ES2593623T3 - Procedimiento de calibración de un amplificador multipuerto, amplificador multipuerto que permite la implementación de un procedimiento de ese tipo y satélite que comprende un amplificador de ese tipo - Google Patents

Procedimiento de calibración de un amplificador multipuerto, amplificador multipuerto que permite la implementación de un procedimiento de ese tipo y satélite que comprende un amplificador de ese tipo Download PDF

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Abstract

Procedimiento de calibración de un amplificador multipuerto que incluye una pluralidad de puertos de entrada (PE1 - PE4), una pluralidad de amplificadores de potencia (PA1 - PA4) unidos a dichos puertos de entrada por medio de una matriz de distribución de señales (IBM) y una pluralidad de puertos de salida (PS1 - PS4) unidos a dichos amplificadores de potencia por medio de una matriz de recombinación de señales (OBM), estando adaptadas dichas matrices de distribución y de recombinación de señales para repartir una señal presente en un denominado puerto de entrada entre una pluralidad de dichos amplificadores de potencia y para recombinar dicha señal, amplificada, al nivel de un denominado puerto de salida, estando asociado un elemento de ponderación de las señales (EP1 - EP4) a cada denominado amplificador de potencia; estando el procedimiento caracterizado porque incluye las etapas que consisten en: a) determinar una intercorrelación media normalizada entre una señal de salida presente en un denominado puerto de salida, tomado como referencia, y las señales presentes en los otros denominados puertos de salida; y b) ajustar iterativamente unos pesos de dichos elementos de ponderación, de manera que se minimice dicha intercorrelación media normalizada o se la convierta en inferior a un umbral predeterminado.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de calibracion de un amplificador multipuerto, amplificador multipuerto que permite la implementacion de un procedimiento de ese tipo y satelite que comprende un amplificador de ese tipo
La invencion se refiere a un procedimiento de calibracion de un amplificador multipuerto, que permita maximizar el aislamiento entre sus salidas. La invencion se refiere igualmente a un amplificador multipuerto que comprende unos medios de implementacion de un procedimiento de ese tipo, asf como a un satelite, principalmente para telecomunicaciones, cuya carga util comprende un amplificador de ese tipo.
La invencion se aplica principalmente al campo de las telecomunicaciones, y particularmente a unas telecomunicaciones espaciales.
Los amplificadores multipuerto (MPA del ingles “MultiPort Amplifiers”) son unos sistemas utilizados principalmente en las cargas utiles de los satelites de telecomunicaciones para amplificar una pluralidad de senales de radiofrecuencias o de microondas, por ejemplo para realizar unos transpondedores de banda ancha. El principio de funcionamiento de un MPA consiste en utilizar varios amplificadores para amplificar simultaneamente todas las senales. Todos los amplificadores, o al menos varios de entre ellos, contribuyen a la amplificacion de todas las senales; esto permite una asignacion flexible de la potencia y de la banda, mientras se asegura una utilizacion optima de los amplificadores. Este principio de funcionamiento, conocido en sf mismo, se ilustra en la figura 1 que representa esquematicamente un amplificador multipuerto que presenta cuatro puertos de entrada PE1 - PE4, por los cuales entran cuatro senales de radiofrecuencias si - s4, y cuatro puertos de salida PS1 - PS4, por los que salen las senales amplificadas Si - S4. Los puertos de entrada estan unidos a las entradas ii1 - ii4 de una matriz de distribucion, o matriz de entrada IBM, que presenta un mismo numero de salidas oil - oi4. Esta matriz se configura de tal manera que la senal si (por ejemplo si, representada mediante un vector de orientacion vertical) presente en una entrada (en este caso, ii1) se reparta en todas sus salidas con un desfase diferente (indicado por el cambio de orientacion de los vectores). De ese modo, por ejemplo, la senal si se encuentra sin desfase en la salida oil, con un desfase de 90° en las salidas oi2 y oi3 y un desfase de 180° en la salida oi4. Esto es de aplicacion igualmente, con unos desfases diferentes, para las senales s2 - s4 (no representadas). Este modo de funcionamiento corresponde a una matriz “de Butler”, conocida en sf misma.
