Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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et ~ ytL~r de n ~ tir,~ en
d'un 8ig~1al
La présente invention concerne un pr-océdé et un dispositif
de modulation en amplitude d'un signal. Elle s'applique notam-
ment aux émetteurs de puissance dits a "ét;at solide" du ~om~n~
- des fréquences radio et réalisés à base de transistors de puis-
5 sance à effet de champs ou de type MOSFE~r selon la terminologie
anglo-saxonne .
Avec l~avàn~m~nt des transistors de puissance, faciles à
commander et à faible temps de commutatlon donc capables de
fonctionner à cies fréquences de quelques centaines de kilohertz
10 à un mégahertz ou plus, les émetteurs à tube électronique, coû-
teux, encombrants, nécessitant des alimentations très haute
tension et de maintenance rliffirile tendent à être rPmpl~cés par
des émetteurs dont les étages nmplific~teulrs utilisent ces types
de ltransistors. Ces émetteurs sont en général cc,~ osés de modu-
15 les ou amplificateurs é-lPm~ntaires de pui~ssance, ~ ~sPmblés en
parallèle ou en série de façon à émettre la puissance requise.
L'architecture usuelle de ces modules e~t de type pont en H
encore appelé "pont complet". Il existe actuell~m~t plusieurs
solutlons de modulation en amplitude du signal de sortie de ces
20 émetteurs. L'une est décrite par la demande de brevet n
2 567 338 et intitulée "~mrlific nteur à étages d'amplification
cc,.~-,..utables en fonction de l'amplitude du signal à ampliier"
déposée en France au nom de de la Demanderesse.
Cette solution est relatlv~---ent simple à mettre en oeuvr~
et ne demande pas de gestion particulière du fonctionnement des
modules PlPm~ntaires. Né~nms)in~ elle nécessite beaucoup de selfs
inductances et de condensateurs l~mQnRjonnés pour des circuits
r et tensions llll~urLantsJ ainsi que des transformateurs avec de
nombreux secondaires, c'est donc une solution coûteuse, encom-
3 o brante et de médiocre rendement .
Une autre solution comprenant une gestion numérique des
modules permet une ~mélioration du rendement mais au prix
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d'une grande; complexité de gestion des - modules . Dans ce cas, la
constitution de l'enveloppe de l'onde émise s 'effectue par super-
position du signal fourni par chacun des modules de puissance
alimentés sous une même tension E et c:iont le fonctionnement est
5 cornm~ndé par la partie numérique. Cependant pour affiner l'enve-
loppe du signal à émettre, il est nécessaire d'utiliser des
modules de pulssance supplémentaires al~mentés sous tension E/2,
E/4 ... E/2P. Cela constitue un inconvénient ma~eur puisque
tous les modules ~lémentaires ne sont plus identiques et sup-
10 prime ainsi l'interchangeabilité totale de ces modules. Cela ne
permet pas non plus un mode de fonctionnement en puissance
dégradée ou diminuée, puisque la mise hors circuit d'au moins
un module, suite à une avarie quelconque, entraîne des distor-
sions de l'onde émise contrairement à une solution co...~osée de
modules interchangeables dont l'arrêt de l'un ou l'autre n'en-
traîne qu'une diminution de puissance émise, or, bien souvent
dans certains cas de figures, un tel mode de fonctionnement
peut rester satisfaisant pour l'utilisation
Par ailleurs cette solutlon exige beaucoup de sources de
tensions différentes et les commutations continuelles des modu-
les engendrent des signaux parasites perturbants. Il est à noter
de plus que l'absence d'interchangeabllité totale des modules
entraîne une difficulté et un coût supplémentaires de
maintenance et de mise au point.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients
précités .
A cet effet, l'invention a pour ob~et un procédé de modula-
tion en amplitude d'un signal par un signal de modulation carac-
térisé en ce qu'il consiste à déc.~ -oser le signal à moduler
suivant un premier et un deuxième signal de même amplitude et
de phases opposées, à moduler en phase le premier et deuxième
signal par le signal de modulation et à additionner le premier
et le deuxième signal modulés en phases pour obtenir un signal
résultant modulé en amplitude.
