FR2742012A1 - RF amplifier with output power regulation - Google Patents
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Abstract
Description
AMPLIPICATEUR RADIOFREQUENCE A PUISSANCE DE SORTIE REGULEE
La présente invention concerne les amplificateurs radiofréquences, c'est-à-dire fonctionnant à une fréquence dépassant 100 kHz ; elle trouve une application particulièrement importante dans le domaine des amplificateurs susceptibles de fonctionner entre 2 et 30 MHz et destinés à amplifier une porteuse modulée selon l'une quelconque des modulations classiques en radio-fréquence, notamment les modulations d'amplitude, modulations de fréquence, en bande latérale unique, en bande latérale résiduelle, en évasion de fréquence.RADIOFREQUENCY AMPLIPICATOR WITH REGULATED OUTPUT POWER
The present invention relates to radiofrequency amplifiers, that is to say amplifiers operating at a frequency exceeding 100 kHz; it finds a particularly important application in the field of amplifiers capable of operating between 2 and 30 MHz and intended to amplify a carrier modulated according to any one of the conventional radio-frequency modulations, in particular amplitude modulations, frequency modulations, in single sideband, in residual sideband, in frequency breakout.
L'invention concerne plus particulièrement les amplificateurs à radiofréquence dont la puissance de sortie est régulée pour assurer un gain constant et de façon que l'amplificateur soit sensiblement linéaire, du type comportant
un étage amplificateur précédé d'un atténuateur d'entrée de gain ajustable par un signal électrique de commande, un coupleur directionnel fournissant un premier signal, qui est représentatif de la puissance de sortie de l'étage amplificateur, et un second signal, qui est représentatif de la puissance réfléchie par la charge alimentée par l'amplificateur, et
un circuit d'asservissement recevant le premier et le second signal et fournissant le signal électrique de commande pour donner audit atténuateur un gain tel que ledit étage amplificateur fonctionne à gain sensiblement constant avec une caractéristique sensiblement linéaire.The invention relates more particularly to radiofrequency amplifiers, the output power of which is regulated to ensure a constant gain and so that the amplifier is substantially linear, of the type comprising
an amplifier stage preceded by an input attenuator of gain adjustable by an electrical control signal, a directional coupler providing a first signal, which is representative of the output power of the amplifier stage, and a second signal, which is representative of the power reflected by the load supplied by the amplifier, and
a servo circuit receiving the first and the second signal and supplying the electrical control signal to give said attenuator a gain such that said amplifier stage operates at a substantially constant gain with a substantially linear characteristic.
Un amplificateur radiofréquences est décrit dans le document FR-A-2376556. I1 comporte un asservissement qui est adapté à la modulation de fréquence (c'est-à-dire à enveloppe constante) et fournit une régulation de puissance et non pas de gain puisque le signal d'entrée n'est pas pris en compte. I1 sera surtout question, dans ce qui suit, d'un amplificateur ayant une constitution générale du genre décrit dans ce document, auquel on pourra se reporter. A radiofrequency amplifier is described in document FR-A-2376556. It comprises a servo-control which is adapted to the frequency modulation (that is to say with a constant envelope) and provides power regulation and not gain since the input signal is not taken into account. I1 will be especially question, in what follows, of an amplifier having a general constitution of the kind described in this document, to which one will be able to refer.
De nombreuses applications exigent des amplificateurs radiofréquence dont la caractéristique de réponse reste linéaire jusqu'à une puissance déterminée (qui peut dail- leurs varier suivant la valeur de paramètres externes ajustables), présentant une bande passante large pour s'adapter à de nombreux types de modulation, et pouvant être réalisés de façon à prendre en compte la présence d'émissions radioélectriques à proximité. Many applications require radiofrequency amplifiers whose response characteristic remains linear up to a determined power (which can moreover vary according to the value of adjustable external parameters), presenting a wide bandwidth to adapt to many types of. modulation, and can be carried out so as to take into account the presence of radioelectric transmissions in the vicinity.
L'invention vise à fournir un amplificateur du type cidessus défini répondant à ces conditions. The invention aims to provide an amplifier of the type defined above meeting these conditions.
