FR2798244A1 - Circuit et procede d'amplification de puissance a rendement eleve autorisant une large gamme de reduction de puissance dynamique - Google Patents
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Abstract
Un échantillon d'un signal de radiofréquence (205) est envoyé à un détecteur vidéo (220). L'amplitude d'enveloppe ainsi détectée est envoyée à un circuit de suivi d'enveloppe (280), un comparateur (230) et un circuit de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille (240). En fonction de la valeur instantanée de l'amplitude d'enveloppe, le comparateur 230 sélectionne l'une de plusieurs tensions d'alimentation disponibles (340) via des dispositifs de commande de commutation (270). La tension sélectionnée est ajustée par le circuit de suivi d'enveloppe et la tension de sortie résultante (282) est envoyée aux drains d'amplificateurs de puissance (390) de façon que ceux-ci puissent fonctionner au voisinage de la saturation. Si l'amplitude d'enveloppe augmente, le comparateur choisit des tensions d'alimentation supérieures augmentant la tension envoyée aux amplificateurs de puissance.
Description
La présente invention concerne de façon générale les amplificateurs de
puissance et, plus particulièrement, des circuits amplificateurs de puissance à
rendement élevé.
Puisque la popularité des systèmes de télécommunications sans fil modernes continue de s'accroître, il est demandé à un noeud de télécommunications particulier de fournir des services à un groupe toujours croissant d'abonnés. Par exemple, dans un système de télécommunications cellulaire terrestre sans fil, une station de base cellulaire doit maintenir la possibilité d'assurer la connexion d'un nombre croissant d'abonnés à l'intérieur de l'intervalle de communication de la station. Dans un système de télécommunications cellulaire par satellites, le noeud de communications satellitaire doit pouvoir émettre et recevoir des messages en relation avec un grand
nombre d'abonnés utilisant des bases terrestres.
Lorsqu'un noeud de communications, par exemple une station de base cellulaire ou un satellite de télécommunications, émet à destination d'un groupe d'abonnés, un unique circuit amplificateur de puissance peut être utilisé pour émettre des signaux à destination des abonnés. Ainsi, on peut optimiser le circuit amplificateur de puissance utilisé pour effectuer cette émission de façon qu'il ait
ses performances pour un niveau de puissance de sortie relativement élevé.
Toutefois, lorsque le circuit amplificateur de puissance n'émet qu'à destination d'un seul abonné ou un petit groupe d'abonnés, le rendement du circuit amplificateur de puissance commence à se dégrader lorsque le niveau de puissance de sortie de l'amplificateur diminue. La capacité d'un circuit amplificateur de puissance à maintenir son rendement sur un large intervalle de niveaux de puissance de sortie est liée à ce que l'on appelle "gamme dynamique de réduction de puissance". Un abaissement de rendement de l'amplificateur de puissance dans des conditions de réduction de puissance dynamique peut se révéler tout particulièrement problématique lorsque le noeud de communications est un satellite en orbite, dans lequel les ressources énergétiques sont rares et
relativement coûteuses.
Il serait hautement souhaitable de pouvoir utiliser un circuit amplificateur de puissance qui incorpore des techniques à rendement élevé pouvant assurer un fonctionnement efficace sur une large gamme de réduction de puissance dynamique. Un circuit amplificateur de puissance qui présente ces particularités peut réduire les demandes énergétiques primaires d'un noeud de communications par satellite, ceci ayant pour effet de réduire le coût des services offerts aux abonnés. Il peut alors en résulter un accroissement de la disponibilité
des services de communication par satellites offerts aux abonnés.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise
à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, dans lesquels les numéros de référence identiques sont rapportés à des éléments analogues, et o: la figure I est un schéma fonctionnel d'un circuit de suivi d'enveloppe à trois étages fournissant une tension à un circuit de trois amplificateurs de puissance à rendement élevé à transistor, présentant une large gamme de réduction de puissance dynamique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un circuit de suivi d'enveloppe à M étages fournissant une tension à un circuit de N amplificateurs de puissance à rendement élevé à transistor, ayant une large gamme de réduction de puissance dynamique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 3 est une représentation graphique du rendement prédit en fonction du niveau de sortie de puissance de radiofréquence relatif du circuit amplificateur de puissance à rendement élevé ayant une large gamme de réduction de puissance dynamique de la figure 1, selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 4 est un organigramme du procédé exécuté par l'appareil de la figure I ou 2 pour réaliser l'amplification de puissance à rendement élevé avec large gamme de réduction de puissance dynamique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention; et la figure 5 est un organigramme représentant un autre procédé exécuté par l'appareil de la figure 1 ou 2 pour réaliser une amplification de puissance à rendement élevé avec large gamme de réduction de puissance dynamique, selon
un mode de réalisation préféré de l'invention.