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L'invention a également pour objet un dispositif pour la
mise en oeuvre du procédé précité.
L'invention a pour principaux avantages qu'elle permet une
grande souplesse du contrôle de la puis sance de sortie, une
5 meilleure précision de l'ampiitude du signal de sortie en fonc-
tiOIl du signal de modulation à l'entrée de l'émetteur, et un
-très bon rendement global. Elle permet ps,r ailleurs une msinte-
nance aisée et un mode de fonctionnement en puissance dégradée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
l Oapparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard
des dessins annexés qui représentent:
- La figure 1, un diagramme vectoriel pour illustrer le
procédé de moduiation mis en oeuvre par l'invention.
- La figure 2, un mode de réalisation d'un dispositif pour
15la mise en oeuvre du procédé de modulation selon l'invention.
- La figure 3, un mode de réalisation d'un circuit addi-
tionneur pour la mise en oeuvre du disposltif de la figure 2.
- La figure 4, un mode de réaiisal:ion d'un dispositif de
co~m~nde du mode de réalisation de la figure 2.
20La figure 1 illustre le principe de base de l'invention.
Sur cette figure les vecteurs V1 et V2 constituent la
représentation vectorielle suivant la méthode de Fresnel de deux
signaux sinusoïdaux de fréquences constantes et déphasés
respectivement, par rapport à un signal de référence VREF de
25même fréquence, d'un angle y~ et d'un angle -~'. En
considérant le cas où ces deux signaux ont même amplitude E et
que leur fréquence est égale à f, la fonction du temps du signal
associé au vecteur ~T1 peut être notée
Vl(t) = E cos([2tlf]t + 'p ) (1)
30et la fonction du temps du signal associé au vecteur V2 peut
r être notée
V2(t) = E cos([21~f]t - ~p ) (2)
ou t représente le temps
~p l'angle de déphasage précité
35 et E l'amplitude des vecteurs V1 et V2
.
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Le signal si~mme de ces deux signaux V;i(t)~i ~V2(t) est
associé au vecteur Vs de la figure 1, somme vectorielle de Vl et
~2 et a pour amplitude maximum 2 E cos ~ . Il conserve la meme
fréquence f. ; ~
A partir de ce résultat, le procédé selon l'inventlon
consiste à utiliser des modules alPmpr~tairQs de puissance compo-
sés chacun de deux ~mplificateurs délivrant des signaux de sor-
tie de même fréquence, égale à la fréquence d'Pmi~si-~n, et de
même amplitude prédéfinie mais déphasées , l'un d'un angle y',
l'autre d'un angle - ~p par rapport à un signal de référence,
puis de sommPr ces deux signaux. D'après le résultat préclté, il
en résulte un signal de fréquence égale ~ la fréquence
d'émission et d'amplitude fonction sinu~oïtl~la de l'angle de
déphasage ~p précité. La modulation en amplitude du signal de
sortie du module PlPmpntaire est donc ré~lifi~ble en agissant sur
l'angle de déphasage ~p .
Un disposltif pour la mise en oeuvre de ce procédé est
représenté à la flgure 2. Ce dispositif comrorte une première et
une deuxième voie d'~mpl~f~catlon cc"..~osées respectlv~,.ent d'un
20 premier préamplificateur 1 couplé à un premier ~mrlificateur de
pulssance 3 et d'un deuxième ~~ .!ific~teur 2 couplé à un
deuxième ~mpl~f~- ~teur de pulssance 4. Les sorties respectives
des ~mrl If icateurs de puissance 3 et 4 sont couplée~ respective-
ment à une première et une deuxième entrée d'un circuit addition-
25 neur de tension 5. La sortie du circuit addltionneur 5 est cou-
plée à l'entree d'un filtre 6.
