FR2970388A1 - Amplificateur distribue large bande a gain controle automatiquement - Google Patents

Abstract

Amplificateur hyperfréquence distribué (60) à gain contrôlé automatiquement comportant une entrée (Eamp) du signal hyperfréquence disposée à une première extrémité (11) d'une ligne de transmission d'entrée (Lg) et une sortie (Samp) du signal hyperfréquence disposée à une seconde extrémité (14) d'une ligne de transmission de sortie (Ld), ledit amplificateur distribué (60) comportant une pluralité n de cellules amplificatrices hyperfréquences (Cl1, Cl2, Cln) à gain réglable (40) ayant chacune une entrée (Eci) reliée à la ligne de transmission d'entrée (Lg), une sortie (Sci) reliée à la ligne de transmission de sortie (Ld) et une entrée (Egi) de commande de gain.

Description

AMPLIFICATEUR DISTRIBUE LARGE BANDE A GAIN CONTROLE AUTOMATIQUEMENT

La présente invention concerne un amplificateur distribué large bande 5 à gain contrôlé automatiquement. Elle s'applique notamment aux chaînes d'amplification hyperfréquence de systèmes électroniques, notamment de systèmes devant fonctionner dans de larges bandes de fréquences.

Les chaînes hyperfréquence assurent notamment des fonctions 10 d'émission comme des fonctions de réception de signaux hyperfréquence. Elles sont par exemple réalisées sous la forme de circuits intégrés monolithiques hyperfréquence, de type communément désigné selon le sigle MMIC (« Monolithic Microwave Integrated Circuit »).

15 Une des fonctions de base constituant les chaînes hyperfréquence est la fonction d'amplification, dont il est souvent nécessaire de contrôler le gain. Le contrôle du gain permet d'augmenter la dynamique effective, en particulier dans le cas d'une chaîne de réception, et d'adapter les caractéristiques de la chaîne au signal à traiter, en temps réel. 20 Dans les chaînes hyperfréquence large bande, le contrôle du gain est le plus souvent automatisé par l'utilisation d'une fonction de contrôle automatique du gain. Cette fonction doit permettre, à partir d'un signal d'amplitude variable et sur une large bande de fréquence, de délivrer un signal d'amplitude constante. 25 Les dispositifs connus permettant de réaliser le contrôle automatique de gain pour un amplificateur hyperfréquence distribué sont le plus souvent réalisés à partir de plusieurs composants séparés tels qu'un amplificateur, un atténuateur variable, un coupleur ou un diviseur large bande et un détecteur. 30 Le fait de réaliser cette fonction à partir de plusieurs composants entraîne un encombrement et un coût de fabrication importants. L'invention propose un amplificateur hyperfréquence distribué incluant une fonction de contrôle automatique du gain, le tout étant réalisé en un seul composant ce qui permet de résoudre les problèmes d'encombrement et de 35 coût précités.

L'invention a pour objet un amplificateur hyperfréquence distribué à gain contrôlé automatiquement comportant une entrée du signal hyperfréquence disposée à une première extrémité d'une ligne de transmission d'entrée et une sortie du signal hyperfréquence disposée à une seconde extrémité d'une ligne de transmission de sortie, ledit amplificateur distribué comportant une pluralité n de cellules amplificatrices hyperfréquences à gain réglable ayant chacune une entrée reliée à la ligne de transmission d'entrée, une sortie reliée à la ligne de transmission de sortie et une entrée de commande de gain, ledit amplificateur distribué étant caractérisé en ce que : o II comporte en outre des moyens de couplage reliés à la ligne de sortie, sensiblement au niveau de la sortie de l'amplificateur distribué, un détecteur à diode dont l'entrée est reliée à la sortie des moyens de couplage et un amplificateur basse fréquence dont l'entrée est reliée à la sortie du détecteur à diode et dont la sortie est reliée à l'entrée de commande de gain de chaque cellule amplificatrice, o chaque cellule amplificatrice comporte un premier transistor à effet de champ et un deuxième transistor à effet de champ montés en cascode, le premier transistor étant monté en source commune, le deuxième transistor étant monté en grille commune en série avec le premier transistor, la source du premier transistor étant connectée à un potentiel de référence, la grille du deuxième transistor étant connectée au potentiel de référence au travers d'un condensateur de découplage, o chaque cellule amplificatrice comporte en outre un troisième transistor à effet de champ disposé en parallèle du deuxième transistor, les sources des deuxième et troisième transistors étant connectées au drain du premier transistor, la grille du troisième transistor étant reliée au potentiel de référence au travers d'un second condensateur de découplage, le drain du troisième transistor étant relié à une tension d'alimentation, o l'entrée de chaque cellule amplificatrice est connectée à la grille du premier transistor, la sortie de chaque cellule amplificatrice est 35 connectée au drain du deuxième transistor, o l'amplificateur basse fréquence étant adapté, par l'intermédiaire de l'entrée de commande de gain, à ajuster le gain de chaque cellule amplificatrice par le contrôle de la tension de commande différentielle entre les grilles des deuxième et troisième transistors.