Un circuit amplificateur de puissance à rendement élevé ayant une large gamme de réduction de puissance dynamique permet qu'un noeud de communications par satellite ou à base terrestre réalise une amplification de puissance efficace sur un large intervalle de niveaux de puissance de sortie. Ainsi, on peut construire des noeuds de communications par satellite et à base terrestre en utilisant des sources d'alimentation électrique principales plus petites sans devoir sacrifier de l'énergie de radiofréquence utilisable. En outre, comme un plus grand pourcentage de l'énergie utilisable peut être transmis via une antenne de télécommunications, le système de télécommunications associé peut fonctionner de manière correcte en utilisant des dispositifs de refroidissement plus petits et moins complexes. Ceci peut réduire le coût des communications à base terrestre ou par satellites sans fil, ce qui rend ces services plus facilement accordables aux abonnés. La figure 1 est un schéma fonctionnel montrant un circuit de suivi d'enveloppe à trois étages fournissant une tension à un circuit de trois amplificateurs de puissance à rendement élevé à transistor ayant une large gamme de réduction de puissance dynamique, selon un mode de réalisation préféré de
l'invention. Sur la figure 1, le signal de radiofréquence 5 arrive sur un coupleur 10.
Le signal de radiofréquence 5 peut être un signal composite comportant un ou plusieurs signaux de communications destinés à un nombre correspondant d'abonnés. Ainsi, dans un système de communications sans fil à base terrestre, le signal de radiofréquence 5 peut comporter des signaux de communications destinés à chaque abonné qui est à ce moment engagé dans une conversation téléphonique au moyen d'une station de base cellulaire particulière. De même, dans un système de télécommunications par satellites, le signal de radiofréquence 5 peut contenir des signaux de communications destinés à chaque
abonné utilisant un noeud de communications par satellite particulier.
De préférence, le coupleur 10 présente une charge adaptée vis-à-vis du signal de radiofréquence 5, ce qui permet de minimiser l'énergie renvoyée à la source du signal. Ainsi, le coupleur 10 peut comporter des éléments de circuit à constantes localisées ou réparties qui assurent une adaptation appropriée vis-à-vis de la ligne de transmission qui transporte le signal de radiofréquence 5 au circuit amplificateur de puissance de la figure 1. Le coupleur 10 a également pour fonction de coupler un échantillon 15 de signal de radiofréquence à un détecteur vidéo 20. De manière souhaitable, l'échantillon 15 de signal de radiofréquence est une version à puissance réduite du signal de radiofréquence 5, qui ne comporte
qu'une petite partie de l'énergie présente dans le signal de radiofréquence 5.
Le coupleur 10 transporte l'essentiel de l'énergie contenue dans le signal de radiofréquence 5 jusqu'à une unité de division et d'adaptation de puissance 50. Selon un mode de réalisation préféré, I'unité 50 de division de puissance et d'adaptation incorpore des éléments à constantes localisées ou réparties appropriés qui assurent l'adaptation des impédances d'entrée que présentent des amplificateurs de puissance 900, 100 et 110, sur une valeur d'impédance normalisée, comme par exemple 50 ou 75 ohms. De plus, l'unité de division de puissance et d'adaptation 50 répartit le signal venant du coupleur 10 d'une manière qui permet un couplage sensiblement égal de l'énergie à chacun des
amplificateurs de puissance 90, 100 et 110.
Le détecteur vidéo 20 reçoit l'échantillon 15 de signal de radiofréquence et détermine l'amplitude de l'enveloppe du signal. Le détecteur vidéo 20 peut comporter une diode et d'autres composants passifs linéaires et, ou bien, non linéaires qui ont pour fonction de filtrer la fréquence porteuse de l'échantillon de signal de radiofréquence 15 et de présenter son amplitude d'enveloppe sur une sortie. De manière souhaitable, l'amplitude de l'enveloppe de l'échantillon 15 de signal de radiofréquence que fournit le détecteur vidéo 20 est transmise à un comparateur 30, un circuit 40 de suivi d'enveloppe et de
polarisation de grille, ainsi qu'à un circuit 80 de suivi d'enveloppe.
