ES2282128T3 - Amplificador en arquitectura paralela usando tecnicas de control en fase digital. - Google Patents

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Abstract

Un transmisor amplificador paralelo que comprende: un primer subsistema (126) de transmisión de señales para producir una primera señal amplificada controlada en fase que tiene una primera fase basada en una primera señal digital de control de fase; al menos un subsistema de transmisión de señales adicional que produce una señal amplificada controlada en fase adicional; un medio (120) de combinador para combinar las citadas señales amplificadas controladas en fase para producir una señal amplificada combinada, y un medio (118) de medida de potencia del combinador, conectado operativamente al citado medio de combinador, para medir la potencia de la citada señal amplificada combinada y producir una medida de potencia del combinador; y un módulo (116) de control, conectado operativamente al citado medio de medida de potencia del combinador y a cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales, para recibir la citada medida de potencia del combinador desde el citado medio de medidade potencia del combinador y para recibir una medida de potencia de los subsistemas (114A, 114B) en base a cada una de las citadas señales amplificadas controladas en fase producidas por cada uno de los citados subsistemas de trasmisión de señales, y para ajustar la citada primera señal digital de control de fase en base a los valores de la citada medida de potencia del combinador y de las citadas medidas de potencia de los subsistemas.

Description

Amplificador en arquitectura paralela usando técnicas de control en fase digital.
Antecedentes de la invención I. Campo de la invención
La presente invención se refiere a la amplificación de señales inalámbricas de alta frecuencia. Más en particular, la presente invención se refiere a un procedimiento para controlar la fase y la amplitud de una señal de manera que la salida de los amplificadores múltiples se pueda combinar eficientemente.
II. Descripción de la técnica relacionada
En el campo de los transmisores inalámbricos, a menudo múltiples amplificadores están conectados en paralelo y se utilizan para amplificar una única señal. Un procesador que utiliza múltiples amplificadores conectados en paralelo se denomina transmisor amplificador paralelo, y ejemplariza una arquitectura o diseño de amplificador paralelo. Las salidas de los amplificadores paralelos en un transmisor se combinan antes de la transmisión a través de una o más antenas.
La arquitectura de los amplificadores paralelos permite la utilización de amplificadores más pequeños, menos caros. Cuando se produce el fallo de uno de sus amplificadores múltiples, un transmisor amplificador paralelo no sufrirá una indisponibilidad de servicio completa, sino que solamente presentará una disminución en la potencia de salida. En un diseño de un único amplificador, el fallo de un único amplificador producirá una indisponibilidad de servicio del transmisor completo. Por esta razón, un amplificador único en un transmisor puede ser considerado como un punto de fallo único.
Desgraciadamente, la combinación eficiente de la salida de varios amplificadores paralelos no es sencilla. Los amplificadores varían en sus características de amplitud y fase de manera que la misma señal alimentada a varios amplificadores generalmente dará lugar a una señal de salida ligeramente diferente de cada amplificador. A no ser que las señales de salida de los amplificadores paralelos se encuentren casi en fase, no se pueden combinar eficientemente en una señal de salida combinada más fuerte. En el peor de los casos, las salidas de amplificador que se encuentran desfasadas 180 grados interferirán de manera destructiva entre sí, dando lugar a una potencia de salida combinada mínima.
Se conocen en la técnica varios dispositivos para combinar señales amplificadas múltiples, e incluyen combinadores de fase tal como los combinadores Wilkinson, y combinadores de fase en cuadratura, tales como los acopladores Lange. Un combinador Wilkinson tiene dos entradas y una única salida, representando generalmente la salida la suma de las señales de entrada. Un acoplador Lange también tiene dos entradas, una de las cuales está girada 90 grados antes de la combinación. Además, un acoplador Lange produce como salida una señal de diferencia de fase que se puede utilizar para determinar la diferencia de fase entre las dos señales de entrada.
En un transmisor que utiliza múltiples amplificadores paralelos, cada amplificador típicamente se debe sintonizar en la fábrica para asegurar que las características de fase de los amplificadores se encuentran dentro de algo del rango nominal de unos con los otros. Para permitir tal sintonización en fábrica, se diseñan los amplificadores con circuitos de ajuste fino de fase tales como potenciómetros y varactores, ambos conocidos en la técnica. Tales pasos de sintonización en fábrica deben ser efectuar por técnicos cualificados de la fábrica, y ocupan tiempo y son costosos. Por lo tanto, sería deseable poder eliminar tales pasos de sintonización en la fábrica.
Incluso después de sintonizar los amplificadores en la fábrica, se requieren medidas adicionales para permitir la combinación de las señales de los amplificadores paralelos. Las características de fase varían con la temperatura en cada amplificador individual, así como con el tiempo puesto que cada amplificador envejece. Con el fin de mitigar tales variaciones de fase del amplificador, se han desarrollado procedimientos para efectuar la sintonización de fase en tiempo real de los amplificadores paralelos.
Con el fin de permitir la sintonización de fase en tiempo real de los amplificadores paralelos, algún subconjunto de los amplificadores debe ser equipado con medios para alterar la fase de la salida. Esto se realiza típicamente insertando un desplazador de fase controlado en voltaje entre la fuente de señal y la salida del amplificador. El voltaje analógico de control utilizado para controlar el desplazador de fase se obtiene como resultado de la medida de las señales que están siendo proporcionadas a un combinador. En un diseño que utiliza un acoplador Lange, la señal de diferencia de fase del acoplador Lange se puede utilizar en un bucle de control para ajustar el voltaje de control del desplazador de fase.
Hay problemas que permanecen con este procedimiento de alinear amplificadores paralelos. Los desplazadores de fase, tales como los tipos que utilizan varactores, tienen respuestas no lineales que introducen distorsión de señal en la salida de fase desplazada. Tal distorsión puede ser inaceptable cuando se transmite una señal de alta frecuencia. Si la señal transmitida es de alta frecuencia, entonces son necesarios ajustes finos para impedir las interferencias destructivas. La resolución de un desplazador de fase puede no ser lo suficientemente fina para utilizarse en amplificadores paralelos de alta frecuencia. Además, los circuitos utilizados para producir voltajes de control para el desplazador de fase estarán sometidos a variaciones con el tiempo y la temperatura. Contabilizar las variaciones de tiempo y temperatura complica adicionalmente el diseño del circuito del bucle de control que proporciona el voltaje de control del desplazador de fase.