Dans une variante de réalisation de l'invention, l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice est réalisé par la production en sortie de l'amplificateur basse fréquence de la tension de commande différentielle Vdiff entre les grilles des deuxième et troisième transistors. Dans une variante de réalisation de l'invention, chaque cellule amplificatrice comporte en outre un amplificateur différentiel qui délivre une tension de commande différentielle Vdiff entre les grilles des deuxième et troisième transistors et que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice est réalisé par la commande en tension dudit amplificateur différentiel par l'amplificateur basse fréquence auquel il est relié.

L'invention a également pour objet un amplificateur hyperfréquence distribué à gain contrôlé automatiquement comportant une entrée du signal hyperfréquence disposée à une première extrémité d'une ligne de transmission d'entrée et une sortie du signal hyperfréquence disposée à une seconde extrémité d'une ligne de transmission de sortie, ledit amplificateur distribué comportant une pluralité n de cellules amplificatrices hyperfréquence à gain réglable ayant chacune une entrée reliée à la ligne de transmission d'entrée, une sortie reliée à la ligne de transmission de sortie et une entrée de commande de gain, ledit amplificateur distribué étant caractérisé en ce que : o Il comporte en outre des moyens de couplage reliés à la ligne de sortie, sensiblement au niveau de la sortie de l'amplificateur distribué, un détecteur à diode dont l'entrée est reliée à la sortie des moyens de couplage et un amplificateur basse fréquence dont l'entrée est reliée à la sortie du détecteur à diode et dont la sortie est reliée à l'entrée de commande de gain de chaque cellule amplificatrice, o chaque cellule amplificatrice comporte un premier transistor bipolaire et un deuxième transistor bipolaire montés en cascode, le premier transistor étant monté en émetteur commun, le deuxième 35 transistor étant monté en base commune en série avec le premier transistor, l'émetteur du premier transistor étant connecté à un potentiel de référence, la base du deuxième transistor étant connectée au potentiel de référence au travers d'un condensateur de découplage, o chaque cellule amplificatrice comporte en outre un troisième transistor bipolaire disposé en parallèle du deuxième transistor, les émetteurs des deuxième et troisième transistors étant connectés au collecteur du premier transistor, la base du troisième transistor étant reliée au potentiel de référence au travers d'un second condensateur de découplage, le collecteur du troisième transistor étant relié à une tension d'alimentation, o l'entrée de chaque cellule amplificatrice est connectée à la base du premier transistor, la sortie de chaque cellule amplificatrice est connectée au collecteur du deuxième transistor, o l'amplificateur basse fréquence étant adapté, par l'intermédiaire de l'entrée de commande de gain, à ajuster le gain de chaque cellule amplificatrice par le contrôle du courant aux bases des deuxième et troisième transistors, Dans une variante de réalisation de l'invention, l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice est réalisé par la production en sortie de l'amplificateur basse fréquence de la commande de courant aux bases des deuxième et troisième transistors, Dans une variante de réalisation de l'invention, chaque cellule amplificatrice comporte en outre une boucle translinéaire formée par deux transistors montés en diodes qui délivre un courant de commande appliqués aux bases des deuxième et troisième transistors et que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice est réalisé par une commande en tension de ladite boucle translinéaire par l'amplificateur basse fréquence.

Dans une variante de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont réalisés par un coupleur résistif composé de deux résistances montées en L sur la ligne de sortie dudit amplificateur distribué. Dans une variante de réalisation de l'invention, les moyens de couplage sont réalisés par un coupleur directionnel.