Dans cette description les signaux V1(t) et V2(t) décrit~
précé~lemmPrlt par les relations (1) et (2) sont additionnés par
le circuit addltionneur 5 pour donner le signal Vs (t) résultant
30 associé au vecteur V8 de la figure 1. Un mode de réalisation
d'un circuit additionneur correspondant est montré à la figure
3. Ce circuit colll~orle deux transformateurs de rapport de
transformation égal à 1 par exemple et dont les primaires sont
reliés respecllv~...ent aux sorties des ~mplificateurs 3 et 4 donc
35 ont les signaux V1(t) et V2(t) à leurs bornes, leurs secondaires
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sont câblés en série, ce qui permet d'obtenir aux bornes de cet
assemblage série la somme Vl (t) ~V2 (t) = Vs ~t) .
A ce niveau de la description il importe de mentionner la
remarque suivante: la sommation vectorieLLe réalisée suivant le
S principe de la figure 1 ne s'applique qu'à des signaux sinusoï-
daux de même fréquence alors que dans I'invention, la som~ne
effectuée par l'additionneur 5 peut par exemple s'appliquer à
des signaux de même fréquence mais carrés. Né~qnmo~n~, le résul-
tat reste valable pour la tension de sortie Vs*(t) du filtre 6,
10 grâce au principe de superposition. En effet les signaux carrés
précités sont la somme d'une infinité de signaux sinusoïdaux ou
harmoniques dont on peut additinnnar les ];larmoniques de même
fréquence. Pour chacune de ces sommes, l'amplitude du signal
résultant est bien fonction sinusoïdaLe de l'angle de
15 déphasage ~p précité, donc en particulier cela est vérifié pour
l'harmonique principale ou fondamentale restante en sortie du
filtre 6. Ainsi si E est l~amplitude léfinie des signaux de
sortie V1(t) et V2(t) des ~mplif~cateurs de puissance 3 et 4 et
Vs (t) le signal de sortie du module el~m~ntaire, alors
20 Vs = 2 E cos ~4, ce qui est le but recherch~.
Les signaux Vl(t) et V2(t) en sortie des amplificateurs 3
et 4 sont synchrones des signaux de commande sl(t) et s2(t) à
l'entrée des préamplificateurs 1 et 2. Ces deux signaux sont
modulés en phase et leur élaboration peut être obtenue de la
25 façon représentée à la figure 4. Le but de ce dispositif de
comn1nnde est de fournir un angle de déphasage ~p tel qu'il a été
décrit précé~mm~nt, fonction d'une consigne ou d'un signal de,
modulation appliquée à son entrée. Ce signal de modulation est
converti numériquement par le convertisseur analogique
30 numérique 7. La fréquence de conversion est égale à la
fréquence d'émi~sion par exemple ou ~ une de ses fréquences
multiples. Le circuit de traitement numériqu,e 8 reçoit la donnée
issue du convertisseur analogique-numérique et réalise une opéra-
tion dont le résultat correspond à la valeur du déphasage à
35 produire sur les sign~llx de commnnde des interrupteurs ou
~ =
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transistors des aTnpliPicateurs de puissance 3 et 4. C'est-à-dire
en fait, si Am correspond ~ l'amplitude maximale du signal
modulant et B l'amplitude du signal modulant à l'instant de
conversion analogique-nwnérique, le déphasa~e correspondant est
5 donné par l'équation:
~p = arc cos B/Am
Ayant mémorisé l'angle de dépha~age précédent, le circuit
de traitement numérique 8 calcule la variation du déphasage
à appliquer au signal de co...---n-.de. A cette fln le circuit de
10traitement numérique 8 peut être par exemple réalisé au moyen
de mémoires co~ ur~ant des tables et de circuits logiques pro-
L'inverseur 9 change le signe de la variation de déphasage
numérisée issue du circuit de traitement numérique 8 afin
15d'obtenir une variation de phsse symétrique - ~. Les deux
données ~,~) et - ~p sont présentées à l'entrée d'un circuit
tampon 10 pour être synchroni~ées avant d'être multiplexées par
un multiplexeur 11 Les rlorn~es ~ et -~p toujours présentes
en sortie du multiplexeur 11 sont prises en compte par des oscil-
20lateurs numériques 12 et 13 connus 80US l'abréviation NCO de
l'appellation anglo-saxonne "Numerically Controlled Oscillator".
