WO2010000998A2 - Dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite, et satellite équipé d'un tel dispositif - Google Patents

Dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite, et satellite équipé d'un tel dispositif Download PDF

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WO2010000998A2
WO2010000998A2 PCT/FR2009/050994 FR2009050994W WO2010000998A2 WO 2010000998 A2 WO2010000998 A2 WO 2010000998A2 FR 2009050994 W FR2009050994 W FR 2009050994W WO 2010000998 A2 WO2010000998 A2 WO 2010000998A2
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power amplification
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Jérôme PUECH
Gaël SCOT
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Centre National D'etudes Spatiales (C.N.E.S.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18515—Transmission equipment in satellites or space-based relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/204—Multiple access
    • H04B7/2041—Spot beam multiple access

Definitions

  • the invention relates to a device for amplifying the payload power of an artificial satellite in orbit with respect to a planet -in particular the data broadcast multibeam earth, comprising:
  • each antenna adapted to broadcast a data signal to be broadcast, each antenna thus forming a beam, a plurality of inputs each receiving a data signal to be broadcast,
  • a power amplification unit comprising a plurality of individual amplification circuits connected in parallel, each power amplification unit being connected to one and only one input which supplies it, and being adapted to deliver a corresponding amplified signal
  • Such a satellite payload can be used, for example, to broadcast multimedia content (audio and / or video, television programs, etc.) from a geostationary satellite and to mobile terminals located on the ground.
  • the plurality of broadcast antennas may correspond to a plurality of linguistic areas to be covered.
  • the payload of such a multibeam broadcast satellite must have a relatively high scattering power for each antenna.
  • the transmission power of the downlink is all the more important that the satellite is away from the ground, and the ground receivers are mobile terminals.
  • the equivalent isotropically radiated power (EIRP) required is of the order of 60 to 72 dBW per spot, that is to say by broadcast antenna.
  • EIRP equivalent isotropically radiated power
  • the payload must be reconfigurable in orbit, according to the needs of each spot. For example :
  • the operator may wish to switch from the power allocated to France (for example) to Germany (for example) to meet an increase in demand on the latter; this demand for power can come either from the need to increase the number of TV channels (or radio or data stream), or to improve the availability of the signal on the ground, or to propose terminals of smaller dimensions,
  • each broadcast antenna is powered from a power amplification block of its own.
  • each power amplification block comprises a plurality of amplifier circuits, such as traveling wave tubes, connected in parallel.
  • this known solution offers only a small flexibility of power allocation, since each broadcast antenna can be powered only by a power level which is an integer multiple of the power delivered individually by a block of power. power amplification, and at most by the power delivered by all the power amplification blocks.
  • each broadcast antenna receives one or more data signal (s) to be broadcast, that is to say one or more channel (aux), but, conversely, the same signal data to be broadcast can not be distributed over multiple broadcast antennas.
  • Another solution envisaged to obtain a power allocation flexibility between the beams consists in modifying the gain of each amplification circuit, by varying a control voltage of this gain (bias voltage (US 6091934) or voltage of anode of a traveling wave tube (US 7181163)) as a function of the power level of the input signal to be broadcast or of a control signal transmitted by the ground.
  • bias voltage bias voltage
  • USB 7181163 voltage of anode of a traveling wave tube
  • the influence of the gain control voltage on the gain value is in practice subject to a number of variations from one circuit to another and therefore can not be determined with great precision, so that for a given command signal, the power delivered can vary to a certain extent, which affects the accuracy of the control.
  • Such a performance uncertainty is in practice not compatible with the integration onboard a space system.
  • this solution assumes that the amplification circuits are all designed to be able to transmit all of the maximum power, whereas each amplification circuit operates most of the time only for a lower power depending on the voltage of the amplifier. control.
  • the object of the invention is to provide a device for amplifying the payload power of a multibeam broadcast satellite.
  • data in which the power diffused by each broadcasting antenna can be modified in real time according to the needs, in particular by sending remotes to the satellite, finely, can be greater than the power delivered by each amplification block of power fed by a data signal (that is to say by a channel), the device further having a better reliability, a perfect stability of performance, a longer life and improved dynamic response.
  • the invention aims in particular to provide such a power amplification device that provides a great flexibility of power allocation with a variation of relatively fine power levels, especially less than 500 W.
  • the invention also aims more particularly at providing such a power amplification device that makes it possible to broadcast the same data signal on several different broadcast antennas, the scattering power of this signal being distributed between these antennas.
  • the invention also aims at providing such a power amplification device that is otherwise compatible with its integration onboard a satellite, including a geostationary satellite.
  • the invention also aims at providing such a power amplification device whose design and manufacture is otherwise simple and does not impose new specific design steps with respect to the power amplification device itself. More particularly, the invention aims to provide such a power amplification device that can be composed of standard circuits manufactured in series and whose performance and reliability are controlled.
  • the invention relates to a device for amplifying the payload power of a multibeam data broadcasting satellite, comprising:
  • a plurality of broadcast antennas each adapted to broadcast a data signal to be broadcast, a plurality of inputs each receiving a data signal to be broadcast,
  • a power amplification unit comprising a plurality of individual amplification circuits connected in parallel, each power amplification unit being connected to one and only one input which supplies it, and being adapted to deliver a corresponding amplified signal
  • connecting means between the individual amplification circuits of each power amplification block and the antennas are adapted to allow the antennas to broadcast the amplified signals delivered by the amplification blocks, characterized in that
  • each power amplification block has a plurality of outputs connected, by said connecting means, to a plurality of diffusion antennas, each output being connected to one and only one diffusion antenna
  • each amplification block of power device comprises a switch device comprising at least two switches, and adapted to be able to connect selectively and independently of each other, different subsets of said individual amplification circuits of this power amplification block to any one of said antennas broadcast connected to the outputs of this power amplification block.
  • each switch for each data signal to be broadcast, several switches are provided to direct the power delivered by the power amplification block corresponding to this signal to one or more broadcast antennas. Consequently, the power traversed by each switch is even lower, which improves the performance of the switching, in particular reduces the effects of parasitic phenomena and transients, improves the lifetime and reliability of the whole circuit.
  • the same data signal can be distributed over several separate antennas.
  • the switches integrated in each amplification block may be arranged in any appropriate manner making it possible to vary the number of subsets of said individual amplification circuits connected to each diffusion antenna connected to this amplification block, and therefore the power the signal supplied to each broadcast antenna.
  • each switch is disposed downstream of said subassembly, in series with the latter.
  • a device according to the invention is characterized in that each power amplification block comprises, downstream of the individual amplification circuits, at least two switches, each switch having a plurality of output terminals, and an input terminal connected to a single subset of individual amplifier circuits whose output is connected to the input terminal of a single switch, each switch being adapted to electrically connect its input terminal to the input terminal.
  • each individual amplification circuit may be formed of a traveling wave tube (in particular in the case of a geostationary multibeam satellite), or of a solid state amplifier circuit (integrated circuit). when the total power to be delivered is less important, for example in the case of a multibeam satellite in low orbit or when the frequency band imposes this choice of technology.
