FR2690021A1 - Amplificateur hyperfréquence comportant une boucle de régulation à très grande dynamique. - Google Patents

Abstract

Amplificateur hyperfréquence dont la puissance de sortie (Ps) est ajustée et régulée au moyen d'une boucle de régulation (3) à carte électronique de régulation (8) commandée d'une part extérieurement par une tension de référence (Vr), et d'autre part par la tension détectée (Vd) obtenue en sortie d'un détecteur hyperfréquence (5) prévu à l'entrée de cette boucle. Cette carte fournit en conséquence des signaux de commande à un élément (2) de réglage de la valeur de la puissance de sortie (Ps). Un atténuateur variable (10) est prévu entre le coupleur (4) et la diode détectrice (5). Sous commande d'une logique (11), elle-même commandée par le signal Burst (13), il comprime la gamme de variation de la puissance de sortie (Ps) pour la ramener à celle de la diode (5). C'est également le signal Burst (13) qui forme la référence (Vr) du régulateur (8).

Description

AMPLIFICATEUR HYPERFREQUENCE COMPORTANT UNE BOUCLE
DE REGULATION A TRES GRANDE DYNAMIQUE
La présente invention se rapporte à un amplificateur hyperfréquence à niveau de sortie régulé, cet amplificateur régulé étant apte à fonctionner avec une très grande dynamique de puissance de sortie, de l'ordre de 70 dB par exemple.

La figure 1 jointe rappelle le schéma, très classique, d'un amplificateur hyperfréquence à niveau de sortie régulé d'un modèle courant.

En amont de 1 'amplificateur hyperfréquence 1, qui est par exemple un amplificateur à trois étages ou plus, est prévu un atténuateur variable 2 qui est un des éléments d'une boucle de régulation 3. Il s 'agit par exemple d'un atténuateur commandé à diodes "PIN".

Une fraction du signal de sortie de cet amplificateur 1 est prélevée par un coupleur hyperfréquence 4, par exemple un classique coupleur 15 dB. Cette fraction de signal est détectée par une diode hyperfréquence 5, polarisée ou non par une tension continue Vp. La tension ainsi détectée Vd est appliquée sur une première entrée 6 d'une carte électronique de régulation, ou régulateur, 8 qui reçoit, sur sa seconde entrée 7, une tension de référence Vr qui règle la valeur de la puissance de sortie Ps de l'ensemble. Le régulateur 8 fournit sur sa sortie 9 un signal de commande de réglage de 1 'atténuation de 1' atténuateur 2, signal déterminé par ce régulateur 8 de manière à asservir la puissance de sortie Ps à la valeur fixée de 1' extérieur par ajustement de la tension de référence Vr.

A noter que pour certaines applications, 1' atténuateur 2 peut ne pas exister et, dans ce cas, le régulateur 8 agit sur les polarisations des différents étages de 1 'amplificateur 1 afin de faire varier son gain en conséquence.

La dynamique d ' un amplificateur régulé de ce type est limitée à celle de la diode détectrice 5, et ne peut donc dépasser 30 à 40 dB au maximum, ce qui est insuffisant pour certaines utilisations, tel que le futur P. C. N. ("Personnal Communication Network") par exemple, qui exigent une dynamique de puissance de sortie qui peut être de 70 dB.Rappelons que le P.C.N. est un système de communications téléphoniques comprenant des bornes réparties sur le territoire national, chaque utilisateur abonné étant muni d ' un appareil téléphonique portatif émettant en Radiofréquence vers la borne la plus proche : la puissance d'émission Ps de cet appareil individuel doit pouvoir varier, dans une gamme de 60 à 70 dB environ, entre celle correspondant à une distance négligeable entre l'utilisateur et la borne (puissance d'émission Ps minimale) et celle correspondant à la plus grande distance fonctionnellement possible entre cet utilisateur et cette borne (puissance d'mission
Ps maximale).

Cette variation de 60 à 70 dB environ de la puissance de sortie Ps de 1 ' amplificateur hyperfréquence utilisé doit bien entendu pouvoir être effectuée en un temps suffisamment court (inférieur à environ 30 microsecondes par exemple) pour rester compatible avec les exigences d' une communication téléphonique normale. La boucle de régulation 3 doit alors être très rapide tout en étant capable d'assurer une dynamique de 70 dB.

Pour réaliser ces performances, il est connu actuellement d' effectuer la régulation en Fréquence Intermédiaire. Il n' y a alors pas de détection en hyperfréquence, mais une transposition en Fréquence Intermédiaire, utilisant classiquement un Oscillateur local, un mélangeur, et un filtre F.I., est prévue directement en sortie du coupleur 4 de la figure 1. La carte 8 est alors remplacée par un régulateur fonctionnant en Fréquence Intermédiaire sous commande d'une tension de référence extérieure comme précedemment (voir la tension Vr de la boucle de régulation hyperfréquence selon figure 1).