Dans une variante de réalisation de l'invention, les extrémités libres deux lignes de transmission sont chargées par des impédances dont les valeurs sont respectivement égales aux valeurs respectives d'impédance caractéristique des deux lignes de transmission.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, donnée à titre d'exemple, faite en regard des dessins annexés qui représentent : la figure 1, un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué selon l'état de l'art, - la figure 2, le schéma électrique de principe d'un montage amplificateur de type "cascode", la figure 3, un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué à contrôle automatique de gain selon l'invention, la figure 4, le schéma électrique de principe d'une cellule amplificatrice selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 5, le schéma électrique d'une cellule amplificatrice incluant un étage de commande, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 5bis, le schéma électrique d'une boucle translinéaire adaptée à commander une cellule amplificatrice à base de transistors bipolaires selon l'invention, la figure 6, un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué à contrôle automatique de gain comprenant une pluralité de cellules amplificatrices, selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 7, un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué à contrôle automatique de gain comprenant une pluralité de cellules amplificatrices incluant un étage de commande, selon un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 7bis, le schéma électrique d'une boucle translinéaire adaptée à commander une cellule amplificatrice à base de transistors bipolaires selon l'invention et incluant un étage de commande en tension, la figure 8, le schéma électrique d'un coupleur résistif utilisé pour réaliser le contrôle automatique de gain selon un mode de réalisation de l'invention, la figure 9, une courbe représentant la puissance de sortie de l'amplificateur distribué en fonction de sa puissance d'entrée, pour différentes valeurs de la fréquence du signal, dans un mode de réalisation de l'invention, la figure 10, une courbe représentant la puissance de sortie de l'amplificateur distribué en fonction de la fréquence du signal, pour différentes valeurs de la puissance d'entrée, dans un mode de réalisation de l'invention, la figure 11, deux courbes illustrant l'énergie réfléchie relevés aux extrémités d'un amplificateur distribué selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 1 représente le synoptique d'une structure d'amplificateur distribué connue de l'état de la technique.

L'amplificateur distribué 10 de la figure 1 est un dispositif connu comportant essentiellement deux lignes de transmission : une ligne de transmission d'entrée Lg et une ligne de transmission de sortie Ld. La ligne de transmission Lg est parcourue par le signal utile entre une première extrémité 11 et une seconde extrémité 12, et d'une manière similaire, la ligne de transmission de sortie Ld est parcourue par le signal utile entre une première extrémité 13 et une seconde extrémité 14. Les lignes de transmissions Lg et Ld sont activement couplées entre elles par des éléments actifs C11, Cl2,...CIi,...Cln, n étant le nombre d'éléments actifs de l'amplificateur distribué représentés par des triangles sur la figure 1. Chaque élément actif Cli est relié à la ligne de transmission d'entrée Lg par une entrée Eci, et est relié à la ligne de transmission de sortie Ld par une sortie Sci. Le nombre n d'éléments actifs n'est pas déterminant et peut être, très généralement, n'importe quel entier supérieur ou égal à un. Dans la pratique, le nombre n est typiquement compris entre trois et six. Les éléments actifs symbolisés par des triangles peuvent être des transistors à effet de champ, auquel cas la ligne d'entrée Lg est désignée « ligne de grille » et la ligne de sortie Ld « ligne de drain ». Les lignes de grille et de drain sont des lignes artificielles constituées 35 des condensateurs internes aux transistors auxquels sont connectées des inductances, éventuellement liées entre elles par des mutuelles inductances. Les lignes ont un comportement très constant depuis les fréquences basses (le continu en théorie, les limitations pratiques venant des circuits de polarisation des transistors) jusqu'à des fréquences de coupure liées à la taille des transistors, donc aux caractéristiques fondamentales du circuit telles que le gain, la puissance de sortie, ..., ce qui confère à ce type de circuit un comportement dit « large bande ». L'amplificateur distribué 10 de la figure 1 comporte une entrée hyperfréquence Eamp d'un côté de la ligne d'entrée Lg, au niveau de la première extrémité 11, recevant une tension d'entrée Ue, et une sortie Samp du côté de la ligne de sortie Ld, au niveau de la seconde extrémité 14, fournissant un signal Ue amplifié. Les extrémités libres 12, 13 des deux lignes Lg, Ld sont en principe respectivement chargées par des impédances Zg, Zd appelées impédances terminales ou charges annexes, dont les valeurs sont typiquement égales à l'impédance caractéristique de la ligne à laquelle chacune d'elles est connectée. Dans le cas d'une réalisation en technologie MMIC, les connexions des charges annexes Zg, Zd sur les extrémités libres 12, 13 des lignes de transmission Lg, Ld se font généralement sur la puce électronique et par conséquent ne sont pas disponibles. Les éléments actifs CI1, C12,...CIi,...Cln, symbolisés par des triangles peuvent également être constitués de n'importe quelle autre structure active.

La figure 2 représente le schéma électrique de principe d'un montage amplificateur de type "cascode" pour une cellule amplificatrice connue. Un montage de type cascode, ou cellule cascode 20, en lui-même connu de l'état de la technique, comprend un premier transistor T1 et un second transistor T2. Les transistors T1 et T2 sont par exemple des transistors à effet de champ ou TEC. Le premier transistor T1 est monté en source commune, sa source S1 est connectée à un potentiel de référence M qui peut être la masse du circuit électrique dans lequel le montage est inséré. Le drain D1 du premier transistor T1 est relié à la source S2 du second transistor T2. La grille du premier transistor T1 est attaquée par le signal hyperfréquence d'entrée E. Le second transistor T2 est monté en grille commune. La grille du second transistor T2 est reliée au potentiel de référence du circuit, au travers d'un condensateur de découplage Cd. La sortie hyperfréquence S du montage est située au niveau du drain D2 du second transistor T2. Le courant dans la cellule cascode 20 telle qu'illustrée par la figure 2, est contrôlé par le point de polarisation du premier transistor T1. Une cellule amplificatrice comportant un amplificateur de type « cascode » est habituellement utilisée comme élément actif Cli dans une structure d'amplificateur distribué telle que celle décrite à la figure 1. Une telle cellule ne permet cependant pas de moduler le gain d'amplification.