  • a device according to the invention the power conveyed in each branch of the wiring formed by said connecting means between the individual amplification circuits and the antennas being reduced, it is possible, also in the context of a geostationary satellite payload, to overcome the use of waveguides to achieve these means of connection.
  • a device according to the invention is advantageously characterized in that said connecting means are formed of coaxial cables, and in that each switch is formed of a coaxial switch of spatial quality.
  • each power amplification block comprises 2 n individual amplification circuits, n being a non-zero integer.
  • each subset of individual amplification circuits comprises 2 m individual amplification circuits, m being an integer ranging between 0 and 2 and less than n.
  • each subset comprises a single individual amplification circuit (m is equal to 0).
  • each subset comprising a single individual amplification circuit, a single switch being provided immediately downstream of this individual amplification circuit.
  • each individual amplification circuit provides a power of between 200 W and 500 W.
  • the invention also extends to a multibeam data broadcast satellite characterized in that it comprises at least one payload comprising at least one power amplification device according to the invention supplying each of its broadcast antennas.
  • a multibeam data broadcast satellite characterized in that it comprises at least one payload comprising at least one power amplification device according to the invention supplying each of its broadcast antennas.
  • it is a geostationary satellite.
  • the invention is equally applicable to a multibeam satellite in non-geostationary orbit, including a satellite in medium or low or elliptical orbit.
  • the invention also relates to a power amplification device and a satellite characterized in combination by all or some of the characteristics mentioned above or below.
  • FIG. 1 is a schematic view of a satellite according to the invention
  • FIG. 2 is a general diagram of a satellite payload according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 3 to 5 are diagrams respectively representing three variant embodiments of a power amplification device according to FIG. the invention.
  • FIG. 1 represents an example of a geostationary satellite 1 according to the multibeam invention, that is to say comprising a plurality of diffusion antennas 4, 5 (namely two diffusion antennas only in the example represented).
  • the data signals to be broadcast are transmitted from at least one ground station 20 by at least one uplink 21, the satellite 1 having at least one receiving antenna (or beam) 19.
  • FIG. 1 represents only one example, and it is understood that the invention applies to any other configuration, for example to each satellite of a satellite constellation, in the case of multibeam satellites comprising a number of broadcast antennas greater than 2, to non-geostationary satellites. ..
  • the payload 3 of a multimedia broadcast satellite 1 compatible with the 3G standards comprises a plurality of broadcast antennas each covering a region, for example a country, and receives ground 2 digital data to be broadcast on different regions. This data is converted into a plurality of channels to be broadcast, each channel being amplified and delivered to a broadcast antenna.
  • FIG. 2 represents an exemplary configuration of the payload 3 of such a satellite 1 according to the invention, which constitutes a repeater.
  • the data to be broadcast are received on at least one reception antenna 19.
  • a first stage 22 processes this data in reception by performing a filtering for suppressing the interfering signals from other systems, and keeping only the useful signal arriving at the payload level 3, this useful signal can be transmitted either by a high-speed carrier or by a group of carriers adjacent.
  • the first stage 22 forms a plurality of parallel channels, i.e. a plurality of data signals to be broadcast, the number of which corresponds to the number of satellite broadcast antennas 4, 5.
  • Each channel feeds a second stage 23 in which the signals are amplified by a low noise amplifier LNA ("Low Noise Amplifier”) whose active elements are adapted to provide a very low noise factor, while amplifying the signal to a minimum. sufficient level for the next stages of the payload.
  • LNA Low Noise Amplifier
  • a third stage 24 of the payload makes it possible to carry out a frequency transposition so that each channel is transmitted on a carrier frequency of its own. This frequency transposition converts the signal from the allocated uplink frequency band into the frequency band allocated to the downlink frequency.
  • the different channels are then processed in a fourth stage 25 whose function is, on the one hand, to process the signals possibly up to demodulation, reshaping and then remodulation, then to distribute the different channels on the different inputs 9 , 10 different power amplification blocks 7, 8 of a power amplifier device 6 according to the invention.
  • the power amplification device 6 comprises for each input 9, 10 and downstream of this input 9, 10, a power amplification block 7, respectively 8.
  • Each power amplification block 7 , 8 thus has an input 9, 10 thus receiving a channel, that is to say a data signal to be broadcast on each broadcast antenna 4, 5 connected to this power amplification block 7, 8.
  • the device 6 of power amplification according to the invention comprises a number of inputs 9, 10, and therefore a number of power amplification blocks 7, 8, which corresponds to the number of diffusion antennas 4, 5 which must be able to operate simultaneously.
  • each of the broadcast antennas 4, 5 capable of operating simultaneously can be powered from a single power amplification block 7, 8 if necessary.
  • Each data signal to be broadcast is formed of a signal modulated on a carrier frequency, and the frequencies of the different distinct data signals can be different so that the payload 3 can simultaneously transmit without interference a plurality of data signals at a time. from its different diffusion antennas 4, 5.
  • Each power amplification block 7, 8 comprises, downstream of the corresponding input 9, a plurality of individual amplifier circuits connected in parallel.
  • Each individual amplification circuit may be formed of a traveling wave tube or a solid state amplifier circuit (integrated circuit). Each individual amplification circuit preferably provides a power of between a few Watts and 500 W. The coupling of a plurality of individual amplification circuits in parallel makes it possible to use for each of the elements (switches, guides, combiners, ...) located downstream of these circuits 15, a technology requiring a lower performance, and therefore simpler and more reliable and more technologically accessible. Each individual amplification circuit 15 may or may not incorporate a pre-amplification stage, a linearization circuit, a phase shifter circuit and a power supply. Each individual amplification circuit 15 has an input terminal 26 and an output terminal 27.
  • each power amplification block 7, 8 The input terminals 26 of the individual amplification circuits 15 of each power amplification block 7, 8 are connected to the power supply. input 9, 10 of this power amplifier block 7, 8, by paired branch branches to ensure identical path length for all individual amplification circuits.
  • Each power amplification block 7, 8 preferably comprises 2 n individual amplification circuits, n being a non-zero integer.
  • each power amplification block 7, 8 has a number of outputs 11, 12, 13, 14 corresponding to the number of diffusion antennas 4, 5 to be connected simultaneously to this power amplification unit 7. , 8.
  • the payload 3 comprises two diffusion antennas 4, 5, and the power amplification device 6 according to the invention comprises two power amplification blocks 7, 8.
  • the first power amplification block 7 has a first output 11 connected to the first diffusion antenna 4 and a second output 12 connected to the second diffusion antenna 5, and the second power amplification unit 8 has a first output 13 connected to the first diffusion antenna 4 and a second output 14 connected to the second diffusion antenna 5. It goes without saying that any other variant embodiment can be envisaged with a different number of broadcast antennas and power amplification blocks.