Las senales procedentes de las salidas oil - oi4, que son por tanto unas combinaciones lineales de las senales de entrada si - s4, se amplifican mediante unos amplificadores de potencia identicos PA1 - PA4, que pueden ser, por ejemplo, del tipo de tubo de onda progresiva (TWTA, del ingles “Travelling Wave Tube Amplifier”) o de semiconductores. Las senales amplificadas se aplican a las entradas ioi - i04 de una matriz de combinacion, o de salida OBM, que realiza una operacion analoga a la de la matriz de distribucion; en el caso de la figura i, OBM es igualmente una matriz de Butler.
Se puede ver en la figura i que, si los desfases introducidos por las dos matrices se eligen de manera oportuna, los vectores representativos de la senal si amplificada se anulan en las salidas oo2 - oo4, y se combinan en la unica salida o0i. Igualmente, los vectores representativos de la senal s2 amplificada se anulan en las salidas ooi, oo3 y oo4, y se combinan de manera constructiva en la unica salida oo2, y asf sucesivamente. De ese modo, la senal amplificada Si, procedente del puerto de salida Pi, corresponde a la senal de entrada si amplificada, sin ninguna contribucion de las otras senales de entrada sj siendo j t (i, j = i - 4).
Este funcionamiento presupone unas matrices de entrada y de salida ideales y unos amplificadores de potencia con unas propiedades rigurosamente identicas. En realidad, este no es el caso: los desfases introducidos por las matrices pueden ser diferentes a los nominales, la potencia de las senales de entrada pueden estar desigualmente repartidas entre las salidas, los amplificadores pueden presentar unas ganancias y unas fases diferentes, etc. Ademas, las propiedades de diferentes elementos pueden derivar a lo largo del tiempo. A causa de estas diferencias con relacion a una situacion ideal, el aislamiento entre las diferentes salidas del amplificador multipuerto no es perfecto; esto significa que en cada puerto de salida PSi se encontraran unos terminos de interferencia correspondientes a las senales de entrada sj, siendo jti.
La figura 2A muestra los espectros de las senales de salida en el caso de un MPA perfectamente equilibrado (los modelos de las matrices de Butler son perfectos); las densidades espectrales de potencia se expresan en dBm y las frecuencias (f) en GHz. Se puede remarcar que cada senal de salida Si —que es una version amplificada de una senal de entrada si correspondiente— presenta una banda de aproximadamente 50 MHz de ancho y una frecuencia central (frecuencia de la portadora) diferente, de tal manera que las bandas de las diferentes senales no se solapan: se habla entonces de “plan de frecuencias disjuntas”. Se puede ver que el aislamiento es practicamente perfecto (nivel de interferencia inferior a -43 dB), porque las interferencias entre las senales son invisibles al ojo desnudo. El aislamiento se define como la diferencia (en decibelios) de las potencias integradas en la banda de la senal de referencia (en el caso presente, 50 MHz).
La figura 2B muestra los espectros obtenidos introduciendo unos desequilibrios aleatorios definidos por unas distribuciones gaussianas de los errores de amplitud y de fase con oa (diferencia tipo del error de amplitud) = 0,8 dB y (diferencia tipo del error de fase) = 3°; los modelos de las matrices de Butler son “reales” (procedentes de
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medidas). Las interferencias entre las senales son claramente visibles, y un calculo permite determinar que el nivel de interferencia es del orden de -22 dB.
La grafica de la figura 2C muestra como los desequilibrios en fase (AO, en grados “°”) y en amplitud (AA, en dB) afectan al aislamiento IS (en dB) entre dos salidas de un amplificador multipuerto.
Para solucionar estos desequilibrios, el amplificador de la figura 1 comprende unos elementos de ponderacion EP1 - EP4, constituidos cada uno por un atenuador (mas raramente un preamplificador) y desfasador ajustables conectados en cascada, asociados a unos amplificadores respectivos y generalmente conectados aguas arriba de estos ultimos. Como solo importan las atenuaciones y desfase relativos entre las salidas, uno de los elementos de ponderacion puede opcionalmente omitirse.
Ajustando de manera oportuna los pesos complejos introducidos por estos elementos de ponderacion es posible restaurar un aislamiento casi ideal —y en cualquier caso superior a 20 dB o mas— entre las salidas. La operacion de calibrado que consiste en ajustar estos pesos complejos puede realizarse de manera manual por un tecnico o, preferentemente, de manera automatica.
El documento WO 2008/135753 describe un procedimiento automatico de calibracion de un amplificador multipuerto que se dirige a maximizar el aislamiento entre las salidas, utilizando una senal de medida o de ensayo inyectada en una entrada. El principal inconveniente de este procedimiento es que la senal inyectada se amplifica y, en un sistema de telecomunicaciones, deteriora la relacion senal sobre interferencia C/I.
