Dispositivo de linealización de pre-distorsión con amplitud y curva regulables.

Dispositivo (D) de linealización de pre-distorsión con expansiones de ganancia y de fase para la compensación dela compresión de ganancia y de la variación de fase de un amplificador de potencia (AP,

AP'), caracterizadoporque comprende:

- unos primeros medios de división (MD1) que comprenden una entrada (Se) específica para recibir una señalde entrada de hiperfrecuencia y una primera y una segunda salidas dispuestas para emitir una primera y unasegunda fracciones seleccionadas de dicha señal de entrada;

- una primera vía (V1) conectada a dicha primera salida con el fin de alimentarse con dicha primera fracción dela señal de entrada (Se), y dispuesta para generar una primera corriente continua a partir de una primera autopolarización de un primer diodo (D1) en función de dicha primera fracción de la señal de entrada (Se);

- una segunda vía (V2) conectada a dicha segunda salida con el fin de alimentarse con dicha segunda fracciónde la señal de entrada (Se), y dispuesta de realizar unas expansiones de ganancia y de fase al nivel de unacceso (Si) que constituye una salida a partir de una segunda auto-polarización de al menos un segundo diodo(D2) en función de la segunda fracción de la señal de entrada (Se); y

- un circuito de polarización (P) conectado a, y que alimenta con tensiones continuas, dicha primera (V1) ydicha segunda (V2) vías, y dispuesto para combinar, de manera antagonista, las tensiones y corrientescontinuas procedentes de la primera y de la segunda auto-polarizaciones de la primera (V1) y de la segunda(V2) vías de tal modo que se controle la curva de las expansiones de ganancia y de fase de la segunda vía (V2)en función de la amplitud de la señal de entrada (Se).

Dispositivo de linealización de pre-distorsión con amplitud y curva regulables La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de linealización denominados «de pre-distorsión», que se utilizan por ejemplo aguas arriba (o en la entrada) de dispositivos de amplificación de potencia de tal modo que se compense (n) su (s) no linealidad (es) .

Tal y como sabe el experto en la materia, un linealizador es un dispositivo que permite compensar la compresión de ganancia (« AM/AM » por « Amplitude-Amplitude Modulation conversion ») de un amplificador de potencia (por ejemplo de tipo HPA (por « High Power Amplifier ») ) así como la variación de su fase de inserción en función de la potencia incidente (« AM/PM » por « Amplitude-Phase Modulation conversion ») . Los amplificadores de potencia que se utilizan comúnmente en determinados campos, como por ejemplo en el sector espacial, son o bien unos amplificadores denominados de tubo de onda progresiva (o TWTAs por « Travelling Wave Tube Amplifiers ») , o bien unos amplificadores denominados de estado sólido (o SSPAs por « Solid State Power Amplifiers ») .

El principio de linealización que se emplea de manera general en las cargas útiles de satélites, es la predistorsión. Un linealizador de predistorsión es un dispositivo que se coloca aguas arriba de la entrada de un amplificador de potencia. Este debe presentar una respuesta en ganancia y en fase en función de su potencia de salida que es la inversa de la del amplificador de potencia (en función de su potencia de entrada) al cual debe estar acoplado, de una primera parte, en términos de sentido de variación (expansión de ganancia en lugar de compresión de ganancia) , de una segunda parte, en términos de amplitud de variación (por ejemplo +7dB de expansión de ganancia y +40 grados de expansión de fase en presencia de un amplificador que presenta una compresión de saturación de -7 dB y de -40 grados) , y de una tercera parte, en términos de forma de onda (también llamada « curva ») de tal modo que « se ajuste » a toda la característica del amplificador y, por lo tanto, que linealice toda su dinámica para tener en consideración las variaciones de potencia de entrada y de envolvente de la señal útil (para el ajuste del linealizador se piensa en una señal mono-portadora (CW) pero la señal útil es portadora de una modulación y es, de forma más general, de envolvente no constante) .

Se puede regular la amplitud de las extensiones de ganancia y de fase de un linealizador de pre-distorsión de tal modo que su respuesta se ajuste a un amplificador de potencia que hay que linealizar. Desgraciadamente, las curvas de compresión y de expansión del linealizador y del amplificador asociado no son, en la mayoría de los casos, idénticas y, por lo tanto, la linealización es imperfecta. Por ejemplo, si el linealizador presenta una expansión de ganancia lenta (es decir próxima a una recta) mientras que la compresión del amplificador es relativamente brusca (es decir próxima a una función exponencial) , el ajuste del linealizador, que corresponde a una compensación total con saturación del amplificador, conduce a una fuerte sobrecompensación de retorno para las potencias de entrada que son inferiores a la saturación, lo que degrada globalmente la linealidad en el conjunto de la dinámica de potencia del amplificador linealizado. En este caso, el ajuste óptimo se obtiene no compensando toda la compresión del amplificador con el fin de no realizar una excesiva sobrecompensación de retorno.