Comme précédemment mentionné, le comparateur 30 reçoit une amplitude d'enveloppe de la part du détecteur vidéo 20. Dans un mode de réalisation préféré, le comparateur 30 évalue l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 en fonction du temps. Lorsqu'une partie de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 est d'une amplitude minimale, comme par exemple lorsque l'amplitude d'enveloppe augmente à partir d'une valeur proche de zéro, le comparateur 30 active une sortie particulière, telle que la sortie 32, en laissant inactives les sorties 34 et 36. Lorsque l'amplitude augmente au-delà d'une limite prédéterminée, le comparateur 30 active une deuxième sortie, telle que la sortie 34, en plus de la sortie 32. Lorsque l'amplitude de l'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 continue d'augmenter, au-delà d'une deuxième limite prédéterminée, et jusqu'à sa valeur maximale, le comparateur 30 active la troisième sortie, telle que la sortie 38. Ainsi, en fonction du temps et de l'intervalle associé de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20, le
comparateur 30 sélectionne entre une et trois sorties.
Les sorties 32, 34 et 36 transportent des signaux discrets à des dispositifs de commande de commutation 70. Dans un mode de réalisation préféré, les dispositifs de commande de commutation 70 ont pour fonction de sélectionner l'une de trois tensions d'alimentation qui sont appliquées en entrée au circuit de suivi d'enveloppe80. Ainsi, les dispositifs de commande de commutation 70 peuvent comporter des dispositifs de commande, tels que des commutateurs à transistors, qui commandent des commutateurs présents dans le circuit de suivi d'enveloppe 80, permettant à des courants électriques de circuler, depuis des moyens d'alimentation en tensions 140, 150 et 160 jusqu'aux
amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 (notés PA sur la figure 1).
De manière souhaitable, le circuit de suivi d'enveloppe 80 comporte au moins un dispositif tel qu'un amplificateur opérationnel ayant une largeur de bande qui est de l'ordre de la largeur de bande de l'enveloppe du signal de radiofréquence présente sur la sortie du détecteur vidéo 20. L'utilisation d'un amplificateur opérationnel, ou d'un autre dispositif approprié, penrmet d'ajuster les tensions couplées aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110. Ainsi, via l'action des dispositifs de commande de commutation 70 et du circuit de suivi d'enveloppe 80, les courants électriques venant des moyens d'alimentation en tensions 140, 150 et 160 font l'objet d'un suivi en fonction de l'amplitude d'enveloppe de l'échantillon 15 du signal de radiofréquence. Le potentiel obtenu est appliqué aux amplificateurs de puissance90, 100 et 110, ce qui permet d'atteindre un état de fonctionnement en quasi-saturation pour chaque
amplificateur de puissance.
Il est envisagé que les tensions d'alimentation 140, 150 et 160 représentent des niveaux de tension distincts. Dans un exemple qui ne vise pas à limiter l'invention, la tension d'alimentation 140 peut fournir un courant électrique d'un potentiel de 4 V. Dans le même temps, et également à titre d'exemple, les tensions d'alimentation 150 et 160 peuvent fournir des courants électriques respectifs ayant des potentiels de 6 et 7 V. Ainsi, pour les niveaux faibles de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20, le comparateur 30 active la sortie 32, laquelle sélectionne la tension d'alimentation 140 commne source du potentiel couplée sur la sortie 82 du circuit 80 de suivi d'enveloppe. Cette sélection conduit à un courant électrique dont le potentiel varie en fonction du temps selon l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 jusqu'à la valeur de 4 V de la tension d'alimentation 140, en vue d'un couplage aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110. Pour ce signal de niveau bas, les amplificateurs de
puissance 100 et 110 restent dans un état inactif.
Lorsque le niveau de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 augmente, le comparateur 30 active la sortie 34, qui sélectionne la tension d'alimentation 150 afin qu'elle soit couplée à la sortie 82 du circuit de suivi d'enveloppe 80. Ceci produit un courant électrique dont le potentiel varie en fonction du temps jusqu'à la valeur de 6 V de la tension d'alimentation 150, en vue du couplage aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110. Pour ce signal de
niveau moyen, l'amplificateur de puissance 110 reste dans un état inactif.
Lorsque le niveau de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 augmente et approche sa valeur de crête, le comparateur 30 active la sortie 36, laquelle sélectionne la tension d'alimentation 160 afin qu'elle soit couplée à la sortie 82 du circuit de suivi d'enveloppe 80. Ceci produit un courant électrique dont le potentiel varie en fonction du temps jusqu'à la valeur de 7 V de la tension d'alimentation 160, en vue du couplage aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110. Pour ce signal de niveau élevé, tous les amplificateurs
de puissance 90, 100 et 110 sont activés.