El artfculo de Mario Caron y Xinping Huang “Estimation and compensation of amplifier gain and phase mismatches in a multiple port amplifier subsystem”, ESA Workshop on Advanced Flexible Telecom Payloads 18 - 20 de noviembre de 2008, Noordwijk (Holanda), divulga un procedimiento automatico de calibracion de un amplificador multipuerto que no necesita la inyeccion de una senal de medida. Este procedimiento se basa en el estudio de las funciones de densidad de probabilidad de las senales de salida para identificar, y minimizar, las interferencias entre salidas. Esto no es posible mas que si se conoce con precision el tipo de modulacion utilizado, lo que limita la flexibilidad de la solucion.
El documento US 2012/0319772 divulga un proceso de calibracion de un amplificador multipuerto que se dirige a minimizar la intercorrelacion entre las senales de salida. La implementacion de un procedimiento de ese tipo parece compleja y sensible a las fluctuaciones temporales de las senales.
La invencion se dirige a procurar un procedimiento automatico de calibracion de un amplificador multipuerto que se dirige a maximizar el aislamiento entre las salidas, que no presente, o presente en una forma atenuada, los inconvenientes de la tecnica anterior. Mas particularmente, la invencion se dirige a evitar la inyeccion de una senal de medida o de calibracion que se encontrana superpuesta a las senales de trafico, y a no introducir limitacion relativa al tipo de modulacion empleado.
Un objeto de la invencion que permite alcanzar este objetivo es un procedimiento de calibracion de un amplificador multipuerto que incluye una pluralidad de puertos de entrada, una pluralidad de amplificadores de potencia unidos a dichos puertos de entrada por medio de una matriz de distribucion de senales y una pluralidad de puertos de salida unidos a dichos amplificadores de potencia por medio de una matriz de recombinacion de senales, estando adaptadas dichas matrices de distribucion y de recombinacion de senales para repartir una senal presente en un denominado puerto de entrada entre una pluralidad de dichos amplificadores de potencia y para recombinar dicha senal, amplificada, a la altura de un denominado puerto de salida, estando asociado un elemento de ponderacion de las senales a cada denominado amplificador de potencia; estando el procedimiento caracterizado porque incluye las etapas que consisten en:
a) determinar una intercorrelacion media normalizada entre una senal de salida presente en un denominado puerto de salida, tomado como referencia, y las senales presentes en los otros denominados puertos de salida; y
b) ajustar iterativamente unos pesos de dichos elementos de ponderacion de manera que se minimice dicha intercorrelacion media normalizada o se la convierta en inferior a un umbral predeterminado.
Segun unos modos de realizacion particulares de un procedimiento de ese tipo:
- Dicha intercorrelacion media normalizada puede normalizarse con relacion a una autocorrelacion media de la senal presente en dicho puerto de salida tomado como referencia.
- El puerto de salida tomado como referencia puede ser el que presenta la senal que tiene el nivel de potencia mas elevado.
- Dichos pesos pueden ser unos pesos complejos, incluyendo cada uno un modulo y una fase, comprendiendo dicha etapa b) las subetapas que consisten en:
b1) ajustar iterativamente las fases de dichos pesos; y b2) ajustar iterativamente los modulos de dichos pesos.
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Mas particularmente, dichas subetapas b1) y b2) pueden implementarse sucesivamente, en un orden arbitrario; dicha subetapa b1) puede incluir el ajuste sucesivo de las fases de los pesos de los elementos de ponderacion asociados a los diferentes amplificadores de potencia, y dicha subetapa b2) puede incluir el ajuste sucesivo de los modulos de los pesos de los elementos de ponderacion asociados a los diferentes amplificadores de potencia.
- Dicha etapa b) puede incluir las operaciones siguientes:
i. determinar dicha intercorrelacion media normalizada;
ii. aplicar un incremento predefinido al modulo y/o a la fase de un denominado peso a ajustar;
iii. determinar de nuevo dicha intercorrelacion media normalizada y, si su valor ha aumentado, cambiar el signo de dicho incremento; y
iv. aplicar dicho incremento predefinido a la fase y/o al modulo de dicho peso a ajustar, con el signo determinado durante la operacion iii;
v. determinar de nuevo dicha intercorrelacion media normalizada y, si su valor ha disminuido en tanto que permanece superior a un umbral predefinido, repetir las operaciones iv. y v.
