FR2737619A1 - Procede et dispositif de linearisation du gain et de la reponse en phase de tubes a ondes progressives et d'amplificateurs a semi-conducteurs, a differents niveaux de puissance - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif de linéarisation du gain et de la réponse en phase de tubes à ondes progressives et d'amplificateurs à semi-conducteurs, à différents niveaux de puissance. On divise le signal sur deux circuits partiels (NL1) identiques non linéaires, à amplification à compression, placés entre deux coupleurs 3 dB. Par le biais d'une caractéristique de réflexion différente de deux portes (KOMP, EXP) adaptée au niveau de signal, on réalise une amplification-compression et une amplification-expansion des signaux partiels (E et K). On rehausse le niveau (E2) du signal partiel (E) expansé au moyen d'un amplificateur linéaire et on recombine le signal (E2) amplifié-expansé et le signal amplifié-compressé au moyen circuit additionneur, pour former le signal de sortie.
Description
l Procédé et dispositif de linéarisation du gain et de la réponse en phase
de tubes à ondes progressives et d'amplificateurs à semi- conducteurs,
à différents niveaux de puissance.
L'invention concerne un procédé de linéarisation du gain et de la réponse en phase de tubes à ondes progressives et d'amplificateurs à semi-conducteurs, à différents niveaux de puissance, le signal étant
divisé sur deux voies puis recombiné pour former un signal de sortie.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Dans les tubes à ondes progressives et les amplificateurs à semrni-
conducteurs le gain et la phase varient lorsque que le niveau du signal d'entrée augmente. Pour compenser cette variation et obtenir un gain et une phase aussi linéaires que possible jusqu'à la puissance maximale de
sortie, on utilise des circuits de correction ou linéariseurs en tant que cir-
cuits de pré-accentuation pour corriger ce comportement.
Beaucoup de linéariseurs ont en commun qu'ils comportent une
voie non-linéaire et au moins une voie supplémentaire linéaire ou non.
Des linéariseurs de ce type sont décrits par exemple dans:
J. Maynard, B. Cogo, M. Pouysegur, "Fully MMIC Ku-Band and C-
Band CAMP/Linearizers for TWTAs", Proceedings of SPACE TWTAs 1994 Workshop ESA WPP-072, Mai 1994,
A.M. Khilla, "Linearization of Power Amplifiers for Satellite Appli-
cation", Proceedings of SPACE TWTAs 1994 Workshop ESA WPP-
072, Mai 1994,
A. Berman et al., "Linearized Microwave Amplifiers", 14th Inter-
national Communications Satellite Systems Conference, Washington DC, AIAA-92-1864-CP et G. Satoh, "Linearizer for High-Power Traveling Wave Tube Amplifier", Electronics and Communications in Japan, Vol 62, oct 1979 (1981)
pages 72 à 80.
D'autres conceptions utilisent un transistor à effet de champ (TEC) dans lequel le signal est amené du contact de source au contact de drain, le comportement non linéaire du TEC étant exploité à des fins de linéarisation. Un circuit de linéarisation de ce type est décrit dans
S.S. Moochalla, A. Katz et al., "An integrated Ku-band Linearizer Driver Ampli-
fier for TWTA's withHigh Gain and Wide Bandwidth", 14th International Communications
Satellite Systems Conference, Washington DC, AIAA-92+1825-CP.
La présente invention a pour objectif un procédé et un dispositif du type indiqué en introduction qui permettent d'obtenir avec des circuits beaucoup moins complexes des variations
de phase et de gain au moins aussi importantes qu'avec les procédés et les dispositifs connus.
Cet objectif est atteint conformément à l'invention par le fait que l'on divise le
signal sur deux circuits partiels identiques non linéaires, à amplification à compression, pla-
cés entre deux coupleurs 3 dB, que parle biais d'une caractéristique de réflexion différente de deux portes, adaptée au niveau de signal, on réalise une amplification-compression et une amplification-expansion des signaux partiels, que l'on rehausse le niveau du signal partiel
expansé au moyen d'un amplificateur linéaire et que l'on recombine le signal amplifié-
expansé et le signal amplifié-compessé au d'un moyen circuit additionneur, pour former le
signal de sortie.