La réalisation d'une dynamique de 70 dB ne pose pas de problèmes en Fréquence Intermédiaire. En revanche, un tel dispositif a l ' inconvénient de necessiter un Oscillateur Local qui est susceptible de dériver en température, consommateur d'énergie, et de surcroit d 'encombrement non négligeable.

A noter qu'un autre inconvénient de la boucle hyperfréquence 3 (figure 1) de l'art connu reside dans la non linéarité de la courbe de détection de la diode 5 en fonction de la puissance (Ps-15dB) qui lui est appliquée. Cette non-linéarité doit être compensée par 1 'utilisation, dans la carte de régulation 8, d'un ou plusieurs amplificateurs logarithmiques, ce qui vient en particulier pénaliser le temps de réponse de la boucle 3 aux variations de puissance susceptibles d'être imposées par la tension de référence Vr.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un amplificateur hyperfréquence dont la puissance de sortie Ps est ajustée et régulée au moyen d'une boucle de régulation à carte électronique de régulation commandite extérieurement par une tension de référence Vr et par la tension détectée Vd obtenue en sortie d'un détecteur hyperfréquence prévu à 1' entrée de cette boucle, cette carte fournissant des signaux de commande à un élément de réglage de la valeur de la puissance de sortie Ps, ce dispositif d ' amplification se caractérisant en ce que, afin d 'obtenir une grande dynamique de variation de cette puissance de sortie Ps sans passer par une transposition en
Fréquence Intermédiaire - il est prévu, à l'entrée de cette boucle de régulation et en
amont dudit détecteur hyperfréquence, un atténuateur
hyperfréquence variable commande par un dispositif logique qui,
en fonction du signal analogique de commande qui lui est
appliqué (signal d ' enveloppe des données, ou "signal Burst"),
fait varier 1' atténuation;
cet atténuateur étant tel que la puissance appliquee au détecteur
hyperfréquence, qui reste toujours comprise dans la gamme de
variation de la tension de sortie de ce détecteur;; - la tension de référence Vr qui est appliquée à la carte
électronique de régulation est constituée par ce même signal
analogique d1 enveloppe des données, ou "signal Burst", cette
carte électronique fournissant alors, de manière classique et en
réponse à ces deux tensions, Vr et Vd, des signaux de
commande qui sont aptes à faire varier la puissance de sortie
Ps sur une dynamique notablement supérieure à la dynamique
propre du détecteur hyperfréquence.

Avantageusement par ailleurs, les signaux de commande fournis à cet atténuateur sont traités par le dispositif logique de manière à ce que la réponse du détecteur soit linéaire (sans qu'il soit donc nécessaire d'équiper cette carte de dispositifs de correction de linéarité tels que des amplificateurs logarithmiques).

L ' invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caracteristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1, déjà décrite précédemment, est un schéma synoptique
d ' un amplificateur hyperfréquence à boucle de régulation selon
l'art connu;
Figure 2 est un schéma synoptique d'un amplificateur
hyperfréquence à boucle de régulation conforme à 1 'invention.

Sur la figure 2, les éléments homologues de ceux de la figure 1 ont été, pour plus de clarté, désignes par les mêmes chiffres de référence, même s'ils ne sont pas toujours absolument identiques.

Pour un amplificateur 1 identique pour les figures 1 et 2, le coupleur 4 est préférentiellement choisi pour engendrer un couplage plus serré, et la diode hyperfréquence détectrice 5 est une diode préférentiellement très sensible et apte à fonctionner pour une gamme de puissances appliquees plutot faibles (par exemple allant de -30 dBm à -5 dBm ), de telles diodes sensibles et de faible puissance de travail étant aisément disponibles dans le commerce.

Il est désiré que la dynamique de l'amplificateur, c ' est à dire somme-toute la dynamique de 1' atténuateur 2, soit de 65 dB, et qu'en conséquence la puissance de sortie Ps puisse varier entre, par exemple et pour fixer les idées, -20 dBm et +45 dBm.

Ceci ne serait bien sûr pas possible avec le circuit de 1' art anterieur (figure 1), puisqu' aucune diode de détection hyperfréquence ne peut fonctionner correctement dans une dynamique de 65 dB.

Pour résoudre cette difficulte, l'invention prévoit d'interposer entre le coupleur 4 et la diode détectrice 5, un atténuateur variable commande par un organe logique 11 de manière à "comprimer" non linéairement la gamme de variation de la puissance, égale à par exemple : Ps-10 dB, prélevée par le coupleur 4 pour ramener cette gamme à celle acceptée par la diode 5.

En suivant toujours le même exemple numérique, et toujours compte-tenu de l'atténuation de 10 dB due au coupleur 4, la puissance appliquée à 1' atténuateur 10 varie entre -30 dBm et +35 dBm. La dynamique de l'atténuateur 10 est de par exemple 40 dB.

