentes . Les liaisons entre le premier et le deuxième niveau sont effectuées par les deuxième extrémités des tronçons de ligne 12 a à 12 d de longueur électrique λ/4 du premier niveau qui sont reliées deux à deux à une extrémité des tronçons de ligne 13a, 13b d'une part, et 14a 14b d'autre part, de longueur électrique λ/2 du deuxième niveau. Les deuxièmes extrémités des tronçons de longueur électrique λ/2
13a, 13b et 14a, 14b sont reliées ensemble à la charge 2 (impédance Zcharge-s) de l'amplificateur. Le fonctionnement du dispositif d'adaptation de la
Figure 4 est illustré par les Figures 5 à 8 où les éléments homologues à ceux de la Figure 4 portent les mêmes références . Sur ces figures les circuits de compensation 4a à 4d sont représentés par leur schéma équivalent qui apporte une susceptance négative -SEA qui compense celle de sortie de l'élément actif. La représentation de la Figure 5 correspond à une configuration où tous les éléments actifs li de l'amplificateur sont allumés, c'est à dire pour laquelle chacun des éléments actifs li applique un même signal sinusoïdal d'amplitude U et de longueur d'onde λ sur l'entrée d'un circuit de compensation 4i. Dans cette configuration le dispositif d'adaptation agit comme un transformateur d'impédance, l'impédance de charge Z (charge 2) du dispositif d'adaptation ramenée sur chacune de ses entrées étant définie en appliquant successivement, sur le chemin qui le relie à l'impédance de charge Z, les relations de transformation d'impédance aux tronçons de ligne en λ/4 rencontrés depuis celui qui est relié à la charge Z du dispositif d'adaptation jusqu'à celui qui est relié à l'élément actif par l'intermédiaire du circuit de compensation. Comme les puissances fournies par les éléments actifs de la à ld sont égales, la puissance obtenue en sortie du circuit d'adaptation est égale à quatre fois celle fournie par un élément actif . Les impédances de charge ramenées sur chacune des entrée du dispositif d'adaptation sont égales et définies par la relation :
Z . 1 . ^ (1) 4 Z • Z CHARGES
2 2 en posan *t. : _ — , ( .2.) Z 2' Z CHARGES l'impédance de charge Z ramenée sur chaque élément Z actif est Z = —- . (3) 4 En désignant par U l'amplitude de la tension appliquée sur chacune des entrées des circuits de compensation et que le dispositif d'adaptation n'a pas de perte, la puissance de sortie Ps fournie à la charge est:
La représentation de la Figure 6 correspond à une configuration où seulement deux éléments actifs alimentent respectivement les tronçons de ligne de longueur électrique λ/2, 13a, 13b d'une part et 14a, 14b d'autre part. Dans ce cas les tronçons de ligne 12b, 12c de longueur électrique λ/4 étant fermés à une extrémité par un court circuit, leur autre extrémité est en circuit-ouvert ce qui permet de les déconnecter du reste du circuit. Les deux tronçons de ligne de longueur électrique λ/2 du deuxième niveau, formés des demi tronçons 13a, 13b d'une part et 14a, 14b ne sont alimentés que par les éléments actifs la et ld. Dans cette configuration l'impédance de charge Z ramenée sur chacun des éléments actifs allumés est égale à :
La puissance de sortie Ps fournie à la charge est
La représentation de la Figure 7 correspond à une configuration où un seul élément actif la alimente la charge au travers d'un seul tronçon de ligne de longueur électrique λ/2 formé des demi tronçons 13a et 13b. Dans ce cas les tronçons de ligne 12b, 12c et 12d de longueur électrique λ/4 étant fermés à une extrémité par un court circuit, leur autre extrémité est en circuit-ouvert ce qui permet de les isoler du reste du circuit. Le tronçon de ligne de longueur électrique λ/2 du deuxième niveau, formé des demi tronçons 13a, 13b est alimenté par l'élément actif la. Dans cette configuration l'impédance de charge Z ramenée sur le seul élément actif allumé est :
* £JC (7)
La puissance de sortie Ps fournie à la charge est:
Les relations (3) , (5) font apparaître que la conductance de charge des éléments actifs allumés diminue lorsque le nombre d'éléments actifs allumés diminue.