La mayoría de los linealizadores de predistorsión utilizan elementos no lineales como los diodos Schottky. El comportamiento no lineal en transmisión del linealizador en función de su potencia de entrada se basa entonces en un mecanismo denominado de auto-polarización del diodo en presencia de una señal RF con un alto nivel de potencia. La evolución del punto de polarización en función de la potencia RF va a inducir en efecto un comportamiento particular del diodo en términos de la impedancia que presenta la señal RF incidente. Dos principales tipos de polarización del diodo pueden conducir a unos comportamientos de auto-polarización no lineales diferentes según si el diodo se alimenta mediante un generador de tensión a través de una resistencia de valor alto o de valor bajo montada en serie.

En caso de polarización a través de una resistencia (R) de valor alto, cuando la potencia de la seña RF de entrada aumenta, la corriente (ID) que alimenta al diodo aumenta y, por lo tanto, la tensión VD en los terminales de este diodo se reduce (VD = VLIN -RID, siendo VLIN la tensión de alimentación del linealizador) .

Como consecuencia, la corriente que atraviesa el diodo es prácticamente constante.

En caso de polarización a través de una resistencia (R) de valor bajo, cuando la potencia de la señal RF de entrada aumenta, la corriente que atraviesa el diodo aumenta debido a que la tensión VD en los terminales de este diodo es prácticamente constante (VD ≈ VLIN) .

El diodo se utiliza entonces como una impedancia que varía en función de la potencia RF de entrada en un circuito de linealización, encargado de transformar esta variación de impedancia en variación de los parámetros de transmisión del dispositivo del que forma parte. De este modo el (o los) diodo (s) se puede (n) utilizar en reflexión como carga de un acoplador híbrido, o en transmisión en una línea de propagación, o incluso en una configuración en serie o en paralelo, por ejemplo.

Se han propuesto numerosos dispositivos que aplican el mecanismo no lineal de auto-polarización clásico (descrito con anterioridad) . Estos se describen, por ejemplo, en los documentos de patente US 4 992 754, US 4 068 186, FR 2 719 954, FR 2 791 197, FR 2 833 431 y EP 1 039 630.

Desgraciadamente, este mecanismo no lineal de auto-polarización clásica conduce invariablemente a un único y mismo tipo de curvatura de las expansiones de ganancia y de fase del linealizador y no permite, por lo tanto, controlar la curva (la forma) de las expansiones.

La invención tiene, por lo tanto, por objeto permitir el control de la curva de las expansiones de un linealizador de 5 pre-distorsión con el fin de mejorar de forma significativa la linealización de los amplificadores de potencia en toda su gama dinámica.

A este efecto, se propone un dispositivo de linealización de pre-distorsión con expansiones de ganancia y de fase para la compensación de la compresión de ganancia y de la variación de fase de un amplificador de potencia.

Este dispositivo de linealización se caracteriza por el hecho de que comprende:

- unos primeros medios de división que comprenden una entrada específica para recibir una señal de entrada de hiperfrecuencia y una primera y una segunda salidas encargadas de emitir una primera y una segunda fracciones seleccionadas, de manera preferente ajustables, de la señal de entrada;

-una primera vía conectada a la primera salida con el fin de alimentarse con la primera fracción de la señal de entrada, y dispuesta para generar una primera corriente continua a partir de una primera auto-polarización de un 15 primer diodo en función de la primera fracción de la señal de entrada;

-una segunda vía conectada a la segunda salida con el fin de alimentarse con la segunda fracción de la señal de entrada, y encargada de realizar unas expansiones de ganancia y de fase al nivel de un acceso que constituye una salida (de la segunda vía y del dispositivo de linealización) a partir de una segunda auto-polarización de al menos un segundo diodo en función de la segunda fracción de la señal de entrada; y

- un circuito de polarización conectado a, y que alimenta con tensiones continuas, la primera y la segunda vías, y encargado de combinar, de manera antagonista, las tensiones y corrientes continuas procedentes de la primera y de la segunda auto-polarizaciones de la primera y de la segunda vías de tal modo que se controle la curva de las expansiones de ganancia y de fase de la segunda vía en función de la amplitud de la señal de entrada.