Además, todavía existe una necesidad de efectuar la sintonización de amplificadores en la fábrica, incluso si solamente es para obtener la salida de fase suficientemente cercana para que permita un funcionamiento adecuado del lazo del bucle de control del desplazador de fase. Puede ser posible eliminar la necesidad de una sintonización en la fábrica utilizando componentes de precisión en la construcción del amplificador, pero el uso de tales componentes se añade al costo material del amplificador.
En los diseños existentes que utilizan combinadores de fase, se añaden circuitos detectores en fase para medir la diferencia de fase entre las entradas al combinador. Los circuitos detectores de fase producen voltajes de señal de diferencia de fase que se proporcionan a los circuitos del bucle de control que proporcionan voltajes analógicos de control a los desplazadores de fase controlados en voltaje. Cualquier falta de calibración en los circuitos detectores de fase o distorsión de fase que se produzca más allá del detector de fase disminuye la salida combinada de los amplificadores paralelos. Debido a que los detectores de fase, desplazadores de fase y circuitos de bucle de control son analógicos, se encuentran sometidos a cambios en las características con la temperatura y con la edad. Los documentos US 4584541 y US 5886573 muestra amplificadores de salida de fase.
En una arquitectura de amplificador paralelo que utiliza más de dos amplificadores, se pueden situar múltiples combinadores en cascada para formar la señal de salida combinada final. Sin embargo, en cada capa de una cascada de combinadores de este tipo se pueden introducir variaciones de fase adicionales que disminuye la efectividad de las medidas de fase en las salidas del amplificador individual.
Se desea una arquitectura de amplificador paralelo que combine eficientemente la salida de múltiples amplificadores paralelos. Además, es deseable que un diseño de este tipo no requiera componentes caros, de alta precisión, y no precise sintonización en la fábrica. Además, es deseable que un diseño este tipo sea inmune a los cambios de comportamiento de los circuitos con la temperatura y con el tiempo.
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Sumario de la invención
La presente invención soluciona los problemas que se han descrito más arriba utilizando técnicas digitales para ajustar la fase de las señales fuente cuando son generadas. En una realización ejemplar, se utilizan sintetizadores digitales directos para producir señales de mezcla del convertidor elevador controladas en fase, con una resolución de fase muy fina. En otra realización, se utilizan técnicas digitales de proceso para efectuar el filtrado lineal de señales en el dominio digital, controlando cuidadosamente el retardo de grupo para producir un desplazamiento de fase preciso de las señales de entrada del amplificador. La fase de la señal de entrada proporcionada a cada amplificador es ajustada en tiempo real por un módulo de control, que ajusta las señales de entrada del amplificador para maximizar la potencia medida en la salida del combinador o red de combinadores.
Debido a que las medidas de potencia son utilizadas para optimizar la fase de la señal de entrada de cada amplificador, la presente invención puede utilizar ya sea combinadores de fase, tales como combinadores Wilkinson, combinadores de fase en cuadratura, tales como acopladores Lange, u otros tipos de combinadores de señales, como sea apropiado.
Además, las amplitudes de salida de cada uno de los amplificadores paralelos se mide y se compensa en tiempo real. Además de prolongar la MTBF media de los amplificadores, la compensación de las salidas de los amplificadores paralelos que tienen especificaciones de rendimiento similares reduce las posibilidades de exceder cualquiera de ellas.
La presente invención se puede utilizar en cualquier sistema que permita la manipulación digital de las señales transmitidas utilizadas como entrada a los amplificadores paralelos.
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Breve descripción de los dibujos
Las características, objetivos y ventajas de la presente invención serán más evidentes de la descripción detallada que se expone más abajo cuando se tome en conjunto con los dibujos, en los cuales los mismos caracteres de referencia identifican correspondientemente a los mismos y en los cuales:
La figura 1a es un diagrama de bloques de una arquitectura de amplificador paralelo que aplica el control de fase antes de la conversión digital a analógica de la señal de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 1b es un diagrama de bloques de una arquitectura de amplificador paralelo que aplica el control de fase después de la conversión digital a analógica de la señal de acuerdo con una realización de la invención.
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La figura 2 es un diagrama de bloques de un convertidor elevador de dos etapas de acuerdo con realizaciones adicionales en la invención.
La figura 3 es un diagrama de flujos de alto nivel de un proceso de optimización de las salidas de todos los amplificadores en un transmisor amplificador paralelo de acuerdo con una realización de la invención.
La figura 4 es un diagrama de flujos que detalle un proceso para optimizar la entrada de un único amplificador de acuerdo con una realización de la invención.
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Descripción detallada de realizaciones preferentes
La figura 1a y la figura 1b muestran arquitecturas de transmisores paralelos configuradas de acuerdo con realizaciones separadas de la presente invención. La diferencia entre las dos arquitecturas es si el control de fase se ejecuta sobre una señal digital o analógica (antes o después de la conversión digital a analógica). Las arquitecturas de transmisores se muestran con múltiples amplificadores paralelos de alta potencia (HPA) 112. Aunque se muestra con tres trayectos de señal HPA paralelos, las arquitecturas son igualmente útiles en un transmisor que tenga cualquier número de amplificadores paralelos mayor de uno.
En la realización que se muestra en la figura 1a, cada señal se convierte elevándola a una secuencia intermedia (IF) en un mezclador digital 102 utilizando una señal de mezcla generada por los osciladores digitales 104 controlados en fase, que se muestran implantados como sintetizadores digitales directos (DDS). La señal resultante IF a continuación se envía a un bloque 106 de ganancia digital, que controla la ganancia de la señal IF proporcionada a un convertidor digital a analógico (DAC) 108. El DAC108 produce como salida una señal analógica que a continuación es proporcionada a un convertidor elevador analógico 110. El convertidor elevador analógico 110 convierte elevando la señal analógica IF produciendo una señal de radiofrecuencia (RF) que se proporciona al amplificador de alta potencia (HPA) 112.