D'autre part, en supposant que le niveau d'excitation des éléments actifs allumés est ajusté pour obtenir une tension de sortie U constante et que le dispositif d'adaptation n'a pas de perte, il apparaît au vu des relations (4) , (6) , (8) une dynamique de 12dB de la puissance de sortie Ps entre la configuration Figure 5 où quatre éléments actifs sont allumés et la configuration Figure 7 où un seul élément actif est allumé. Ainsi la puissance de sortie Ps est directement liée au nombre d'éléments actifs allumés. Il apparaît également que le niveau de puissance obtenu pour chaque configuration à partir d'un nombre déterminé d'éléments actifs allumés est dans tous les cas proportionnel au carré du rapport entre les impédances caractéristiques Z2 et Z3 des tronçons de ligne du deuxième niveau et est inversement proportionnel au carré de l'impédance caractéristique Zl du tronçon de ligne du premier niveau. On constate également que la susceptance de charge des éléments actifs allumés est indépendante du nombre d'éléments actifs éteints. Ainsi, quel que soit le mode de fonctionnement : un ou deux ou quatre éléments actifs en fonctionnement, la susceptance de charge ne variant pas, le rendement en puissance ajoutée reste constant. Le principe de réalisation d'un dispositif d'adaptation d'un amplificateur comportant quatre éléments actifs peut bien entendu être étendu à un amplificateur comportant un nombre quelconque d'éléments actifs permettant d'obtenir des dynamiques de puissance d'autant plus grandes que le nombre d'éléments actifs est élevé. Un mode de réalisation d'un dispositif d'adaptation d'un amplificateur comportant six éléments actifs couplés respectivement à six circuits de compensation de susceptance est représenté à la Figure 8. Le mode de réalisation de la Figure 8 diffère de celui de la Figure 4 à la fois par le fait qu'il comporte six circuits de compensation de susceptance référencés de 4a à 4f et par le fait que les sorties des circuits de compensation de susceptance (4a, 4b ,4c) et (4d, 4e, 4f) sont reliées trois à trois par l'intermédiaire d'un tronçon de ligne 12a à 12f du premier niveau respectivement à une extrémité d'un tronçon de ligne 13a ou 14a du deuxième niveau. Une variante de réalisation du dispositif d'adaptation de la Figure 8 est montrée à la Figure 9. Suivant ce mode de réalisation les sorties des circuits de compensations de susceptance 4a à 4f sont reliées deux à deux par l'intermédiaire d'un tronçon de ligne du premier niveau respectivement à une extrémité d'un tronçon de ligne du deuxième niveau qui comporte trois tronçons de lignes reliés par leur deuxième extrémité commune à l'impédance de charge du dispositif d'adaptation. Pour la mise en oeuvre de l'amplificateur selon l'invention, les tronçons de lignes constituant le circuit de combinaison et d'adaptation 5 peuvent être réalisés au moyen de toute technique connue en hyperfréquence pour réaliser des microcircuits. Les éléments actifs peuvent être des transistors unitaires ou des ensembles de transistors comme par exemple des montages cascodes . Les éléments actifs, les circuits de compensation et de combinaison peuvent être intégrés sur le même circuit monolithique. Mais pour des raisons d'encombrement et de coût, le circuit de combinaison peut être également dissocié des éléments actifs et des circuits de compensation de susceptance à travers un assemblage hybride. Le circuit de combinaison peut être également réalisé par des techniques de combinaison spatiale puissance à condition que l'action de diminuer le pourcentage d'éléments actifs allumés conduise toujours à une diminution de la conductance de charge des éléments actifs restant allumés sans impacte sur les susceptances de charge.

Claims

REVENDICATIONS
1- Amplificateur de signaux hyperfréquence de longueur d'onde λ comportant un nombre déterminé N d'éléments actifs couplés en parallèle à une impédance de charge par l'intermédiaire d'un dispositif d'adaptation (3), caractérisé en ce que le dispositif d'adaptation (3) comprend : - un nombre déterminé N de circuits de compensation de susceptance référencés (41 à 4N; 4a à 4d) reliées respectivement aux sorties de N éléments actifs (11 à IN; la à ld) pour compenser les susceptances de sortie des éléments actifs (41 à 4N; 4a à 4d) ; et un circuit de combinaison et d'adaptation des conductances (5) possédant N entrées reliées respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances (41 à 4N; 4a à 4d) et une sortie reliée à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur.
2- Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charge (5) des éléments actifs comprend un nombre déterminé de tronçons de ligne organisés en M niveaux, le niveau 1 étant raccordé respectivement aux sorties des N circuits de compensation des susceptances (41 à 4N;4a à 4d) par l'intermédiaire de N tronçons de ligne L(l,l) à L(1,N) d'égale longueur électrique, multiple entier de λ/4 et le niveau M étant raccordé à la charge de l'amplificateur, chaque niveau, autre que le niveau 1 comporte un nombre déterminé de tronçons de ligne d'égales longueur électrique multiple entier de λ/2, chaque tronçon de ligne d'un niveau autre que le niveau 1 étant raccordé à un ou plusieurs tronçons de ligne du niveau qui le précède, le nombre de tronçons de ligne de chaque niveau allant en décroissant au fur et à mesure que le nombre de niveaux depuis le niveau 1 augmente. 3- Amplificateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les tronçons de ligne du niveau M sont raccordés à la charge de l'amplificateur par l'intermédiaire d'au moins un tronçon de ligne L(M+1,1) de longueur électrique multiple entier de λ/4 formant un (M+i)ième niveau.
4- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 , caractérisé en ce que les tronçons de ligne de longueur électrique multiple entier de λ/2 sont décomposés en plusieurs lignes de longueur électrique λ/4 d'impédance caractéristiques différentes.
5- Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau sont égales à un multiple entier impair de λ/4 si l'impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un court-circuit afin de présenter un circuit-ouvert sur les noeuds du niveau 1. 6- Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les longueurs électriques des tronçons de lignes du premier niveau sont égales à un multiple entier pair de λ/4 si l'impédance présentée en entrée du circuit de combinaison par un élément actif éteint combiné avec son circuit de compensation de susceptance est un circuit-ouvert afin de présenter un circuit-ouvert sur les noeuds du niveau 1. 7- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la somme des longueurs électriques reliant une entrée du circuit de combinaison à sa sortie est égale à un multiple entier impair de λ/4 afin de réaliser un transformateur inverseur d' impédance .
8- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque tronçon de ligne d'un niveau autre que le niveau 1 est raccordé sur un même noeud à un même nombre de tronçons de ligne du niveau qui le précède.
9- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charge (5) des éléments actifs est organisé en deux niveaux pour réaliser l'adaptation de la charge de l'amplificateur à seulement quatre éléments actifs (la, lb, le, ld) , un premier niveau composé de quatre tronçons de ligne (12a, 12b, 12c, 12d) de longueur électrique λ/4 et un deuxième niveaux composé de deux tronçons de ligne (13a, 13b; 14a, 14b) de longueur électrique λ/2 reliés par une de leur extrémité commune à l'impédance de charge de l'amplificateur, les deux tronçons de ligne (13a, 13b; 14a, 14b) de longueur électrique λ/2 étant partagés en deux tronçons de ligne de longueur électrique λ/4 d' impédances Z2 et Z3 différentes.
10- Amplificateur selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé en ce que le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charges (5) des éléments actifs est organisé en deux niveaux pour réaliser l'adaptation de la charge de l'amplificateur à seulement six éléments actifs (la, lb, le, ld, le, lf), un premier niveau composé de six tronçons de ligne (12a, ... , 12f) de longueur électrique λ/4 et un deuxième niveaux composé de deux tronçons de ligne (13a, 13b; 14a, 14b) de longueur électrique λ/2 reliés par une de leur extrémité commune à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur, les sorties des circuits de compensation de susceptance (4a,..., 4f) étant reliées trois à trois par l'intermédiaire d'un tronçon de ligne (12a, 12b, 12c; 12d, 12e, 12f) du premier niveau respectivement à une extrémité d'un tronçon de ligne (13a, 13b; 14a, 14b) du deuxième niveau opposée à celle reliée à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur, les deux tronçons de ligne (13a, 13b; 14a, 14b) de longueur électrique λ/2 étant partagés en deux tronçons de ligne de longueur électrique λ/4 d' impédances Z2 et Z3 différentes. 11- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de combinaison et d'adaptation des conductances de charges (5) des éléments actifs est organisé en deux niveaux pour réaliser l'adaptation de la charge (2) de l'amplificateur à seulement six éléments actifs (la,lb, le, ld, le, lf), un premier niveau composé de six tronçons de ligne (12a, ... , 12f) de longueur électrique λ/4 et un deuxième niveaux composé de trois tronçons de ligne (13a, 13b; 14a,
14b; 15a, 15b) de longueur électrique λ/2 reliés par une de leur extrémité commune à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur, les sorties des circuits de compensation de susceptance (4a,..., 4f) étant reliées deux à deux par l'intermédiaire d'un tronçon de ligne (12a, 12b; 12c, 12d; 12e, 12f) du premier niveau respectivement à une extrémité d'un tronçon de ligne (13a, 13b ; 14a, 14b; 15a, 15b) du deuxième niveau opposée à celle reliée à l'impédance de charge (2) de l'amplificateur, les trois tronçons de ligne (13a, 13b; 14a, 14b; 15a, 15b) de longueur électrique λ/2 étant partagés chacun en deux tronçons de ligne de longueur électrique λ/4 d'impédances Z2 et Z3 différentes. 12- Amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque circuit de compensation de susceptance (41 à 4N;4a à 4d) se compose de deux tronçons de ligne (5,6) reliés en série par l'intermédiaire d'un condensateur (7) entre la sortie de l'élément actif (11 à IN; la à ld) auquel il est relié et l'entrée du circuit de combinaison et d'adaptation des conductances (5) qui lui correspond et un troisième tronçon de ligne relié entre d'une part, le point commun (9) entre le condensateur (7) et le tronçon de ligne (5) relié à la sortie de l'élément actif (11 à IN; la à ld) et d'autre part, une extrémité d'un condensateur (10) à capacité fixe relié par sa deuxième extrémité à un point de masse du circuit (11), le condensateur à capacité fixe (10) étant polarisé par une tension de polarisation appliquée sur sa première extrémité déterminée en fonction de 1 ' état de fonctionnement choisi pour l'élément actif.
13- Amplificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de combinaison est réalisé par une technique de combinaison spatiale de puissance.
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