Dans ce but, l'invention propose un amplificateur de type ci-dessus défini, caractérisé en ce que ledit circuit d'asservissement comprend deux atténuateurs imposant aux premier et au second signaux des atténuations respectives et et ar, avant sommation des signaux atténués et soustrac- tion, à la somme, d'une valeur représentative du signal d'entrée pour constituer le signal électrique de commande de l'atténuateur d'entrée. For this purpose, the invention proposes an amplifier of the type defined above, characterized in that said servo circuit comprises two attenuators imposing on the first and second signals respective attenuations and and ar, before summation of the attenuated signals and subtrac - tion, to the sum, of a value representative of the input signal to constitute the electrical signal for controlling the input attenuator.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
la figure 1 est un schéma synoptique d'un amplificateur suivant l'invention ;
la figure 2 est une courbe représentative d'une caractéristique de réponse éventuellement réalisable pour un composant de l'amplificateur ; et
la figure 3 montre une constitution possible de llinté- figure 1.The above characteristics and others will appear better on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
FIG. 1 is a block diagram of an amplifier according to the invention;
FIG. 2 is a curve representative of a response characteristic which may be possible for a component of the amplifier; and
FIG. 3 shows a possible constitution of the interior; FIG. 1.
L'amplificateur montré en figure 1 comprend un étage amplificateur 10 ayant une réponse linéaire jusqu'à une puissance de sortie déterminée, qui dépend de paramètres extérieurs, tels que la température, et/ou l'importance de la puissance réfléchie par une charge alimentée par lampli- ficateur. The amplifier shown in figure 1 comprises an amplifier stage 10 having a linear response up to a determined output power, which depends on external parameters, such as temperature, and / or the magnitude of the power reflected by a supplied load. by the amplifier.
Le signal radiofréquence modulé e(t) d'entrée de l'amplificateur de puissance Pe, est appliqué à l'étage amplificateur 10 par l'intermédiaire d'un atténuateur 12. Un détecteur d'entrée 14 reçoit le signal d'entrée et fournit en sortie un signal v e (t) représentatif de l'enveloppe du signal e(t). The modulated radiofrequency signal e (t) from the input of the power amplifier Pe is applied to the amplifier stage 10 via an attenuator 12. An input detector 14 receives the input signal and outputs a signal ve (t) representative of the envelope of the signal e (t).
Le signal s(t) à la sortie 16 de l'étage amplificateur 10 comprend un signal sortant, de puissance Pi, appliqué à la charge alimentée, et un signal, de puissance Pr, réfléchi par la charge. The signal s (t) at the output 16 of the amplifier stage 10 comprises an outgoing signal, of power Pi, applied to the supplied load, and a signal, of power Pr, reflected by the load.
Un bloc constitué d'un coupleur directif 18, interposé entre l'étage amplificateur 10 et la sortie, et de détecteurs d'enveloppe, fournit, sur des sorties respectives 19 et 21, un signal v1 (t) représentatif de l'enveloppe du signal sortant et un signal v r (t) représentatif de l'enveloppe du signal réfléchi. A block consisting of a directional coupler 18, interposed between the amplifier stage 10 and the output, and envelope detectors, provides, on respective outputs 19 and 21, a signal v1 (t) representative of the envelope of the outgoing signal and a signal vr (t) representative of the envelope of the reflected signal.
Dans le mode de réalisation montré en figure 1, qui permet de tenir compte de la présence éventuelle d'émetteurs à proximité, des moyens sont prévus pour apporter, aux signaux vi(t) et v r (t) une correction permettant d'écarter la contribution de ces émetteurs. Le mode de fonctionnement de ce circuit, qu'on qualifiera par la suite de discriminateur de co-localisation, sera décrit plus loin. In the embodiment shown in FIG. 1, which makes it possible to take into account the possible presence of transmitters in the vicinity, means are provided for providing the signals vi (t) and vr (t) with a correction making it possible to remove the contribution of these issuers. The mode of operation of this circuit, which will be referred to below as a co-location discriminator, will be described below.