  • Each power amplification block 7, 8 comprises, downstream of the individual amplification circuits, at least two switches 16, 17, 18.
  • Each switch 16, 17, 18 having a plurality of output terminals 33, 34; 40, 41; 47, 48, and an input terminal 32, 39, 46 connected to a single subassembly 28, 35, 42 of individual amplification circuits.
  • the output of each subassembly 28, 35, 42 is connected to the input terminal 32, 39, 46 of a single switch 16, 17, 18, each switch 16, 17, 18 being adapted to electrically connect said terminal input 32, 39, 46 at one or other of its output terminals 33, 34; 40, 41; 47, 48.
  • each output terminal 33, 34; 40, 41; 47, 48 of each switch 16, 17, 18 is connected to one of the outputs 11, 12, 13, 14 of the power amplification block 7, 8, and therefore to one of the diffusion antennas 4, 5 , so that each switch 16, 17, 18 allows, according to its state, to connect a subassembly 28, 35, 42 of individual amplifier circuits selectively and independently to one or the other of the diffusion antennas 4, 5 connected to the outputs 11, 12, 13, 14 of this power amplifier block 7, 8.
  • the different power amplification blocks 7, 8 are all identical, comprise the same number of individual power amplification circuits and the same number of switches 16, 17, 18.
  • each switch 16, 17, 18 has a number of output terminals 33, 34; 40, 41; 47, 48 equal to two, and each power amplification block 7, 8 has a number of switches 16, 17, 18 adapted to allow each of the outputs of each subassembly 28, 35, 42 to be connected together. at one or the other of the diffusion antennas 4, 5 connected to this power amplification block 7, 8.
  • each power amplification block 7, 8 comprises eight individual amplification circuits, each subassembly 28 comprises four individual amplification circuits.
  • Each power amplification block 7, 8 comprises two switches 16.
  • the input terminal 32 of a first switch 16 is connected to the output terminal of a first subassembly 28, and the input terminal 32 a second switch 16 is connected to the output terminal of a second subassembly 28.
  • Each switch 16 has a first output terminal 33 connected to the first broadcast antenna 4, and a second output terminal 34 connected to the second broadcast antenna 5.
  • connections between the different output terminals 33, 34 of each switch 16 and each diffusion antenna 4, respectively, are preferably adapted to have identical lengths. These connections can be made in the form of three-dimensional waveguides or in the form of coaxial cables. The same applies to the connection between the output terminal 27 of each individual amplification circuit and the input terminal 32 of each switch 16.
  • the switches 16 may be formed of coaxial switches of spatial quality, for example reference type SPDT, DPDT, DP3T, T type marketed by Radiall (Rosny-sous-Bois, France).
  • each subassembly 35 comprises only two individual amplification circuits 15, and each power amplifier block 7, 8 then has four switches 17 whose input terminal 39 is connected to the output terminal of a subset.
  • Each switch 17 has a first output terminal 40 connected to the first diffusion antenna 4, and a second output terminal 41 connected to the second diffusion antenna 5.
  • the embodiment of FIG. 5 differs from that of FIG. 3 in that each subassembly 35 comprises a single amplifying individual circuit, and each power amplification block 7, 8 then has eight switches 18 whose input terminal 46 is connected to the output terminal of a subassembly.
  • Each switch 18 has a first output terminal 47 connected to the first diffusion antenna 4, and a second output terminal 48 connected to the second diffusion antenna 5.
  • each individual amplification circuit 15 is connected to a specific switch 18 and can supply its power to one or the other of broadcast antennas 4, 5. But this configuration requires a larger number of switches installed.
  • each switch 16, 17, 18 must be formed. not by a single switching circuit, but by a circuit stage connected bypass so as to present the number of appropriate outputs, with an identical line length between each output, so as to introduce no phase shift.
  • Each switch 16, 17, 18 is controlled from a remote-type signal sent from a remote control ground station.
  • filtering components may be incorporated in each power amplification block 7, 8, downstream of the switches 16, 17, 18, and / or between the power amplification blocks 7, 8 and the antennas 4, 5.
  • a power amplification device may be implemented in the case of S-band audio or video type broadcasting on the basis of traveling wave tube amplifiers.
  • traveling wave tubes such as those marketed by Thales Electron Devices in Europe.
  • TWTs traveling wave tubes
  • - Frequency of use 2.3 to 27 GHz
  • the traveling wave tubes can be conductive or radiative.
  • the output of the traveling wave tube is then of the order of 40%.
  • the tube provides an RF power of 90 W. Under these conditions the amplifier consumes 250 W and dissipates 160 W (including the performance of power supplies, typically of the order of 90%).
  • SSPA Solid State Power Amplification
  • the invention makes it possible in particular to avoid high output powers, and therefore to minimize the so-called multipactor phenomena of microwave discharge in the vacuum in the presence of high powers.
  • the invention allows:
  • the invention may be the subject of numerous alternative embodiments with respect to the embodiments which are described above and shown in the figures, solely by way of non-limiting examples.
  • the numbers of broadcast antennas, power amplification blocks, individual amplification circuits in each power amplification block, and in each subset, as well as the number of switches, the location and the arrangement of these switches may vary.
  • the invention is advantageously applicable for broadcasting data representing multimedia contents from a geostationary satellite to mobile terminals on the ground, it can however find many other applications in which it has the same advantages.
  • the invention can be used for producing a power amplification device of a multibeam satellite payload in low or medium orbit.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite multifaisceaux de diffusion de données, dans lequel chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance présente une pluralité de sorties reliées à une pluralité d'antennes (4, 5) de diffusion, chaque sortie (11, 12, 13, 14) étant reliée à une et une seule antenne (4, 5) de diffusion, et au moins deux commutateurs adaptés pour pouvoir relier sélectivement et indépendamment les uns des autres, différents sous-ensembles desdits circuits individuels d'amplification à l'une quelconque desdites antennes (4, 5) de diffusion. L'invention s'étend à un satellite équipé d'un tel dispositif d'amplification.