Dans l'exemple des paragraphes précédents, on a supposé que les amplificateurs de puissance 100 et 110 étaient inactifs pour certaines parties de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20. Dans cet exemple, l'amplificateur de puissance 110 ne reste actif que pendant les parties de niveau élevé de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20. De plus, l'amplificateur de puissance 100 ne reste actif que pendant les parties de niveau moyen et de niveau haut de l'amplitude d'enveloppe. Toutefois, dans d'autres modes de réalisation possibles de l'invention, qui font usage d'autres types de transistors ou, peut-être, d'amplificateurs de puissance du type à tubes, o il peut ne pas être nécessairement avantageux que les amplificateurs de puissance soient
placés dans un état inactif pendant certaines parties de l'amplitude d'enveloppe.
On peut noter que le fait de choisir les tensions d'alimentation 140, et 160 en fonction du niveau instantané de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 permet aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 de fonctionner au voisinage du niveau de saturation. Comme cela est bien connu dans la technique, le fait qu'un amplificateur de puissance fonctionne au niveau de saturation ou en son voisinage permet à cet amplificateur de fonctionner avec son rendement le plus élevé. Par une sélection appropriée des tensions de polarisation de grille, on peut polariser les amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 de façon à obtenir des performances maximales pour les valeurs des tensions
d'alimentation 140, 150 et 160 ou au voisinage de ces valeurs.
Comme précédemment mentionné, l'amplitude d'enveloppe venant du
détecteur vidéo 20 est envoyée sur une entrée du circuit 80 de suivi d'enveloppe.
Via le couplage de l'amplitude d'enveloppe réelle de l'échantillon 15 du signal de radiofréquence et la commutation des potentiels produits par les moyens d'alimentation en tensions 140, 150 et 160, on peut ajuster avantageusement le signal de sortie 82 du circuit de suivi d'enveloppe 80 de façon à maintenir un rendement élevé. Ce réglage de la tension permet aux amplificateurs de puissance90, 100 et 110 de fonctionner en saturation avant que la limite
supérieure de la tension d'alimentation ait été atteinte.
A titre d'exemples, ne visant pas à limiter l'invention, on peut dire que.
pour des niveaux bas de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20. le circuit de suivi d'enveloppe 80 peut appliquer une tension basse correspondante aux amplificateurs de puissance 90. 100 et 110. Ceci permet que les amplificateurs de puissance 90 fonctionnent à leur limite de saturation ou en son voisinage, depuis les niveaux très bas de l'amplitude d'enveloppe jusqu'à une valeur sensiblement voisine de la limite de 4 V de la tension d'alimentation 140. De la même façon, lorsque le niveau de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 augmente d'une quantité suffisante pour que le comparateur 30 sélectionne la tension d'alimentation 150, le circuit de suivi d'enveloppe 80 peut appliquer aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 un niveau de tension correspondant, ce qui permet aux amplificateurs de puissance 90 et 100 de fonctionner à la saturation, ou en son voisinage. jusqu'à la limite de 6 V de la
tension d'alimentation 50.
Enfin, lorsque le niveau de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20 augmente et approche de la valeur de crête, le circuit de suivi d'enveloppe 80 peut appliquer aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 un niveau de tension correspondant, ce qui permet aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 de fonctionner à saturation, ou au voisinage de la saturation, jusqu'à la limite de 7 V de la tension d'alimentation 160. Ainsi, via ce processus autorisant les tensions d'alimentation à suivre l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 20, les amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 fonctionnent à saturation ou au voisinage de la saturation pour une grande partie
de l'amplitude d'enveloppe de l'échantillon 15 du signal de radiofréquence.
Comme précédemment mentionné, le détecteur vidéo 20 est couplé au circuit 40 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille. Le circuit 40 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille fournit un moyen permettant d'ajuster la polarisation de grille qui est appliquée à chacun des amplificateurs de puissance90, 100 et 110. Cette polarisation de grille variable permet aux amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 de maintenir un gain stable lorsque la tension de drain appliquée à chacun d'eux est ajustée de façon à permettre le fonctionnement continu au niveau de la saturation ou en son voisinage. Ainsi, lorsque la sortie 82 du circuit 80 de suivi d'enveloppe augmente et diminue de façon à maintenir le rendement des amplificateurs de puissance 90, 100 et 110, la polarisation de grille appliquée à chacun d'eux est de préférence modifiée. Par exemple, lorsque la sortie 82 du circuit de suivi d'enveloppe 80 subit un ajustement descendant, la sortie 42 du circuit 40 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille fait l'objet d'un ajustement montant. Cet ajustement montant permet que la valeur de transconductance (gin) de l'amplificateur de puissance reste constante, ce qui conduit à la stabilité du gain de l'amplificateur de puissance pendant les fluctuations de la tension de drain. De manière analogue, les sorties 44 et 46 du circuit 40 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille fournissent de semblables ajustements vers le haut et vers le bas à la polarisation de grille des amplificateurs de puissance 100 et 110 respectifs, sous l'effet de variations
intervenant dans les tensions de drain de ces amplificateurs de puissance.