Les signaux corriges vi et vr provenant du discriminateur (ou, dans d'autres cas, les signaux vi et vreuxmêmes) sont appliqués à des circuits permettant respectivement d'asservir les signaux-enveloppes vi et vr, éventuellement corrigés en fonction de v e (t) et/ou d'autres paramètres, et cela quel que soit le type de modulation du signal entrant e(t). The corrected signals vi and vr coming from the discriminator (or, in other cases, the signals vi and vreux themselves) are applied to circuits allowing respectively slaving the envelope signals vi and vr, possibly corrected as a function of ve (t ) and / or other parameters, regardless of the type of modulation of the incoming signal e (t).
Ces circuits comprennent des amplificateurs 24 et 26 ayant des gains respectifs ai et Qr ajustables par une unité de commande 28, en fonction de paramètres qui comprennent notamment les tensions ve, vi et v r et des paramètres susceptibles d'influer sur le domaine de linéarité de l'étage amplificateur 10, par exemple la température. These circuits include amplifiers 24 and 26 having respective gains ai and Qr adjustable by a control unit 28, as a function of parameters which include in particular the voltages ve, vi and vr and parameters liable to influence the linearity domain of the amplifier stage 10, for example the temperature.
Le gain ai sera généralement géré de façon à maintenir la puissance à la sortie de l'amplificateur à un niveau déterminé, susceptible d'être modifié en fonction de paramètres extérieurs tels que la température. The gain a1 will generally be managed so as to maintain the power at the output of the amplifier at a determined level, liable to be modified as a function of external parameters such as temperature.
C'est αi qui aura un rôle déterminant dans l'asservissement lorsque la charge est bien adaptée à l'amplificateur et donc lorsque Pr est faible. Ce coefficient αi fixe en effet la valeur de consigne dans la boucle d'asservissement de l'amplificateur. Le gain sera géré pour optimiser la puissance présente en sortie 16 de l'amplificateur. I1 prendra une valeur d'autant plus élevée que la charge est désadaptée. Le coefficient r pondère l'influence de la puissance réfléchie Pr, en particulier lors d'une optimisation de Pr en fonction des conditions d'exploitation, comme dans le document FR-A-2 376 556 déjà mentionné. It is α i which will have a determining role in the control when the load is well suited to the amplifier and therefore when Pr is low. This coefficient α i in fact fixes the reference value in the servo-control loop of the amplifier. The gain will be managed to optimize the power present at output 16 of the amplifier. I1 will take a value all the higher as the load is mismatched. The coefficient r weights the influence of the reflected power Pr, in particular during an optimization of Pr as a function of the operating conditions, as in the document FR-A-2 376 556 already mentioned.
Les signaux qui sortent des amplificateurs 24 et 26 sont appliqués à un sommateur 30. En sortie du sommateur, la tension vir est Vir = af . Of(t). #i (t) + ar- r ( t)
Ce signal est appliqué à un soustracteur 32 de comparaison avec v e (t) . Et la sortie, de valeur
a.ss( t) + ar- r(t) - v. (t) est appliquée à un intégrateur 34 qui attaque l'entrée de commande 36 de l'atténuateur à gain variable 12.The signals which output from amplifiers 24 and 26 are applied to an adder 30. At the output of the adder, the voltage vir is Vir = af. Of (t). #i (t) + ar- r (t)
This signal is applied to a comparison subtracter 32 with ve (t). And the exit, of value
a.ss (t) + ar- r (t) - v. (t) is applied to an integrator 34 which drives the control input 36 of the variable gain attenuator 12.
Du fait de la présence de l'intégrateur 34, lasservis- sement des signaux de sortie vi et v r est du type proportionnel-intégral, la valeur de consigne étant l'enveloppe ve (t). Due to the presence of the integrator 34, the servo-control of the output signals vi and v r is of the proportional-integral type, the setpoint being the envelope ve (t).
