ES2693042T3

ES2693042T3 - Amplificadores de potencia de RF

Info

Publication number: ES2693042T3
Application number: ES07733659.2T
Authority: ES
Inventors: Christopher David Seymour
Original assignee: Astrium Ltd
Current assignee: Airbus Defence and Space Ltd
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2027-05-04
Also published as: RU2008147889A; EP2022168A1; EP2022168B1; JP5574406B2; US8208874B2; WO2007129118A1; US20080278236A1; JP2009536483A; RU2434317C2

Abstract

Un sistema amplificador para alimentar un elemento de una antena, en el que el sistema amplificador comprende un amplificador de potencia de estado sólido, SSPA, que incluye: unos medios (12) amplificadores de RF montados en una placa de circuito, que tiene una ruta de amplificación de señal que incluye al menos una etapa de salida de potencia; un detector (60) de temperatura montado en una placa de circuito; unos medios (10) de fuente de alimentación para proporcionar un valor variable de tensión de CC para alimentar al menos dicha etapa de salida de potencia de dichos medios amplificadores de RF; unos medios (20) de control para recibir, como una primera entrada de control, una señal de potencia de entrada de dichos medios amplificadores de RF y, como una segunda entrada de control, una señal de temperatura de los medios amplificadores de RF suministrada desde el detector (60) de temperatura, para proporcionar, en respuesta a las entradas de control primera y segunda, una señal de control de tensión a dichos medios de suministro de potencia para determinar el valor de dicha tensión de CC; y en el que dichos medios (20) de control están dispuestos de manera que el valor de dicha tensión de CC a dicha etapa de salida de potencia sea variada para controlar la compresión de ganancia de dichos medios amplificadores de RF para valores variables de dicha señal de potencia de entrada y dicha señal de temperatura para regular al menos una de entre la linealidad del amplificador, la eficacia del amplificador y la disipación térmica de dichos medios amplificadores de RF.

Description

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DESCRIPCION

Amplificadores de potencia de RF

La presente invencion se refiere a amplificadores de potencia de RF y a procedimientos correspondientes.

Tecnica antecedente

Es un requisito comun, particularmente para aplicaciones de comunicaciones para satelites espaciales, que cada elemento de una matriz de antenas de multiples elementos, por ejemplo, matrices en fase, deba ser excitado por una unidad de potencia respectiva, un unico amplificador de potencia. La senal de potencia amplificada para cada antena deberfa ser controlada con precision en amplitud y fase con relacion a los otros elementos de antena. Es comun el empleo de amplificadores de potencia de estado solido (Solid State Power Amplifier, SSPA) para este proposito, pero los amplificadores deben cumplir unos rendimientos de linealidad, de eficiencia y de seguimiento de ganancia/fase estrictos necesarios para el funcionamiento en las matrices de antenas activas.

El grado de compresion de ganancia, eficiencia y linealidad de un amplificador puede ser optimizado a una potencia de salida de RF determinada mediante una seleccion cuidadosa de las condiciones de polarizacion. A medida que se reduce la excitacion del amplificador, sin embargo, el amplificador experimenta “back-off” y la ganancia se comprime menos, resultando en una eficiencia degradada. La linealidad mejora, pero en muchos casos esto no es un requisito de la aplicacion. Cuando se opera en matrices de antenas activas, esto resulta en que parte o la totalidad de los amplificadores funcionan a una eficiencia menor que la optima dependiendo de la carga de trafico y de las condiciones de enfoque del haz (que pueden imponer un cambio en la amplitud de excitacion de cada elemento individual o 'taper' de amplitud a traves de la matriz, donde los amplificadores tienen una amplitud de salida gradualmente reducida a traves de la matriz).

Para evitar dudas, los terminos usados anteriormente tienen el significado siguiente:

Compresion de ganancia: puede definirse, por ejemplo: una reduccion en la ganancia 'diferencial' o 'pendiente' causada por una no linealidad de la caracterfstica de transferencia del amplificador. La compresion de ganancia puede entenderse como el grado de desviacion con relacion a una amplificacion lineal a medida que el amplificador se aproxima a su caracterfstica de saturacion a la amplificacion maxima.

"Back off”: la cantidad en la que se reducen la potencia de entrada y la potencia de salida a medida que el punto de funcionamiento del amplificador se mueve a lo largo de su caracterfstica operativa, desde un estado de alta potencia a un estado de potencia mas baja.

