FR2830704A1 - Emetteur a boucle polaire - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne une disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire comprenant une entrée de circuit, une sortie de circuit, une source de signal commandable, un modulateur branché entre la source de signal et la sortie, un premier amplificateur dont l'entrée est connectée à l'entrée de circuit, un second amplificateur dont l'entrée est connectée à la sortie de circuit, une sortie de chaque amplificateur étant connectée à une entrée respective d'un comparateur, et une sortie du comparateur étant connectée à une entrée du modulateur.

Description

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La présente invention concerne une disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire, comprenant : une entrée de circuit ; une sortie de circuit ; une source de signal commandable ; un modulateur branché entre la source de signal et la sortie ; un premier amplificateur dont l'entrée est connectée à l'entrée de circuit ; un second amplificateur dont l'entrée est connectée à la sortie de circuit ; une sortie de chaque amplificateur étant connectée à une entrée respective d'un comparateur ; et une sortie du comparateur étant connectée à une entrée du modulateur.
L'émetteur à boucle polaire a été tout d'abord décrit par Gosling et Petrovic dans Electronics Letters, 1979,15 (10) pages 286-288.
C'était un développement du travail de Kahn"Single Sideband Transmission by Envelope Elimination and Restoration", Proc. IRE 1952,40, pages 803-806. La disposition de base de l'émetteur à boucle polaire est représentée dans la figure 1.
En se référant à la figure l, l'émetteur 100 comprend d'une façon générale une entrée radiofréquence (RF) 101 à laquelle est appliqué un signal d'entrée, en cours d'utilisation, et un oscillateur commandé en tension (VCO) 102. Le signal de sortie du VCO 102 est appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur à gain commandable 104, à une sortie RF 103, pour fournir un signal de sortie RF modulé. L'entrée RF 101 est connectée à la fois à un premier détecteur d'amplitude 105 et à un premier amplificateur limiteur 106. De la même manière, la sortie RF 103 est connectée à la fois à un second détecteur d'amplitude 107 et à un second amplificateur limiteur 108. Cette disposition sépare donc à la fois les signaux d'entrée et les signaux de sortie, en composantes d'amplitude et de phase.
Les sorties des amplificateurs limiteurs 106,108 sont connectées aux entrées respectives d'un comparateur de phase 109 qui génère, à sa sortie, un signal proportionnel à la différence de phase entre le signal d'entrée et le signal de sortie. La sortie du comparateur de phase
109 est connectée à une entrée de commande du VCO 102 par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 110, pour commander la phase du signal généré par le VCO de manière à minimiser la différence de phase. Cette disposition constitue ainsi une boucle verrouillée en phase. Au lieu d'être couplée à la sortie de l'amplificateur 104, l'entrée de l'amplificateur limi-
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teur 108 peut être couplée directement à la sortie du VCO 102. Cette variante n'est pas tellement avantageuse car il n'y a pas de compensation des variations d'amplitude en fonction de la phase, qui sont introduites dans l'amplificateur 104. Les sorties des détecteurs d'amplitude 105 et 107 sont connectées aux entrées respectives d'un comparateur 111 qui fournit, à sa sortie, un signal dépendant de la différence entre les amplitudes instantanées des signaux d'entrée et de sortie. La sortie du comparateur 111 est connectée à une entrée de commande de gain de l'amplificateur commandable 104, par l'intermédiaire d'un second filtre passe-bas 112. L'amplificateur à gain commandable 104 est donc amené à moduler la sortie du VCO 102 de façon que son amplitude suive les variations de l'amplitude du signal d'entrée.
L'émetteur à boucle polaire 100 souffre de certains inconvénients lorsque la variation d'amplitude du signal d'entrée est grande, c'est à dire que toute conversion quelconque d'une modulation de phase en modulation d'amplitude provoquée par les amplificateurs limiteurs 106 et 108, ajoute une modulation de phase indésirable au signal de sortie lorsque l'amplitude du signal d'entrée varie. De plus, pour des variations de signal d'entrée RF grandes, la différence entre les signaux aux entrées du comparateur 111 devient petite lorsque le signal de sortie est petit, ce qui augmente la distorsion aux niveaux de signaux instantanés faibles. Ces problèmes ont été décrits par Petrovic et Kaya dans leur document "Spurious Emissions from ZEER Type Transmitters", ISBN 0903 748630, pages 181-8. De plus, toute distorsion introduite par les détecteurs d'amplitude 105 et 107 apparaît dans le signal de sortie. Pour minimiser ce dernier effet, il est souhaitable de contrôler soigneusement les amplitudes des signaux fournis aux détecteurs d'amplitude 105 et 107.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus, en ce que les amplificateurs comprennent chacun un détecteur d'amplitude et un modificateur de signal branchés en série entre leur entrée et leur sortie.