Les circuits utilisés peuvent être par exemple les circuits de
référence STEL- 1175 cc l.. el cialisés par la société STANFORD de
droit des Etats Unis d'Amérique. Ces circuits NCO génèrent
25 chacun un signal numérique périodique variant sinusoïrl~lem~nt à
la fréquence d'émission du signal à moduler dont la phase varie
suivant la donnée de phase présente ~ leurs entrées donc sui-
vant la variation de phase â~P ou - ~'p calculée par le circuit
de traitement numérique. LQ signal de sortie de chaque NCO 12
30 et 13 est converti analogiquement par un convertisseur numéri-
que-analogique 14 et 15. Les signaux en sortie des convertis-
seurs 14 et 15 sont filtrés au travers des f~ltres 16 et 17. Il
en résulte deux sig~aux sinusoïdaux à la fréquence d'émisslon
sl(t) et s2(t), l'un déphasé d'un angle 'P, l'autre déphasé d'un
35 angle - ~p par rapport à un signal de référence, ~) étant
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fonction du signal de modulation à l'entrée du dispositifj de
commande. Ces deux signaux de comm~nde ampliflés et mis en
forme par les prénmpl~f~cateurs 1 et 2 sont appliqués sur les
entrées respectives des deux ~mr!~f~cateurs de puissance 3 et 4
S comrne il a été expliclté précédemment.
Le multiplexeur 11 sert à sélectionner, soit la donnée de
modulation ( ~, - ~ ) soit la ~onnée de fréquence, cette der-
nière non représentée sur le synoptique de la flgure 4 sert à
l'initislisation de la fréquence de démarrage.
D'apres la description d'un module alQmentaire et la des-
cription d'un dispositif de cnmm~n~le, il apparaît que les
déphasages symétriques produits sur les si~gnaux de sortie des
amplificateurs de puissance 3 et 4 correspondent aux déphasages
réalisés au niveau des signaux s1(t) et s2(t) issus de la
15 commnnde, ces déphasages étant eux même ieonction du signal de
modulation à l'entrée du dislJo~ de comm~r de L'amplitude du
signal de sortie d'un module étant fonctlon de ces déphasages
sera donc fonction de ce signal de modulation, ce qui était bien
le but recherché. IA~ type de signal modulant, peut correspondre
20 à toutes grandeurs dès lors qu'elle peut être convertie en un
angle de déphasage Par ailleurs comme tous les modules alPm~n-
taires de l'émetteur sont identiques, ceux-ci peuvent être com-
mandés par le même dispositif de comm~nde En pratique, pour
des raisons de cc.l~.mo.lité et de mise au poiint, plusieurs cartes
25 de comm~ndes réparties par groupes de modules élémentaires
pourront être ~éfini~s
La puissance requise en sortie de l'emetteur imposera le
nombre de modules alPmantaires. Ceux-ci pourront être par exem-
ple assemblés en parallèle ou en série. Des circuits d'équili-
30 brage des courants ou des tensio~ pourront par exemple êtrera~outés ainsi que des protections contre les court-circults.
Une variante possible à la réalisation d'un module PlPm~n-
taire consiste à utiliser quatre ~mplif~c~teurs de puissance au
lieu cle deux dont les signaux de sortie ont chacun respective-
35 ment les déphasages ~P 1~ -~P1- ~2 et -~P2 par rapport à un
-
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%~ ~7~
signal de référence , ~)1 jouant le rôle de l'angle de
déphasage 'p décrit dans la présente invention, ~ 2 servant à
diminuer toute distorsion éventuelle du signal de sortie. Il est
par ailleurs envisageable d'augmenter le nombre d'amplificateurs
de puissance par module élémentaire, cela ne peut qu'améliorer
la qualité du signal de sortie) n~nmoins leur nombre peut être
limité pour des raisons de faisabilité et de coût.