Eficiencia: la relacion de la potencia de salida de RF para la transmision a la potencia de entrada de CC proporcionada por una fuente de alimentacion.

Linealidad: existen varias medidas de linealidad, tal como se describe en la presente memoria, pero una medida comun es la relacion de intermodulacion de portadora (relacion C/I, la relacion de potencia en el canal en cuestion a "fuga" de potencia en un canal adyacente de un sistema multi-portadora).

El ajuste automatico de la polarizacion del amplificador para minimizar la degradacion de la eficiencia con el “back off” se describe para los amplificadores de potencia que incorporan transistores bipolares de silicio en "Recent developments in solid state power amplifier technology and their applicability to third generation mobile space segment systems" paginas 264-268, Fourth International Conference on Satellite Systems for Mobile Communications and Navigation; Octubre de 1988. Dicha tecnica es una tecnica analogica que implica el ajuste de la tension base-emisor de los transistores de salida bipolares. Dicha tecnica no podrfa hacerse funcionar con amplificadores que emplean transistores de efecto de campo (Field Effect Transistors, FET) y, por lo tanto, esta severamente limitada para los amplificadores usados en la actualidad.

Se conocen otras tecnicas mas complejas (especialmente, los amplificadores “outphasing" de Chireix (LINC, Linear Amplification with Non-linear Components, amplificacion lineal con componentes no lineales) y los amplificadores Doherty). Estas disposiciones requieren dividir una senal de entrada en dos rutas de amplificacion paralelas, y a continuacion combinar posteriormente las senales amplificadas. Dichas tecnicas son complicadas de configurar y estan destinadas principalmente a maximizar la eficiencia en un “back off” determinado donde el amplificador debe demostrar una linealidad muy elevada.

Ninguna de las tecnicas anteriores aborda los requisitos de los amplificadores que funcionan en las matrices de antenas activas modernas. Un requisito previo esencial para dichos amplificadores es que deben seguirse unos a otros en ganancia y en fase de la transmision y, en muchos casos, haciendo funcionar los amplificadores a diferentes niveles de excitacion y temperaturas.

En "L Band Power Amplifier Solutions for the INMARSAT Space Segment", IEE Seminar on Microwave and RF Power Amplifiers, 7 de Diciembre de 2000, D. Seymour, paginas 6/1-6/6, se describe un sistema para controlar un amplificador

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de potencia de estado solido (SSPA) en ganancia, pendiente de ganancia y fase, de manera que estas caracterfsticas se mantengan, de manera precisa, constantes y bajo un seguimiento de unos SSPAs con relacion a otros de una matriz de un gran numero de SSPAs. El sistema incluye un acondicionador electronico de potencia (Electronic Power Conditioner, EPC), que es una fuente de alimentacion adaptada para su uso en aplicaciones espaciales. Un ASIC (Application Specific Integrated Circuit, circuito integrado especffico de aplicacion) de control recibe una senal de temperatura de amplificador y una senal de potencia de entrada de amplificador, y accede a datos de compensacion digital almacenados en una EEPROM para proporcionar, dependiendo de las senales recibidas, senales de control analogicas apropiadas para el control de la ganancia, la pendiente de ganancia y la fase del amplificador.

El documento US 5.251.330 proporciona otro amplificador de potencia de RF que comprende senales de control basadas en la informacion acerca de la temperatura.

Sumario de la invencion

Un objeto de la presente invencion es proporcionar un sistema amplificador que pueda mejorar considerablemente las caracterfsticas de un amplificador en un amplio rango dinamico.

En un primer aspecto, la invencion proporciona un sistema amplificador para alimentar un elemento de una antena, segun se define en la reivindicacion 1 independiente.

El sistema amplificador segun la invencion puede alimentar una antena de un unico elemento para una transmision espacial, aerea o terrestre. Sin embargo, el sistema amplificador esta particularmente adaptado para excitar un elemento respectivo de una antena de multiples elementos o una matriz de antenas para una nave espacial. De esta manera, se proporcionan una pluralidad de dichos sistemas amplificadores que excitan los elementos de antena respectivos, por ejemplo, dispuestos de manera conveniente como un amplificador de potencia de una matriz (Matrix Power Amplifier, MPA).