- Dichas correlaciones medias normalizadas pueden determinarse en el interior de una banda de frecuencia sustancialmente coincidente con la de la senal presente en dicho puerto de referencia.
- Las senales presentes en dichos puertos de salida pueden presentar un plan de frecuencia disjunto.
- Preferentemente, no se inyecta ninguna senal de medida en dicho amplificador con el fin de realizar la calibracion.
Otro objeto de la invencion es un amplificador multipuerto que incluye una pluralidad de puertos de entrada, una pluralidad de amplificadores de potencia unidos a dichos puertos de entrada por medio de una matriz de distribucion de senales y una pluralidad de puertos de salida unidos a dichos amplificadores de potencia por medio de una matriz de recombinacion de senales, estando adaptadas dichas matrices de distribucion y de recombinacion de senales para repartir una senal presente en un denominado puerto de entrada entre una pluralidad de dichos amplificadores de potencia y para recombinar dicha senal, amplificada, a la altura de un denominado puerto de salida, estando asociado un elemento de ponderacion de las senales a cada denominado amplificador de potencia; caracterizado porque comprende igualmente un modulo de calibracion configurado o programado para implementar un procedimiento de calibracion tal como se ha expuesto en el presente documento anteriormente.
Segun uno de los modos de realizacion particulares de un amplificador multipuerto de ese tipo:
- Dicho modulo de calibracion puede comprender: un primer y un segundo selectores para seleccionar un primer y un segundo puertos de salida; una primera y una segunda cadenas de adquisicion de las senales presentes en dichos primer y segundo puertos de salida, para seleccionar, convertir a una frecuencia intermedia, filtrar y digitalizar dichas senales; y un procesador programado o configurado para: controlar dichos primer y segundo selectores y dichas primera y segunda cadenas de adquisicion; adquirir las senales digitalizadas procedentes de dichas cadenas de adquisicion; a partir de las senales digitalizadas adquiridas, calcular una intercorrelacion media normalizada entre una senal de salida adquirida desde un puerto de salida, tomado como referencia, y las senales adquiridas desde los otros puertos de salida; ajustar iterativamente los pesos de dichos elementos de ponderacion para minimizar dicha intercorrelacion media normalizada o hacerla inferior a un umbral predeterminado.
- Dicho procesador puede ser derivado en su totalidad o en parte.
- Cada uno de dichos elementos de ponderacion puede comprender un atenuador variable y un desfasador variable conectados en cascada.
- El amplificador puede, preferentemente, operar en al menos una banda elegida entre la banda Ku, la banda K y la banda Ka. De hecho, la invencion es tanto mas util cuanto mas elevada sea la frecuencia de las portadoras, asf como cuando los amplificadores de potencia son unos tubos de onda progresiva. De ese modo, la banda Ka constituye un campo privilegiado de aplicacion de la invencion.
Otro objeto mas de la invencion es un satelite para telecomunicaciones cuya carga util comprende un amplificador multipuerto tal como se ha expuesto en el presente documento anteriormente.
Surgiran otras caractensticas, detalles y ventajas de la invencion con la lectura de la descripcion realizada en referencia a los dibujos adjuntos dados a tttulo de ejemplo y que representan, respectivamente:
- la figura 3, un esquema de principio de un amplificador multipuerto segun un modo de realizacion de la invencion;
- la figura 4, un organigrama del procedimiento de ajuste de los pesos complejos de los elementos de ponderacion que permiten maximizar el aislamiento entre las salidas del amplificador de la figura 3;
- las figuras 5A y 5B unos espectros de las salidas del amplificador de la figura 3 que ilustran el resultado tecnico de la invencion; y
- la figura 6, esquematicamente, la integracion de un amplificador multipuerto segun un modo de realizacion de la invencion en un satelite de telecomunicaciones.
Como se ha ilustrado en la figura 3, un MPA segun un modo de realizacion de la invencion se diferencia del de la figura 1 en que comprende un modulo de calibracion MC que recibe en la entrada una fraccion de las senales S1 -
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S4 presentes en los puertos de salida —extrafdas mediante unos acopladores de senales CS1 a CS4— y genera unas senales de control de los elementos de ponderacion EP1 - EP4. Mas precisamente, en el modo de realizacion considerado en este caso, cada elemento de ponderacion comprende un atenuador variable AVi que recibe una senal de control Ai y un desfasador variable OVi que recibe una senal de control Oi (i = 1 - 4).
