ES2339296T3 - Dispositivo de amplificacion de banda ancha. - Google Patents

Abstract

Dispositivo (8) de amplificación para satélite para amplificar una pluralidad de p canales de transmisión a una salida correspondiente a un haz, comprendiendo el dispositivo: - medios (10) de combinación de bandas de frecuencias que comprenden n entradas para recibir los n canales de transmisión y q salidas para proporcionar respectivamente los canales reagrupados dentro de q bandas de frecuencias (Band1 - Band4), - medios (121) de amplificación de potencia que incluyen p amplificadores en paralelo para la amplificación repartida de los n canales, - medios (113) de regulación de la ganancia y de la fase correspondiente a los p amplificadores de potencia en las q bandas de frecuencia.

Description

Dispositivo de amplificación de banda ancha.

La presente invención se refiere a un dispositivo de amplificación para satélite adaptado para repartir flexiblemente una pluralidad de canales de transmisión recibidos a una señal de haz de salida.

Un dispositivo de amplificación para satélite se describe en EP-A-1499013 (Alcatel).

En el caso general de las misiones espaciales, la evolución de las transmisiones vía satélite a usuarios equipados con terminales de emisión/recepción de capacidad reducida y de pequeña dimensión implica un aumento de la calidad de recepción del segmento embarcado así como un aumento de la potencia de las señales retransmitidas a tierra. Estos aumentos de rendimiento se obtienen por el incremento de las ganancias de antena a bordo, lo cual solo puede ser obtenido reduciendo las dimensiones de sus coberturas en tierra. Estas reducciones de cobertura necesitan, para cubrir una zona geográfica de cobertura particular en tierra, generar varios haces o puntos con el fin de muestrear la zona geográfica. Tales coberturas de haces múltiples o multipuntos hacen posible enlaces con pequeños terminales en tierra pero plantean el problema de la gestión de las capacidades a bordo y más particularmente de asignación de los canales recibidos hacia los haces transmitidos en función:

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de las densidades diferentes de tráfico,

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de evoluciones en el tiempo de las densidades de tráfico.

Así, de forma conocida y como se ha representado esquemáticamente en la arquitectura 1 de la figura 1, un satélite recibe dos señales que corresponden cada una a un canal de transmisión y proporciona un haz a la salida. Los dos canales son tratados por una sección de entrada 2 que realiza:

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una recepción de bajo ruido, una conversión de frecuencia adecuada y un filtrado adaptado para cada uno de los dos canales de transmisión,

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una restitución de cada uno de los dos canales hacia un amplificador 3.

Un canal de transmisión corresponde a una banda de frecuencia de transmisión y puede corresponder a una portadora única o a un conjunto de portadoras o subcanales.

Cada canal de transmisión es amplificado por el amplificador 3 que le está asociado. Los amplificadores 3 son amplificadores de alta potencia y son generalmente realizados por tubos de ondas progresivas o amplificadores en estado sólido. Con el fin de disponer de varios canales por haz, es preciso combinar los canales a través de multiplexores de salida 4. El multiplexor de salida 4 u OMUX (Output MUltiplXer), previsto a la salida de cada amplificador, conocido por el experto en la materia, comprende filtros y una guía común que está destinada a combinar los canales de transmisión después de su amplificación. En el caso de la figura 1, el multiplexor de salida 4 recibe dos canales de transmisión y proporciona una señal de haz. La señal de haz se envía seguidamente a una fuente no representada tal como un cornete que irradia hacia un reflector no representado para la formación del haz. Así, una arquitectura de este tipo permite disponer de dos canales de transmisión por haz en la bajada.

Sin embargo, esta arquitectura no es flexible y asocia una amplificación canalizada (un amplificador por canal y recombinación de los canales a través del OMUX) con una antena pasiva. Esta solución impone un plano de frecuencia fijado (que define la solución OMUX) sin posibilidad de modificación en órbita.