La salida del HPA 112 se proporciona a un módulo combinador 120, en el que todas las señales amplificadas se combinan para formar la señal final proporcionada a la antena 122. Un experto en la técnica apreciará que el módulo combinador 120 podría utilizar combinadores de fase, tales como combinadores Wilkinson, combinadores de fase en cuadratura tales como acopladores Lange, u otras técnicas de combinación de señales sin separarse de la presente invención. Además, se pueden añadir módulos de proceso adicionales entre el módulo combinador 120 y la antena 122 sin separarse de la presente invención.
El módulo de control 116 recibe información de la medida de potencia de la señal desde los medidores de potencia 114 conectados a la salida de cada amplificador de alta potencia (HPA) 114, y desde un medidor de potencia 118 conectado a la salida del módulo combinador 120. El módulo de control 116 utiliza la información de medida de potencia desde la combinación de los medidores de potencia para generar las señales digitales de control de fase para los DDS 104 y las señales de control de ganancia digital para los bloques de ganancia digital 106. El módulo de control 116 varía las señales de control enviadas al DDS 104 para maximizar la relación de la potencia medida en el medidor de potencia 118 respecto a la suma de los valores de potencia medidos en los medidores de potencia 114. Además, el módulo de control 116 varía las señales de control enviadas a los bloques de ganancia digital 106 de manera que los valores de potencia medidos en los medidores de potencia 114 son aproximadamente iguales entre sí. En una realización que utiliza acopladores Lange, las salidas de diferencia de fase de los acopladores Lange, se proporcionan las salidas de diferencia de fase al módulo de control 116 para su utilización para generar señales de control de
fase.
En la realización que se muestra en la figura 1a, el conjunto de componentes, incluyendo el mezclador digital 102a, oscilador digital 104a, bloque de ganancia digital 106a, DAC 108a, convertidor elevador analógico 110a, HPA 112a, y medidor de potencia 114a forman un subsistema 126 de transmisión de señales. Se puede usar cualquier número de subsistemas de transmisión de señales en un transmisor amplificador paralelo sin separarse de la presente invención.
En una realización alternativa, los bloques de ganancia digital 106 utilizan un proceso de señal digital para efectuar una conformación de espectro, ecualización o preénfasis de la señal para compensar las irregularidades conocidas en las características de frecuencia de cada HPA 112. Aplicando diferentes cantidades de ganancia a los distintos componentes de frecuencia de sus señales de entrada, este proceso produce una densidad espectral de potencia más eficiente en la salida de cada HPA 112.
En otra realización, los bloques de ganancia digital 106 incluyen filtros digitales lineales que varían la inclinación lineal de la respuesta de frecuencia a fase para quedar para crear un retardo de grupo uniforme o desplazamiento de fase. Utilizando técnicas de proceso de señales digitales de este tipo, el bloque de ganancia digital 106 puede efectuar el control de fase así como el control de ganancia de la señal de entrada del HPA 112, eliminando el control de fase en el DDS 104.
Los bloques de ganancia digital 106 se pueden implantar utilizando conjuntos de puertas programable en campo (FPGA), dispositivos lógicos programables (PLC), procesadores de señal digital (DSP), circuitos integrados específicos de aplicación (ASIC.) u otro dispositivo que pueda efectuar el proceso digital requerido como respuesta a las señales de un controlador tal como un módulo de control 116. Un experto la técnica también apreciará que esto no imposibilita implementar el módulo de control 116 dentro de uno de los bloques de ganancia digital 106. Un especialista en la técnica también apreciará que el bloques de ganancia digital 106 también se podría colocar antes del mezclador 102, entre el oscilador controlado en fase 104 y el mezclador 102, o incluso incorporarse en el oscilador controlado en fase 104 sin separarse de la presente invención.
La figura 1b muestra una arquitectura de transmisor configurada de acuerdo con una realización alternativa de la invención. En esta realización alternativa, la señal de entrada al amplificador paralelo se convierte de digital a analógica por medio del convertidor digital a analógico 150 antes de la conversión por elevación en los mezcladores analógicos 152. Las señales de mezcla de los mezcladores analógicos 152 están producidas por los osciladores digitales 104 controlados en fase, que se muestran implantados como sintetizadores digitales directos (DDS) y se convierten en señales analógicas por medio de los convertidores digital a analógico (DAC) 156 antes de la mezcla. La combinación de un DDS conectado a un DAC se puede denominar "DDS analógico". La salida de cada mezclador analógico 152 se proporciona a un bloque de ganancia analógica opcional 158, que varía la ganancia de la señal convertida por elevación antes de que la señal se amplifique en el HPA 112. El oscilador digital controlado en fase 104 así como los bloques de ganancia analógica 158 se conectan al módulo de control 116 y reciben señales de ganancia y control de fase desde el módulo de control 116.
El grado de desplazamiento de fase proporcionado por cada DDS 104 y el grado de cambio de ganancia introducido en cada bloque de ganancia analógica 158 están controlados por el módulo de control 116. En esta realización, el módulo de control 116 varía las señales digitales de control de fase enviadas al DDS 152 para maximizar la relación de potencia medida en el medidor de potencia 118 respecto a la suma de los valores de potencia medidos en los medidores que potencia 114. Además, el módulo de control 116 varía las señales de control enviadas a los bloques de ganancia analógica 158 de manera que los valores de potencia medidos en los medidores de potencia 114 son aproximadamente iguales entre sí. Las señales de control enviadas por el módulo de control 116 a los bloques de ganancia analógica 158 puede ser digitales o analógicas, tal como sea requerido por las implantaciones de bloque de ganancia analógica, muchas de las cuales son bien conocidas en la técnica.
En la realización alternativa que se muestra en la figura 1b, el conjunto de componentes, incluyendo el mezclador analógico 152a, oscilador digital 104a, DAC 156a, bloque de ganancia analógica 158a, HPA 112a y medidor de potencia 114a forman el subsistema 126 de transmisión de señales. Como en la realización que se muestra en la figura 1a, cualquier número de subsistemas de transmisión de señales similares se pueden utilizar en un transmisor amplificador paralelo sin separarse de la presente invención.
Un experto la técnica reconocerá que, en todas las realizaciones descritas, los medidores de potencia 114 y 118 puede ser cualquiera de una variedad de dispositivos de medida de potencia conocidos, incluyendo detectores de diodo y amplificadores logarítmicos, sin separarse de la presente invención.
