ES2337099T3 - Dispositivo y procedimiento de amplificacion de señales de radiocomunicaciones. - Google Patents

Abstract

Circuito (404) de control de la ganancia de un dispositivo de amplificación (401) de señales de radiocomunicación transmitidas por una cadena (401) de amplificadores (412) provista de un controlador (413) de ganancia, siendo el circuito de control (404) apto para proporcionar una valor de consigna (Vatt) de valor constante (Vfgm) para obtener una ganancia constante, o de valor variable (Valc), comprendiendo el circuito de control (404) un primer regulador (406) que forma, en una primera posición (ALC) de amplificación de potencia (Pout) amplificada constante, un bucle de realimentación sobre la cadena (401) a partir de un detector (408) de la potencia amplificada (Pout) y que proporciona el valor de consigna de valor variable (Valc) a partir de una medición de una función proporcionada a la salida de la cadena (Pout), caracterizado porque comprende un segundo regulador (416) que forma, en modo de amplificación de ganancia constante (FGM), un bucle de realimentación con el primer regulador (406) con el fin de mantener un valor de consigna transmitido por este primer regulador a un valor próximo al valor de consigna de valor constante (Vfgm).

Description

Dispositivo y procedimiento de amplificación de señales de radiocomunicaciones.

La presente invención se refiere a un circuito de control de ganancia de un dispositivo de amplificación de señales de radiocomunicación, un dispositivo de amplificación provisto de dicho circuito de control y un satélite que comprende dicho dispositivo de amplificación.

Es conocido tratar señales de radiocomunicación según un primer modo amplificando estas señales con una ganancia constante o según un segundo modo amplificando estas señales hasta una potencia constante a la salida del amplificador independientemente de la potencia de entrada de estas señales.

Algunos equipos de telecomunicación, tales como satélites alternan estos dos modos de amplificación. Así, señales de radiocomunicación recibidas por algunos satélites pueden ser amplificadas según el primer modo de ganancia constante, denominándose este procedimiento en lo que sigue FGM por "Fixe Gain Mode", o según el segundo modo de potencia de salida constante, llamándose este procedimiento en lo que sigue ALC por "Automatic Level Control" en inglés.

El documento US 2006/0006940 se refiere a un dispositivo de amplificación con una pluralidad de modos operacionales. El documento DE 196 23 930 describe un sistema de amplificadores, teniendo cada amplificador un atenuador regulable que recibe señales de control. El documento JP 57030429 se refiere a un sistema de restitución automática para un regulador de nivel automático. El documento US 2003/055590 describe un amplificador que opera en un modo ALC o en un FGM.

La figura 1a representa esquemáticamente un dispositivo 100 de amplificación que permite alternar los dos modos FGM o ALC para amplificar una potencia de entrada P_{in} de una señal de radiocomunicación hasta una potencia de salida P_{out}.

A este respecto, este dispositivo 100 comprende una cadena 101 de amplificadores 112 cuya ganancia está parcialmente controlada por un controlador 113 de ganancia, estando el funcionamiento de este controlador 113 determinado por un valor de consigna que varía según el modo de amplificación del dispositivo 100. En este ejemplo, este valor de consigna es una tensión V_{att}.

Un circuito 104 de control proporciona dicho valor de consigna, o tensión, V_{att} de valor V_{fgm} fijo transmitido por una fuente REF FGM, para obtener una ganancia constante en la cadena 101 de amplificadores 102, o de valor V_{alc} variable, para obtener una potencia P_{out} constante a la salida del dispositivo 100.

En este último caso, el valor de consigna V_{alc} variable se obtiene a la salida de un regulador 106 que forma un bucle de servomando para regular esta tensión en función de la diferencia entre la potencia P_{out} de salida deseada y un valor de consigna REF ALC del regulador 106 transmitido por un dispositivo no representado. Para ello, este regulador 106 puede comprender un amplificador operacional 141 - y otros componentes electrónicos no representados - mientras que la medición de la potencia P_{out} de salida se realiza a través de un detector 108 que corrige los efectos de la temperatura sobre la medición.

Un dispositivo de este tipo 100 presenta fuertes variaciones de ganancia de amplificación y de potencia P_{out} de salida durante el paso de un modo FGM a un modo ALC como se ha ilustrado en la figura 1b que representa la variación (eje de ordenadas 120, en dBm) de la potencia de salida P_{out} de un dispositivo 100 en función del tiempo (eje de las abscisas 122, en ms) en un cambio 124 del modo de amplificación para el dispositivo 100.