Dans le cas o on utilise d'autres types d'amplificateurs de puissance comme amplificateurs 90, 100 et 110, on peut concevoir le circuit 40 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille de façon à obtenir une transconductance (gm) constante en fonction des caractéristiques spécifiques du type d'amplificateur de puissance choisi. Ainsi, dans le cas o le type choisi pour l'amplificateur de puissance présente une transconductance qui augmente lorsque la tension de drain diminue, on peut concevoir le circuit de suivi d'enveloppe et de polarisation 40 de façon à faire diminuer la polarisation de grille lorsque la tension
de drain diminue, de façon à assurer la constance de la transconductance.
Une sortie de chacun des amplificateurs de puissance 90, 100 et 110
est couplée à une unité 120 de combinaison de puissance et d'adaptation.
L'unité 120 de combinaison de puissance et d'adaptation sert à combiner les niveaux de puissance de sortie de chacun des amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 en un unique niveau de sortie destiné à être appliqué à la charge de radiofréquence 130. L'unité de combinaison de puissance et d'adaptation 120 a également pour fonction d'adapter l'impédance de sortie de chacun des amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 sur une impédance normalisée, par
exemple 50 ou 75 ohm.
Alors que l'on a discuté la figure I en utilisant un circuit de suivi d'enveloppe à trois étages et trois éléments amplificateurs de puissance, rien n'empêche l'utilisation d'un plus grand nombre d'étages de suivi d'enveloppe et d'éléments amplificateurs de puissance. Ainsi, l'invention peut être mise en oeuvre au moyen de M étages de suivi d'enveloppe et de N éléments amplificateurs de
puissance tels que décrit en liaison avec la figure 2.
La figure 2 est un schéma fonctionnel d'un circuit de suivi d'enveloppe à M étages fournissant une tension à un circuit de N amplificateurs de puissance à rendement élevé à transistor ayant une gamme de réduction de puissance dynamique, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Alors qu'il n'existe pas de limitation au nombre M d'étages de suivi d'enveloppe. on prévoit que M sera égal à deux et six, même si un plus grand nombre peut être employé. Sur la figure 2, le signal de radiofréquence 205 arrive sur un coupleur 210. Le signal de radiofréquence 205 peut comporter un ou plusieurs signaux de communication destinés à un nombre correspondant d'abonnés, d'une manière comparable à ce qui
se passe pour le signal de radiofréquence 5 de la figure 1.
De préférence, le coupleur 210 présente une charge adaptée vis-à-vis du signal de radiofréquence 205, comme le coupleur 10 de la figure 1. De manière souhaitable, le coupleur 10 minimise l'énergie réfléchie sur la source du signal de radiofréquence 205. Ainsi, le coupleur 210 peut comporter des éléments de circuit à constantes localisées ou réparties, qui produisent une adaptation appropriée. En outre, le coupleur 210 envoie un échantillon 215 du signal de radiofréquence à un détecteur vidéo 220. Ainsi, l'échantillon 215 du signal de radiofréquence est une version à puissance réduite du signal de radiofréquence 205, laquelle version ne contient qu'une petite partie de l'énergie présente dans le signal de
radiofréquence 205.
Le coupleur 210 transporte l'essentiel de l'énergie incluse dans le signal de radiofréquence 205 à une unité 250 de division de puissance et d'adaptation. Dans un mode de réalisation préféré, l'unité 250 de division de puissance et d'adaptation incorpore des éléments à constantes localisées ou réparties appropriés qui adaptent le signal venant du coupleur210 à la combinaison des impédances d'entrée présentées par la combinaison du nombre N d'amplificateurs de puissance 390. De plus, l'unité 250 de division de puissance et d'adaptation distribue le signal venant du coupleur 210 de façon à permettre un couplage sensiblement égal de l'énergie du signal de radiofréquence à
chacun des amplificateurs de puissance 390.