En una realización alternativa de la invención, el módulo de control 116 tiene acceso a un dispositivo de memoria, tal como una memoria de acceso aleatorio dinámica, no volátil o respaldada por batería. En esta realización, los valores iniciales de fase y ganancia se almacenan en el dispositivo de memoria en la fábrica y pueden ser actualizados durante la operación en el campo. Estos valores iniciales de fase y ganancia están configurados y se recuperan en momentos apropiados para acelerar la optimización. Por ejemplo, con la energización de un transmisor amplificador paralelo, los osciladores controlados en fase y los bloques de ganancia se inicializan con valores recuperados de la memoria, y continúa la optimización desde estos valores de inicialización. Con la estabilización subsiguiente de estos parámetros, los nuevos valores de los parámetros pueden ser actualizados en la memoria.
En otra realización, los amplificadores 112 y opcionalmente el combinador 120 se diseñan con dispositivos de medida de temperatura incorporados, tales como termistores, termopares o termómetros digitales. En una realización de este tipo, una tabla de parámetros de inicialización, que se corresponden a valores de temperatura específicos de los amplificadores y del combinador, se almacenan y posteriormente se recuperan, en el dispositivo de memoria. Puesto que la temperatura de cada amplificador 112 varía, estos parámetros se utilizan para alterar las características de conformación de espectro de cada bloque de ganancia digital 106. La tabla de los ajustes de fase y ganancia respecto a temperatura puede ser actualizada en el dispositivo de memoria para compensar los cambios en las características del amplificador con el tiempo.
En una realización en la que el combinador 120 incluye combinadores de fase en cuadratura, tales como acopladores Lange, que proporcionan señales de salida de diferencia de fase, esta señales de salida de diferencia de fase pueden estar provistas a través del trayecto 124 de señales al módulo de control 116 para utilizarse en la optimización de la fase de la señal de entrada de cada amplificador 112. Cuando el combinador 120 es una cascada de acopladores Lange de doble entrada, la fase de las señales de los amplificadores paralelos 112 se ajusta de manera que cada acoplador Lange esté provisto de dos señales de entrada que están desfasadas 90 grados una con respecto a la otra.
La figura 2 muestra una estructura de convertidor elevador de acuerdo con una realización alternativa de la invención. Cuando se diseña el aparato convertidor elevador en un sistema transmisor, a menudo múltiples etapas de conversión por elevación son precisadas por el plan de frecuencias de un diseño de este tipo.
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En una realización que utiliza un DDS para producir señales de mezcla controladas en fase dentro del convertidor elevador 110, se envía una señal de control de fase desde el módulo de control 116 al convertidor elevador 110 en lugar de al DDS 104. En otra realización alternativa, se omiten completamente el DDS 104 y el mezclador 102 y la conversión por elevación de la señal de banda de base es ejecutada completamente por el convertidor elevador 110.
En un transmisor amplificador paralelo que utiliza el convertidor elevador 110 de etapas múltiples que se muestra en la figura 2, se proporciona una señal de mezcla de frecuencia intermedia (IF) al mezclador analógico 202 por medio del oscilador local (LO) 204. Una señal de mezcla de radiofrecuencia (RF) se proporciona al mezclador analógico 208 por el oscilador local 210. Se eliminan los componentes de frecuencia exteriores a la banda por medio del filtro de paso de banda 206, que tiene una frecuencia central igual a la frecuencia del oscilador local 204. Uno o ambos osciladores locales 204 y 208 pueden ser implantados como un DDS analógico controlado en fase por medio del módulo de control 116. Al permitir el control de fase en el convertidor elevador 110 se hace innecesario controlar la fase de los osciladores digitales 104.
Dependiendo del plan de frecuencias y de la resolución de fase requeridos por el sistema, las compensaciones entre la frecuencia, resolución de variación de fase y complejidad del DDS pueden ser consideraciones relevantes cuando se diseña el transmisor. Si el control de fase se implanta en la frecuencia intermedia del DDS 104, cualquier ajuste de fase introducido en el mezclador 102 será magnificado por el convertidor elevador 110. De esta manera, un DDS 104 controlado en fase tendría que tener una resolución de fase muy fina, lo cual requiere que el DDS 104 tenga una gran cantidad de memoria. Aunque una menor resolución de fase sería requerida con una secuencia más elevada, tal como en el oscilador local RF 208, en general se requiere un rango más amplio de compensaciones de fase para compensar las diferencias en los trayectos de señal del amplificador paralelo.
La figura 3 es un diagrama de flujo de alto nivel que muestra un proceso para optimizar las entradas del amplificador paralelo de acuerdo con una realización de la invención. El inicio 301 del proceso se puede producir con la energización del transmisor, o en cualquier momento apropiado posterior. En el paso 302, la fase de señal de entrada, ganancia o ambas se ajustan para los amplificadores uno a n en un transmisor amplificador paralelo.
En primer lugar, la señal de entrada del amplificador número 1 se ajusta en el paso 302a para maximizar la eficiencia de combinación. A continuación, la señal de entrada del amplificador número 2 se ajusta, 302b, para maximizar la eficiencia de combinación. El proceso continúa en cada uno de los n amplificadores paralelos. Después de que la señal de entrada para el enésimo amplificador se optimice, 302n, el proceso se repite, como sea apropiado, iniciándose de nuevo con la optimización del primer amplificador 302a.
Con la selección temporal de un amplificador cuya entrada debe ser ajustada, permanecerán n - 1 amplificadores cuyas fases y ganancias de entrada serán constantes. Las salidas de estos (n - 1) amplificadores, cuando se combinan, formarán una señal de suma que tiene una única amplitud y fase. El paso de optimizar un amplificador alinea las fase de ese amplificador con la fase de la señal de suma de los otros (n - 1) amplificadores. Cuando se ejecuta cada paso en los pasos 302 a-n en todos los n amplificadores, la alineación de las salidas de los amplificadores en el combinador mejora hasta que está limitada por la resolución de los medidores de potencia que se están utilizando. Los pasos 302 a-n son ejecutados continuamente, tal como sea necesario, para compensar las variaciones del transmisor con el tiempo y la temperatura.
Un experto en la técnica apreciará que se pueden implantar muchas variaciones de este proceso sin separarse de la presente invención. Por ejemplo, el orden de los pasos 302 a-n se pueden ajustar en base a la aleatorización de cada paso a través del bucle, o se puede basar en la magnitud de los ajustes realizados durante los pasos previos.