Dos selectores SP1, SP2 seleccionan independientemente un puerto de salida cada uno (mas precisamente: selecciona cada uno una senal extrafda mediante un acoplador de senal en un puerto de salida). Las senales seleccionadas se tratan mediante unas cadenas de adquisicion respectivas, CAS1, CAS2 que comprenden, clasicamente, un filtro imagen Hi, un mezclador para convertir las senales a una frecuencia intermedia, un filtro de Nyquist Hn y un convertidor analogico/digital ADC. Las senales digitales asf obtenidas se tratan mediante un procesador DSP para generar las senales de control A1 - A4, O1 - O4. El procesador DSP controla igualmente los selectores SP1, SP2 y el sintetizador de frecuencia local SFL, utilizado para la conversion de frecuencia.
El procesador DSP es preferentemente un procesador digital —y principalmente un procesador para tratamiento digital de senales— programado de manera oportuna, pero se pueden contemplar otras posibilidades (por ejemplo, la realizacion de un circuito digital dedicado).
Segun un modo de realizacion particular de la invencion, la calibracion del amplificador multipuerto se realiza de la manera siguiente.
Primeramente, el procesador DSP identifica al puerto de salida correspondiente a la senal que presenta la potencia mas elevada. Esta seleccion se efectua barriendo las salidas por medio de uno de los selectores e integrando la potencia de las senales adquiridas en la banda de Nyquist (o en una banda mas estrecha, seleccionada mediante un filtro preferentemente digital). Esto precisa de conocer el plan de frecuencias con el fin de regular el sintetizador de frecuencia local SFL a la frecuencia central de cada salida. El puerto de salida asf identificado —en lo que sigue, PS1— es tomado como referencia.
A continuacion, el primer selector SP1 es controlado para seleccionar, en una ventana temporal predefinida, dicho puerto de referencia, mientras que el segundo selector SP2 es controlado para seleccionar, en una misma ventana temporal, otro puerto de salida. Esta operacion se repite para todos los puertos de salida. Se obtienen asf tres pares de senales adquiridas y digitalizadas (S1(2), S2); (S1(3), S3), (S1(4), S4), en la que S1(i) identifica la senal S1 adquirida simultaneamente con Si, siendo i = 2 - 4. Esto permite el calculo, mediante el procesador DSP, de las correlaciones cruzadas, o intercorrelaciones, entre las senales S1(i) y Si siendo i = 2 - 4, cuyos maximos estan indicados por Ru R12, R13 y R14. Se calculan igualmente las potencias de las senales S1(i), que se indican por Pi(Taio; de ese modo Pi(Ta-|2) es la potencia de la senal S1(2) extrafda por el puerto PS1 durante la adquisicion smcrona de las senales S1 y S2; P1(Ta13) es la potencia de la senal S1(2) extrafda por el puerto PS1 durante la adquisicion smcrona de las senales S1 y S3 y P1(Ta14) es la potencia de la senal S1(2) extrafda por el puerto PS1 durante la adquisicion smcrona de las senales S1 y S4.
Esto permite el calculo de una intercorrelacion media normalizada:
C(0) =
R12 + R13 + R14
P1(Ta12) P1(Ta„) P1(TaM)
La generalizacion al caso de N puertos, siendo N un entero superior 1 —y generalmente par— es inmediata.
El mdice (0) significa que se trata de la intercorrelacion media normalizada determinada antes de la primera iteracion del proceso de ajuste de los coeficientes de ponderacion, como se explicara mas adelante.
Preferentemente, las intercorrelaciones se calculan teniendo en cuenta solamente la banda de la senal presente en el puerto de referencia. De ese modo, el procesador DSP controla el sintetizador de frecuencia local SFL de manera que seleccione la portadora de la senal s1; el filtrado de esta senal se asegura mediante el muestreo: sin embargo, si la banda es mas estrecha que la banda de Nyquist, puede preverse un filtrado adicional —preferentemente digital, mediante el procesador DSP—.
Un principio en la base de la invencion consiste en ajustar iterativamente los pesos complejos de los elementos de ponderacion EP1 - EP4 de manera que se minimice la intercorrelacion media normalizada, o al menos se asegure que es inferior a un umbral predefinido. En efecto, cuanto mas elevada sea la intercorrelacion media normalizada, menos aisladas entre sf estaran las salidas del amplificador multipuerto.