De hecho, cuando el dispositivo 100 se encuentra en el modo FGM, el regulador 106 proporciona una tensión máxima V_{alcmax} para llevar la potencia de salida P_{out} a una potencia constante de tal modo que, en el basculamiento al modo ALC mediante un basculamiento de un conmutador 105, la tensión de control V_{att} alcanza esta tensión V_{alcmax} máxima antes de tender a un valor adecuado a un punto de funcionamiento del circuito.

Una variación de potencia de este tipo es problemática pues corre el riego de producir pérdidas de señales, particularmente entre un satélite y una estación en tierra. Por este hecho, un circuito 204 (figura 2a) que controla una cadena 201 de amplificadores 212 puede comprender medios para que la tensión V_{alc} a la salida de un regulador 206 sea fijada a un valor fijo y próximo a un valor V_{fgm} de consigna predeterminada y adecuado a un modo FGM.

Considerando un regulador 206 con un amplificador operacional 241, este resultado se alcanza integrando un juego de resistencias 244 y 246 que fija la tensión de salida del regulador 206 a un valor preciso cuando el dispositivo 200 funciona en la modalidad FGM, formando un condensador 240 y una resistencia 242 un elemento integrador con el amplificador 241 para proporcionar un valor de consigna variable a partir del valor de consigna REF ALC en el modo ALC.

Una configuración de este tipo permite obtener, como se ha mostrado en la figura 2b, una variación de potencia P_{out} amplificada, relativamente limitada durante un cambio 224 de un modo FGM a un modo ALC (eje de ordenadas 220, en dBm) en función del tiempo (eje de las abscisas 222, en ms).

La presente invención resulta de una comprobación propia de la invención según la cual la continuidad de estos basculamientos solo se obtiene para condiciones dadas, particularmente en términos de temperatura, de potencia y/o de frecuencia de funcionamiento de la cadena 201 de amplificadores 212, como se ha mostrado en las figuras 3a y 3b que representan potencias de salida (eje de las ordenadas 320, en dBm) medidas por el circuito 200 en función del tiempo (eje de las abscisas 322, en ms) con variaciones de temperaturas respectivas de +41ºC y de -36ºC, es decir variaciones del orden de +/-40ºC con relación a las mediciones representadas en la figura 2b.

Es por lo que, la presente invención se refiere a un circuito de control de ganancia de un dispositivo de amplificación de señales de radiocomunicaciones transmitidas por una cadena de amplificadores provista de un controlador de ganancia, siendo el circuito de control apto para proporcionar una consigna de valor constante para obtener una ganancia constante, o de valor variable, comprendiendo el circuito de control un primer regulador que forma, en una primera posición de amplificación de potencia amplificada constante, un bucle de realimentación sobre la cadena a partir de un detector de la potencia amplificada y que proporciona la el valor de consigna de valor variable a partir de una medición de la función proporcionada, caracterizado porque comprende un segundo regulador que forma, en el modo de amplificación de ganancia constante, un bucle de realimentación con el primer regulador con el fin de mantener un valor de consigna transmitido por este primer regulador a un valor próximo al valor de consigna de valor constante.

Manteniendo el valor de consigna proporcionado por el primer regulador próximo al valor de consigna de valor constante, el circuito de control presenta la ventaja de realizar transiciones de un modo FGM a un modo ALC que presenta variaciones de potencia de salida muy limitadas, incluso inexistentes, independientemente de las variaciones de las condiciones de temperatura, de potencia y/o de frecuencia del amplificador en cuestión.

De hecho, la invención asegura que el valor de consigna transmitido por el regulador, en el modo ALC, sea próximo al valor de consigna en el modo FGM independientemente de las variaciones debidas a las condiciones de funcionamiento del amplificador. A partir de entonces, el paso del valor de consigna FGM por el valor de consigna ALC se realiza con continuidad y, de forma consecuente, con variaciones de ganancia limitadas.

En una realización, el circuito de control comprende un conmutador que conecta el primer regulador con el segundo regulador o con el detector de potencia amplificada en función de la amplificación realizada. Así, un simple conmutador de la señal transmitida al primer regulador permite bascular el funcionamiento de este último de un bucle de realimentación con el segundo regulador - para proporcionar un valor de consigna próximo al valor de consigna de valor constante con un bucle de realimentación con la cadena de amplificadores - para proporcionar una potencia amplificada constante.

Según una realización, el circuito de control comprende un segundo conmutador que conecta el controlador con el primer regulador o con la fuente de valor de consigna constante en función de la amplificación realizada.

En una realización, al menos un regulador comprende un amplificador operacional, lo cual permite obtener reguladores fiables y a bajo coste.

Según una realización, el primer y segundo regulador que comprende un amplificador operacional, cada amplificador operacional está asociado con al menos una resistencia y con un condensador tales que el tiempo de respuesta del primer regulador sea superior al tiempo de respuesta del segundo regulador.