Le détecteur vidéo 220 reçoit l'échantillon 215 du signal de radiofréquence et détermine l'amplitude de l'enveloppe du signal. Le détecteur vidéo 220 comporte une diode et d'autres composants passifs linéaires et, ou bien, non linéaires comme le détecteur vidéo 20 de la figure 1. L'amplitude de l'enveloppe de l'échantillon 215 du signal de radiofréquence venant du détecteur220 est envoyée à un comparateur230, à un circuit 240 de suivi
d'enveloppe et de polarisation de grille et à un circuit 280 de suivi d'enveloppe.
Comme précédemment mentionné en liaison avec la figure 2, le comparateur 230 reçoit une amplitude d'enveloppe de la part du détecteur vidéo 220. Dans un mode de réalisation préféré, le comparateur 230 agit de la même façon que le comparateur 30 de la figure 1. Toutefois, le comparateur 220 présente un nombre M de sorties 232. Ainsi, le comparateur 230 est en mesure d'activer chacune des sorties 232 en fonction de l'amplitude d'enveloppe venant du détecteur vidéo 220. Ainsi, en fonction du temps et de l'intervalle d'amplitude associé existant pour l'amplitude d'enveloppe qui vient du détecteur vidéo 220, le comparateur 230 choisit un nombre de sorties 232 compris entre I et M. Chacun des signaux des sorties 232 est envoyé à des dispositifs de commande de commutation 270, ayant des fonctions analogues à celles des dispositifs de commande de commutation 70 de la figure 1. Les dispositifs de commande de commutation 270 sélectionnent l'une de Ntensions d'alimentation 340 qui sont appliquées en entrée au circuit de suivi d'enveloppe 280. Ainsi, via l'action des dispositifs de commande de commutation 270, des courants électriques venant des moyens d'alimentation en
tensions 340 sont appliqués à chacun des N amplificateurs de puissance 390.
Il est envisagé que chacune des tensions d'alimentation 340 représente un niveau de tension distinct. Ainsi, comme pour les tensions d'alimentation 140, et 160 de la figure 1, chacune des tensions d'alimentation est couplée au drain d'un amplificateur390 respectif via la sortie 282 du circuit de suivi d'enveloppe 280. En faisant fonctionner chacun des amplificateurs de puissance 390 au voisinage du niveau de saturation en fonction de l'amplitude d'enveloppe, on peut maintenir à un niveau élevé le rendement de chacun des amplificateurs de puissance 390. Par une sélection appropriée des tensions de polarisation des amplificateurs de puissance 390 respectifs, on peut polariser chacun d'eux de façon à obtenir des performances maximales pour la valeur de l'une particulière des tensions d'alimentation 340, ou pour une valeur voisine de celles-ci. Comme mentionné précédemment, le détecteur vidéo 220 est couplé au circuit 240 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille. Le circuit 240 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille fournit un moyen permettant d'ajuster
la polarisation de grille appliquée à chacun des amplificateurs de puissance 390.
Cette polarisation de grille variable permet que les amplificateurs de puissance 390 maintiennent un gain stable lorsque la tension de drain appliquée à chacun d'eux varie. Le circuit 240 de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille fonctionne de la même manière que le circuit 40 de suivi d'enveloppe et de Il polarisation de grille de la figure 1, à l'exception du fait que le circuit 240 de suivi
d'enveloppe et de polarisation de grille incorpore un nombre N de sorties.
La sortie de chacun des amplificateurs de puissance 390 est couplée à un dispositif320 de combinaison de puissance et d'adaptation. Le dispositif de combinaison de puissance et d'adaptation 320 sert à combiner les niveaux de sortie de puissance de chacun des amplificateurs de puissance 390 en un niveau de sortie unique destiné à être couplé à une charge de radiofréquence 330. L'unité de combinaison de puissance et d'adaptation 320 a également pour fonction d'adapter l'impédance de sortie de chacundes amplificateurs de puissance 390 sur une
impédance normalisée, par exemple 50 ou 75 ohm.
La figure 3 est une représentation graphique de la valeur prédite du rendement en fonction du niveau de sortie relatif de la puissance de radiofréquence pour le circuit de trois amplificateurs de puissance à rendement élevé à transistor ayant une gamme de réduction de puissance dynamique large, qui est représenté sur la figure 1, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Sur la figure 3, la courbe 410 représente le rendement prédit pour le circuit amplificateur de la figure I tel qu'il fonctionne lorsque l'on utilise une modulation QPSK (modulation par quadrature de phase). La courbe 400 de la figure 3 représente le rendement prédit lorsque les amplificateurs de puissance 90, 100 et 110 de la figure I sont polarisés pour fonctionner en classe B dans le cas o l'on utilise la même technique de modulation. L'axe vertical de la figure 3 représente la mesure du rendement des deux circuits amplificateurs, une valeur maximale de 60 % étant typique pour les transistors à effet de champ à appauvrissement qui sont disponibles aujourd'hui. L'axe horizontal de la figure 2 représente une mesure du niveau de sortie de puissance de radiofréquence relatif,
la valeur 0 dBm étant le niveau de sortie de puissance maximal.