Conformément à l'invention, le dispositif comporte deux circuits partiels identi-
ques non linéaires, à amplification à compression, placés entre deux coupleurs 3 dB et par le fait qu'il est prévu un amplificateur linéaire pour rehausser le niveau d'un signal partie et un circuit additionneur pour recombiner en un signal de sortie le signal partiel amplifié avec
l'autre signal.
Des détails et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui
va suivre de l'invention et de l'état de la technique, faite en se référant aux dessins. Les dessins représentent: figure 1, de manière schématique la structure d'un linéariseur conforme à l'invention, figures 2a - c, trois exemples de réalisation correspondant à l'état de la technique.
En premier lieu, l'état de la technique sera étudié en faisant référence à la figure 2.
La figure 2a représente un linéariseur à deux voies, l'une non linéaire et l'autre
linéaire. Le signal Pin = P(t)/P0 est divisé et transmis sur les deux voies au moyen de cir-
cuits de couplage présentantun facteurde couplage "a" défini;0 < P(t) < P0. On modifie la valeur et la phase de l'un des signaux partiels Pin/a dans la voie non linéaire NL, au
moyen de composants non linéaires,tels que par exemple des déphaseurs, des amplifica-
teurs fonctionnant au voisinage de la saturation, des circuits de diodes ou similaires, de manière à obtenir le signal b(Pin) * Pin / a. "b(Pin)" représente une fonction non linéaire dépendante de la puissance d'entrée. Dans la voie linéaire Lin, on transforme le deuxième signal partiel Pin / (1 - a) en un signal c * Pin / (1 - a) au moyen de composants linéaires tels que par exemple des circuits de réglage de phase, des amplificateurs, des atténuateurs ou similaires. "c" représente une constante. On combine ensuite les deux signaux au
moyen de circuits de couplage pour obtenir le signal de sortie Pout souhaité.
La figure 2b montre également un linéariseur connu avec deux voies non
linéaires. Les composants linéaire Lin sont remplacés ici par des composants non linéai-
res NL2qui amplifientle signal Pin / (1 - a) pourproduirelesignal c(Pin) * Pin / (1 - a).
"C(Pin)" est également une fonction non linéaire dépendante de la puissance spécifique.
L'avantage de deux voies non linéaires réside dans le fait que les variations de gain et de phase sont sensiblement plus élevées qu'avec la variante selon la figure 2a. Toutefois, cet avantage est acquis au prix de circuits plus complexe. En outre, le travail d'équilibrage augmente considérablement, étant donné deux parties de circuits NL et NL2 différentes doivent être accordées l'une avec l'autre avec précision. Ces éléments non linéaires ont en effet fréquemment des coefficients de réflexion différents sur une plage de fréquences étendue. Ces coefficients de réflexion exercent une rétroaction sur l'entrée et limitent la
largeur de bande.
D'autres conceptions de circuits de linéarisation utilisent conformément à la figure 2c un transistor à effet de champ (TEC) dans lequel le signal est amené du contact de source au contact de drain, le comportement non linéaire du TEC étant exploité à des fins de linéarisation. Le transistor à effet de champ est adapté dans la
plage de fréquences souhaitée à l'aide des circuits d'entrée et de sortie.
La figure 1 représente l'objet de l'invention. Le signal d'entrée Pin = P(t) / P0 arrive à un circuit non linéaire équilibré. Ce circuit se compose de deux circuits partiels non linéaires identiques, avec des diodes ou des transistors qui
sont placés entre deux coupleurs 3dB. Ces circuits partiels se comportent en amplifi-
cateur à compression. Lorsque le niveau du signal d'entrée est faible, le circuitéquili-
bré de compression laisse la majeure partie de la puissance parvenir à la porte "KOMP", sous forme de signal K = b(Pin) * Pin, tandis qu'une petite partie est réfléchie et arrive à la porte "EXP". En présence de signaux d'entrée de niveau plus élevé, une part importante est réfléchie en direction de "EXP" et une faible
part passe par KOMP".