La figura 4 es un diagrama de flujo que muestra, en más detalle, un proceso para optimizar la entrada de un único amplificador, 302, de acuerdo con una realización de la invención. El proceso de optimizar la señal de entrada de un único amplificador se inicia, 401, y continúa al siguiente amplificador, 420, después de que la señal se haya alineado con la suma de todas las otras señales de los amplificadores.
El primer paso para optimizar la señal de entrada de un único amplificador empieza con la medida de la salida de potencia de cada uno de los amplificadores paralelos, así como la salida de potencia del combinador, 402.
Después de registrar estos niveles de potencia como línea de base, la fase de la señal de entrada al amplificador seleccionado se compensa por medio de un valor de fase positivo predeterminado, 404.
El paso de medida 406a puede repetir todos o un subconjunto seleccionado de las medidas de potencia en el paso 402. En una realización alternativa, en la que niveles de potencia previos de las salidas de los amplificadores individuales se presumen que son razonablemente estables, el subconjunto de medidas de potencia ejecutadas en el paso 406a consiste en medir la potencia de salida del combinador. En otra realización alternativa, el subconjunto consiste en medir la salida de potencia del combinador y la salida del amplificador cuya entrada está siendo
ajustada.
Después de que el ajuste de fase, 404, se haya completado y los niveles de potencia resultantes ajustados o medidos, se evalúa la eficiencia de combinación, 408a. En la realización preferida de la invención, la eficiencia de combinación se evalúa de acuerdo con la ecuación (1). Se pueden utilizar otras ecuaciones durante la evaluación de la eficiencia de combinación, 408a, si separarse de la presente invención. Los valores de potencia medidos en los medidores de potencia 114 se suman conjuntamente para formar una suma de potencia de entrada. La potencia medida en la salida del combinador 120 por el medidor de potencia 118 a continuación es dividida por esta suma de potencias de entrada para proporcionar la eficiencia de combinación. Dividiendo la potencia de salida entre la potencia de entrada del combinador hace que la medida de eficiencia de combinación sea menos susceptible a fluctuaciones en la forma de onda de la señal que está siendo amplificada.
(1)Eficiencia de combinación = \frac{Psalida}{\sum\limits^{n}_{i=1} Pi}
En el paso de decisión 408a, se evalúa el cambio en la eficiencia de combinación resultante por el ajuste de fase, 404, Si la eficiencia de combinación se incrementa, se repiten los pasos 404, 406a y 408a, y se repiten hasta que el incremento de la fase de la señal ya no produzca un incremento mensurable en la eficiencia de combinación. Cuando uno de estos ajustes de fase, 404, produce una disminución en la eficiencia de combinación, se cancela (se invierte) el ajuste de fase más reciente, 410. El paso 410 restaura la fase de la señal de entrada a su estado anterior al ajuste de fase más reciente.
En el paso 414, los efectos de incrementar la fase de la señal se evalúan para ver si es necesario disminuir la fase de la señal. Si los pasos 404 a 410 resultan en un incremento de fase duradero, los pasos de implantar una disminución en la fase (paso 412 a 418) se omiten. En otras palabras, si se ha realizado más de un incremento de fase, o si los pasos 404, 406 y 408 produjeron un incremento de fase que no ha sido cancelado por el paso 410, entonces no es necesario evaluar si la disminución de la fase de la señal de entrada mejoraría la eficiencia de combinación. En este caso, el método presente continúa desde el paso 414 al paso 420.
Sin embargo, si todavía es cuestionable que una disminución de fase mejora la eficiencia de combinación, la fase de la señal de entrada al amplificador seleccionado se compensa por medio de un valor de fase negativo predeterminado, 404.
Por la misma razón que con el paso de medida 406a, el paso de medida 406b puede ser una repetición de todos o de un subconjunto seleccionado de la medida de potencia en el paso 402. Las medidas de potencia proporcionadas por el paso previo 406a se utilizan como una línea de base para evaluar un cambio y la eficiencia de combinación, 408b. En la realización preferente de la invención, la evaluación de la eficiencia de combinación en 408b se ejecuta de acuerdo con la ecuación (1). Como en el paso 408a, se pueden utilizar otras ecuaciones durante la evaluación de la eficiencia de combinación, 408b, si separarse de la presente invención.
En el paso de decisión 408b, se evalúa el cambio en la eficiencia de combinación resultante del ajuste de fase, 412. Si la eficiencia de combinación se incrementa, se repiten los pasos 412, 406b y 408b, y se repiten hasta que el incremento de la fase de la señal ya no produce un incremento mensurable en la eficiencia de combinación. Cuando uno de estos ajustes de fase, 412, disminuye la eficiencia de combinación, se cancela (se invierte) el ajuste de fase más reciente, 410. El el paso 410 restaura la fase de la señal de entrada a su estado anterior al ajuste de fase más reciente.
Después del paso 418, se concluye, 420, la optimización de la señal de entrada, 302, del amplificador seleccionado y la optimización típicamente se desplaza a la señal de entrada del siguiente amplificador.
También se anticipan varias variaciones del proceso descrito por realizaciones de la presente invención. A menudo es deseable mantener un nivel de potencia de salida constante medida en la salida del combinador durante la optimización de la entrada al amplificador. En una realización preferente de la invención, el proceso 302 incluye compensar las salidas de los amplificadores después de cada ajuste de fase, 404 o 412. Los amplificadores paralelos o sus señales de entrada respectivas se ajustan después de cada ajuste de fase de manera que la potencia medida en la salida del combinador permanezca siendo aproximadamente la misma durante los ajustes de fase de la señal de entrada del amplificador. Las ganancias también se ajustan de manera que los niveles de potencia medida en cada salida de los amplificadores son aproximadamente iguales entre sí. Un ajuste de este tipo podría ejecutarse como parte del paso 406 de medida de potencia.
En otra realización, los incrementos de fase utilizados en los pasos 404 y 412 varían de acuerdo con el grado de confianza en las optimizaciones anteriores. Por ejemplo, si el transmisor ha sido recientemente energizado, o la temperatura de los amplificadores paralelos no se ha estabilizado, se podrían introducir grandes incrementos para mover rápidamente la fase del amplificador seleccionado a una rango más basto de la señal de suma de los otros amplificadores. Si se han utilizado varios ajustes bastos de este tipo para alcanzar el paso 410, el proceso podría continuar con el paso 404 utilizando un incremento de fase más pequeño. De manera similar, si se han realizado varios ajustes bastos inmediatamente antes de alcanzar el paso 418, el proceso podría continuar con el paso 412 utilizando incrementos de fase más pequeños.