Description

DISPOSITIF D'AMPLIFICATION DE PUISSANCE DE CHARGE UTILE D'UN SATELLITE, ET SATELLITE ÉQUIPÉ D'UN TEL DISPOSITIF
L'invention concerne un dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite artificiel en orbite par rapport à une planète -notamment la Terre- multifaisceaux de diffusion de données, comprenant :
- une pluralité d'antennes de diffusion adaptées chacune pour pouvoir diffuser un signal de données à diffuser, chaque antenne formant ainsi un faisceau, - une pluralité d'entrées recevant chacune un signal de données à diffuser,
- à l'aval de chaque entrée, un bloc d'amplification de puissance comprenant une pluralité de circuits individuels d'amplification montés en parallèle, chaque bloc d'amplification de puissance étant relié à une et une seule entrée qui l'alimente, et étant adapté pour délivrer un signal amplifié correspondant,
- des moyens de liaison entre les circuits individuels d'amplification de chaque bloc d'amplification de puissance et les antennes, ces moyens de liaison étant adaptés pour permettre la diffusion, par les antennes, des signaux amplifiés délivrés par les blocs d'amplification. Une telle charge utile de satellite peut servir par exemple pour diffuser du contenu multimédia (audio et/ou vidéo, programmes de télévision,...) à partir d'un satellite géostationnaire et vers des terminaux mobiles situés au sol. Par exemple, la pluralité d'antennes de diffusion peut correspondre à une pluralité de zones linguistiques à couvrir. La charge utile d'un tel satellite multifaisceaux de diffusion doit présenter une puissance de diffusion relativement importante pour chaque antenne. En particulier, dans le cas d'un satellite géostationnaire, la puissance de diffusion de la liaison descendante est d'autant plus importante que le satellite est éloigné du sol, et que les récepteurs au sol sont des terminaux mobiles. Typiquement, pour un satellite géostationnaire de diffusion multimédia, la puissance isotrope rayonnée équivalente (PIRE) requise est de l'ordre de 60 à 72 dBW par spot, c'est-à-dire par antenne de diffusion. De même, dans le cas d'un satellite multifaisceaux en orbite moyenne ou basse, il peut être aussi utile de minimiser les performances des circuits d'amplification de puissance qui sont des composants dont l'encombrement, la masse et la consommation sont relativement importants dans la conception générale du satellite.
Afin d'optimiser l'usage de la puissance disponible à bord du satellite, il est considéré comme nécessaire de pouvoir disposer d'une flexibilité d'allocation de la puissance entre les différents spots en vue de s'adapter au trafic par exemple. Autrement dit, la charge utile doit pouvoir être reconfigurée en orbite, en fonction des besoins de chaque spot. Par exemple :
- en cas d'incertitude sur les potentiels de marché dans les différents faisceaux/pays, l'opérateur peut souhaiter basculer de la puissance affectée à la France (par exemple) vers l'Allemagne (par exemple) pour répondre à un surcroît de demande sur cette dernière ; cette demande de puissance peut provenir soit du besoin d'accroître le nombre de chaînes TV (ou radio ou flux de données), soit d'améliorer la disponibilité du signal au sol, soit de proposer des terminaux de plus petites dimensions,
- en cas d'évolution du marché en cours de vie du satellite, qui fasse évoluer les demandes de puissance par faisceau/pays,
- dans le cas diffusion de programmes de télévision, pour prendre en compte une variation des besoins en fonction des fuseaux horaires. Ainsi, en général, la diffusion d'une émission de télévision de grande audience induit un besoin élevé en puissance de diffusion d'un spot. Au contraire, un spot orienté vers une zone dans laquelle l'heure locale correspond à la nuit à un besoin de puissance réduit.
Dans les architectures de charge utile traditionnelle, chaque antenne de diffusion est alimentée à partir d'un bloc d'amplification de puissance qui lui est propre. Typiquement, chaque bloc d'amplification de puissance comprend une pluralité de circuits amplificateurs, tels que des tubes à ondes progressives, montés en parallèle.
Pour obtenir la flexibilité en puissance mentionnée ci-dessus, il a été envisagé d'intégrer des commutateurs en sortie de chaque bloc d'amplification de puissance, de façon à orienter le signal amplifié vers l'une ou l'autre des antennes de diffusion (cf. par exemple US 6438354). Néanmoins, ces commutateurs doivent être capables d'effectuer une commutation sur un signal radiofréquence à haute puissance. En effet, chaque commutateur est traversé par un signal dont la puissance correspond à toute la puissance de diffusion d'une antenne. De tels composants sont très coûteux, présentent une durée de vie limitée (la durée de vie d'un composant électronique dépendant de sa puissance de fonctionnement), et, du fait qu'ils sont rajoutés spécifiquement dans le circuit de la charge utile (et ne sont donc pas des composants électroniques intégrés et fabriqués en série simultanément à l'ensemble du circuit électronique), affectent la fiabilité générale de la charge utile. En outre, ils peuvent induire des phénomènes parasites (arcs, claquages ou phénomènes inductifs à la commutation, effets d'avalanche électronique en surface (« multipactor »), effets Corona, oscillations transitoires...) d'autant plus significatifs que la puissance transmise est importante. En particulier, ils nécessitent l'utilisation d'un filtrage pour éviter la propagation des oscillations transitoires d'intensité à la commutation. La présence d'un tel filtrage a elle-même pour conséquence d'induire une durée importante de commutation et une consommation d'énergie. En outre, l'utilisation de commutateurs fonctionnant à haute puissance implique, en elle-même, des performances dynamiques réduites en ce sens que la commutation nécessite un délai plus important que dans le cadre d'une commutation à faible puissance.
De surcroît, cette solution connue n'offre qu'une faible flexibilité d'allocation de puissance, puisque chaque antenne de diffusion ne peut être alimentée que par un niveau de puissance qui est un multiple entier de la puissance délivrée individuellement par un bloc d'amplification de puissance, et au maximum par la puissance délivrée par tous les blocs d'amplification de puissance.
Par ailleurs, avec cette solution connue, chaque antenne de diffusion reçoit un ou plusieurs signal(aux) de données à diffuser, c'est-à-dire un ou plusieurs canal(aux), mais, à l'inverse, un même signal de données à diffuser ne peut pas être réparti sur plusieurs antennes de diffusion. Une autre solution envisagée pour obtenir une flexibilité d'allocation de puissance entre les faisceaux consiste à modifier le gain de chaque circuit d'amplification, en faisant varier une tension de contrôle de ce gain (tension de polarisation (US 6091934) ou tension d'anode d'un tube à ondes progressives (US 7181163)) en fonction du niveau de puissance du signal d'entrée à diffuser ou d'un signal de commande transmis par le sol. Cette solution présente quant à elle plusieurs inconvénients. Tout d'abord, elle est complexe et lourde dans sa mise en œuvre lorsque le nombre de circuits d'amplification est important. En outre, l'influence de la tension de contrôle du gain sur la valeur du gain est en pratique sujette à un certain nombre de variations d'un circuit à un autre et ne peut donc pas être déterminée avec une grande précision, de sorte que pour un signal de commandes donné, la puissance délivrée peut varier dans une certaine mesure, ce qui nuit à la précision du contrôle. Une telle incertitude de performances n'est en pratique pas compatible avec l'intégration à bord d'un système spatial. De surcroît, cette solution suppose que les circuits d'amplification soient tous conçus pour pouvoir transmettre l'intégralité de la puissance maximum, alors que chaque circuit d'amplification ne fonctionne la plupart du temps que pour une puissance plus faible dépendant de la tension de contrôle. Autrement dit, elle permet de diminuer la puissance délivrée par un circuit d'amplification sur une antenne, mais au contraire ne permet pas d'alimenter une antenne par une puissance qui peut être supérieure à la puissance maximum susceptible d'être délivrée par un seul circuit d'amplification. Dès lors, elle ne procure pas une réelle flexibilité d'allocation de puissance permettant d'optimiser la conception des différents circuits d'amplification en diminuant les performances de chacun d'entre eux à une valeur strictement minimum, la plage de flexibilité étant limitée à 3 dB de réduction de puissance lorsque que l'on fait varier la tension d'anode. En outre, une telle solution n'est pas efficace en termes de rendement. En effet, les variations de la tension d'anode des tubes à ondes progressives induisent des pertes de rendement.