En una realización, el primer regulador está asociado con medios que permiten aumentar su tiempo de respuesta, lo cual permite filtrar eventuales señales parásitas.

La presente invención se refiere igualmente a un dispositivo de amplificación de señales de radiocomunicación transmitidas a una cadena de amplificadores provista de un controlador de ganancia, caracterizado porque comprende un circuito de control de ganancia de la cadena de amplificadores.

La invención se refiere también a un satélite que comprende dicho dispositivo de amplificación de señales de radiocomunicación.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la descripción de una realización de la invención descrita a continuación, a título ilustrativo y no limitativo, haciendo referencia a las figuras adjuntas en las cuales:

- Las figuras 1a y 1b, ya descritas, representan respectivamente un primer dispositivo de amplificación y su ganancia para diferentes modos de amplificación,

- Las figuras 2a y 2b, ya descritas, representan respectivamente un segundo dispositivo de amplificación y su ganancia para diferentes modos de amplificación,

- Las figuras 3a y 3b representan la ganancia del dispositivo de amplificación descrito en la figura 2a cuando su temperatura varía,

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- Las figuras 4a y 4b representan respectivamente un dispositivo de amplificación conforme a la invención y su ganancia para diferentes modos de amplificación, y

- La figura 5 representa la ganancia de un dispositivo conforme a la invención.

Como se muestra en la figura 4a, un dispositivo 400 de amplificación de señales de radiocomunicación que implementa la invención comprende una cadena 401 de amplificadores 412 cuya ganancia está controlada en parte por un valor de consigna de amplificación V_{att}, transmitido por un circuito 404 de control a un controlador 413 de ganancia. Este valor de consigna V_{att} puede alternar entre dos valores:

-

Bien sea un valor constante V_{fgm,} en cuyo caso la cadena 401 de amplificadores 412 realiza una amplificación de ganancia constante del tipo FGM,

-

O bien un valor variable V_{alc}, en cuyo caso la cadena 401 de amplificadores 412 realiza una amplificación del tipo ALC con potencia de salida constante.

Para realizar este segundo modo de amplificación, el circuito 400 comprende un primer regulador 406 que proporciona un valor de consigna de valor V_{alc} variable a partir de un servomando que utiliza la medición de la potencia P_{out} de salida del amplificador con la ayuda de un detector 408 compensado en temperatura.

Conforme a la invención, un segundo regulador 416 regula el primer regulador 406 cuando el dispositivo 400 funciona en modo de amplificación de ganancia constante FGM para que este último proporcione de forma automática y dinámica un valor de consigna próximo o igual al valor de consigna V_{fgm} siguiendo las eventuales modificaciones de este valor de consigna V_{fgm} constante debidas a las variaciones de uno o varios parámetros de funcionamiento del dispositivo tales como su frecuencia o su temperatura.

Para ello, este segundo regulador 416 realiza un servomando del valor de consigna de valor variable V_{alc} transmitido por el primer regulador a partir del valor de consigna de valor constante V_{fgm} utilizado por el circuito 400.

Un servomando de este tipo puede ser realizado conectando, en el modo FGM, el segundo regulador 416 con el primer regulador 406 con el fin de que estos reguladores 406 y 416 formen un bucle cuyo equilibrio imponga un valor de consigna V_{alc} a la salida del regulador 406 correspondiente al valor de consigna V_{fgm} constante.

En el modo ALC, un bucle de realimentación de este tipo no debe ser utilizado con el fin de que el primer regulador pueda modificar su señal de salida del regulador 406 a un valor de consigna V_{alc} permitiendo obtener una potencia P_{out} de salida constante.

Estos resultados son logrados gracias a un conmutador 418 que conecta una entrada del primer regulador 406, en una posición, a la salida del segundo regulador 416 o, en otra posición, a la salida del detector 408.

Considerando que el primer regulador 406 y el segundo regulador 416 comprenden respectivamente un amplificador operacional 441 ó 443, parece ser que la utilización de componentes electrónicos simples tales como un condensador 440 o 454 y una resistencia 442 permiten formar el regulador 406 o el regulador 416.

Solo algunos componentes han sido representados para mayor claridad habida cuenta del hecho de que la elección de sus valores permite determinar el tiempo de respuesta de cada regulador. Así, el regulador 406 está asociado con un condensador 440 de 100 nF y con una resistencia 442 cuyo valor varía entre 10 kOhm y 1 MOhm según la banda pasante deseada, por ejemplo de 250 kOhm.