La figure 3 représente le synoptique de la structure d'un amplificateur distribué à contrôle automatique de gain 30 selon l'invention. La structure de l'amplificateur distribué selon la figure 1 est réutilisée.

Sa puissance de sortie est rendue fixe et automatiquement contrôlé par l'ajout des éléments suivants. Un coupleur résistif 31 est disposé au niveau de la sortie Samp de l'amplificateur distribué 10 du côté de la ligne de sortie Ld, sensiblement au niveau de la seconde extrémité 14. Ce coupleur 31 a pour fonction de prélever une image de la puissance du signal de sortie amplifié. Le coupleur 31 est relié à sa sortie à un détecteur 32 à diode qui a pour fonction de détecter l'enveloppe du signal de sortie du coupleur 31 et de la convertir en une tension continue proportionnelle à la puissance de sortie de l'amplificateur 30. La tension détectée est ensuite amplifiée par un amplificateur basse-fréquence 33 et le signal résultant à sa sortie est réinjecté sur une entrée de commande de gain Egi de chaque cellule amplificatrice Cli. La figure 4 représente le schéma électrique de principe d'une cellule amplificatrice adaptée à l'amplificateur distribué selon un mode de réalisation 30 de l'invention. Pour pouvoir effectuer le contrôle automatique du gain d'un amplificateur distribué tel que représenté à la figure 3, il est nécessaire de pouvoir moduler dynamiquement le gain de chaque cellule amplificatrice Cli. Un montage de type « cascode » n'est donc pas adapté à cette fonction et il est nécessaire de concevoir une cellule amplificatrice à gain modulable. La figure 4 schématise une telle cellule. La cellule amplificatrice 40 comprend une cellule cascode 20 telle que décrite précédemment en référence à la figure 2, comprenant notamment un premier transistor T1, un deuxième transistor T2, un condensateur de découplage Cd. Selon un mode de réalisation de la présente invention, un troisième transistor T3 est disposé en parallèle du deuxième transistor T2. Ainsi, les sources S2 et S3, respectivement des deuxième transistor T2 et troisième transistor T3, sont reliées au drain du premier transistor T1. La grille du troisième transistor T3 est également reliée au potentiel de référence, au travers d'un second condensateur de découplage Cd3. Le drain D3 du troisième transistor T3 est relié directement à une tension d'alimentation du circuit VDD. De la sorte, il est possible de faire varier le gain de la cellule cascode 20. En effet, lorsqu'il est souhaitable de diminuer le gain de la cellule cascode 20, il est possible, par un contrôle des tensions V2 et V3 appliquées respectivement aux grilles des transistors T2 et T3, de réduire le courant passant dans le deuxième transistor T2, tout en augmentant d'autant le courant passant dans le troisième transistor T3. Réciproquement, lorsqu'il est souhaitable d'augmenter le gain de la cellule cascode 20, il est possible d'augmenter le courant passant dans le deuxième transistor T2, tout en diminuant d'autant le courant passant dans le troisième transistor T3. En d'autres termes, il est possible, en modulant la tension différentielle Vdiff entre les grilles des transistors T2 et T3, de procéder à un réglage du gain de la cellule cascode 20 par un aiguillage du courant. II est à noter que la cellule amplificatrice 40 est dans l'exemple des figures 2 et 3, constituée de transistors à effet de champ, mais qu'il est également possible d'employer divers types de transistors connus, que ceux-ci soient des transistors bipolaires ou à effet de champ réalisés sur la base de matériaux de type Silicium Si, Silicium-Germanium SiGe, Arséniure de Gallium AsGa, Nitrure de Gallium GaN.

La figure 5 représente le schéma électrique d'une cellule amplificatrice adaptée à l'amplificateur distribué et incluant un étage de commande en 35 tension, selon un autre mode de réalisation de l'invention.