En conséquence, l'organe logique 11 va commander 1' atténuateur 10 pour que la puissance en sortie de celui-ci varie concurremment entre -30 dBm et -5 dB, ce qui correspond à la dynamique de fonctionnement du détecteur sensible 5.

Par exemple, le point à +35 dBm en sortie du coupleur 4 va être "compresse" au maximum pour valoir -5 dBm à l'entrée de la diode 5, le point à O dBm va devenir -15 dBm, et celui à -30 dBm ne va pas être atténué, pour donc rester à -30 dBm.

De manière encore plus avantageuse, quoique non obligatoire en principe, le dispositif 11 va commander cette gamme non-linéaire d' atténuation par 1' atténuateur 10 de manière à obtenir, sur la sortie 9 de la carte électronique de régulation 8, une tension de commande qui varie lineairement : on évite ainsi, sans aucun frais supplémentaire et par simple programmation du dispositif 11, d ' avoir à utiliser des organes analogiques de linéarisation, tels que des amplificateurs logarithmiques.

La commande 12 de l'organe logique 11 est fournie par le signal "Burst" 13 lui-même. Rappelons que le signal dit "Burst" est constitué par l'enveloppe du signal de données : il s 'agit comme représenté Figure 2 d'un créneau dont le palier supérieur contient les bits d'information, et dont l'amplitude, qui est donc variable avec la distance d'émission du signal hyperfréquence, peut varier dans une gamme pouvant atteindre 6à à 70 dB.

Afin d' asservir 1' amplificateur 1 au niveau du signal
Burst 13, c'est également ce signal Burst qui est appliqué, au point 7 précité, à la carte de régulation 8, et qui constitue donc la tension de référence Vr.

Comme on le voit ici plus en détails, ce signal de référence est appliqué sur une première entrée 14 d'un comparateur de tensions 16 qui reçoit, sur son autre entrée 15, le signal détecté Vd, mis à niveau par un amplificateur 17. Le signal de comparaison 18 est appliqué, via un autre amplificateur de mise à niveau 19, sur 1' entrée de commande 9 de 1' atténuateur 2, selon une dynamique qui correspond à celle du Burst 13, et qui est donc ici de 65 dB.

Comme il va de soi, l'invention n' est pas limitée à 1 'exemple de réalisation qui vient d' être décrit. C ' est ainsi par exemple que, de manière en soi très classique, 1 'atténuateur 2 pourrait être absent, le réglage de la puissance de sortie Ps se faisant alors par variation, toujours sous commande de la carte 8 qui comporterait en sortie du comparateur 16 un circuit électronique élaboré en conséquence, des tensions de polarisation des différents etages de 1' amplificateur hyperfréquence 1 proprement dit.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1-Amplificateur hyperfrequence dont la puissance de sortie (Ps) est ajustée et régulée au moyen d'une boucle de régulation (3) à carte électronique de régulation (8) commandée d'une part extérieurement par une tension de référence (Vr), et d'autre part par la tension détectée (Vd) obtenue en sortie d'un détecteur hyperfréquence (5), cette carte fournissant des signaux de commande à un élément (2) de réglage de la valeur de la puissance de sortie (Ps), caractérisé en ce que, afin d'obtenir une grande dynamique de variation de cette puissance de sortie (Ps) sans passer par une transposition en Fréquence Intermédiaire - il est prévu, à l'entrée de cette boucle de régulation (3) et en

amont dudit détecteur hyperfréquence (5), un atténuateur

hyperfrêquence variable (10) commandé par un dispositif logique

(11) qui, en fonction du signal analogique de commande,

constitué par le signal d'enveloppe des données, ou "signal

Burst" (13), qui lui est appliqué, fait varier l'atténuation,

cet attenuateur (10) étant tel que la puissance appliquée au

détecteur hyperfréquence (5) reste toujours comprise dans la

gamme de variation de la tension de sortie de ce détecteur;; - la tension de référence (Vr) qui est appliquée à la carte

électronique de régulation (8) est constitué par ce même signal

analogique d'enveloppe des données, ou "signal Burst" (13),

cette carte électronique (8) fournissant alors, de manière

classique et en réponse à ces deux tensions, Vr et Vd, des

signaux de commande qui sont aptes à faire varier la puissance

de sortie (Ps) sur une dynamique notablement supérieure à la

dynamique propre du détecteur hyperfréquence (5).

2- Amplificateur hyperfréquence régulé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de commande fournis par ce dispositif logique (11) à cet atténuateur (10) sont traités par ce dispositif logique de manière à ce que la réponse de cette carte électronique de régulation (8) soit finalement linéaire, sans qu'il soit donc nécessaire d'équiper cette carte de dispositifs de correction de linéarité tels que des amplificateurs logarithmiques.

3- Amplificateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit détecteur (5) est constitué par une diode détectrice très sensible et fonctionnant à de faibles puissances.

4- Amplificateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la boucle de régulation (3) est couplée au signal de sortie (Ps) par un coupleur hyperfréquence (4) à couplage serré.