En una realización alternativa de la invención, el módulo de control 116 tiene acceso a la memoria que contiene los parámetros de inicialización. En esta realización, el paso de inicio 401 incluye la recuperación de los parámetros de fase y ganancia de inicialización y utilizar estos valores para configurar el transmisor antes de medir los niveles de potencia, 402. Si un transmisor incluye además sensores de temperatura y en el que los parámetros de inicialización están almacenados en una tabla de acuerdo con la temperatura, los valores de inicialización utilizados en 401 se seleccionan de acuerdo con las medidas de temperatura iniciales. El proceso en el paso de continuación 420 incluye actualizar los parámetros de inicialización como sea apropiado.
La descripción anterior de realizaciones preferentes está proporcionada para permitir que cualquier persona experta en la técnica realice o utilice la presente invención. Las distintas modificaciones a estas realizaciones serán fácilmente evidentes a aquellos expertos en la técnica, y los principios genéricos definidos en la presente memoria descriptiva puede ser aplicados a otras realizaciones sin la utilización de la facultad de la invención. Por lo tanto, la presente invención no pretende estar limitada por las realizaciones que se muestran en la presente memoria descriptiva, sino solamente por el alcance de las reivindicaciones.

Claims (47)

1. Un transmisor amplificador paralelo que comprende:
un primer subsistema (126) de transmisión de señales para producir una primera señal amplificada controlada en fase que tiene una primera fase basada en una primera señal digital de control de fase;
al menos un subsistema de transmisión de señales adicional que produce una señal amplificada controlada en fase adicional;
un medio (120) de combinador para combinar las citadas señales amplificadas controladas en fase para producir una señal amplificada combinada, y
un medio (118) de medida de potencia del combinador, conectado operativamente al citado medio de combinador, para medir la potencia de la citada señal amplificada combinada y producir una medida de potencia del combinador; y
un módulo (116) de control, conectado operativamente al citado medio de medida de potencia del combinador y a cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales, para recibir la citada medida de potencia del combinador desde el citado medio de medida de potencia del combinador y para recibir una medida de potencia de los subsistemas (114A, 114B) en base a cada una de las citadas señales amplificadas controladas en fase producidas por cada uno de los citados subsistemas de trasmisión de señales, y para ajustar la citada primera señal digital de control de fase en base a los valores de la citada medida de potencia del combinador y de las citadas medidas de potencia de los subsistemas.
2. Un aparato para conectar por elevación y amplificar una señal, que comprende:
el transmisor amplificador paralelo de la reivindicación 1, en el que:
el citado primer y al menos un subsistema de transmisión de señales adicional están conectados operativamente al citado medio de combinador y cada subsistema de trasmisión de señales comprende, además:
un mezclador (102A, 102B) para mezclar una señal con una señal de mezcla controlada en fase para producir una señal convertida por elevación;
un amplificador (112A, 112B) conectado operativamente al citado mezclador y al citado medio de combinador, para amplificar la citada señal convertida por elevación y producir una señal amplificada de la citada pluralidad de señales amplificadas;
un medio (114A, 114B) de medida de potencia del subsistema, conectado operativamente al citado amplificador, para medir la potencia de la citada una señal amplificada y producir una medida de potencia del subsistema; y
un medio (104A, 104B) para generar la citada señal de mezcla controlada en fase, acoplado operativamente al citado mezclador, en el que la fase de la citada señal de mezcla controlada en fase se basa en una señal digital de control de fase.
3. El aparato de la Reivindicación 2, en el que el mezclador comprende un mezclador digital.
4. El aparato de la Reivindicación 2, en el que el mezclador comprende un mezclador analógico.
5. El aparato de la Reivindicación 4, que comprende además:
un convertidor digital a analógico, conectado operativamente al citado mezclador analógico y al citado medio para generar, para recibir una señal digital controlada en fase y producir la citada mezcla analógica controlada en fase.
6. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el citado medio para generar es un sintetizador digital directo.
7. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el citado medio combinador comprende combinadores Wilkinson.
8. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que el citado módulo de control está conectado operativamente al citado medio de medida de potencia del combinador, a cada uno de los citados medios de medida de potencia de los subsistemas y a cada uno de los citados medios para generar, para generar cada una de las citadas señales digitales de control de fase en base a los valores de la citada medida de potencia del combinador y de las citadas medidas del potencia de los subsistemas, medidas en relación con los ajustes de la citada señal digital de control de fase.
\global\parskip0.900000\baselineskip
9. El aparato de la Reivindicación 8, en el que una eficiencia de combinación se forma añadiendo la citada medida de potencia del subsistema de cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales y dividiendo la citada medida de potencia del combinador entre la suma resultante.
10. El aparato de la Reivindicación 8, que comprende además una memoria, conectada operativamente al citado módulo de control, para proporcionar valores de inicialización de fase de la citada señal digital de control de fase para cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales.
11. El aparato de la Reivindicación 8, en el que el citado medio de combinador comprende acopladores Lange.
12. El aparato de la Reivindicación 11, en el que los citados acopladores Lange están acoplados operativamente al citado módulo de control y proporcionan información de fase de la señal al citado módulo de control, y en el que la citada señal digital de control de fase de cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales está basada en la citada información de fase de señal.
13. El aparato de la Reivindicación 8, en el que cada uno de los citados al menos dos subsistemas de transmisión de señales comprende, además, un módulo de ganancia, dispuesto entre el citado mezclador y el citado amplificador, y conectado operativamente al citado módulo de control, para aplicar una ganancia a la citada señal convertida por elevación en base a una señal de control de ganancia proporcionada por el citado módulo de control, y en el que el citado módulo de control ajusta la citada señal de control de ganancia de manera que las medidas de potencia de los subsistemas de los citados al menos dos subsistemas de transmisión de señales son aproximadamente iguales entre sí.
14. El aparato de la Reivindicación 13, en el que el citado mezclador comprende un mezclador digital, el citado módulo de ganancia comprende un módulo de ganancia digital, dispuesto entre el citado mezclador digital y el citado amplificador.