El sistema amplificador es un amplificador de potencia de estado solido (SSPA) adaptado para aplicaciones espaciales, que incluye un amplificador de RF, un acondicionador electronico de potencia y una seccion de control. La seccion de control puede estar montada en la misma placa de circuito que, o puede estar integrada con, los componentes del amplificador de RF. El amplificador de RF tiene una ruta de amplificacion que incluye normalmente un preamplificador, un amplificador excitador o intermedio y un amplificador de potencia o etapa de salida de potencia. Segun se desee, la etapa de salida de potencia puede comprender una pluralidad de unidades amplificadoras dispuestas en una matriz en serie/paralelo.

La etapa de salida puede incluir uno o mas transistores de potencia. Tal como es preferible con la tecnologfa actual, los transistores de potencia son FETs, pero pueden ser transistores bipolares o transistores cuyo uso comercial todavfa no es comun. Existen varios tipos de transistores, todos ellos considerados como FETs, por ejemplo, HFET, PHEMT. Los transistores de potencia pueden ser GaAs o GaN de alta calidad, u otros materiales, tales como Si, SiGe, SiC, diamante, plasticos. No se excluyen los dispositivos termionicos, tales como TWTA.

Los medios de fuente de alimentacion del sistema amplificador pueden comprender un acondicionador electronico de potencia (EPC), que esta adaptado para uso en aplicaciones espaciales y acepta energfa procedente del bus de energfa de la nave espacial, y proporciona tensiones de alimentacion de CC controlados (tension secundaria principal) para alimentar los medios de amplificador de RF y los medios de control. Para los amplificadores con FETs, una tension de CC representa la tension de drenaje FET. Segun la invencion, la magnitud de la tension de alimentacion de CC suministrada a la etapa de salida del amplificador de RF es controlada en funcion de una entrada de control a la fuente de alimentacion desde los medios de control. Segun se prefiera, la magnitud de la tension de alimentacion de CC suministrada a la etapa de excitacion del amplificador de RF es controlada de manera similar.

Cuando se emplea un SSPA, los medios de control pueden ser circuitos integrados montados en las mismas placas de circuito que el amplificador de RF; de manera alternativa, pueden formarse por separado del amplificador. Dichos medios de control aceptan entradas de control desde el amplificador, principalmente potencia y temperatura de entrada, y proporcionan salidas de control para controlar los parametros seleccionados del amplificador, por ejemplo, la ganancia, la fase de transmision y la pendiente de ganancia (mediante un ajuste de las caracterfsticas del preamplificador). Segun la invencion, los medios de control proporcionan una salida de control a los medios de fuente de alimentacion, con el fin de variar la tension de alimentacion de CC a la etapa de potencia de salida de un amplificador de potencia, con el fin de controlar los parametros seleccionados del amplificador. Los parametros principales para el control son la linealidad y la eficiencia. Sin embargo, pueden controlarse otros parametros, por ejemplo, la disipacion termica. Tal como se ha indicado anteriormente, una importante medida de la linealidad es la relacion C/I, sin embargo, pueden emplearse otras medidas, tales como la relacion de potencia a ruido (Noise Power Ratio, NPR) o la relacion de potencia de canal adyacente (Adjacent Channel Power Ratio, ACPR). La relacion C/I se usa normalmente para sistemas multi-portadora, pero la relacion ACPR puede usarse para sistemas de portadora unica, en los que puede determinarse la potencia en los lobulos laterales de la unica portadora, con relacion a la potencia en el lobulo principal.

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Un procedimiento de control deseado, tal como se define en la reivindicacion 14 independiente, es mantener la linealidad (relacion (C/I) de intermodulacion de portadora) constante, o dentro de lfmites deseados, mientras la eficiencia se mantiene dentro de lfmites aceptables, para valores variables de entrada de amplificador, en un rango de valores de salida de potencia de RF deseado. De manera alternativa, pueden mantenerse constantes la disipacion termica o la eficiencia. Para ello, la invencion controla la compresion de ganancia, para niveles variables de potencia de entrada, variando la tension de alimentacion de CC a la etapa de salida de potencia del amplificador de RF.