Dans ce contexte, l'invention vise à fournir un dispositif d'amplification de puissance de charge utile de satellite multifaisceaux de diffusion de données, dans lequel la puissance diffusée par chaque antenne de diffusion peut-être modifiée en temps réel en fonction des besoins, notamment en envoyant des télécommandes au satellite, de façon fine, peut être supérieure à la puissance délivrée par chaque bloc d'amplification de puissance alimenté par un signal de données (c'est- à-dire par un canal), le dispositif présentant en outre une meilleure fiabilité, une parfaite stabilité de performances, une plus grande durée de vie et une réponse dynamique améliorée.
L'invention vise en particulier à proposer un tel dispositif d'amplification de puissance qui procure une grande flexibilité d'allocation puissance avec une variation des niveaux de puissance relativement fine, notamment inférieure à 500 W.
L'invention vise également plus particulièrement à proposer un tel dispositif d'amplification de puissance qui permette de diffuser un même signal de données sur plusieurs antennes de diffusion distinctes, la puissance de diffusion de ce signal étant répartie entre ces antennes.
L'invention vise également à proposer un tel dispositif d'amplification puissance qui soit par ailleurs compatible avec son intégration à bord d'un satellite, notamment un satellite géostationnaire.
L'invention vise également à proposer un tel dispositif d'amplification puissance dont la conception et la fabrication soit par ailleurs simple et n'impose pas de nouvelles étapes de conception spécifiques en ce qui concerne le dispositif d'amplification de puissance lui-même. Plus particulièrement, l'invention vise à proposer un tel dispositif d'amplification de puissance qui puisse être composé de circuits standards fabriqués en série et dont les performances et la fiabilité sont maîtrisées.
Pour ce faire, l'invention concerne un dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite multifaisceaux de diffusion de données, comprenant :
- une pluralité d'antennes de diffusion adaptées chacune pour pouvoir diffuser un signal de données à diffuser, - une pluralité d'entrées recevant chacune un signal de données à diffuser,
- à l'aval de chaque entrée, un bloc d'amplification de puissance comprenant une pluralité de circuits individuels d'amplification montés en parallèle, chaque bloc d'amplification de puissance étant relié à une et une seule entrée qui l'alimente, et étant adapté pour délivrer un signal amplifié correspondant,
- des moyens de liaison entre les circuits individuels d'amplification de chaque bloc d'amplification de puissance et les antennes, ces moyens de liaison étant adaptés pour permettre la diffusion, par les antennes, des signaux amplifiés délivrés par les blocs d'amplification, caractérisé en ce que :
- chaque bloc d'amplification de puissance présente une pluralité de sorties reliées, par lesdits moyens de liaison, à une pluralité d'antennes de diffusion, chaque sortie étant reliée à une et une seule antenne de diffusion, - chaque bloc d'amplification de puissance comprend un dispositif de commutateurs comportant au moins deux commutateurs, et adapté pour pouvoir relier sélectivement et indépendamment les uns des autres, différents sous- ensembles desdits circuits individuels d'amplification de ce bloc d'amplification de puissance à l'une quelconque desdites antennes de diffusion reliées aux sorties de ce bloc d'amplification de puissance.
Ainsi, dans un dispositif sur l'invention, pour chaque signal de données à diffuser, plusieurs commutateurs sont prévus pour diriger la puissance délivrée par le bloc d'amplification de puissance correspondant à ce signal vers une ou plusieurs antennes de diffusion. En conséquence, la puissance traversée par chaque commutateur est d'autant plus faible, ce qui permet d'améliorer les performances de la commutation, en particulier diminue les effets des phénomènes parasites et des phénomènes transitoires, améliore la durée de vie et la fiabilité de l'ensemble du circuit. En outre, un même signal de données peut ainsi être réparti sur plusieurs antennes distinctes. Les commutateurs intégrés dans chaque bloc d'amplification peuvent être disposés de toute façon appropriée permettant de faire varier le nombre de sous-ensembles desdits circuits individuels d'amplification reliés à chaque antenne de diffusion reliée à ce bloc d'amplification, et donc la puissance du signal fourni à chaque antenne de diffusion.
De préférence, avantageusement et selon l'invention, chaque commutateur est disposé à l'aval dudit sous-ensemble, en série avec ce dernier. Ainsi, avantageusement, un dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que chaque bloc d'amplification de puissance comprend, à l'aval des circuits individuels d'amplification, au moins deux commutateurs, chaque commutateur ayant une pluralité de bornes de sortie, et une borne d'entrée reliée à un unique sous-ensemble de circuits individuels d'amplification dont la sortie est reliée à la borne d'entrée d'un unique commutateur, chaque commutateur étant adapté pour relier électriquement sa borne d'entrée à l'une ou l'autre de ses bornes de sortie, et en ce que lesdits moyens de liaison sont adaptés pour relier chaque borne de sortie de chaque commutateur à l'une des sorties du bloc d'amplification de puissance, et donc à l'une des antennes de diffusion, de sorte que chaque commutateur permet, selon son état, de relier un sous-ensemble de circuits individuels d'amplification sélectivement et indépendamment à l'une ou l'autre des antennes de diffusion reliées aux sorties de ce bloc d'amplification de puissance. Dans un dispositif selon l'invention, chaque circuit individuel d'amplification peut être formé d'un tube à ondes progressives (notamment dans le cas d'un satellite multifaisceaux géostationnaire), ou d'un circuit amplificateur à état solide (circuit intégré) lorsque la puissance totale devant être délivrée est moins importante, par exemple dans le cas d'un satellite multifaisceaux en orbite basse ou lorsque la bande fréquence impose ce choix de technologie.
Par ailleurs, dans un dispositif selon l'invention, la puissance véhiculée dans chaque branche du câblage formé par lesdits moyens de liaison entre les circuits individuels d'amplification et les antennes étant réduites, il est possible, y compris dans le cadre d'une charge utile de satellite géostationnaire, de s'affranchir de l'utilisation de guides d'ondes pour réaliser ces moyens de liaison. Ainsi, un dispositif selon l'invention est avantageusement caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison sont formés de câbles coaxiaux, et en ce que chaque commutateur est formé d'un commutateur coaxial de qualité spatiale.
Par ailleurs, de préférence, chaque bloc d'amplification de puissance comprend 2n circuits individuels d'amplification, n étant un nombre entier non nul. En outre, avantageusement et selon l'invention, chaque sous-ensemble de circuits individuels d'amplification comprend 2m circuits individuels d'amplification, m étant un nombre entier pouvant varier entre 0 et 2 et inférieur à n.