El dispositivo de linealización de acuerdo con la invención puede comprender otras características que se pueden 25 considerar de forma separada o combinadas, y en particular:

-su primera vía puede comprender un primer circuito conectado a la primera salida de los primeros medios de división y encargado de alimentar al menosun primer diodo con la primera fracción de la señal de entrada y de proporcionar dos accesos aislados con respecto a la primera fracción de la señal de entrada y que permite aplicar directamente unas tensiones continuas respectivamente a los terminales del primer diodo;... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (D) de linealización de pre-distorsión con expansiones de ganancia y de fase para la compensación de la compresión de ganancia y de la variación de fase de un amplificador de potencia (AP, AP’) , caracterizado porque comprende:

- unos primeros medios de división (MD1) que comprenden una entrada (Se) específica para recibir una señal de entrada de hiperfrecuencia y una primera y una segunda salidas dispuestas para emitir una primera y una segunda fracciones seleccionadas de dicha señal de entrada; -una primera vía (V1) conectada a dicha primera salida con el fin de alimentarse con dicha primera fracción de la señal de entrada (Se) , y dispuesta para generar una primera corriente continua a partir de una primera autopolarización de un primer diodo (D1) en función de dicha primera fracción de la señal de entrada (Se) ; -una segunda vía (V2) conectada a dicha segunda salida con el fin de alimentarse con dicha segunda fracción de la señal de entrada (Se) , y dispuesta de realizar unas expansiones de ganancia y de fase al nivel de un acceso (Si) que constituye una salida a partir de una segunda auto-polarización de al menos un segundo diodo (D2) en función de la segunda fracción de la señal de entrada (Se) ; y -un circuito de polarización (P) conectado a, y que alimenta con tensiones continuas, dicha primera (V1) y dicha segunda (V2) vías, y dispuesto para combinar, de manera antagonista, las tensiones y corrientes continuas procedentes de la primera y de la segunda auto-polarizaciones de la primera (V1) y de la segunda (V2) vías de tal modo que se controle la curva de las expansiones de ganancia y de fase de la segunda vía (V2) en función de la amplitud de la señal de entrada (Se) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicha primera vía (V1) comprende un primer circuito (MF) conectado a dicha primera salida de los primeros medios de división (MD1) y dispuesto para alimentar al menos un primer diodo (D1) con la primera fracción de dicha señal de entrada (Se) y para proporcionar dos accesos (VD1A, VD1C) aislados con respecto a dicha primera fracción de la señal de entrada (Se) y que permiten aplicar directamente las tensiones continuas respectivamente a los terminales (A1, C1) de dicho primer diodo (D1) .

3. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicha segunda vía (V2) comprende un segundo circuito (ML) conectado a dicha segunda salida de los primeros medios de división (MD1) y dispuesto para alimentar al menos a un segundo diodo (D2) con una parte al menos de dicha segunda fracción de dicha señal de entrada (Se) con el fin de transformar una variación de impedancia de dicho segundo diodo (D2) en función de dicha segunda fracción de la señal de entrada (Se) en expansiones de ganancia y de fase al nivel de un acceso (Si) que define una salida, y para proporcionar otros dos accesos (VD2A, VD2C) aislados con respecto a dicha segunda fracción de la señal de entrada (Se) y que permiten aplicar de forma directa unas tensiones continuas respectivamente a los terminales (A2, C2) de dicho segundo diodo (D2) .

4. Dispositivo de acuerdo con una de la reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque dicho circuito de polarización

(P) comprende un primer generador de tensión continua (G1) conectado a uno (A1) de los terminales de dicho primer diodo (D1) a través de dicho acceso (VD1A) , un segundo generador de tensión continua (G2) conectado simultáneamente a través de una resistencia (R) a un nodo común (PM) constituido por el otro (C1) de los terminales de dicho primer diodo (D1) a través de uno (VD1C) de dichos accesos de la primera vía (V1) y de uno (A2) de los terminales de dicho segundo diodo (D2) a través de uno (VD2A) de dichos accesos de la segunda vía (V2) , estando el otro (C2) de dichos terminales de dicho segundo diodo (D2) conectado, a través del otro (VD2C) de dichos accesos de la segunda vía (V2) , a masa desde el punto de vista de la tensión continua.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el sentido de dicho primer diodo (D1) y dicho segundo diodo (D2) se puede invertir simultáneamente.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichos primeros medios de división (MD1) comprenden un acoplador (CP) dispuesto para dividir la potencia de dicha señal de entrada (Se) en dos partes, y un elemento (AV1) colocado aguas abajo de una al menos de las dos salidas del acoplador (CP) y encargado de amplificar o de atenuar en una cantidad seleccionada y regulable el valor de la potencia emitida por cada una de las dos salidas de dicho acoplador (CP) , de tal modo que dichos primeros medios de división (MD1) emiten en una primera y en una segunda salidas respectivamente dicha primera y dicha segunda fracciones seleccionadas, regulables, de dicha señal de entrada (Se) .