Es posible que el control proporcione el procedimiento de control anterior, al menos parcialmente, mediante circuitos digitales y analogicos, y mediante senales de tele-comando. Los circuitos de los medios de control pueden proporcionarse en cualquier forma conveniente, por ejemplo, se ha encontrado conveniente un ASIC. Es preferible y segun la invencion, la provision de una EEPROM u otro medio de almacenamiento no volatil, que contenga datos, en forma de una matriz de palabras de control, que definen valores de salida de control con el fin de conseguir las condiciones de salida de amplificador deseadas. De esta manera, si se desea mantener la linealidad constante en un rango deseado para valores variables de potencia de entrada de RF, las palabras de control comprenderan una matriz que represente tensiones de potencia de CC para potencia de entrada de RF variable. Cuando se proporcionen otras entradas, tales como la temperatura, y otras salidas, tales como la potencia y la fase de salida de RF, entonces las dimensiones de la matriz y el numero de secciones de las palabras de control aumentaran de manera correspondiente.

Para proporcionar las palabras de control, se lleva a cabo un procedimiento de caracterizacion inicial del sistema amplificador, en el que el parametro deseado del amplificador, tal como la linealidad, es conducido digitalmente por medio de un equipo de ensayo a un valor constante, mientras se vana la potencia de entrada en todo el rango de los requisitos de funcionamiento. La tension de alimentacion de CC es conducida digitalmente para mantener la compresion de ganancia de la etapa de salida del amplificador en un valor requerido para mantener la linealidad constante. Las palabras de control se graban de manera que representen los valores apropiados de la tension de alimentacion de CC para los valores de potencia de entrada. Puede almacenarse un conjunto restringido de palabras de control (puntos cardinales), y puede llevarse a cabo un procedimiento de interpolacion para definir palabras de control para los valores de entrada/salida intermedios.

De esta manera, la presente invencion es una tecnica de control integrado, autonomo y/o con capacidad de tele-comando, en la que, por medio de un circuito electronico analogico y digital mixto acoplado a una memoria electronica que contiene datos (obtenidos a partir de ensayos reales),

• la linealidad y

• la eficiencia de potencia anadida

junto con cualquiera o la totalidad de los parametros

• de ganancia

• de ganancia versus respuesta de frecuencia

• de fase de transmision

de un amplificador de potencia de estado solido, se mantienen de manera simultanea y automatica a niveles (casi) constantes y por encima de umbrales predeterminados mientras el amplificador es excitado en un amplio rango de niveles de potencia de salida y es sometido a cambios de temperatura.

La invencion comprende una tecnica de control integrada en la que, por medio del control del grado de compresion de ganancia de un amplificador, puede demostrarse una mejora significativa en la eficacia del amplificador en un amplio rango de niveles de potencia de salida. La capacidad de hacer esto tiene varias implicaciones para diferentes tipos de amplificadores y aplicaciones, y la funcionalidad de la invencion puede extenderse para controlar simultaneamente otros parametros del amplificador, si es necesario. Cuando se usa en una nave espacial, a nivel de carga util, la invencion es un factor habilitante para conseguir matrices de antenas activas de alto rendimiento para una cobertura terrestre flexible y ofrece potencial para eliminar redes de salida costosas y con perdidas.

La invencion proporciona un grado unico de flexibilidad del amplificador, ya que hay una interaccion potencialmente problematica con la ganancia del amplificador que, para cualquier aplicacion real, sena inaceptable y extremadamente diffcil/poco practica de conseguir con medios analogicos. Esto se acentua adicionalmente cuando se toman en consideracion los requisitos tfpicos para el funcionamiento en funcion de la temperatura.

En una forma alternativa de la invencion, un enfoque para conseguir el control de la compresion de ganancia y de la eficiencia del amplificador es mediante tele-comando. En este caso, el amplificador demostrana la compresion de ganancia y la eficiencia requeridas, pero solo en configuraciones de potencia de salida discretas tele-comandadas.

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion, se describiran las realizaciones preferidas de la invencion con referenda a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama esquematico de unos medios de control ejemplares;

5 La Figura 2 es un diagrama de bloques esquematico de otros medios de control ejemplares;

La Figura 3 es un diagrama de bloques esquematico de una primera realizacion preferida de la invencion;

La Figura 4 es un grafico que ilustra las caracterfsticas de rendimiento de un SSPA de la tecnica anterior;

La Figura 5 es un grafico que ilustra las caracterfsticas de rendimiento anticipadas con la presente invencion;

La Figura 6 es un grafico que ilustra las caracterfsticas de rendimiento anticipadas con la presente invencion para un 10 sistema multi-portadora, que emplea transistores de potencia GaN en la etapa de salida;

La Figura 7 es un grafico que ilustra las caracterfsticas de rendimiento anticipadas con la presente invencion para un sistema de portadora unica, que emplea transistores de potencia GaN en la etapa de salida;

La Figura 8 es un diagrama de bloques esquematico de una segunda realizacion preferida de la invencion;

La Figura 9 es una vista mas detallada de los medios de control de la Figura 1; y

15 La Figura 10 es un diagrama de bloques conceptual del sistema amplificador de la presente invencion, implementado como un SSPA.