Le montage électrique illustré par la figure 5 comprend une cellule amplificatrice 40 telle que décrite précédemment en référence à la figure 4, associée à un amplificateur différentiel 50. Dans l'exemple illustré par la figure 5, l'amplificateur différentiel 50 comprend un quatrième transistor 51, un cinquième transistor 52, une source de courant 53 et une pluralité de résistances 54 à 58. Les grilles du deuxième transistor T2 et du troisième transistor T3 de la cellule amplificatrice 40 sont respectivement reliées aux drains des cinquième et quatrième transistors 52, 51 de l'amplificateur différentiel 50. La source de courant 53, servant à polariser les quatrième et cinquième transistors 51, 52, peut être reliée entre le potentiel de référence du circuit et aux sources des quatrième et cinquième transistors 51, 52. La source de courant 53 peut par exemple elle-même comprendre une pluralité de transistors non représentés sur la figure. Une tension de commande Vcom est appliquée à la grille du cinquième transistor 52. Une première résistance 54 est disposée entre le potentiel de référence du circuit et la grille du quatrième transistor 51. Une deuxième résistance 55 est disposée entre la grille du quatrième transistor 51 et la tension d'alimentation du circuit VDD. Les résistances 54 et 55 déterminent le seuil de basculement de l'amplificateur différentiel 50. Les drains des quatrième et cinquième transistors 51, 52 sont reliés à une première borne d'une quatrième résistance 57, au travers respectivement d'une troisième résistance 56 et d'une cinquième résistance 58, la seconde borne de la quatrième résistance 57 étant reliée à la tension d'alimentation du circuit VDD. La résistance 57 détermine la tension maximale appliquée au circuit et les résistances 56 et 58 déterminent l'excursion de tension.

Dans le cas où des transistors bipolaires sont employés plutôt que des transistors à effet de champ, il peut être avantageux de réaliser une commande en courant basée sur une boucle translinéaire, c'est-à-dire remplacer la tension différentielle Vdiff, par exemple fournie par un amplificateur différentiel de commande, par un montage comportant deux transistors montés en diodes, c'est-à-dire avec un court-circuit entre leur base et leur collecteur, afin de former une boucle translinéaire qui permet d'assurer une loi linéaire d'atténuation en fonction d'un courant de commande.

La figure 5bis représente le synoptique d'un exemple de montage comportant une boucle translinéaire et adapté à réaliser une commande en courant d'une cellule amplificatrice selon l'invention. Deux transistors D1,D2 montés en diodes sont alimentés par deux sources de courant 501,502 délivrant des courants complémentaires. La somme des courants délivrés par les deux sources de courants 501,502 est égale à un courant de commande I. La première source de courant 501 délivre un courant d'intensité I.(1-X) alors que la seconde source de courant 502 délivre un courant d'intensité I.X. La sortie de la première source de courant 501 est connectée d'une part au collecteur du transistor D1 et d'autre part à la base du transistor T2 de la cellule amplificatrice selon l'invention. La sortie de la seconde source de courant 502 est connectée d'une part au collecteur du transistor D2 et d'autre part à la base du transistor T3 de la cellule amplificatrice. Les émetteurs des transistors D1 et D2 sont reliés à une source de tension de polarisation Vpoi. Les deux sources de courant 501,502 sont alimentées par une tension d'alimentation Vcc. Le circuit 500 ainsi formé constitue une boucle translinéaire qui réalise une commande en courant des bases des transistors T2 et T3 d'une cellule amplificatrice selon l'invention.

La figure 6 représente un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué à contrôle automatique de gain 60 comprenant une pluralité de cellules amplificatrices adaptées, selon un mode de réalisation de l'invention. Il est particulièrement avantageux d'inclure un montage de cellule amplificatrice tel que décrit précédemment en référence à la figure 4, dans une structure d'amplificateur 30 distribué tel que décrit en référence à la figure 3, une telle structure étant par nature appropriée pour des applications impliquant de larges bandes de fréquences. Ainsi, dans l'exemple illustré par la figure 6, le premier élément actif C11 comporte un montage de cellule amplificatrice tel que décrit en référence à la figure 4. L'entrée Ec1 du premier élément actif C11, reliée à la ligne de transmission d'entrée Lg, attaque ainsi la grille du premier transistor T1. Le drain du deuxième transistor T2 est relié à la sortie Sc1 du premier élément actif C11. Dans le cas où la cellule amplificatrice C11 est composée de transistors à effet de champ, le contrôle automatique du gain est réalisé, comme indiqué précédemment, par le contrôle des tensions V2 et V3 appliquées respectivement aux grilles des transistors T2 et T3. Ainsi, si l'amplificateur basse fréquence 33 est adapté à produire en sortie une tension de commande différentielle Vdiff, celle-ci est utilisée directement pour contrôler les tensions V2 et V3 de la cellule amplificatrice C11.