Ahora bien, los operadores no tienen siempre una visibilidad muy clara sobre el reparto futuro del tráfico (y por consiguiente de la potencia) sobre las coberturas direccionadas y tienen por consiguiente necesidad de disponer de una cierta flexibilidad que permita adaptarse durante la duración del satélite a las necesidades en tráfico resultantes de la demanda y del éxito de servicios en diferentes zonas geográficas. Resulta por consiguiente importante poder encaminar los canales de transmisión de forma flexible hacia los haces, es decir de tal manera que el número total de canales tratados por la carga útil pueda repartirse hacia los diferentes haces conforme a la demanda de tráfico y esto durante el tiempo que dure el satélite. En este sentido, la arquitectura tal como se ha representado en la figura 1 no permite ninguna flexibilidad en términos de número de canales asignados por haz y requiere un número de amplificadores que está impuesto por el número de canales a amplificar. No es posible, en el estado de la técnica expuesto, poder generar cualquier canal de un juego posible de canales o también poder hacer evolucionar los planos de frecuencia durante el tiempo de duración del satélite.

Esta última obligación ha impuesto a los equipos de investigación de la Firma solicitante sustituir la amplificación canalizada por una amplificación repartida en la cual todos los amplificadores amplificarían todos los canales.

Según esta solución, los canales se combinan antes de la amplificación, la amplificación es común a todos los canales y alimenta directamente la antena. No es por consiguiente necesario utilizar OMUX y por consiguiente, por naturaleza, la solución es compatible con la amplificación de cualquier distribución frecuencial de los canales (siendo la única obligación que el número de canales amplificados esté limitado por el número de amplificadores utilizados).

La figura 2 ilustra esta última solución para la puesta en paralelo de los amplificadores.

Los dos canales recibidos, después del filtrado y amplificación, son primeramente sumados por un combinador 5 de canales. La señal resultante se divide en potencia por divisores 6 para alimentar todos los amplificadores activos 71 de los bloques de amplificación 7. Existen tantas salidas de divisores como amplificadores activos que participan en la amplificación repartida. En el caso particular, se utilizan dos veces 4 amplificadores activos, incluyendo el número de amplificadores implantados la redundancia en caso de fallo (dos veces 6 amplificadores inactivos instalados, o sea 12 tubos por 8 activos).

Desfasadotes y atenuadores 72 de regulación del "alineamiento" de los amplificadores en fase y en amplitud se colocan antes de los amplificadores: existe por consiguiente una regulación única por amplificador. La regulación se realiza típicamente a la frecuencia central de la banda a tratar, lo cual limita la corrección que puede realizarse. Las figuras 3 y 4 ilustran el resultado de la corrección entre cuatro tubos realizada según este principio y el modo de la figura 2. La figura 3 ilustra la respuesta frecuencial en amplitud o fase de los amplificadores antes del alineamiento mientras que la figura 4 ilustra la respuesta frecuencial en amplitud o fase de los amplificadores después del
alineamiento.

Si, en el principio, la amplificación repartida responde al problema planteado, en la práctica la misma plantea el problema de la puesta en paralelo de amplificadores sobre la banda de transmisión total ocupada por los canales: es preciso que el alineamiento de los amplificadores proporcione rendimiento en una banda de frecuencia ancha. En efecto, la figura 5 ilustra la limitación en términos de banda pasante de la puesta en paralelo así realizada. La dispersión "aceptable" (función de la pérdida de potencia resultante) define la pasabanda resultante.

La presente invención trata por consiguiente de proporcionar un dispositivo para satélite adaptado para amplificar y repartir flexiblemente una pluralidad n de canales de transmisión de entrada a una salida correspondiente a un haz, con un rendimiento de la regulación en amplitud y en fase de los amplificadores en una banda de frecuencia ancha.