Descripcion de la realizacion preferida

Con referencia primero a la Figura 10, el sistema amplificador de la invencion esta implementado como un amplificador de potencia de estado solido (SSPA), en el que una seccion de fuente de alimentacion comprende un acondicionador 10 20 electronico de potencia (EPC), una seccion 12 amplificadora de RF tiene una ruta amplificadora que incluye un preamplificador 14, un amplificador 16 excitador o intermedio (etapa de excitacion o intermedia) y un amplificador 18 de potencia (etapa de salida). Una seccion de control comprende un esquema 20 de control digital (Digital Control Scheme, DCS), que proporciona salidas de control al preamplificador 14 y al EPC 10. Especfficamente, el DCS 20 proporciona una serial de control analogica en la lfnea 22 al EPC 10, una serial digital en la lfnea 24 al control 26 de fase en el 25 preamplificador 14 (de manera alternativa, puede usarse un control de fase analogico), una serial de control analogica en la lfnea 28 para el control 30 de la pendiente de ganancia, y una serial de control analogica en la lfnea 32 para el control 34 de la ganancia en el preamplificador 14. El EPC 10 proporciona una tension 36 de alimentacion de CC variable (tension de drenaje o tension drenaje-fuente) a la etapa 18 de salida y a la etapa 16 de excitacion.

Con referencia a las Figuras 1 y 9, el DCS 20 consiste en un ASIC 40 de control de la serial analogica/digital mixta y una 30 memoria 42 de solo lectura borrable electronicamente (Electronically Erasable Read Only Memory, EEPROM). El ASIC de control tiene dos puertos 44, 46 de referencia de entrada analogicos y tres puertos (22, 28, 32) de control de salida analogicos mas un puerto de control de salida (24) digital en serie disponible para el usuario. Esencialmente, las referencias 44, 46 de entrada (normalmente, la temperatura y la potencia de entrada del amplificador) se digitalizan en convertidores 48 A/D y conducen la unidad 49 de procesamiento digital del ASIC de control a leer la palabra de control 35 relevante almacenada en la EEPROM. De manera conveniente, las palabras 50 de control pueden almacenarse en forma de matriz, mostrada esquematicamente como filas para la entrada de potencia y como columnas para la entrada de temperatura. A continuacion, la palabra de control accedida es procesada por el ASIC y es digitalizada en convertidores 52 D/A para proporcionar senales de control en sus puertos 22-32 de salida. El ASIC 40 de control tiene una interfaz 54 de programacion I2C (pueden emplearse otras interfaces estandar), mediante la cual la EEPROM 42 puede ser direccionada, 40 cargada y lefda durante un procedimiento de configuracion o de caracterizacion de un amplificador.

Para todas las realizaciones descritas en la presente memoria, el principio de funcionamiento del DCS 20 es que, como parte del procedimiento de produccion, el amplificador es "caracterizado" en todo el rango de sus requisitos de funcionamiento, especfficamente el rango de potencia de entrada y de temperatura. Durante este procedimiento de caracterizacion, aquellos parametros que es necesario controlar son conducidos digitalmente, mediante software y 45 equipos de ensayo con interfaz con el DCS, al valor deseado y la 'palabra de control' digital derivada de esta manera es almacenada. De esta manera, se recopila una matriz de palabras 50 de control digital o "puntos cardinales". El software puede interpolar entre los puntos cardinales para llegar a una "matriz de correccion" completa que es cargada en la EEPROM 42. De manera alternativa, solo se almacenan los puntos cardinales en la EEPROM 42, siendo realizada la interpolacion en tiempo real por el ASIC 40. En ambos esquemas, el resultado es que los datos de la EEPROM, a traves 50 de circuitos en el ASIC, son usados para accionar los elementos de correccion incluidos en el diseho del amplificador para conseguir el rendimiento requerido.