Suivant d'autres caractéristiques de modes de réalisation préférentiels de l'invention, les modificateurs de signaux comprennent chacun, en série, un convertisseur analogique/numérique, un modificateur de signal et un convertisseur numérique/analogique. le modificateur de signal comprend une mémoire contenant une table de dictionnaire. La mémoire est reprogrammable pour compenser des changements de conditions de fonctionnement. Les amplificateurs comportent chacun une fonc-
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tion de transfert qui est généralement logarithmique. Le circuit comprend en outre un mélangeur branché entre la sortie de circuit et l'entrée du second amplificateur de type logarithmique. Le circuit comprend en outre des moyens pour supprimer un signal à fréquence image généré par le mélangeur. Le mélangeur est un mélangeur à éjection d'image. Le comparateur comporte une troisième entrée connectée à une sortie d'un dispositif de commande de puissance. Le dispositif de commande de puissance est disposé pour fournir à sa sortie des signaux qui produisent une mise en forme de transmissions de type TDMA, de manière à réduire les"interfaces"ou le"bruit de commutation".
La présente invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en se référant, simplement à titre d'exemple, aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon l'art antérieur ; - les figures 2 et 4 sont des schémas de dispositions de circuits d'émet- teurs à boucle polaire selon la présente invention ; et - la figure 3 est un schéma d'une forme d'amplificateur utilisée dans les émetteurs à boucle polaire des figures 2 et 4.
Dans les figures 2 et 4, certaines références numériques sont les mêmes que celles utilisées dans la figure 1, pour désigner les mêmes éléments.
En se référant à la figure 2, une disposition de circuit 200 d'un émetteur à boucle polaire selon la présente invention comporte, à la place des détecteurs d'amplitude 105,107 et des amplificateurs limiteurs 106,108 de la disposition de la figure 1, un premier amplificateur 201 et un second amplificateur 202. Chacun des amplificateurs 201,202 comporte deux sorties dont l'une fournit un signal contenant une information relative à la phase du signal reçu à son entrée, et dont l'autre fournit un signal ayant une amplitude proportionnelle au logarithme de l'amplitude du signal reçu à son entrée. Les sorties des amplificateurs 201, 202 qui fournissent des signaux contenant une infirmation de phase, sont connectées aux entrées respectives du comparateur de phase 109. Les sorties des amplificateurs logarithmiques 201, 202 qui fournissent des signaux dépendant de l'amplitude du signal d'entrée, sont connectées aux entrées respectives du comparateur 111.
La figure 3 est un schéma d'une forme de réalisation des amplificateurs 201,202. En se référant à la figure 3, l'amplificateur 201
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comprend, en série entre son entrée 401 et sa sortie 402 dépendant de l'amplitude du signal d'entrée, un composant amplificateur et détecteur 403, un convertisseur analogique/numérique (ADC) 404, un modificateur de signal numérique 405 et un convertisseur numérique/analogique (DAC) 406. Le composant amplificateur et détecteur 403 comporte également une sortie limitée 407 qui fournit un signal contenant une information relative à la phase du signal reçu à l'entrée 401. L'autre sortie du composant amplificateur et détecteur 403 fournit un signal ayant une amplitude proportionnelle à l'amplitude du signal reçu à l'entrée 401. Ce signal est échantillonné par l'ADC 404 à un rythme d'échantillonnage convenable, et les échantillons sont fournis au modificateur de signal numérique 405.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le modificateur de signal numérique 405 comprend une mémoire morte (non représentée) dans laquelle est stockée une table de dictionnaire. Pour chaque valeur d'entrée possible, la table de dictionnaire contient une valeur de sortie qui est égale ou généralement égale au logarithme de la valeur d'entrée. Par suite, le DAC 406 reçoit toujours du modificateur de signal numérique 405, une valeur qui est égale ou généralement égale au logarithme du signal échantillonné par l'ADC 404. Un signal analogique est construit par le DAC 406 à partir de valeurs fournies par le modificateur de signal numérique 405, et le signal analogique est ensuite fourni au comparateur 111 de la figure 3.
De préférence, la mémoire morte (non représentée) du modificateur de signal numérique 405 est reprogrammable. Dans ce cas, un contrôleur (non représenté) est prévu pour effectuer une reprogrammation de manière à compenser des variables telles que la température et/ou la tension d'alimentation.
Dans une variante de réalisation, l'ADC 404, le modificateur de signal numérique 405 et le DAC 406 sont remplacés par un circuit analogique (non représenté) qui peut comprendre un amplificateur opérationnel muni d'un réseau de rétroaction non linéaire. Les spécialistes de la question apprécieront comment créer une disposition ayant une fonction de transfert généralement logarithmique.