Le signal de sortie de l'intégrateur 34 est en effet de la forme
(i/t.p) (al. 21 (P) + ar- r(P) - v(p))
Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, la constante de temps T est ajustable, par exemple par commutation entre deux valeurs T1 et #2, en réponse à des conditions extérieures qui peuvent être celles qui seront décrites plus loin.The output signal of the integrator 34 is in fact of the form
(i / tp) (al. 21 (P) + ar- r (P) - v (p))
In an advantageous embodiment of the invention, the time constant T is adjustable, for example by switching between two values T1 and # 2, in response to external conditions which may be those which will be described later.
En général, le rapport entre les valeurs de Tî et T2 sera élevé, d'au moins 20/1 et plus fréquemment d'environ 50/1. In general, the ratio between the values of Ti and T2 will be high, at least 20/1 and more frequently about 50/1.
La commutation de #1 (régulation rapide) à T2 (régulation lente) peut notamment être commandée par mise en courtcircuit d'une résistance d'entrée d'un amplificateur opérationnel intégrateur. La figure 3 montre un tel montage. Switching from # 1 (fast regulation) to T2 (slow regulation) can in particular be controlled by short-circuiting an input resistor of an integrating operational amplifier. Figure 3 shows such an assembly.
La commutation vers une régulation lente s'effectue sans perturbation importante, le courant qui traverse les résistances étant très faible en régime établi. L'emploi dune constante de temps longue s2 permet d'éviter une modulation parasite de l'atténuateur 12 une fois le régime permanent atteint.Switching to slow regulation takes place without significant disturbance, the current flowing through the resistors being very low in steady state. The use of a long time constant s2 makes it possible to avoid parasitic modulation of the attenuator 12 once the steady state has been reached.
L'intégrateur peut être constitué par une chaîne de deux résistances 38 et 40 placées en série sur une des entrées de l'amplificateur. Un interrupteur 42 monté en dérivation sur la résistance 40 est commandé par un circuit qui reçoit, en entrée, un top de synchronisation provenant d'un discriminateur 46 d'apparition d'un signal d'entrée e(t) utile, discriminateur qui compare e ve(t) à un seuil. Ce circuit 44 peut comporter une ligne à retard #t. La valeur de #t est choisie en fonction du temps de montée choisi pour le signal de sortie. bt peut être d'autant plus court qu'on admet une montée plus lente du signal de sortie.Dans le cas particulier d'une modulation classique à évasion de fréquence, avec une porteuse comprise entre 2 et 30 MHz, le temps dt ne dépassera généralement pas 1 msec. The integrator can be constituted by a chain of two resistors 38 and 40 placed in series on one of the inputs of the amplifier. A switch 42 mounted as a shunt on resistor 40 is controlled by a circuit which receives, at its input, a synchronization pulse coming from a discriminator 46 for the appearance of a useful input signal e (t), discriminator which compares e ve (t) to a threshold. This circuit 44 may include a delay line #t. The value of #t is chosen according to the rise time chosen for the output signal. bt can be all the shorter if a slower rise in the output signal is admitted.In the particular case of a classic frequency-evasion modulation, with a carrier between 2 and 30 MHz, the time dt will not exceed usually not 1 msec.
Les discriminateurs de co-localisation 20 et 22 de l'amplificateur de la figure 1 sont prévus pour mémoriser les valeurs vi(to) et vr(to) à l'entrée juste avant que n'apparaisse un signal significatif c'est-à-dire juste avant chaque instant t0 e(t) et/ou dans les intervalles (cest-à- dire dans les creux de modulation). L'ordre de mémorisation peut être fourni par un signal de synchronisation externe 48 appliqué au discriminateur 46 et provenant d'un circuit recevant e(t) en avance sur le détecteur (14). The co-localization discriminators 20 and 22 of the amplifier of FIG. 1 are provided to store the values vi (to) and vr (to) at the input just before a significant signal appears, that is to say ie just before each instant t0 e (t) and / or in the intervals (that is to say in the modulation hollows). The memorization order can be supplied by an external synchronization signal 48 applied to the discriminator 46 and coming from a circuit receiving e (t) in advance of the detector (14).