A este respecto, la invención tiene por objeto un dispositivo de amplificación para satélite para amplificar una pluralidad de n canales de transmisión a una salida correspondiente a un haz, comprendiendo el dispositivo:

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medios de combinación de bandas de frecuencias que comprenden n entradas para recibir los n canales de transmisión y q salidas para proporcionar respectivamente los canales reagrupados en el seno de q bandas de frecuencias,

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medios de amplificación de potencia que incluyen p amplificadores activos en paralelo para la amplificación repartida de los n canales,

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medios de regulación de la ganancia y de la fase correspondiente a los p amplificadores de potencia sobre las q bandas de frecuencia.

Gracias a la invención, existen tantas regulaciones como bandas de frecuencia, que permiten realizar una regulación específica por banda de frecuencia. Realizándose la regulación a la frecuencia central de cada banda de frecuencia, se obtiene al final una regulación ancha de banda.

La ventaja de la solución es permitir un alineamiento entre amplificadores en una banda de frecuencia ancha, lo cual permite utilizar una arquitectura de amplificadores puestos en paralelo en aplicaciones de canales múltiples, solución que abre numerosas perspectivas para cargas útiles flexibles.

Otras características y ventajas de la presente invención aparecerán en la descripción siguiente de modos de realización de la invención, dados a título ilustrativo y en modo alguno limitativo.

En las figuras siguientes:

- La figura 1 representa esquemáticamente una arquitectura de amplificación de canales de transmisión según el estado de la técnica,

- La figura 2 representa esquemáticamente un dispositivo de amplificación y de atribución flexible de canales de transmisión por la puesta en paralelo de amplificadores según el estado de la técnica,

- La figura 3 ilustra la respuesta frecuencial en amplitud o fase de los amplificadores de la figura 2 antes del alineamiento,

- La figura 4 ilustra la respuesta frecuencial en amplitud o fase de los amplificadores de la figura 2 después del alineamiento,

- La figura 5 ilustra la limitación en términos de banda pasante de la puesta en paralelo así realizada en el estado de la técnica,

- La figura 6 representa esquemáticamente un dispositivo de amplificación según un modo de realización de la invención,

- La figura 7 representa esquemáticamente la respuesta frecuencial en amplitud o fase de los amplificadores según el modo de realización de la figura 6.

Las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 han sido ya descritas en relación con el estado de la técnica.

La figura 6 representa un dispositivo 8 adaptado para amplificar y repartir flexiblemente n señales C1 (Canal 1) a Cn (Canal n) de canales de entrada a una señal de salida correspondiente a un haz.

El dispositivo 8 comprende:

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una sección 9 de entrada con n entradas y n salidas,

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un combinador 10 de n entradas y q salidas (q=4 en el presente modo de realización),

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una unidad 11 de regulación de amplitud/fase de amplificadores,

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un bloque 12 para la amplificación de potencia,

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una antena de emisión 13.

La sección de entrada 9 recibe los n canales de transmisión ascendentes C1 a Cn correspondiendo cada uno a un canal de transmisión. La sección de entrada 9 realiza entonces las operaciones siguientes:

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conversión de frecuencia adecuada de cada uno de los n canales de transmisión C1 a Cn, filtrado, y control de ganancia,

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restitución de los n canales de transmisión en las n entradas respectivas del combinador 10 de bandas de frecuencia.

El combinador 10 comprende acopladores de bajo nivel (es decir que funcionan a potencia muy baja): el combinador suma entre ellos todas las señales que pertenecen a cada una de las q bandas de frecuencia, y restituye así en cada una de sus q salidas un conjunto de canales que pertenecen a la banda de frecuencia apropiada.

Las señales de salidas {Band1 - Band4} del combinador 10 que pueden por consiguiente corresponder a varias señales de canales de transmisión son entonces enviadas a las q entradas de la unidad 11 de regulación de amplitud/fase de amplificadores.