Tous les autres éléments actifs Cln peuvent de la même manière comprendre chacun une cellule amplificatrice dont le gain est contrôlé automatiquement par la sortie de l'amplificateur basse fréquence 33. Dans le cas où les cellules amplificatrices Cli sont composées de transistors bipolaires (non représenté sur la figure 6), le contrôle automatique de gain est réalisé cette fois par une commande en courant appliquée aux bases des deuxième et troisième transistors (T2, T3) de chaque cellule. Dans ce cas, l'amplificateur basse fréquence 33 doit être adapté à produire en sortie une telle commande en courant. Il est à noter que le mode de réalisation d'un amplificateur distribué 15 60 tel que décrit ci-dessus est parfaitement compatible d'une technologie de type MMIC. La figure 7 représente un synoptique de la structure d'un amplificateur distribué 70 à contrôle automatique de gain comprenant une pluralité de 20 cellules amplificatrices adaptées incluant un étage de commande, selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 7 illustre le mode de réalisation de l'invention pour lequel les transistors des cellules amplificatrices Cli sont des transistors à effet de champ. 25 Dans le cas où l'amplificateur basse fréquence 33 ne produit pas en sortie une tension de commande différentielle Vdiff mais uniquement une tension de commande simple, il est particulièrement avantageux d'utiliser comme cellule amplificatrice Cli le montage décrit à la figure 5 incluant un étage de commande. 30 Dans ce cas, le gain de chaque élément actif Cli est contrôlé par la tension différentielle Vdiff obtenue à partir d'un amplificateur différentiel 50 lui-même commandé par une tension de commande Vcom comme décrit précédemment à l'appui de la figure 5.

L'amplificateur basse fréquence 33 est relié à sa sortie à la grille du transistor 52 de l'amplificateur différentiel 50 afin de produire la tension de commande Vcom.

Dans le cas où les cellules amplificatrices Cli sont composées de transistors bipolaires (non représenté sur la figure 7), l'amplificateur différentiel 50 peut être avantageusement remplacé par une commande en courant basée sur une boucle translinéaire comme mentionné précédemment. La figure 7bis représente le synoptique d'un montage incluant une boucle translinéaire, dont le fonctionnement est identique à celle décrite à la figure 5bis, et d'un étage de commande permettant à l'amplificateur basse fréquence 33 de piloter les générateurs de courants 501,502. L'amplificateur basse fréquence 33 est relié à sa sortie à la base d'un premier transistor bipolaire 701 dont le collecteur est relié à l'un des générateurs de courant 502 de la boucle translinéaire 500 et dont l'émetteur est relié à une autre source de courant 703. Le montage comporte en outre un second transistor bipolaire 700 dont le collecteur est relié à l'autre générateur de courant 501 de la boucle translinéaire 500, dont la base est reliée à une source de tension d'alimentation 702 et dont l'émetteur est relié à une source de courant 704. Les émetteurs des transistors bipolaires 700,701 sont en outre reliés entre eux par une résistance 705. Le montage décrit à la figure 7bis permet de réaliser une commande en courant à partir de la tension délivrée par l'amplificateur basse fréquence 33 de l'amplificateur distribué à contrôle automatique de gain selon l'invention. Tout autre montage réalisant une fonction identique peut être envisagé.

La figure 8 représente le schéma électrique d'un coupleur résistif 30 utilisé pour réaliser le contrôle automatique de gain dans un mode de réalisation de l'invention. Le coupleur résistif 31, que comporte l'amplificateur distribué selon l'invention, peut être constitué de deux résistances montées en L sur la ligne de sortie Ld de l'amplificateur. Une première résistance R1 est disposée 35 entre la ligne de sortie Ld, au niveau de l'extrémité correspondant à sa sortie S, et la sortie de couplage du coupleur résistif. Une seconde résistance R2 est disposée entre l'extrémité de la première résistance R1, au niveau de la sortie de couplage du coupleur résistif et le potentiel de référence. Le signal en sortie de couplage du coupleur résistif présente un gain de couplage Gc par rapport au signal de sortie de l'amplificateur distribué. Des pertes de gain entre l'entrée E et la sortie S de l'amplificateur distribué liées à l'insertion du coupleur peuvent se produire ainsi qu'une perte de réflexion du signal sur la discontinuité correspondant à la sortie reliée au détecteur 32. En choisissant convenablement les valeurs des résistances R1 et R2, il est possible d'optimiser le gain de couplage tout en minimisant les pertes d'insertion et de réflexion. L'invention ne se limite pas à l'utilisation d'un coupleur résistif tel que décrit ci-dessus. Tout type de coupleur permettant de prélever une image de la puissance sur la ligne de drain en sortie de l'amplificateur distribué sans perturber la transmission sur cette ligne peut être utilisé. En particulier le coupleur résistif 31 peut être remplacé par un coupleur directionnel composé d'une ligne principale et d'une ligne de mesure parallèles, les extrémités de la ligne de mesure correspondant respectivement au port de couplage et au port d'isolation.

Les courbes représentées sur les figures 9,10 et 11 sont issues de calculs de simulation préliminaires portant sur une architecture d'amplificateur distribué à contrôle automatique de gain selon l'invention décrite précédemment.