Para que el tiempo de respuesta del regulador 416 sea inferior al tiempo de respuesta del segundo regulador 406, se puede asociar con este segundo regulador 416 un condensador 454 de 1 microF y una resistencia - no representada - de 3.16 kOhm. Por otro lado, la constante de tiempo del regulador 406 puede modificarse con la ayuda de un segundo condensador 450 de 1 microF que puede ponerse en paralelo con el primer condensador 440 gracias a un interruptor 452 con la ayuda de un dispositivo 417.

Un aumento del tiempo de respuesta de este tipo permite filtrar, por ejemplo en el momento del cambio del modo FGM a ALC, desfases del circuito 404 de control o del dispositivo 400 de amplificación, debidos a los parámetros de funcionamiento del dispositivo tales como su frecuencia o su temperatura, y en su proximidad al final de duración tal como las cargas acumuladas por irradiación o su envejecimiento.

Un dispositivo 400 conforme a la invención puede ser utilizado como DLA por "Driver Limiter Amplifier", es decir para realizar la amplificación de señales recibidas por un relé espacial tal como un satélite que puede así modificar su modo de amplificación como se ha mostrado en la figura 5 que representa la potencia de salida P_{out} (eje de las ordenadas) en función de la potencia de entrada P_{in} (eje de las abscisas) en función del modo FGM o ALC utilizados.

A título de ejemplo, estos valores de potencias varían típicamente en un satélite entre - 20 y - 60 dBm para P_{in} y -20dBm a + 10 dBm para P_{out}, presentando las señales amplificadas una frecuencia comprendida entre 100 MH_{z} y
100 GH_{z}.

La figura 5 muestra la variación posible del punto 504 de desconexión del bucle ALC en función de la potencia de entrada P_{in}. Esta desconexión del bucle puede ser controlada en el modo ALC por una tensión Vtope_DLA, cuya fuente está representada en la figura 4a, con el fin de obtener en el modo ALC un control de la cadena 401 similar a un modo FGM sin haber basculado al modo FGM.

La presente invención es susceptible de numerosas variantes. Particularmente, los reguladores 406 y 416 pueden ser obtenidos por microcomponentes programables cuya función de transferencia permite un funcionamiento equivalente al funcionamiento descrito anteriormente de los reguladores 406 y 416.

Claims (8)

1. Circuito (404) de control de la ganancia de un dispositivo de amplificación (401) de señales de radiocomunicación transmitidas por una cadena (401) de amplificadores (412) provista de un controlador (413) de ganancia, siendo el circuito de control (404) apto para proporcionar una valor de consigna (V_{att}) de valor constante (V_{fgm}) para obtener una ganancia constante, o de valor variable (V_{alc}), comprendiendo el circuito de control (404) un primer regulador (406) que forma, en una primera posición (ALC) de amplificación de potencia (P_{out}) amplificada constante, un bucle de realimentación sobre la cadena (401) a partir de un detector (408) de la potencia amplificada (P_{out}) y que proporciona el valor de consigna de valor variable (V_{alc}) a partir de una medición de una función proporcionada a la salida de la cadena (P_{out}), caracterizado porque comprende un segundo regulador (416) que forma, en modo de amplificación de ganancia constante (FGM), un bucle de realimentación con el primer regulador (406) con el fin de mantener un valor de consigna transmitido por este primer regulador a un valor próximo al valor de consigna de valor constante (V_{fgm}).

2. Circuito según la reivindicación 1, en el cual un conmutador (418) conecta el primer regulador (406) con el segundo regulador (416) o con el detector (408) de potencia amplificada (P_{out}) en función de la amplificación (FGM, ALC) efectuada.

3. Circuito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el cual un segundo conmutador (405) conecta el controlador (413) con el primer regulador (406) o con una fuente de valor de consigna constante (V_{fgm}) en función de la amplificación (FGM, ALC) realizada.

4. Circuito según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual al menos un regulador (406, 416) comprende un amplificador operacional (441, 443).

5. Circuito según la reivindicación 4, en el cual el primer y el segundo regulador comprenden un amplificador operacional, y en el cual cada amplificador operacional (441, 443) está asociado con al menos una resistencia (442) y con un condensador (440, 454) tales que el tiempo de respuesta del primer regulador (406) sea superior al tiempo de respuesta del segundo regulador (416).

6. Circuito según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el primer regulador (406) está asociado con medios (417) que permiten aumentar su tiempo de respuesta.

7. Dispositivo (400) de amplificación de señales de radiocomunicación transmitidas por una cadena (401) de amplificadores (412) provista de un controlador (413) de ganancia, caracterizado porque comprende un circuito (404) de control de ganancia de la cadena (401) de amplificadores (412) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. Satélite caracterizado porque comprende un dispositivo (400) de amplificación de señales de radiocomunicación según la reivindicación 7.