Dans un mode de réalisation avantageux, et selon l'invention, chaque sous-ensemble comprend un unique circuit individuel d'amplification (m est égal à 0). Par exemple, chaque sous-ensemble comprenant un unique circuit individuel d'amplification, un commutateur unique étant prévu immédiatement à l'aval de ce circuit individuel d'amplification.
Dans un mode de réalisation préférentiel d'un dispositif selon l'invention plus particulièrement destiné à la charge utile d'un satellite géostationnaire, chaque circuit individuel d'amplification fournit une puissance comprise entre 200 W et 500 W.
L'invention s'étend également à un satellite multifaisceaux de diffusion de données caractérisé en ce qu'il comprend au moins une charge utile comprenant au moins un dispositif d'amplification de puissance selon l'invention alimentant chacune de ses antennes de diffusion. Avantageusement et selon l'invention, il s'agit d'un satellite géostationnaire. L'invention est cependant tout aussi bien applicable à un satellite multifaisceaux à orbite non géostationnaire, notamment un satellite en orbite moyenne ou basse ou elliptique. L'invention concerne également un dispositif d'amplification de puissance et un satellite caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaissent la description suivante qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un satellite selon l'invention,
- la figure 2 est un schéma général d'une charge utile de satellite selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 3 à 5 sont des schémas représentant respectivement trois variantes de réalisation d'un dispositif d'amplification de puissance selon l'invention.
La figure 1 représente un exemple de satellite 1 géostationnaire selon l'invention multifaisceaux, c'est-à-dire comprenant une pluralité d'antennes de diffusion 4, 5 (à savoir deux antennes de diffusion uniquement dans l'exemple représenté).
Les signaux de données à diffuser sont émis depuis au moins une station sol 20 par au moins une liaison montante 21, le satellite 1 présentant au moins une antenne (ou faisceau) de réception 19. La figure 1 ne représente qu'un exemple, et il est entendu que l'invention s'applique à toute autre configuration, par exemple à chaque satellite d'une constellation de satellites, au cas de satellites multifaisceaux comprenant un nombre d'antennes de diffusion supérieur à 2, à des satellites non géostationnaires...
La charge utile 3 d'un satellite 1 de diffusion multimédia compatible avec les normes 3G comprend plusieurs antennes de diffusion couvrant chacune une région, par exemple un pays, et reçoit du sol 2 des données numériques à diffuser sur différentes régions. Ces données sont converties en une pluralité de canaux à diffuser, chaque canal étant amplifié et délivré à une antenne de diffusion.
La figure 2 représente un exemple de configuration de la charge utile 3 d'un tel satellite 1 selon l'invention, qui constitue un répéteur.
Les données à diffuser sont reçues sur au moins une antenne de réception 19. Un premier étage 22 traite ces données en réception en réalisant un filtrage permettant de supprimer les signaux interférents provenant d'autres systèmes, et de ne garder que le signal utile arrivant au niveau de la charge utile 3, ce signal utile pouvant être transmis soit par une porteuse haut débit soit par un groupe de porteuses adjacentes. Le premier étage 22 forme une pluralité de canaux parallèles, c'est-à-dire une pluralité de signaux de données à diffuser, dont le nombre correspond au nombre d'antennes de diffusion 4, 5 du satellite.
Chaque canal alimente un deuxième étage 23 dans lequel les signaux sont amplifiés par un amplificateur faible bruit LNA (« Low Noise Amplifier ») dont les éléments actifs sont adaptés pour procurer un facteur de bruit très faible, tout en amplifiant le signal jusqu'à un niveau suffisant pour les étages suivants de la charge utile.
Un troisième étage 24 de la charge utile permet de réaliser une transposition de fréquence de sorte que chaque canal est émis sur une fréquence de porteuse qui lui est propre. Cette transposition de fréquence convertit le signal depuis la bande de fréquences allouée à la liaison montante, sur la bande de fréquences allouée à la fréquence descendante. Les différents canaux sont ensuite traités dans un quatrième étage 25 dont la fonction est d'une part de traiter les signaux éventuellement jusqu'à effectuer la démodulation, la remise en forme puis la remodulation, puis de répartir les différents canaux sur les différentes entrées 9, 10 de différents blocs d'amplification de puissance 7, 8 d'un dispositif 6 d'amplification de puissance selon l'invention.
Le dispositif 6 d'amplification puissance selon l'invention comprend pour chaque entrée 9, 10 et à l'aval de cette entrée 9, 10, un bloc d'amplification de puissance 7, respectivement 8. Chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 présente donc une entrée 9, 10 recevant ainsi un canal, c'est-à-dire un signal de données à diffuser sur chaque antenne de diffusion 4, 5 reliée à ce bloc d'amplification de puissance 7, 8. Le dispositif 6 d'amplification de puissance selon l'invention comprend un nombre d'entrées 9, 10, et donc un nombre de blocs d'amplification de puissance 7, 8, qui correspond au nombre des antennes de diffusion 4, 5 qui doivent pouvoir fonctionner en simultané. Ainsi, chacune des antennes de diffusion 4, 5 susceptibles de fonctionner en simultané peut être alimentée à partir d'un seul bloc d'amplification de puissance 7, 8 si cela est nécessaire. Chaque signal de données à diffuser est formé d'un signal modulé sur une fréquence de porteuse, et les fréquences des différents signaux de données distincts peuvent être différentes de telle sorte que la charge utile 3 puisse émettre en simultané sans interférences plusieurs signaux de données à partir de ses différentes antennes de diffusion 4, 5.
Chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 comprend, à l'aval de l'entrée 9, 10 correspondante, une pluralité de circuits 15 individuels d'amplification montés en parallèle.
Chaque circuit 15 individuel de d'amplification peut être formé d'un tube à ondes progressives ou d'un circuit amplificateur à état solide (circuit intégré). Chaque circuit 15 individuel d'amplification fournit de préférence une puissance comprise entre quelques Watts et 500 W. Le couplage d'une pluralité de circuits 15 individuels d'amplification en parallèle permet d'utiliser pour chacun des éléments (commutateurs, guides, combineurs,...) situés en aval de ces circuits 15, une technologie demandant une moindre tenue en puissance, et donc plus simple et plus fiable et plus accessible technologiquement. Chaque circuit 15 individuel d'amplification peut incorporer ou non un étage de pré-amplification, un circuit de linéarisation, un circuit déphaseur et une alimentation. Chaque circuit 15 individuel d'amplification présente une borne d'entrée 26 et une borne de sortie 27. Les bornes d'entrée 26 des différents circuits 15 individuels d'amplification de chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 sont reliées à l'entrée 9, 10 de ce bloc d'amplification de puissance 7, 8, par des branches de dérivation par paires permettant de garantir une longueur de trajet identique pour tous les circuits 15 individuels d'amplification. Chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 comprend de préférence 2n circuits 15 individuels d'amplification, n étant un nombre entier non nul. Par ailleurs, chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 présente un nombre de sorties 11, 12, 13, 14 correspondant au nombre d'antennes de diffusion 4, 5 devant être reliées en simultané à ce bloc d'amplification de puissance 7, 8. Dans les modes de réalisation représentés, la charge utile 3 comprend deux antennes de diffusion 4, 5, et le dispositif 6 d'amplification de puissance selon l'invention comprend deux blocs d'amplification de puissance 7, 8. Le premier bloc d'amplification de puissance 7 présente une première sortie 11 reliée à la première antenne de diffusion 4 et une deuxième sortie 12 reliée à la deuxième antenne de diffusion 5, et le deuxième bloc d'amplification de puissance 8 présente une première sortie 13 reliée à la première antenne de diffusion 4 et une deuxième sortie 14 reliée à la deuxième antenne de diffusion 5. Il va de soi que toute autre variante de réalisation est envisageable avec un nombre différent d'antennes de diffusion et de blocs d'amplification de puissance.
Chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 comprend, à l'aval des circuits 15 individuels d'amplification, au moins deux commutateurs 16, 17, 18. Chaque commutateur 16, 17, 18 ayant une pluralité de bornes de sortie 33, 34 ; 40, 41 ; 47, 48, et une borne d'entrée 32, 39, 46 reliée à un unique sous-ensemble 28, 35, 42 de circuits 15 individuels d'amplification. La sortie de chaque sous-ensemble 28, 35, 42 est reliée à la borne d'entrée 32, 39, 46 d'un unique commutateur 16, 17, 18, chaque commutateur 16, 17, 18 étant adapté pour relier électriquement ladite borne d'entrée 32, 39, 46 à l'une ou l'autre de ses bornes de sortie 33, 34 ; 40, 41 ; 47, 48. En outre, chaque borne de sortie 33, 34 ; 40, 41 ; 47, 48 de chaque commutateur 16, 17, 18 est reliée à l'une des sorties 11, 12, 13, 14 du bloc d'amplification de puissance 7, 8, et donc à l'une des antennes de diffusion 4, 5, de sorte que chaque commutateur 16, 17, 18 permet, selon son état, de relier un sous-ensemble 28, 35, 42 de circuits 15 individuels d'amplification sélectivement et indépendamment à l'une ou l'autre des antennes de diffusion 4, 5 reliées aux sorties 11, 12, 13, 14 de ce bloc d'amplification de puissance 7, 8.
Les différents blocs d'amplification de puissance 7, 8 sont tous identiques, comprennent un même nombre de circuits 15 individuels d'amplification puissance et un même nombre de commutateurs 16, 17, 18.
De préférence, chaque commutateur 16, 17, 18 présente un nombre de bornes de sortie 33, 34 ; 40, 41 ; 47, 48 égal à deux, et chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 présente un nombre de commutateurs 16, 17, 18 adapté pour permettre de relier chacune des sorties de chaque sous-ensemble 28, 35, 42 à l'une ou l'autre des antennes de diffusion 4, 5 reliées à ce bloc d'amplification de puissance 7, 8.
Dans le premier mode de réalisation représenté figure 3, chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 comprend huit circuits 15 individuels d'amplification, chaque sous-ensemble 28 comprend quatre circuits 15 individuels d'amplification. Chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 comprend deux commutateurs 16. La borne d'entrée 32 d'un premier commutateur 16 est reliée à la borne de sortie d'un premier sous-ensemble 28, et la borne d'entrée 32 d'un deuxième commutateur 16 est reliée à la borne de sortie d'un deuxième sous-ensemble 28. Chaque commutateur 16 présente une première borne de sortie 33 reliée à la première antenne de diffusion 4, et une deuxième borne de sortie 34 reliée à la deuxième antenne de diffusion 5.
Comme représenté figure 3, les liaisons entre les différentes bornes de sortie 33, 34 de chaque commutateur 16 et chaque antenne de diffusion 4, 5 respectivement sont de préférence adaptées pour présenter des longueurs identiques. Ces liaisons peuvent être réalisées sous forme de guides d'ondes tridimensionnels ou sous forme de câbles coaxiaux. Il en va de même de la liaison entre la borne de sortie 27 de chaque circuit 15 individuel d'amplification et la borne d'entrée 32 de chaque commutateur 16. Les commutateurs 16 peuvent être formés de commutateurs coaxiaux de qualité spatiale, par exemple du type référence SPDT, DPDT, DP3T, T type commercialisé par la société Radiall (Rosny-sous-Bois, France).
Le mode de réalisation de la figure 4 diffère de celui de la figure 3 par le fait que chaque sous-ensemble 35 comprend uniquement deux circuits 15 individuels d'amplification, et chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 présente alors quatre commutateurs 17 dont la borne d'entrée 39 est reliée à la borne de sortie d'un sous-ensemble. Chaque commutateur 17 présente une première borne de sortie 40 reliée à la première antenne de diffusion 4, et une deuxième borne de sortie 41 reliée à la deuxième antenne de diffusion 5. Le mode de réalisation de la figure 5 diffère de celui de la figure 3 par le fait que chaque sous-ensemble 35 comprend un seul circuit 15 individuel d'amplification, et chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 présente alors huit commutateurs 18 dont la borne d'entrée 46 est reliée à la borne de sortie d'un sous- ensemble. Chaque commutateur 18 présente une première borne de sortie 47 reliée à la première antenne de diffusion 4, et une deuxième borne de sortie 48 reliée à la deuxième antenne de diffusion 5.
La configuration du mode de réalisation représentée figure 5 est celle qui permet d'obtenir la meilleure flexibilité d'allocation de puissance, puisque chaque circuit 15 individuel d'amplification est relié à un commutateur 18 spécifique et peut fournir sa puissance à l'une ou l'autre des antennes de diffusion 4, 5. Mais cette configuration nécessite un plus grand nombre de commutateurs installés.
Lorsque le nombre d'antennes de diffusion 4, 5 devant être reliées à chaque sortie 11, 12, 13, 14 de chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8 est différent de 2, chaque commutateur 16, 17, 18 doit être formé non pas par un seul circuit de commutation, mais par un étage de circuits montés en dérivation de façon à présenter le nombre de sorties appropriées, avec une longueur de ligne identique entre chaque sortie, de façon à n'introduire aucun déphasage.
Chaque commutateur 16, 17, 18 est commandé à partir d'un signal de type télécommande envoyé à partir d'une station sol de télécommande.
Si nécessaire, des composants de filtrage peuvent être incorporés à chaque bloc d'amplification de puissance 7, 8, à l'aval des commutateurs 16, 17, 18, et/ou entre les blocs d'amplification puissance 7, 8 et les antennes de diffusion 4, 5.
À titre d'exemple, un dispositif d'amplification de puissance conforme à la figure 5 peut-être réalisé dans le cas de la diffusion de type audio ou vidéo en bande S sur la base d'amplificateurs du type tubes à ondes progressives.