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La Fig. 2 ilustra otra forma ejemplar, en la que las partes similares a las de las Figuras 1, 9 y 10 se indican con el mismo numero de referencia (y para todas las figuras siguientes). En este caso, se suministra al DCS 20 una unica referencia 46 de entrada desde el amplificador 12 de RF, que es una tension relacionada con su potencia de entrada. Solo se usa una de las salidas analogicas del DCS, 22, e interactua con el EPC 10 para controlar el suministro 36 de tension principal a la etapa excitadora y a los drenajes 16, 18 de los FETs de salida. Durante el procedimiento de caracterizacion, el amplificador se hace funcionar en todo su rango dinamico de potencia de entrada y, por medio del software y del equipo de ensayo indicados anteriormente, la tension 36 de salida principal del EPC es conducida digitalmente para mantener la etapa excitadora del amplificador de RF y las etapas 16, 18 de salida a la compresion de ganancia requerida, con el fin de mantener una relacion C/I constante.

La forma ejemplar de la Fig. 2 es una configuracion minima. En la practica, la ganancia del amplificador puede cambiar a medida que el suministro de drenaje a la etapa excitadora y a los FETs de salida es ajustada y puede haber efectos de temperatura a los que haya que hacer frente. Por lo tanto, una primera realizacion mostrada en la Fig. 3 ilustra una configuracion de la invencion, de uso practico, en la que el DCS 20 se usa para mantener la ganancia global del amplificador a un nivel constante en el rango dinamico de funcionamiento y de temperatura. Ahora, se suministra una segunda entrada 44 de referencia al DCS 22 desde un detector 60 de temperatura montado en la placa amplificadora, y se usa una segunda salida 32 analogica para controlar un atenuador 34 variable (u otro dispositivo digital o analogico de ganancia/perdida variable) en la cadena de RF. El procedimiento de caracterizacion hace funcionar ahora el amplificador en todo su rango dinamico de potencia de entrada y en el rango de temperatura de funcionamiento. De esta manera, los datos se recopilan, no solo para ajustar la compresion de ganancia con la etapa de excitacion de entrada, sino tambien para anular cualquier variacion no deseada en la compresion de ganancia y en la ganancia absoluta con la temperatura.

Una comparacion entre los rendimientos de un amplificador de clase A/B con polaridad fija, optimizado para un requisito de potencia de salida particular, y el anticipado con la invencion se proporciona en las Figs. 4 y 5. El amplificador emplea una etapa de excitacion con GaAs y FETs de salida e incluye una seccion preamplificadora para aumentar la ganancia. La Fig. 4 ilustra un caso de polarizacion fija en el que las condiciones de polarizacion, en particular el suministro de tension de drenaje, han sido ajustadas y fijadas en este caso para conseguir un rendimiento optimo en un punto de funcionamiento normal (Normal Operating Point, NOP), en este caso, justo por debajo de 12,0 dBW. Se observa que se consigue una eficacia maxima del 31% en una relacion (C/I) de intermodulacion de portadora de tres tonos asociada de 20 dB; siendo este valor un factor de merito tipico para un amplificador de potencia movil. Sin embargo, a medida que el amplificador experimenta “back-off”, la eficiencia se degrada bastante rapidamente; hay una mejora en C/I, pero generalmente esto no es un requisito del sistema. Debido a que este amplificador esta equipado con un DCS configurado para controlar la ganancia general del amplificador en el rango dinamico, se enmascara el hecho de que el amplificador tiene una ganancia comprimida de 2 dB en el NOP.

La Fig. 5 ilustra un rendimiento mejorado del mismo amplificador incorporado en la realizacion de la Figura 3. En este caso, la funcion del DCS 20 es extendida para mantener automaticamente la relacion C/I del amplificador a un nivel de 20 dB en un rango dinamico de potencia de salida justo por encima de 3 dB. El control de la compresion de ganancia para conseguir esto es enmascarado por el DCS que controla tambien la ganancia general del amplificador. Se observara inmediatamente que, aunque la eficiencia maxima no es mayor que para el caso de polarizacion fija, la eficiencia en el “back off” se mejora mucho, siendo mejor que el 30% en el rango de potencia de salida de 10,5 W a 22 W. El rango dinamico en el cual puede conseguirse este rendimiento depende de la linealidad aceptable minima (C/I) requerida, pero esta limitado, en ultima instancia, por los lfmites de tension aceptables para la etapa de excitacion y los FETs de salida.