Pueden utilizarse varios algoritmos de optimizacion para realizar este ajuste iterativo.
Uno de entre ellos se describira en el presente documento a continuacion con la ayuda de la figura 4. El principio de este algoritmo consiste en incrementar la fase del peso de un elemento de ponderacion en un paso predefinido (positivo o negativo), determinar si esto conduce a una disminucion de la intercorrelacion media normalizada y: en caso afirmativo, aplicar un nuevo incremento; en caso contrario, cambiar su signo antes de aplicarle de nuevo. Despues de haber ajustado de esta manera las fases de todos los elementos de ponderacion, se procede de la
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misma manera para las amplitudes. A continuacion, se puede iterar el proceso. Como variante se pueden ajustar inicialmente las amplitudes, o ajustar la amplitud y la fase de un elemento antes de pasar al siguiente.
Como se muestra en la figura 4, las primeras operaciones del algoritmo son: la determinacion de la salida de mayor potencia Sr, la medicion de su potencia y la medicion de la intercorrelacion (normalizada) media C(0) —o mas propiamente su calculo a partir de las senales adquiridas—. A continuacion se verifica si esta intercorrelacion normalizada media es superior a un umbral predeterminado Cmm, porque en caso contrario se puede considerar que el aislamiento ya es suficiente y que no es necesaria ninguna calibracion.
A continuacion se incrementa la fase ($) del peso complejo de un primer elemento de ponderacion con un paso de valor predefinido, y se recalcula la intercorrelacion (normalizada) media, C(1). Se determina entonces si la intercorrelacion nuevamente calculada C(i) es mayor o menor que Cp; si es mayor, esto significa que el incremento de fase ha aumentado los desequilibrios en lugar de reducirlos; se cambia por tanto el signo del paso del incremento: A$ ^ -A$; en caso contrario, se deja este paso sin cambiar. A continuacion, se procede con unos incrementos sucesivos —siempre de un mismo paso, cuyo signo se ha determinado de una vez para todas a partir de la primera iteracion que se acaba de describir— hasta que no se verifique una de las condiciones siguientes:
- o bien la intercorrelacion media desciende por debajo del umbral Cmm, en cuyo caso se considera que el aislamiento es suficiente y el proceso se detiene;
- o bien la intercorrelacion media comienza a aumentar (C(n+i)>C(n)), lo que significa que se ha sobrepasado el punto de regulacion optima; en ese caso, se resta A$ a la fase del peso complejo para volver al mejor reglaje identificado, y se pasa al ajuste del elemento de ponderacion sucesivo (por razones de simplicidad, el organigrama de la figura 1 esta limitado al caso de un unico elemento de ponderacion).
Cuando se han ajustado todas las fases, y si la intercorrelacion media no es inferior al umbral Cmm, se pasa al ajuste de las amplitudes segun el mismo metodo (parte derecha del organigrama).
Posteriormente, si el aislamiento no es todavfa satisfactorio, se itera de nuevo (no representado).
Por supuesto, es posible imponer un numero maximo de iteraciones a no sobrepasar, sea para el ajuste de la fase y/o de la amplitud de cada elemento o sea para el procedimiento en su conjunto.
Las figuras 5A - 5C permiten ilustrar el resultado tecnico de la invencion. Muestran los espectros de las senales de salida del amplificador multipuerto de la figura 3 obtenidos mediante simulaciones digitales en las condiciones siguientes:
• Los desequilibrios de las amplitudes y de las fases siguen unas distribuciones gaussianas con aA = 0,8 dB y a$ = 3°;
Dinamica en potencia de las portadoras = 3 dB;
Adquisicion de la senales sobre 213 puntos;
Limitacion de la banda a 50 MHz (muestreo a 100 MHz);
Una portadora modulada en QPSK con ancho de banda de 20 MHz en cada entrada;
Portadoras igualmente repartidas entre 50 MHz y 200 MHz;
Modelos de las matrices de Butler procedentes de las medidas sobre los dispositivos reales;
Ninguna modelizacion de los efectos AM/AM (variaciones de la ganancia con el punto de funcionamiento en potencia) y AM/PM (variacion de la fase de la funcion de transferencia con el punto de funcionamiento en potencia) de los amplificadores de potencia.