La figure 9 représente un ensemble 90 de courbes de la puissance de sortie de l'amplificateur distribué selon l'invention en fonction de sa puissance d'entrée, pour différentes valeurs de la fréquence du signal. La courbe 91 représente l'évolution de la puissance d'entrée de l'amplificateur entre -6dBm et + 6dBm qui est injectée à l'aide d'un générateur 50 Ohms sur l'entrée E de l'amplificateur. Les courbes ont été obtenues par simulation en faisant varier la fréquence du signal entre 2 et 18 GHz. Les courbes 90 représentant la puissance de sortie montrent un niveau sensiblement constant quelle que soit la puissance d'entrée et la 35 fréquence du signal.

La figure 10 représente, de façon similaire et dans les mêmes conditions de simulation qu'à la figure 9, un ensemble de courbes de la puissance de sortie de l'amplificateur distribué selon l'invention en fonction de la fréquence du signal d'entrée, pour différentes valeurs de la puissance d'entrée. On remarque le niveau sensiblement constant de la puissance de sortie lorsque la fréquence varie dans la bande [2 GHz ;18 GHz].

La figure 11 présente deux courbes illustrant l'énergie réfléchie 10 relevée aux extrémités d'un amplificateur distribué selon un mode de réalisation de l'invention. Les courbes décrites ci-après sont issues de calculs de simulation opérés dans les conditions décrites précédemment en référence aux figures 9 et 10.