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque dicho elemento (AV1) está seleccionado de un grupo que comprende un elemento atenuador variable, un elemento amplificador, un elemento amplificador de ganancia variable y un elemento que asocia en cascada varias de las funciones de los otros elementos de dicho grupo.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque dicho elemento (AV1) presenta un comportamiento no uniforme ni regulable en función de la frecuencia.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque dicho segundo circuito (ML) constituye un circuito de linealización a base de diodo (s) cuyos accesos de polarización continua no comprenden ninguna resistencia en serie con dicho o dichos diodos.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque dicho circuito de linealización (ML) comprende:

- unos segundos medios de división (MD2) que comprenden una entrada conectada a dicha segunda salida de los primeros medios de división (MD1) y de la primera y la segunda salidas dispuestas para emitir una primera y una segunda subfracciones seleccionadas de dicha segunda fracción de la señal de entrada; -unos medios de combinación (MC) que comprenden una primera y una segunda entradas y una salida específica para emitir unas señales de salida que son el resultado de la combinación de las señales recibidas en su primera y su segunda entradas; -una primera sub-vía denominada no lineal que comprende un primer acoplador (CL1) que comprende un primer y un segundo accesos conectados cada uno a masa por medio de al menos un segundo diodo (D2) alimentado con tensión y corriente continuas por el segundo generador (G2) a través de la resistencia (R) en el nodo (PM) , un tercer acceso conectado a la primera salida de los segundos medios de división (MD2) y un cuarto acceso acoplado a dicha primera entrada de los medios de combinación (MC) ; y -una segunda sub-vía denominada lineal que comprende un segundo acoplador (CL2) sensiblemente idéntico a dicho primer acoplador (CL1) con el fin de garantizar por construcción un mismo tiempo de propagación de grupo para dicha primera y dicha segunda sub-vías y que comprende un primer y un segundo accesos conectados cada uno a masa por medio de unos terceros componentes pasivos (CP3) , un tercer acceso conectado a la segunda salida de los segundos medios de división (MD2) y un cuarto acceso acoplado a dicha segunda entrada de los medios de combinación (MC) .

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque dichos terceros componentes pasivos (CP3) son unos tramos de línea de transmisión de hiperfrecuencia en circuito abierto, con una longitud y una anchura ajustables de tal modo que se ajuste la fase de combinación de las señales en dichos medios de combinación (MC) , de forma sensiblemente constante en toda una banda de frecuencias seleccionada.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque una al menos de dicha primera y dicha segunda sub-vías comprende una línea de transmisión (LT1, LT2) con una longitud regulable, de tal modo que se modifica el tiempo de propagación de grupo de su sub-vía para regular la fase de combinación de las señales en dichos medios de combinación (MC) , de forma no constante en función de la frecuencia, de tal modo que dicho linealizador (D) presenta un comportamiento diferente en función de la frecuencia en una amplia banda de frecuencias de tal modo que siga unas variaciones de frecuencia del amplificador de potencia (AP, AP’) a linealizar.

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque una al menos de dicha primera y dicha segunda sub-vías comprende al menos una resistencia grabada en serie o en paralelo en la línea de transmisión que desempeña la función de atenuador de valor de atenuación regulable entre un valor finito y cero por cortocircuito de dicha resistencia en serie por medio de una cinta o de al menos un hilo metálico y por rotura de la o de las cintas o hilos de conexión que unen dicha resistencia en paralelo a la línea de transmisión.

14. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 13, caracterizado porque dicho primer circuito (MF) comprende unos elementos de circuito dispuestos para adaptar la impedancia de dicho primer diodo (D1) con respecto a dicha primera salida de los primeros medios de división (MD1) y para permitir la polarización de los terminales (A1, C1) de dicho primer diodo (D1) sin resistencia en serie en uno u otro de estos terminales (A1, C1) .

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 14, caracterizado porque dicho primer circuito (MF) comprende unos circuitos de polarización de cuarto de longitud de onda que comprende una primera línea de transmisión de impedancia característica elevada, con una longitud igual al cuarto de la longitud de onda, cuyo primer extremo está conectado a la línea que alimenta dicho primer diodo (D1) y un segundo extremo está conectado, por una parte, a una segunda línea de transmisión de impedancia característica baja, con una longitud igual al cuarto de la longitud de onda, y que se termina en un circuito abierto, y, por otra parte, a uno de los accesos de polarización (VD1A, VD1C) de dicho primer circuito (MF) .

16. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 15, caracterizado porque dicho primer circuito (MF) comprende varios circuitos de polarización de cuarto de longitud de onda en cascada de tal modo que aumenta el aislamiento de los accesos de polarización (VD1A, VD1C) de dicho primer circuito (MF) con respecto a la primera fracción de dicha señal de entrada (Se) .

17. Dispositivo de amplificación de potencia de estado sólido (AP’) , caracterizado porque comprende un dispositivo de linealización de pre-distorsión (D) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.