La figura 5A muestra los espectros antes de la compensacion; se puede ver que las interferencias son grandes, y en efecto el aislamiento en el peor de los casos vale -16,8 dB, lo que es generalmente insatisfactorio. Despues de 5 iteraciones (figura 5B) las interferencias entre portadoras han desaparecido practicamente y el aislamiento en el peor de los casos vale -31,9 dB. De hecho, ya una unica iteracion permite llevar el aislamiento mfnimo a un valor de -22,6 dB, lo que se considera generalmente suficiente para la mayor parte de las aplicaciones.
La figura 6 ilustra muy esquematicamente la integracion de un amplificador multipuerto MPA segun la invencion en la carga util CU de un satelite de telecomunicaciones SAT. La carga util CU es un transpondedor que incluye un emisor y un receptor que comparten una misma antena ANT; el amplificador multipuerto constituye la fase de potencia del emisor.
La invencion se ha descrito en referencia a modo de realizacion particular, pero pueden contemplarse un gran numero de variantes:
- el amplificador multipuerto puede utilizarse en unas aplicaciones distintas que las telecomunicaciones espaciales, y operar en una banda espectral diferente a las consideradas aquf (bandas Ku - K - Ka), por ejemplo las bandas L, S, C y X;
- las matrices de entrada y de salida pueden no ser de Butler; en particular si se desea utilizar un numero de puertos, y por tanto de amplificadores de potencia, que no sea una potencia de dos;
- el numero de amplificadores puede ser diferente, y en particular superior, al numero de senales a amplificar;
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- excepcionalmente, la calibracion se puede efectuar actuando unicamente sobre la fase, o unicamente sobre el modulo, de los pesos de los elementos de ponderacion;
- el procedimiento de calibracion se puede implementar utilizando las senales de trafico que son tratadas por el amplificador multipuerto durante su funcionamiento normal; como variante, en ausencia de trafico, se podran utilizar unas portadoras moduladas por una senal de ensayo (incluso no moduladas) o simplemente con ruido;
- las senales tratadas por el amplificador multipuerto pueden no presentar un plan de frecuencias disjunto sino, por ejemplo, utilizar una misma portadora; sin embargo, en este caso, el aislamiento entre la salida se puede convertir en menos bueno que en el caso de un plan de frecuencias disjunto;
- el puerto de salida de referencia puede no ser el que presente la senal mas potente, aunque sea preferido ese modo de realizacion;
- pueden utilizarse varios algoritmos de optimizacion diferentes para ajustar los pesos de los elementos de ponderacion;
- el tratamiento de las senales se puede derivar al menos en parte; por ejemplo, las senales adquiridas y digitalizadas por las cadenas de adquisicion pueden almacenarse en una memoria y transmitirse a una estacion en tierra que efectuar los calculos y reenviar unas senales de control que realizan los ajustes de los elementos de ponderacion.

Claims (15)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de calibracion de un amplificador multipuerto que incluye una pluralidad de puertos de entrada (PE1 - PE4), una pluralidad de amplificadores de potencia (PA1 - PA4) unidos a dichos puertos de entrada por medio de una matriz de distribucion de senales (IBM) y una pluralidad de puertos de salida (PS1 - PS4) unidos a dichos amplificadores de potencia por medio de una matriz de recombinacion de senales (OBM), estando adaptadas dichas matrices de distribucion y de recombinacion de senales para repartir una senal presente en un denominado puerto de entrada entre una pluralidad de dichos amplificadores de potencia y para recombinar dicha senal, amplificada, al nivel de un denominado puerto de salida, estando asociado un elemento de ponderacion de las senales (EP1 - EP4) a cada denominado amplificador de potencia;
    estando el procedimiento caracterizado porque incluye las etapas que consisten en:
    a) determinar una intercorrelacion media normalizada entre una senal de salida presente en un denominado puerto de salida, tomado como referencia, y las senales presentes en los otros denominados puertos de salida; y
    b) ajustar iterativamente unos pesos de dichos elementos de ponderacion, de manera que se minimice dicha intercorrelacion media normalizada o se la convierta en inferior a un umbral predeterminado.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1 en el que dicha intercorrelacion media normalizada se normaliza con relacion a una autocorrelacion media de la senal presente en dicho puerto de salida tomado como referencia.
  3. 3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el que el puerto de salida tomado como referencia es aquel que presenta la senal que tiene el nivel de potencia mas elevado.
  4. 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el que dichos pesos son unos pesos complejos, incluyendo cada uno un modulo y una fase, comprendiendo dicha etapa b) las subetapas que consisten en:
    b1) ajustar iterativamente las fases de dichos pesos; y b2) ajustar iterativamente los modulos de dichos pesos.