La partie significative de la figure 3 se situe dans l'aire comprise entre les courbes400 et 410. On peut noter qu'un circuit amplificateur de puissance constitué selon les principes de l'invention amène une amélioration substantielle du rendement tandis que l'amplificateur fonctionne à moins que son niveau de sortie de puissance maximal. Par exemple, lorsque le niveau de sortie de puissance du circuit amplificateur fonctionne à 10 dB dans la gamme de réduction de puissance (c'est-à-dire 10 dB au-dessous du niveau de sortie de puissance maximal), on peut s'attendre à ce que le circuit amplificateur ait un rendement voisin de 40 %. Ce niveau de rendement est en opposition avec la courbe de
classe B de la figure 3, qui prédit un rendement légèrement inférieur à 15 %.
La figure 4 est un organigramme représentant un procédé mis en oeuvre par l'appareil de la figure 1 ou 2 et visant à produire une amplification de puissance à rendement élevé ayant une gamme de réduction de puissance dynamique large, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé de la figure 4 commence à l'étape 500, o une petite partie de l'énergie venant d'un signal de radiofréquence entrant est extraite afin que soit créé un échantillon du signal de radiofréquence entrant. A l'étape 510, l'amplitude d'enveloppe de l'échantillon du signal de radiofréquence entrant est déterminée. A l'étape 520, l'amplitude d'enveloppe est comparée avec un niveau de tension prédéterminé. A l'étape 530, une tension d'alimentation est sélectionnée et est ajustée afin d'alimenter électriquement les amplificateurs et de permettre à chacun d'eux de
fonctionner au voisinage de la saturation.
A l'étape 540, l'une de plusieurs tensions d'alimentation est ajustée et ultérieurement appliquée aux drains des amplificateurs de puissance via le circuit de suivi d'enveloppe. A l'étape 550, la polarisation de grille d'au moins un amplificateur de puissance est modifiée en fonction de l'amplitude d'enveloppe du signal de radiofréquence entrant. A l'étape 560, le signal de radiofréquence entrant est divisé en un certain nombre de composantes de signal. A l'étape 570, les signaux entrants sont amplifiés par l'utilisation d'au moins un amplificateur de puissance. A l'étape 580, les niveaux de sortie de puissance des amplificateurs de puissance respectifs sont combinés en un unique niveau de sortie. Le procédé
prend fin après l'exécution de l'étape 580.
La figure 5 est un organigramme montrant un autre procédé mis en oeuvre par l'appareil de la figure I ou 2 afin de produire une amplification de puissance à rendement élevé ayant une gamme de réduction de puissance dynamique large, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Le procédé de la figure 5 commence à l'étape 600, o plusieurs signaux de communication sont combinés dans un circuit amplificateur de puissance afin de former un signal de radiofréquence composite. A l'étape 610, une partie de l'amplitude d'enveloppe est comparée avec une tension prédéterminée. A l'étape 620, on sélectionne une tension d'alimentation et on l'ajuste en fonction de la partie de l'amplitude
d'enveloppe ayant fait l'objet de la comparaison à l'étape 610.
A l'étape 630, l'état d'un commutateur de commande est modifié en fonction de la sélection de la tension d'alimentation effectuée à l'étape 620. Selon un mode de réalisation préféré, les commutateurs de l'étape 630 sont mis dans l'état conducteur afin de permettre qu'un courant se trouvant à un potentiel déterminé par l'enveloppe du signal de radiofréquence composite circule dans le commutateur. La sélection effectuée à l'étape 630 permet que l'étape 640 soit exécutée, dans laquelle un amplificateur de puissance est sélectionné par le moyen du courant passant dans le commutateur de l'étape 630 pour aller dans l'amplificateur de puissance de l'étape 640. A l'étape 650, la polarisation de grille d'au moins un amplificateur de puissance est modifiée en fonction de l'amplitude d'enveloppe du signal de radiofréquence entrant. A l'étape 660, un ou plusieurs amplificateurs de puissance amplifient le signal de radiofréquence entrant afin de produire un signal composite amplifié. L'étape 660 est effectuée au moyen des amplificateurs de puissance sélectionnés à l'étape 640. Le procédé prend ensuite
fin après l'étape 660.