Cabe senalar que la invencion puede aplicarse igualmente para conseguir una eficiencia constante o incluso una caracterfstica de disipacion constante en un rango dinamico determinado.

La presente invencion puede aplicarse a los FETs que incorporan tecnologfa de banda ancha de nitruro de galio (GaN), y pueden conseguirse rangos dinamicos mucho mas amplios debido al mayor rango de tension de drenaje permitido con estas partes.

La Fig. 6 muestra el rendimiento anticipado de una unica etapa de salida de GaN en la operacion multiportadora y con la invencion aplicada para mantener la relacion C/I constante a 20 dB. En este caso, se mantiene una eficiencia mayor del 45% en un rango dinamico de potencia de salida de casi 4 dB (63 W a 26 W).

La Fig. 7 ilustra el rendimiento anticipado para la misma etapa de salida de GaN en la operacion de portadora unica en la que, en este caso, la compresion de ganancia ha sido controlada a una constante de 2 dB. Se observa que se mantiene una eficiencia mayor del 56% en un rango de potencia de salida de 126 W a 52 W.

La Fig. 8 ilustra una tercera realizacion de la invencion, en la que el DCS 20 se extiende a su capacidad completa cuando se aplica a un amplificador que funciona en una antena de una matriz en fase de transmision de satelite movil. Aquf, se requiere que todos los amplificadores se sigan unos a otros en ganancia y en fase de transmision en un rango de temperatura y mientras se hacen funcionar a diferentes niveles de excitacion de RF. De esta manera, en comparacion con la primera realizacion de la Figura 3, se proporcionan lfneas 24, 28 de control que controlan la fase y la pendiente 26, 30

de ganancia. Ahora, el DCS se usa para conseguir el rendimiento indicado en las Figuras 5 a 7 mientras el amplificador se controla simultaneamente en el rango dinamico y la temperatura requeridos:

• ganancia general

• fase de transmision

5 • amplitud vs. respuesta en frecuencia

En una modificacion de la presente invencion, un enfoque para conseguir el control de la compresion de ganancia y la eficiencia del amplificador es mediante tele-comando. En este caso, el amplificador muestra la compresion de ganancia y la eficiencia requeridas, pero solo en configuraciones de potencia de salida discretas tele-comandadas. En respuesta a la entrada de tele-comando al EPC 10, el EPC10 cambia la tension 36 de suministro de drenaje al amplificador 12 de RF a 10 un valor predeterminado. Podrfan comandarse varios de estos valores. Esto proporcionarfa una forma de control aproximada que puede ser aceptable en algunas circunstancias.

En la practica, la ganancia del amplificador cambiara cuando se cambia la tension de drenaje comandada y es posible que esta deba ser compensada. Ademas, puede necesitarse una compensacion de temperatura de la ganancia. Por lo tanto, idealmente, dicha alternativa de tele-comando puede incluir un DCS 20 que incluye una EEPROM 42 para compensar el 15 cambio de ganancia. Si se requiere que el amplificador muestre una ganancia constante y un rendimiento de fase requeridos de la operacion en matrices en fase, entonces puede usarse un DCS analogo al de la Figura 8, almacenandose una matriz de correccion de datos EEPROM para cada nivel tele-comandado.

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REIVINDICACIONES

1. Un sistema amplificador para alimentar un elemento de una antena, en el que el sistema amplificador comprende un amplificador de potencia de estado solido, SSPA, que incluye:

unos medios (12) amplificadores de RF montados en una placa de circuito, que tiene una ruta de amplificacion de senal que incluye al menos una etapa de salida de potencia;

un detector (60) de temperatura montado en una placa de circuito;

unos medios (10) de fuente de alimentacion para proporcionar un valor variable de tension de CC para alimentar al menos dicha etapa de salida de potencia de dichos medios amplificadores de RF;

unos medios (20) de control para recibir, como una primera entrada de control, una senal de potencia de entrada de dichos medios amplificadores de RF y, como una segunda entrada de control, una senal de temperatura de los medios amplificadores de RF suministrada desde el detector (60) de temperatura,

para proporcionar, en respuesta a las entradas de control primera y segunda, una senal de control de tension a dichos medios de suministro de potencia para determinar el valor de dicha tension de CC; y