15. El aparato de la Reivindicación 13, en el que el citado mezclador comprende un mezclador analógico, el citado módulo de ganancia comprende un módulo de ganancia analógico, dispuesto entre el citado mezclador analógico y el citado amplificador.
16. El aparato de la Reivindicación 13, en el que el citado módulo de control ajusta la citada señal de control de ganancia de manera que la citada medida de potencia del subsistema es aproximadamente igual a la medida de potencia del subsistema producida por el otro de los citados al menos dos subsistemas de transmisión de señales.
17. El aparato de la Reivindicación 14, en el que el citado módulo de ganancia digital ejecuta la conformación de espectro de la citada señal convertida por elevación en base a una señal de control de conformación de espectro proporcionada por el citado módulo de control.
18. El aparato de la Reivindicación 17, en el que cada uno de los citados al menos dos subsistemas de trasmisión de señales comprende además un medio de medida de temperatura, conectado operativamente el citado amplificador y al citado módulo de control, para medir la temperatura del citado amplificador y proporcionar al citado módulo de control una medida de la temperatura del amplificador, en el que la citada señal de control de conformación de espectro está basada en la citada medida de la temperatura del amplificador.
19. Un aparato para convertir por elevación y amplificar una señal que comprende el transmisor amplificador paralelo de la reivindicación 1, en el que:
el citado primero y al menos un subsistema de trasmisión de señales adicional están conectados operativamente al citado medio de combinador y cada subsistema de trasmisión de señales comprende además:
un amplificador para amplificar una señal controlada en fase y producir una señal amplificada de la citada pluralidad de señales amplificadas;
un medio de medida de potencia de subsistema para medir la potencia de la citada una señal amplificada y producir una medida de potencia de subsistema; y
un filtro digital lineal, conectado operativamente al citado amplificador, para someter una señal a un retardo de grupo controlado para producir la citada señal controlada en fase, en el que el citado retardo de grupo controlado está basado en una señal digital de control de fase.
20. El aparato de la Reivindicación 19, en el que el citado medio combinador comprende combinadores Wilkinson.
21. El aparato de la Reivindicación 19, que comprende además un módulo de control, conectado operativamente al citado medio de medida de potencia del combinador, a cada uno de los citados medios de medida de potencia de los subsistemas y a cada uno de los citados filtros digitales lineales, para generar cada una de las citadas señales digitales de control de fase en base a los valores de la citada medida de potencia del combinador y de las citadas medidas de potencia de los subsistemas medidas en relación a los ajustes de la citada señal digital de control de fase.
22. El aparato de la Reivindicación 21, en el que el citado medio de combinador comprende acopladores Lange.
\global\parskip1.000000\baselineskip
23. El aparato de la Reivindicación 22, en el que los citados acopladores Lange están acoplados operativamente al citado módulo de control y proporcionan información de fase de señal al citado módulo de control, y en el que las citadas señales digitales de control de fase se basan en la citada información de fase de señal.
24. Un proceso para amplificar una señal, que comprende:
producir, en un primer subsistema de transmisión de señales, una primera señal amplificada controlada en fase que tiene una primera fase basada en una primera señal digital de control de fase;
producir, en al menos un subsistema de transmisión de señales adicional, una señal amplificada controla en fase adicional;
combinar las citadas señales amplificadas controladas en fase para producir una señal amplificada combinada;
proporcionar una medida de potencia del subsistema en base a cada una de las citadas señales amplificadas controladas en fase producidas por cada uno de los citados subsistemas de transmisión de señales;
medir la potencia de la citada señal amplificada combinada y producir una medida de potencia del combinador; y
ajustar la citada señal digital de control de fase en base a los valores de la citada medida de potencia combinada y de las citadas medidas de potencia de los subsistemas.
25. El proceso de la Reivindicación 24, en el que cada uno de los citados pasos para producir comprende:
mezclar una señal con una señal de mezcla controlada en fase digitalmente para producir una señal convertida por elevación,
amplificar la citada señal convertida por elevación para producir una señal amplificada de la citada pluralidad de señales amplificadas, y
medir la potencia de la citada una señal amplificada y producir la medida de potencia del subsistema respectivo.
26. El proceso de la Reivindicación 25, en el que el citado paso de ajustar comprende:
generar la citada señal controlada en fase digitalmente de acuerdo con una señal digital controlada en fase y,
generar una medida de eficiencia de combinación en base a la medida de potencia del subsistema generada por cada una de las citadas al menos dos señales amplificadas y a la citada medida de potencia del combinador, y
ajustar la citada señal digital de control en fase en base a la citada medida de eficiencia de combinación.
27. El proceso de la Reivindicación 26, en el que el citado paso de generar la citada medida de eficiencia de combinación comprende dividir la citada medida de potencia del combinador entre la suma de las citadas medidas de potencia de los subsistemas.
28. El proceso de la Reivindicación 26, en el que el paso de mezclar es un mezclado analógico, y en el que el citado paso de generar la citada señal de mezcla controlada en fase digitalmente comprende además los pasos de:
utilizar un sintetizador digital directo para generar una señal digital de mezcla que tiene una fase en base a la citada señal digital de control de fase; y,
ejecutar la conversión digital a analógica de la citada señal digital de mezcla para producir la citada señal de mezcla controlada en fase.
29. El proceso de la Reivindicación 26, en el que el paso de mezclar es un mezclado digital, y en el que el citado paso de generar la citada señal de mezcla controlada en fase digitalmente comprende además el paso de utilizar un sintetizador digital directo para generar una señal de mezcla digital que tiene una fase basada en la citada señal digital de control de fase.
30. El proceso de la Reivindicación 25, en el que el citado paso de mezclar una señal con una señal de mezcla controla en fase digitalmente comprende además el paso de aplicar una ganancia a la citada señal en base a las medidas de potencia de los subsistemas, medidas de cada una de los citados al menos dos señales amplificadas.