  5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 4 en el que dichas subetapas b1) y b2) se implementan sucesivamente, en un orden arbitrario, y en el que: dicha subetapa b1) incluye el ajuste sucesivo de las fases de los pesos de los elementos de ponderacion asociados a los diferentes amplificadores de potencia; y dicha subetapa b2) incluye el ajuste sucesivo de los modulos de los pesos de los elementos de ponderacion asociados a los diferentes amplificadores de potencia.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el que dicha etapa b) incluye las operaciones siguientes:
    i. determinar dicha intercorrelacion media normalizada;
    ii. aplicar un incremento predefinido al modulo y/o a la fase de un denominado peso a ajustar;
    iii. determinar de nuevo dicha intercorrelacion media normalizada y, si su valor ha aumentado, cambiar el signo de dicho incremento; y
    iv. aplicar dicho incremento predefinido a la fase y/o al modulo de dicho peso a ajustar, con el signo determinado durante la operacion iii;
    v. determinar de nuevo dicha intercorrelacion media normalizada y, si su valor ha disminuido en tanto que permanece superior a un umbral predefinido, repetir las operaciones iv. y v.
  7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el que dichas correlaciones medias normalizadas se determinan en el interior de una banda de frecuencia sustancialmente coincidente con la de la senal presente en dicho puerto de referencia.
  8. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores en el que las senales presentes en dichos puertos de salida presentan un plan de frecuencia disjunto.
  9. 9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que no se inyecta ninguna senal de medida en dicho amplificador con el fin de realizar la calibracion.
  10. 10. Amplificador multipuerto que incluye una pluralidad de puertos de entrada (PE1 - PE4), una pluralidad de amplificadores de potencia (PA1 - PA4) unidos a dichos puertos de entradas por medio de una matriz de distribucion de senales (IBM) y una pluralidad de puertos de salida (PS1 - PS4) unidos a dichos amplificadores de potencia por medio de una matriz de recombinacion de senales (OBM), estando adaptadas dichas matrices de distribucion y de recombinacion de senales para repartir una senal presente en un denominado puerto de entrada entre una pluralidad de dichos amplificadores de potencia y para recombinar dicha senal, amplificada, al nivel de un denominado puerto de salida, estando asociado un elemento de ponderacion de las senales (EP1 - EP4) a cada denominado amplificador de potencia;
    caracterizado porque comprende igualmente un modulo de calibracion (MC) configurado o programado para implementar un procedimiento de calibracion segun una de las reivindicaciones anteriores.
  11. 11. Amplificador multipuerto segun la reivindicacion 10 en el que dicho modulo de calibracion comprende:
    - un primer (SP1) y un segundo (SP2) selectores para seleccionar un primer y un segundo puerto de salida;
    - una primera (CAS1) y una segunda (CAS2) cadena de adquisicion de las senales presentes en dichos primer y segundo puertos de salida, para seleccionar, convertir a una frecuencia intermedia, filtrar y digitalizar dichas
    5 senales; y
    - un procesador (DSP) programado o configurado para: controlar dichos primer y segundo selectores y dichas primera y segunda cadenas de adquisicion; adquirir las senales digitalizadas procedentes de dichas cadenas de adquisicion; a partir de las senales digitalizadas adquiridas, calcular una intercorrelacion media normalizada entre una senal de salida adquirida desde un puerto de salida, tomado como referencia, y las senales adquiridas desde
    10 los otros puertos de salida; ajustar iterativamente los pesos de dichos elementos de ponderacion para minimizar
    dicha intercorrelacion media normalizada o hacerla inferior a un umbral predeterminado.
  12. 12. Amplificador multipuerto segun la reivindicacion 11 en el que dicho procesador se deriva en su totalidad o en parte.
  13. 13. Amplificador multipuerto segun una de las reivindicaciones 10 a 12 en el que cada denominado elemento de 15 ponderacion comprende un atenuador (AV1 - AV4) variable y un desfasador (OV1 - OV4) variable conectados en
    cascada.
  14. 14. Amplificador multipuerto segun una de las reivindicaciones 10 a 13, que opera en al menos una banda elegida entre la banda Ku, la banda K y la banda Ka.
  15. 15. Satelite para telecomunicaciones (SAT) cuya carga util comprende una amplificador multipuerto segun una de 20 las reivindicaciones 10 a 14.
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