15 La première courbe 100 représente l'énergie réfléchie S1,1 en entrée exprimée en dB, au niveau de la première extrémité 11 de la ligne de transmission d'entrée Lg, en référence aux figures 6 et 7 décrites précédemment. La seconde courbe 101, représente l'énergie réfléchie S2,2 en sortie 20 exprimée en dB, au niveau de la première extrémité 13 de la ligne de transmission de sortie Ld, en référence aux figures 6 et 7 décrites précédemment.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Amplificateur hyperfréquence distribué (60) à gain contrôlé automatiquement comportant une entrée (Eamp) du signal hyperfréquence disposée à une première extrémité (11) d'une ligne de transmission d'entrée (Lg) et une sortie (Samp) du signal hyperfréquence disposée à une seconde extrémité (14) d'une ligne de transmission de sortie (Ld), ledit amplificateur distribué (60) comportant une pluralité n de cellules amplificatrices hyperfréquences (C11, C12, Cln) à gain réglable (40) ayant chacune une entrée (Eci) reliée à la ligne de transmission d'entrée (Lg), une sortie (Sci) reliée à la ligne de transmission de sortie (Ld) et une entrée (Egi) de commande de gain, ledit amplificateur distribué (60) étant caractérisé en ce que : o II comporte en outre des moyens (31) de couplage reliés à la ligne de sortie (Ld), sensiblement au niveau de la sortie (Samp) de l'amplificateur distribué (60), un détecteur à diode (32) dont l'entrée est reliée à la sortie des moyens (31) de couplage et un amplificateur basse fréquence (33) dont l'entrée est reliée à la sortie du détecteur à diode (32) et dont la sortie est reliée à l'entrée (Egi) de commande de gain de chaque cellule amplificatrice (Cli), o chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte un premier transistor à effet de champ (T1) et un deuxième transistor à effet de champ (T2) montés en cascode, le premier transistor (T1) étant monté en source commune, le deuxième transistor (T2) étant monté en grille commune en série avec le premier transistor (T1), la source du premier transistor (T1) étant connectée à un potentiel de référence (M), la grille du deuxième transistor (T2) étant connectée au potentiel de référence (M) au travers d'un condensateur de découplage (Cd), o chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte en outre un troisième transistor à effet de champ (T3) disposé en parallèle du deuxième transistor (T2), les sources (S2, S3) des deuxième et troisième transistors (T2, T3) étant connectées au drain du premier transistor (T1), la grille du troisième transistor (T3) étant reliée au potentielde référence (M) au travers d'un second condensateur de découplage (Cd3), le drain du troisième transistor (T3) étant relié à une tension d'alimentation (VDD), o l'entrée (Eci) de chaque cellule amplificatrice (Cli) est connectée à 5 la grille du premier transistor (T1), la sortie (Sci) de chaque cellule amplificatrice (Cli) est connectée au drain du deuxième transistor (T2), o l'amplificateur basse fréquence (33) étant adapté, par l'intermédiaire de l'entrée (Egi) de commande de gain, à ajuster le 10 gain de chaque cellule amplificatrice (Cli) par le contrôle de la tension de commande différentielle (Vdiff) entre les grilles des deuxième et troisième transistors (T2, T3)
2. 2. Amplificateur hyperfréquence distribué (70) à gain contrôlé 15 automatiquement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice (Cli) est réalisé par la production en sortie de l'amplificateur basse fréquence (33) de la tension de commande différentielle Vdiff entre les grilles des deuxième et troisième transistors (T2, T3). 20
3. 3. Amplificateur hyperfréquence distribué (70) à gain contrôlé automatiquement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte en outre un amplificateur différentiel (50) qui délivre une tension de commande différentielle Vdiff entre les 25 grilles des deuxième et troisième transistors (T2, T3) et que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice (Cli) est réalisé par la commande en tension (Vcom) dudit amplificateur différentiel (50) par l'amplificateur basse fréquence (33) auquel il est relié. 30
4. 4. Amplificateur hyperfréquence distribué (60) à gain contrôlé automatiquement comportant une entrée (Eamp) du signal hyperfréquence disposée à une première extrémité (11) d'une ligne de transmission d'entrée (Lg) et une sortie (Samp) du signal hyperfréquence disposée à une seconde extrémité (14) d'une ligne de transmission de 35 sortie (Ld), ledit amplificateur distribué (60) comportant une pluralité n decellules amplificatrices hyperfréquences (C11, C12, Cln) à gain réglable (40) ayant chacune une entrée (Eci) reliée à la ligne de transmission d'entrée (Lg), une sortie (Sci) reliée à la ligne de transmission de sortie (Ld) et une entrée (Egi) de commande de gain, ledit amplificateur distribué (60) étant caractérisé en ce que : o II comporte en outre des moyens (31) de couplage reliés à la ligne de sortie (Ld), sensiblement au niveau de la sortie (Samp) de l'amplificateur distribué (60), un détecteur à diode (32) dont l'entrée est reliée à la sortie des moyens (31) de couplage et un amplificateur basse fréquence (33) dont l'entrée est reliée à la sortie du détecteur à diode (32) et dont la sortie est reliée à l'entrée (Egi) de commande de gain de chaque cellule amplificatrice (Cli), o chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte un premier transistor bipolaire (T1) et un deuxième transistor bipolaire (T2) montés en cascode, le premier transistor (T1) étant monté en émetteur commun, le deuxième transistor (T2) étant monté en base commune en série avec le premier transistor (T1), l'émetteur du premier transistor (T1) étant connecté à un potentiel de référence (M), la base du deuxième transistor (T2) étant connectée au potentiel de référence (M) au travers d'un condensateur de découplage (Cd), o chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte en outre un troisième transistor bipolaire (T3) disposé en parallèle du deuxième transistor (T2), les émetteurs (S2, S3) des deuxième et troisième transistors (T2, T3) étant connectés au collecteur du premier transistor (T1), la base du troisième transistor (T3) étant reliée au potentiel de référence (M) au travers d'un second condensateur de découplage (Cd3), le collecteur du troisième transistor (T3) étant relié à une tension d'alimentation (VDD), o l'entrée (Eci) de chaque cellule amplificatrice (Cli) est connectée à la base du premier transistor (T1), la sortie (Sci) de chaque cellule amplificatrice (Cli) est connectée au collecteur du deuxième transistor (T2), o l'amplificateur basse fréquence (33) étant adapté, par 35 l'intermédiaire de l'entrée (Egi) de commande de gain, à ajuster legain de chaque cellule amplificatrice (Cli) par le contrôle du courant aux bases des deuxième et troisième transistors (T2, T3),
5. 5. Amplificateur hyperfréquence distribué (70) à gain contrôlé automatiquement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice (Cli) est réalisé par la production en sortie de l'amplificateur basse fréquence (33) de la commande de courant aux bases des deuxième et troisième transistors (T2, T3),
6. 6. Amplificateur hyperfréquence distribué (70) à gain contrôlé automatiquement selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque cellule amplificatrice (Cli) comporte en outre une boucle translinéaire formée par deux transistors montés en diodes qui délivre un courant de commande appliqués aux bases des deuxième et troisième transistors (T2, T3) et que l'ajustement du gain de chaque cellule amplificatrice (Cli) est réalisé par une commande en tension de ladite boucle translinéaire par l'amplificateur basse fréquence (33).
7. 7. Amplificateur hyperfréquence distribué (60,70) à gain contrôlé automatiquement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de couplage (31) sont réalisés par un coupleur résistif composé de deux résistances montées en L sur la ligne de sortie (Ld) dudit amplificateur distribué (60,70).
8. 8. Amplificateur hyperfréquence distribué (60,70) à gain contrôlé automatiquement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de couplage (31) sont réalisés par un coupleur directionnel.
9. 9. Amplificateur hyperfréquence distribué (60,70) à gain contrôlé automatiquement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités libres (12, 13) des deux lignes de transmission (Lg, Ld) sont chargées par des impédances (Zg, Zd) dont les valeurs sont30respectivement égales aux valeurs respectives d'impédance caractéristique des deux lignes de transmission (Lg, Ld).