Las q=4 entradas de la unidad 11 se conectan primeramente con un conjunto 111 de divisores que tienen por función dividir en potencia las señales {Band1 - Band4}, llamadas a continuación señales de bandas de frecuencia, con el fin de poder alimentar todos los amplificadores. Así, en el presente caso de la presencia de 8 amplificadores activos, cada señal de banda de frecuencia {Band1 - Band4} se divide en 8 señales de banda de frecuencia que salen del conjunto 111. Cada una de las 4*8 señales de banda de frecuencia divididas son recibidas respectivamente por un desfasador/atenuador de ganancia 113.

El reparto de los canales de transmisión según 4 bandas de frecuencia y la utilización de 8 amplificadores activos ha inducido la necesidad de utilizar 32 desfasadores/atenuadores. De forma más general, se puede considerar que el reparto de los canales de transmisión según q' bandas de frecuencia y la utilización de p' amplificadores activos induce la necesidad de utilizar q'*p' desfasadores/atenuador.

La regulación en amplitud y fase para el alineamiento de los amplificadores se realiza para cada sub-banda y para cada amplificador, o sea 32 regulaciones independientes según el modo de realización de la figura 6.

Los 32 desfasadores/atenuadores son seguidos de un bloque 114 de 8 sumadores 115 de tipo 4 a 1. Cada uno de los sumadores 115 comprende cuatro entradas, recibiendo cada una respectivamente una señal de salida de un desfasador/atenuador correspondiente a una señal de banda de frecuencia propia. Cada uno de los sumadores proporciona a su salida la combinación de las cuatro diferentes señales de banda de frecuencia con destino a uno de los amplificadores activos de potencia de una unidad de amplificación 121 explicada en lo que sigue.

Cada uno de los amplificadores de potencia de la unidad 121 es generalmente un tubo amplificador de ondas progresivas ("Linearized Traveling Wave Tube Amplifier" o LTWTA en inglés), pero puede igualmente tratarse de un amplificador con semi-conductor SSPA ("Solid State Power Amplifier" en inglés).

Los amplificadores de la unidad 121 son seguidos por un sumador 122 de tipo 8 a 1, al inicio del cual la señal de salida se filtra por un filtro 123 y seguidamente se envía a una fuente 13 que irradia para la formación del haz.

La figura 7 representa esquemáticamente la respuesta frecuencial en amplitud o en fase de los amplificadores de la unidad 121 según el modo de realización de la figura 6. La dispersión máxima para cada banda está limitada mientras que la banda total de operación es ancha y no se cierra por la pérdida de potencia resultante.

La ventaja de la solución es la de permitir un alineamiento entre amplificadores sobre una banda de frecuencia ancha lo cual permite utilizar amplificadores puestos en paralelo en aplicaciones de canales múltiples, solución que abre numerosas perspectivas para cargas útiles flexibles.

Además, la utilización de un número más importante de desfasadores y atenuadores produce un impacto en términos de masa, de consumo, y costes que sigue siendo perfectamente aceptable.

Claims (2)

1. Dispositivo (8) de amplificación para satélite para amplificar una pluralidad de p canales de transmisión a una salida correspondiente a un haz, comprendiendo el dispositivo:

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medios (10) de combinación de bandas de frecuencias que comprenden n entradas para recibir los n canales de transmisión y q salidas para proporcionar respectivamente los canales reagrupados dentro de q bandas de frecuencias (Band1 - Band4),

-

medios (121) de amplificación de potencia que incluyen p amplificadores en paralelo para la amplificación repartida de los n canales,

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medios (113) de regulación de la ganancia y de la fase correspondiente a los p amplificadores de potencia en las q bandas de frecuencia.

2. Dispositivo según, la reivindicación 1, caracterizado porque la distribución de los canales de transmisión según q bandas de frecuencia y la utilización de p amplificadores activos induce la necesidad de utilizar al menos q*p desfasadores/atenuadores para su regulación individual.