Un avantage obtenu en utilisant les amplificateurs 201,202 ayant une fonction de transfert logarithmique dans l'émetteur à boucle polaire 200 est que, pour une différence d'amplitude donnée quelconque (en dB, c'est à dire en ayant un rapport donné entre elles) entre l'entrée
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101 et la sortie 103, la tension de différence représentant une erreur d'amplitude est constante à l'intérieur des erreurs des amplificateurs logarithmiques. Par suite, le degré d'erreur entre l'amplitude correcte (idéale) et l'amplitude réelle du signal d'entrée modulé fourni à la sortie 103, ne dépend pas de l'amplitude du signal reçu à l'entrée 101. Une distorsion de niveaux de signaux d'entrée faibles est ainsi réduite. Un émetteur à boucle polaire muni d'amplificateurs logarithmiques, est décrit et revendiqué dans la demande de brevet Britannique No. 0109265.9.
Bien que l'utilisation d'amplificateurs 201,202 à fonctions de transfert logarithmiques soit préférable, cela n'est pas essentiel. En, fait, beaucoup des avantages obtenus en utilisant des amplificateurs à fonctions de transfert logarithmiques, peuvent être obtenus avec des amplificateurs ayant d'autres fonctions de transfert.
De plus, la présente invention permet l'utilisation de composants amplificateurs et détecteurs 403 ayant une fonction de transfert peu pratique pour une utilisation avec des émetteurs à boucle polaire, car cela peut être compensé dans le circuit de modification de signal. On a décrit ci-dessus un composant amplificateur et détecteur 403 ayant une fonction de transfert linéaire car les dispositifs de ce type sont courants.
Cependant, l'invention permet d'utiliser des composants amplificateurs et détecteurs non standards, ce qui augmente la liberté de conception.
En se référant maintenant à la figure 4, celle-ci représente une seconde disposition de circuit 300 d'un émetteur à boucle polaire, qui constitue une modification de la disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire de la figure 2. L'émetteur à boucle polaire 300 comprend en outre des entrées de modulation en phase et en quadrature 301 et 302. Les signaux reçus aux entrées 301,302 sont mélangés respectivement avec un signal fourni par un oscillateur local 303 dans un premier modulateur équilibré 304, et avec une version du signal d'oscillateur local déphasée par un déphaseur 305 à 90 , dans un second modulateur équilibré 306.
Des signaux d'oscillateur local en phase et en quadrature peuvent être fournis, à la place des signaux ci-dessus, en utilisant un réseau de déphasage différent tel qu'un réseau comprenant un déphaseur de + 45 et un déphaseur de-45 . Les sorties des modulateurs équilibrés 304 et 306 sont fournies à un combineur 307 qui combine les signaux reçus à ses entrées, et fournit le résultat de la combinaison, par l'entrée 101, au premier amplificateur 201.
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Un mélangeur 308 est branché entre la sortie RF 103 de l'émetteur et l'entrée du second amplificateur 202. Le mélangeur 308 re- çoit un signal fourni par une source de détermination de fréquence 309 qui peut être un synthétiseur de fréquence. La fréquence de fonctionnement de la source de détermination de fréquence est sélectionnée de façon que les signaux de sortie du mélangeur 308 soient à la même fréquence nominale que les signaux à l'entrée 101. Cela permet à la fréquence de sortie d'être différente de la fréquence d'entré, et réduit également les effets négatifs de signaux parasites comprenant notamment des produits d'intermodulation des signaux.
Dans un mode de réalisation, le mélangeur 308 est un mélangeur conventionnel et comporte un filtrage prévu pour supprimer ou réduire les signaux à la fréquence image qui sont générés par le mélangeur. Ce filtrage peut être fourni par une limitation de fréquence dans le mélangeur 308, par une limitation de fréquence dans l'amplificateur logarithmique 202, ou par un filtre discret (non représenté) branché entre le mélangeur 308 et le second amplificateur 202. Dans une variante de réalisation, le mélangeur 308 est un mélangeur à éjection d'image, comme représenté dans la figure 4.