Le circuit amplificateur de puissance à rendement élevé ayant une gamme de réduction de puissance dynamique large tel que décrit ci-dessus permet à un noeud de communications par satellite ou à base terrestre d'assurer une amplification de puissance efficace sur toute une variété de niveaux de sortie de puissance. Ceci permet de réaliser un noeud de communications par satellite ou à base terrestre en utilisant de plus petites sources d'alimentation électrique principales sans devoir sacrifier le niveau de sortie de puissance de radiofréquence utilisable. En outre, comme on peut émettre un plus grand pourcentage de puissance utilisable via une antenne de télécommunications, le système de télécommunications associé peut fonctionner de manière correcte en utilisant des moyens de refroidissement plus petits et moins complexes. Ceci permet de réduire le coût des communications sans fil par satellites ou à base terrestre, ce qui permet
d'offrir plus de services aux abonnés.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des
circuits et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement
illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas
du cadre de l'invention.
Claims (10)
1. Circuit amplificateur de puissance, caractérisé par: une pluralité de commutateurs, o une première extrémité de chacun desdits commutateurs est couplée à l'une, correspondante, d'une pluralité de tensions d'alimentation (340); une pluralité d'amplificateurs de puissance (390). o un drain de chacun desdits amplificateurs de puissance est couplé à au moins une tension de ladite pluralité de tensions d'alimentation par l'intermédiaire d'une deuxième extrémité dudit commutateur correspondant; et un comparateur (230), qui répond à l'amplitude de l'enveloppe d'un signal de radiofréquence, ledit comparateur étant couplé à ladite deuxième extrémité de chaque commutateur de ladite pluralité de commutateurs et agissant sur le mode de chacun desdits commutateurs, de manière à influencer l'état de
fonctionnement de chacun desdits amplificateurs de puissance.
2. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en outre par un détecteur vidéo (220) servant à déterminer l'amplitude de ladite enveloppe du signal de radiofréquence en fonction du temps et à envoyer ladite amplitude à ladite pluralité de commutateurs afin de suivre ladite enveloppe
du signal de radiofréquence.
3. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 2, caractérisé en outre par un circuit (240) de suivi d'enveloppe et de polarisation de grille, couplé à au moins un amplificateur de ladite pluralité d'amplificateurs de puissance (390) afin de modifier la polarisation de grille en fonction de ladite
enveloppe du signal de radiofréquence.
4. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 2, caractérisé en outre par un coupleur (210) servant à extraire un échantillon d'un
signal de radiofréquence et à envoyer ledit échantillon audit détecteur vidéo (220).
5. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en outre par une unité de division de puissance et d'adaptation (250) servant à diviser un signal de radiofréquence en un certain nombre de composantes de signal et à envoyer lesdites composantes de signal à chacun
desdits amplificateurs de puissance (390).
6. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 5, o ladite unité de division de puissance et d'adaptation (250) adapte en outre l'impédance d'entrée d'au moins un amplificateur de ladite pluralité
d'amplificateurs de puissance (390) sur une valeur d'impédance normalisée.
7. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 1, caractérisé en outre par une unité de combinaison de puissance et d'adaptation (320) servant à combiner le niveau de sortie de puissance venant
desdits amplificateurs de puissance (390) respectifs.
8. Circuit amplificateur de puissance selon la revendication 7, o ladite unité de combinaison de puissance et d'adaptation (320) adapte en outre l'impédance de sortie d'au moins un des amplificateurs de puissance (390) sur une
valeur d'impédance normalisée.
9. Procédé d'amplification d'un signal composite dans un circuit amplificateur de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: déterminer l'amplitude d'enveloppe d'un signal de radiofréquence; comparer ladite amplitude d'enveloppe avec une pluralité de niveaux de tension; sélectionner une tension parmi une pluralité de tensions d'alimentation sur la base de ladite opération de comparaison; coupler ladite tension prise dans ladite pluralité de tensions d'alimentation à une pluralité d'amplificateurs de puissance sur la base de l'opération de sélection; et amplifier ledit signal de radiofréquence en utilisant au moins un
amplificateur de ladite pluralité d'amplificateurs de puissance.
10. Procédé selon la revendication 9, o ladite opération de sélection est en outre caractérisée par l'opération consistant à coupler une tension d'une pluralité de tensions d'alimentation au drain d'au moins un amplificateur de ladite
pluralité d'amplificateurs de puissance.
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