31. El proceso de la Reivindicación 24, en el que cada uno de los citados pasos de producir comprende además:
ejecutar el filtrado digital lineal de una señal para producir un retardo de grupo equivalente a un desplazamiento de fase de la citada señal para producir una señal controlada en fase, en el que el citado filtrado se ajusta de manera que la magnitud del citado desplazamiento de fase se basa en una señal digital de control de fase;
generar una eficiencia de combinación medida en base a la medida de potencia del subsistema generada por cada una de las citadas al menos dos señales amplificadas y la citada medida de potencia del combinador; y
ajustar la citada señal digital de control de fase en base a la citada medida de eficiencia de combinación.
32. El proceso de la Reivindicación 24, que comprende además los pasos de:
a) generar la citada señal digital de control de fase;
b) usar un primer oscilador controlado en fase para generar una primera señal de mezcla controlada en fase en base a la citada señal de control en fase digital;
c) mezclar la citada primera señal de mezcla controlada en fase con una primera señal de entrada para producir una primera señal convertida por elevación;
d) amplificar la citada primera señal convertida por elevación para producir la citada primera señal amplificada controlada en fase;
e) generar una segunda señal convertida por elevación;
f) amplificar la citada segunda señal convertida por elevación para producir la citada segunda señal amplificada controlada en fase;
en el que el citado paso de ajustar comprende los pasos de:
g) generar una primera señal de eficiencia de combinación de potencia en base a la citada primera señal de medida de potencia, la citada segunda señal de medida de potencia, y la citada señal de medida de potencia combinada;
h) añadir un desplazamiento a la citada primera señal controlada en fase digital para producir modificaciones de la citada primera señal de mezcla controlada en fase;
i) a continuación, generar una segunda señal de eficiencia de combinación de potencia, y
j) cuando la citada segunda señal de eficiencia de combinación de potencia sea menor que la citada primera señal de eficiencia de combinación de potencia, restar el citado desplazamiento de la citada primera señal digital de control de fase.
33. El proceso de la Reivindicación 32, en el que la citada primera señal de eficiencia de combinación de potencia está generada dividiendo la citada señal de medida de potencia combinada entre la suma de la citada primera señal de medida de potencia y de la citada segunda señal de medida de potencia.
34. El proceso de la Reivindicación 32, en el que el citado paso i) comprende los subpasos de:
i.1) generar un conjunto de señales de medida modificadas, y
i.2) generar la citada segunda señal de eficiencia de combinación de potencia en fase al citado conjunto de señales de medida modificadas.
35. El proceso de la Reivindicación 34, en el que el citado conjunto de señales modificadas comprende una señal de medida de potencia combinada modificada producida al medir la potencia de la citada señal amplificada combinada.
36. El proceso de la Reivindicación 35, en el que la citada segunda señal de eficiencia de combinación de potencia se genera dividiendo la citada señal de medida de potencia combinada por la suma de la citada primera señal de medida de potencia y de la citada segunda señal de medida de potencia.
37. El proceso de la Reivindicación 35, en el que el citado conjunto de señales modificadas comprende además una señal de medida de potencia primera modificada producida al medir la potencia de la citada primera señal amplificada.
38. El proceso de la Reivindicación 37, en el que el citado conjunto de señales modificadas comprende además una segunda señal modificada de medida de potencia producida midiendo la potencia de la citada segunda señal amplificada.
39. El proceso de la Reivindicación 38, en el que la citada segunda señal de eficiencia de combinación de potencia es generada dividiendo la citada señal de medida de potencia combinada entre la suma de la citada primera señal de medida de potencia y la citada segunda señal de medida de potencia modificada.
\newpage
40. El proceso de la Reivindicación 32, en el que la citada primera señal de entrada y la citada primera señal de mezcla controlada en fase son señales digitales, y en el que el citado paso de mezclar la citada primera señal controlada en fase comprende además los subpasos de:
c.1) efectuar una primera mezcla digital multiplicando la citada señal de entrada por la citada primera señal de mezcla controlada en fase para producir una primera señal digital convertida por elevación.
c.2) efectuar la primera conversión digital a analógica de la citada primera señal digital convertida por elevación para producir la citada primera señal convertida por elevación.
41. El proceso de la Reivindicación 40, en el que el citado subpaso de generar una segunda señal convertida por elevación comprende los subpasos de:
e.1) utilizar un sintetizador digital directo para generar una segunda señal de mezcla digital;
e.2) efectuar una segunda mezcla digital multiplicando una segunda señal de entrada digital por la citada segunda señal de mezcla digital para producir una segunda señal digital convertida por elevación; y
e.3) efectuar una segunda conversión digital a analógica de la citada segunda señal digital convertida por elevación para producir la citada segunda señal convertida por elevación.
42. El proceso de la Reivindicación 41, que comprende el paso de aplicar una primera ganancia digital a la citada primera señal digital convertida por elevación antes de efectuar la citada primera conversión digital a analógica, y que comprende además el paso de aplicar una segunda ganancia digital a la citada segunda señal digital convertida por elevación antes de efectuar la citada segunda conversión digital a analógico.
43. El proceso de la Reivindicación 42, que comprende además el paso de generar la citada primera ganancia digital y la citada segunda ganancia digital en base a la citada primera señal de medida de potencia, la citada segunda señal de medida de potencia y la citada señal de medida de potencia combinada.
44. El proceso de la Reivindicación 32, en el que la citada primera señal de entrada y la citada primera señal de mezcla controlada en fase son señales analógicas, y en el que el citado paso de mezclar la citada primera señal controlada en fase además es un mezclado analógico.
45. El proceso de la Reivindicación 32, en el que el citado subpaso de generar una segunda señal convertida por elevación comprende además los subpasos de:
e.1) utilizar un sintetizador digital directo para generar una segunda señal de mezcla analógica; y
e.2) efectuar una segunda mezcla analógica multiplicando una segunda señal de entrada analógica por la citada segunda señal analógica de mezcla para producir una segunda señal analógica convertida por elevación.
46. El proceso de la Reivindicación 45, que comprende además el paso de aplicar una primera ganancia analógica a la citada primera señal convertida por elevación antes del citado paso de amplificar la citada primera señal convertida por elevación, y que además comprende el paso de aplicar una segunda ganancia analógica a la citada segunda señal convertida por elevación antes del citado paso de amplificar la citada segunda señal convertida por elevación.
47. El proceso de la Reivindicación 46, que comprende además el paso de ajustar la citada primera ganancia analógica de manera que la citada primera señal de medida de potencia sea aproximadamente igual a citada segunda señal de medida de potencia.
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