L'émetteur à boucle polaire 300 tel que décrit ci-dessus peut être modifié par l'utilisation d'un comparateur 111 comportant une troisième entrée, et par le branchement d'une sortie d'un dispositif de commande de puissance 310 à cette troisième entrée. Cela est représenté par des lignes en tirets dans la figure 4. L'amplitude d'un signal fourni au comparateur 111 par le dispositif de commande de puissance 310, détermine la puissance des signaux fournis à la sortie 103. Cela constitue une disposition particulièrement pratique pour effectuer une commande de puissance. Lorsque l'émetteur à boucle polaire 300 est utilisé dans un système à accès multiple à répartition en temps (TDMA) ou autre système analogue, le dispositif de commande de puissance 310 effectue une mise en forme (c'est à dire un arrondissage) des flancs de montée et de descente de la puissance du signal fourni à la sortie 103, pour réduire les effets d"'interférence"ou de"bruits de commutation"qui sont produits par des enveloppes radiofréquence (RF) à flancs raides.
Un émetteur à boucle polaire selon la présente invention a des applications potentielles dans de nombreux domaines comprenant notamment la radio cellulaire. Lorsque des émetteurs à consommation de puissance minimum sont nécessaires et lorsque les contraintes de com-
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plexité et de coût sont telles que des techniques de fabrication de semiconducteurs à géométrie minimum sont souhaitables, certaines difficultés apparaissent même lorsque de petites quantités de puissance RF sont demandées. Des difficultés peuvent apparaître lorsque seules des tensions d'alimentation basses sont admissibles, car cela peut nécessiter l'utilisa- tion d'impédances basses. De la même manière, du fait de ces contraintes, il est souhaitable de minimiser le nombre de filtres extérieurs, mais les exigences du système peuvent imposer des contraintes importantes sur le bruit à large bande pouvant être produit. Cela conduit à son tour à l'exigence de maximiser les tensions des signaux, ce qui peut être incompatible avec la basse tension d'alimentation admissible de la technique de fabrication des semi-conducteurs. L'émetteur à boucle polaire selon l'invention permet à une grande proportion des circuits d'être réalisés dans des techniques d'alimentation basse tension à géométrie minimum. De plus, l'amplificateur de sortie 104, bien qu'il soit représenté ici sous la forme d'un amplificateur modulé, pourrait être constitué par un étage de modulation suivi d'un amplificateur. Un tel amplificateur pourrait être un amplificateur à haut rendement fonctionnant en Classe E, avec réduction des produits de distorsion résultant de l'utilisation de signaux d'enveloppe non constants, au moyen de la rétroaction d'amplitude propre au système.
La présente invention peut être mise en oeuvre optiquement en remplaçant l'oscillateur 102 par une source de lumière modulée en fréquence, telle qu'un laser, et en remplaçant l'amplificateur à gain commandable 104 par un dispositif dont la caractéristique de transmission de lumière est proportionnelle à une tension appliquée, comme par exemple une cellule de Kerr. Dans ce cas, le mélangeur à réjection d'image 308 devrait être remplacé par un photodétecteur alimenté par un autre laser.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS 1 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire (200), comprenant : une entrée de circuit (101) ; une sortie de circuit (102) ; une source de signal commandable (102) ; un modulateur (104) branché entre la source de signal et la sortie ; un premier amplificateur (201) dont l'entrée est connectée à l'entrée de circuit ; un second amplificateur (202) dont l'entrée est connectée à la sortie de circuit ; une sortie de chaque amplificateur étant connectée à une entrée respective d'un comparateur (111) ; et une sortie du comparateur étant connectée à une entrée du modulateur ; caractérisée en ce que les amplificateurs (201,202) comprennent chacun un détecteur d'amplitude (403) et un modificateur de signal (405) branchés en série entre leur entrée et leur sortie.
    2 ) Disposition d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que les modificateurs de signaux comprennent chacun, en série, un convertisseur analogique/numérique (404), un modificateur de signal (405) et un convertisseur numérique/analogique (406).
    3 ) Disposition d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que le modificateur de signal (405) comprend une mémoire contenant une table de dictionnaire.
    4 ) Disposition d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que la mémoire est reprogrammable pour compenser des changements de conditions de fonctionnement.
    5 ) Emetteur à boucle polaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que
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    les amplificateurs comportent chacun une fonction de transfert qui est généralement logarithmique.
    6 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit comprend en outre un mélangeur (308) branché entre la sortie de circuit (103) et l'entrée du second amplificateur de type logarithmique (202).
    7 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que le circuit comprend en outre des moyens pour supprimer un signal à fréquence image généré par le mélangeur (308).
    8 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 6, caractérisée en ce que le mélangeur (308) est un mélangeur à éjection d'image.
    9 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le comparateur (111) comporte une troisième entrée connectée à une sortie d'un dispositif de commande de puissance.
    10 ) Disposition de circuit d'émetteur à boucle polaire selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif de commande de puissance est disposé pour fournir à sa sortie des signaux qui produisent une mise en forme de transmissions de type TDMA, de manière à réduire les"interférences"ou le"bruit de commutation".
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