Ainsi le signal partiel K à la porte "KOMP" présente un compor-
tement de signal amplifié-compressé et le signal partiel E à la porte "EXP"
un comportement de signal amplifié-expansé. Les deux signaux ne présen-
tent pas de variation de phase sur la dynamique. Le niveau du signal partiel non linéaire E = (1 - b (Pin)) * Pin est rehaussé à la valeur E2 = c * E = c * (1 - b (Pin)) * Pin au moyen d'un amplificateur linéaire qui peut être réalisé par exemple sous la forme d'un
étage discret à transistors à effet de champ ou d'un circuit intégré mono-
lithique (MMIC). Les deux signaux partiels non linéaires K et E2 sont combinés dans un circuit additionneur, par exemple dans un coupleur,
pour former le signal de sortie Pout Le signal de sortie présente un compor-
tement de signal amplifié-expansé avec au choix une variation de phase positive ou négative. La pente des variations de gain et de phase peut être
réglée en agissant sur l'amplification de l'amplificateur linéaire Lin.
L'avantage par rapport aux solutions connues réside en ce qu'avec la faible dépense en circuits d'un circuit à compression équilibré, on produit deux signaux partiels K et E non linéaires. On peut ainsi obtenir des variations de gain et de phase aussi importantes qu'avec les solutions
connues, mais avec une dépense en circuits considérablement réduite.
En outre, la solution selon l'invention assure une bonne
correctionjusqu'à des largeurs de bande de 1 à 2 octaves. Ainsi des ampli-
ficateurs TOP (amplificateurs à tubes à ondes progressives) et des ampli-
ficateurs à semi-conducteurs avec des largeurs de bande de 30% et plus
peuvent être corrigés à l'aide d'un seul élément de linéarisation. La struc-
ture est de type planaire, donc facilement réalisable. Aucun équilibrage des voies à expansion et à compression n'est nécessaire par rapport au point d'origine commun du comportement non linéaire. Un décalage du point d'origine vers des niveaux plus élevés peut être obtenu par un réglage par courant continu du point de travail de l'élément non linéaire (transistor, diode). Le point d'origine commun est garanti sut l'ensemble de la plage de température. Le nombre réduit de composants permet une fabrication à faible coût. La conception n'est pas limitée à des bandes de
fréquences particulières et peut être appliquée à d'autres type de correc-
tion de gain et de phase, c'est-à-dire pas seulement à des amplificateurs
TOP et à des amplificateurs à ondes progressives.
Conformément à un autre mode de réalisation, les éléments de circuit non linéaires NL1 présentent un comportement d'amplification à expansion. Le signal partiel E transmis a une caractéristique d'expansion; le signal partiel réfléchi K présente un comportement de signal amplifié- compressé. Dans ce cas également, les signaux E et K sont combinés de la
manière décrite pour former le signal de sortie.
Claims (2)
1. Procédé de linéarisation du gain et de la réponse en phase de
tubes à ondes progressives et d'amplificateurs à semi-conducteurs, à dif-
férents niveaux de puissance, le signal étant divisé sur deux voies puis recombiné pour former un signal de sortie, caractérisé par le fait que l'on divise le signal sur deux circuits partiels identiques non linéaires, à amplification à compression, placés entre deux coupleurs 3 dB, par le fait que par le biais d'une caractéristique de réflexion différente de deux portes (KOMP, EXP), adaptée au niveau de signal, on réalise une amplification-compression et une amplification-expansion des signaux partiels (E et K), par le fait que l'on rehausse le niveau (E2) du signal partiel (E) expansé au moyen d'un amplificateur linéaire et par le fait que l'on recombine le signal (E2) amplifié-expansé et le signal amplifié-compessé au moyen circuit additionneur, pour former le signal
de sortie.
2.Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendi-
cation 1, caractérisé par le fait qu'il comporte deux circuits partiels identi-
ques non linéaires, à amplification à compression, placés entre deux cou-
pleurs 3 dB et par le fait qu'il est prévu un amplificateur linéaire pour rehausser le niveau d'un signal partiel (E) et un circuit additionneur pour recombiner en un signal de sortie le signal partiel (E2) amplifié avec
l'autre signal (K).
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