en el que dichos medios (20) de control estan dispuestos de manera que el valor de dicha tension de CC a dicha etapa de salida de potencia sea variada para controlar la compresion de ganancia de dichos medios amplificadores de RF para valores variables de dicha senal de potencia de entrada y dicha senal de temperatura para regular al menos una de entre la linealidad del amplificador, la eficacia del amplificador y la disipacion termica de dichos medios amplificadores de RF.
2. Sistema amplificador segun la reivindicacion 1, en el que la linealidad del amplificador se mantiene constante, o dentro de lfmites predeterminados, en un rango deseado.
3. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios (12) amplificadores de RF incluyen una etapa (16) de excitacion, en el que dichos medios (10) de suministro de potencia estan dispuestos para proporcionar dicho valor variable de tension de CC a dicha etapa de excitacion.
4. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de control estan dispuestos para proporcionar senales tele-comandadas a dichos medios (10) de fuente de alimentacion para determinar el valor de dicha tension de CC.
5. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios (12) amplificadores de RF incluyen medios (14) pre-amplificadores que tienen medios (34, 30, 26) para variar al menos una de entre la ganancia del amplificador, la pendiente de ganancia del amplificador y la fase de transmision, y dichos medios (20) de control proporcionan al menos una senal de salida de control para el control de al menos una de entre la ganancia del amplificador, la pendiente de ganancia del amplificador y la fase de transmision.
6. Sistema amplificador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en el que los medios (20) de control incluyen medios (42) de almacenamiento que mantienen una coleccion de palabras de control que definen los valores de dicha senal de control de tension para valores variables de dicha senal de potencia de entrada y dicha senal de temperatura.
7. Sistema amplificador segun la reivindicacion 6, en el que dichos medios (20) de control incluyen medios (40) de circuito para recibir dichas entradas de control de la senal de potencia de entrada y la senal de temperatura y para direccionar, en respuesta a las mismas, dichos medios (42) de almacenamiento para acceder a una de dichas palabras de control, y para proporcionar a dicha senal de control de tension un valor determinado por dicha palabra de control.
8. Sistema amplificador segun la reivindicacion 6 o 7, en el que dichos medios amplificadores de RF incluyen medios (14) pre-amplificadores que tienen medios (34, 30, 26) para variar al menos una de entre la ganancia del amplificador, la pendiente de ganancia del amplificador y la fase de transmision, y dichos medios (20) de control proporcionan al menos una senal de salida de control para el control de al menos una de entre la ganancia del amplificador, la pendiente de ganancia del amplificador y la fase de transmision.
9. Sistema amplificador segun 8, en el que dicha recopilacion de palabras de control define valores de dicha una senal de salida de control para valores variables de dicha senal de potencia de entrada y/o dicha senal de temperatura.
10. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha etapa (18) de salida de potencia incluye al menos un transistor de potencia.
11. Sistema amplificador segun la reivindicacion 10, en el que dicho transistor de potencia comprende un FET.
12. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios (20) de control estan montados en la placa de circuito o formados por separado de los medios (12) amplificadores de RF, y dichos medios (10) de suministro de potencia comprenden un acondicionador electronico de potencia.

5 13. Sistema amplificador segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la antena es un elemento

unico de una antena de multiples elementos.
14. Procedimiento de control de un sistema amplificador para alimentar un elemento de una antena, en el que el sistema amplificador comprende: un amplificador de potencia de estado solido, SSPA, que incluye unos medios (12) amplificadores de RF montados en una placa de circuito, que tiene una ruta de amplificacion de senal que incluye al 10 menos una etapa (18) de salida de potencia y un sensor (60) de temperatura montado en una placa de circuito; unos medios (10) de suministro de potencia para proporcionar una tension de CC para alimentar al menos dicha etapa (18) de salida de potencia de dichos medios amplificadores de RF; en el que el procedimiento comprende:

proporcionar unos medios (20) de control que reciben, como primera entrada de control, una senal de potencia de entrada de dichos medios (12) amplificadores de RF y, como una segunda entrada de control, una senal de 15 temperatura de los medios amplificadores de RF suministrada desde el detector (60) de temperatura, y

variar, en respuesta a dicha senal de potencia de entrada y dicha senal de temperatura, el valor de dicha tension de CC, para controlar la compresion de ganancia de dichos medios amplificadores de RF para variar los valores de dicha potencia y dicha temperatura de entrada con el fin de regular al menos una de entre la linealidad del amplificador, la eficiencia del amplificador y la disipacion termica de los medios amplificadores de RF.

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