Les discriminateurs de co-localisation 20 et 22 fournissent la différence entre la valeur d'entrée et
- soit la valeur v(to) mémorisée,
- soit une valeur vm(to)égale à v(to) jusqu'à
ce que v(to) atteigne un seuil M et égale à M au-delà (figure 2).The co-location discriminators 20 and 22 provide the difference between the input value and
- either the stored v (to) value,
- either a value vm (to) equal to v (to) until
that v (to) reaches a threshold M and equal to M beyond (figure 2).
Un tel écrétage permet de limiter la contribution externe des émissions radio-électriques proches à une valeur jugée a priori maximale. Such clipping makes it possible to limit the external contribution of nearby radioelectric emissions to a value considered a priori to be maximum.
L'unité de commande est constituée par un organe de calcul, qui peut être purement analogique, qui ajuste Qi et r en fonction de paramètres d'entrée qui comportent Ve Vi et Vr et des paramètres définissant les conditions de fonctionnement, en particulier la température. Elle peut également recevoir un signal indiquant l'apparition d'une porteuse modulée, provenant d'un discriminateur 46, et commander la commutation de la constante de temps T. The control unit is constituted by a calculating member, which can be purely analog, which adjusts Qi and r as a function of input parameters which include Ve Vi and Vr and parameters defining the operating conditions, in particular the temperature. . It can also receive a signal indicating the appearance of a modulated carrier, coming from a discriminator 46, and control the switching of the time constant T.
Comme cela a été indiqué plus haut, le coefficient Qi est commandé essentiellement en fonction de Vi, représentatif de la tension Pi et il tend à maintenir la puissance de sortie à une valeur optimale, pouvant tenir compte d'autres paramètres, tels que ceux cités dans le document FR déjà mentionné. A titre d'exemple de paramètre extérieur susceptible d'être pris en compte, on peut citer la panne d'un des modules constitutifs d'un étage amplificateur, ces modules étant montés en parallèle ; dans ce mode dégradé, la seule utilisation de Vi (t) en tant que paramètre d'entrée tendrait à pousser la puissance de sortie des modules survivants à une valeur réduisant la fiabilité et la linéarité. Une entrée supplémentaire peut être prévue pour déceler cette situation et éviter une valeur trop faible des atténuations en amont des modules survivants. As indicated above, the coefficient Qi is controlled essentially as a function of Vi, representative of the voltage Pi and it tends to maintain the output power at an optimum value, being able to take account of other parameters, such as those mentioned. in the FR document already mentioned. As an example of an external parameter that may be taken into account, mention may be made of the failure of one of the constituent modules of an amplifier stage, these modules being mounted in parallel; in this degraded mode, the sole use of Vi (t) as an input parameter would tend to push the output power of the surviving modules to a value reducing reliability and linearity. An additional input can be provided to detect this situation and avoid too low a value of the attenuations upstream of the surviving modules.
Le coefficient r peut notamment être réglé en fonction de la température e des dissipateurs thermiques des modules (ou, mieux, de l'excès de la température des dissipateurs par rapport à la température ambiante)/ de la puissance réfléchie, pour augmenter l'atténuation lorsque la température augmente, dans un sens qui peut être comparable à celui envisagé par le document FR-A-2 376 556, mais avec mise en oeuvre de moyens différents. The coefficient r can in particular be adjusted as a function of the temperature e of the heat sinks of the modules (or, better, of the excess temperature of the heatsinks compared to the ambient temperature) / of the reflected power, to increase the attenuation when the temperature increases, in a direction which may be comparable to that envisaged by document FR-A-2 376 556, but with the use of different means.
Claims (5)
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|---|---|---|---|
| FR9514359A FR2742012B1 (en) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | RADIOFREQUENCY AMPLIFIER WITH REGULATED OUTPUT POWER |
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| FR9514359A FR2742012B1 (en) | 1995-12-05 | 1995-12-05 | RADIOFREQUENCY AMPLIFIER WITH REGULATED OUTPUT POWER |
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| FR2742012A1 true FR2742012A1 (en) | 1997-06-06 |
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1995
- 1995-12-05 FR FR9514359A patent/FR2742012B1/en not_active Expired - Fee Related
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| FR2742012B1 (en) | 1998-01-30 |
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