Dans le cas où l'amplification est envisagée en bande S, de forts niveaux de puissance peuvent être atteints avec des tubes à ondes progressives (TOP), tels que ceux commercialisés par la société Thaïes Electron Devices en Europe. Pour la bande S, de tels tubes à ondes progressives présentent les caractéristiques suivantes : - Fréquence d'utilisation : 2,3 à 27 GHz
- Puissance à saturation : 230 W Bande passante du tube : 200 MHz
- Rendement à saturation : 64%
- Gain : 35 dB
- Déphasage : 45 °
A la saturation, un tel tube consomme 399 W et dissipe 166 W.
Au niveau thermique, les tubes à ondes progressives peuvent être conductifs ou radiatifs.
Pour certains signaux avec des modulations complexes, une forte linéarité est requise, ce qui nécessite de prévoir un recul en puissance par rapport à la saturation, par exemple de 4 dB. Le rendement du tube à ondes progressives est alors de l'ordre de 40%. Le tube fournit une puissance RF de 90 W. Dans ces conditions l'amplificateur consomme 250 W et dissipe 160 W (y compris le rendement des alimentations électriques, typiquement de l'ordre de 90 %).
Une architecture basée sur des circuits d'amplification de puissance à état solide (SSPA) à la place des tubes à ondes progressives procure des avantages similaires.
Les performances typiques des amplificateurs SSPA en bande L et en bande C sont données dans le tableau suivant :
Figure imgf000017_0001
L'invention permet en particulier d'éviter de fortes puissances en sortie, et donc de minimiser les phénomènes dits « Multipactor » de décharge hyperfréquence dans le vide en présence de fortes puissances.
Plus généralement, l'invention permet :
- à puissance RF visée équivalente, de s'affranchir de tests coûteux concernant les phénomènes « Multipactor », - pour une performance des équipements utilisés équivalente, d'augmenter le nombre de circuits d'amplification à recombiner dans la charge utile.
L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes de réalisation par rapport aux modes de réalisation qui sont décrits ci-dessus et représentés sur les figures, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. En particulier, les nombres d'antennes de diffusion, de blocs d'amplification puissance, de circuits individuels d'amplification dans chaque bloc d'amplification de puissance, et dans chaque sous- ensemble, ainsi que le nombre de commutateurs, l'emplacement et l'arrangement de ces commutateurs peuvent varier. De même, si l'invention est avantageusement applicable pour la diffusion de données représentant des contenus multimédias à partir d'un satellite géostationnaire vers des terminaux mobiles au sol, elle peut cependant trouver de nombreuses autres applications dans lesquelles elle présente les mêmes avantages. Par exemple, l'invention peut être utilisée pour la réalisation d'un dispositif d'amplification de puissance d'une charge utile de satellite multifaisceaux en orbite basse ou moyenne.

Claims

REVENDICATIONS
1/ - Dispositif d'amplification de puissance de charge utile d'un satellite multifaisceaux de diffusion de données, comprenant :
- une pluralité d'antennes (4, 5) de diffusion adaptées chacune pour pouvoir diffuser un signal de données à diffuser,
- une pluralité d'entrées (9, 10) recevant chacune un signal de données à diffuser,
- à l'aval de chaque entrée (9, 10), un bloc (7, 8) d'amplification de puissance comprenant une pluralité de circuits (15) individuels d'amplification montés en parallèle, chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance étant relié à une et une seule entrée (9, 10) qui l'alimente, et étant adapté pour délivrer un signal amplifié correspondant,
- des moyens de liaison entre les circuits (15) individuels d'amplification de chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance et les antennes (4, 5), ces moyens de liaison étant adaptés pour permettre la diffusion, par les antennes (4, 5), des signaux amplifiés délivrés par les blocs (7, 8) d'amplification, caractérisé en ce que :
- chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance présente une pluralité de sorties (11, 12, 13, 14) reliées, par lesdits moyens de liaison, à une pluralité d'antennes (4, 5) de diffusion, chaque sortie (11 , 12, 13, 14) étant reliée à une et une seule antenne (4, 5) de diffusion,
- chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance comprend un dispositif de commutateurs (16, 17, 18) comportant au moins deux commutateurs, et adapté pour pouvoir relier sélectivement et indépendamment les uns des autres, différents sous-ensembles (28, 35, 42) desdits circuits (15) individuels d'amplification de ce bloc (7, 8) d'amplification de puissance à l'une quelconque desdites antennes (4, 5) de diffusion reliées aux sorties (11, 12, 13, 14) de ce bloc d'amplification de puissance.
2/ - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance comprend, à l'aval des circuits (15) individuels d'amplification, au moins deux commutateurs (16, 17, 18), chaque commutateur ayant une pluralité de bornes de sortie (33, 34, 40, 41, 47, 48), et une borne d'entrée (32, 39, 46) reliée à un unique sous-ensemble (28, 35, 42) de circuits (15) individuels d'amplification dont la sortie (27) est reliée à la borne d'entrée d'un unique commutateur (16, 17, 18), chaque commutateur étant adapté pour relier électriquement sa borne d'entrée (32, 39, 46) à l'une ou l'autre de ses bornes de sortie (33, 34, 40, 41, 47, 48), et en ce que lesdits moyens de liaison sont adaptés pour relier chaque borne de sortie (33, 34, 40, 41, 47, 48) de chaque commutateur (16, 17, 18) à l'une des sorties (11, 12, 13, 14) du bloc (7, 8) d'amplification de puissance, et donc à l'une des antennes (4, 5) de diffusion, de sorte que chaque commutateur (16, 17, 18) permet, selon son état, de relier un sous-ensemble (28, 35, 42) de circuits (15) individuels d'amplification sélectivement et indépendamment à l'une ou l'autre des antennes (4, 5) de diffusion reliées aux sorties de ce bloc (7, 8) d'amplification de puissance. 3/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison sont formés de câbles coaxiaux, et en ce que chaque commutateur (16, 17, 18) est formé d'un commutateur coaxial de qualité spatiale.
4/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque circuit (15) individuel d'amplification est formé d'un tube à ondes progressives.
5/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque circuit (15) d'amplification est formé d'un circuit amplificateur à état solide. 6/ - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque bloc (7, 8) d'amplification de puissance comprend 2n circuits (15) individuels d'amplification, n étant un nombre entier compris entre 1 et un nombre entier.
Il - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque sous-ensemble (28, 35, 42) de circuits (15) individuels d'amplification comprend 2m circuits (15) individuels d'amplification, m étant un nombre entier pouvant varier entre 0 et 2 et inférieur à n.
8/ - Dispositif selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque circuit (15) individuel d'amplification fournit une puissance comprise entre quelques Watts et 500 W.
9/ - Satellite multifaisceaux de diffusion de données caractérisé en ce qu'il comprend au moins une charge utile comprenant au moins un dispositif d'amplification de puissance selon l'une des revendications 1 à 8, alimentant chacune de ses antennes (4, 5) de diffusion. 10/ - Satellite selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un satellite géostationnaire.
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