FR2564658A1 - Device for linearising the gain of a power amplifier with class C biased bipolar transistor - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE LINEARISATION DU GAIN D'UN AMPLIFICATEUR
DE PUISSANCE A TRANSISTOR BIPOLAIRE POLARISE EN
CLASSE C
La présente invention a pour objet un dispo
sitif de linéarisation d'un amplificateur de puissance à transistor bipolaire polarisé en classe C. Elle
s'applique en particulier aux amplificateurs de puis
sance hyperfréquence, c 'est-à-dire fonctionnant à des fréquences de l'ordre de 1 GHz ou plus.DEVICE FOR LINEARIZING THE GAIN OF AN AMPLIFIER
POLARIZED BIPOLAR TRANSISTOR POWER SUPPLY
CLASS C
The subject of the present invention is a dispo
Linearization step of a class C polarized bipolar transistor power amplifier.
particularly applies to amplifiers and then
microwave frequency, that is to say operating at frequencies of the order of 1 GHz or more.
On rappelle qu'un transistor polarisé en classe C est un transistor dans lequel la jonction base-émetteur est polarisée en inverse au repos, c'est-à-dire en L'absence de signal appliqué sur
l'émetteur du transistor. De même, on dit qu'un transistor est polarisé en classe B si la tension de polairisation est égale à la tension de déblocage de la jonction base-émetteur (tension de 0,7 volts environ pour un transistor sur silicium). Enfin, si la tension de polarisation est telle que la jonction base-émetteur est passante, on dit que le transistor est polarisé en classe A.It is recalled that a polarized transistor in class C is a transistor in which the base-emitter junction is reverse biased at rest, that is to say in the absence of signal applied to
the emitter of the transistor. Similarly, we say that a transistor is polarized in class B if the polarization voltage is equal to the unblocking voltage of the base-emitter junction (voltage of about 0.7 volts for a transistor on silicon). Finally, if the bias voltage is such that the base-emitter junction is on, we say that the transistor is biased in class A.
Le transistor d'un amplificateur de puissance hyperfréquence est généralement polarisé en classe C car le rendement, c'est-à-dire le rapport de
la puissance du signal de sortie à La puissance d'alimentation est plus élevé que si le transistor est po
larisé en classe A ou B. D'autre part, un transistor polarisé en classe C est généralement utilisé à satu
ration, c'est-à-dire qu'il fournit la puissance maxi mu m. The transistor of a microwave power amplifier is generally polarized in class C because the efficiency, that is to say the ratio of
output signal power at The power supply is higher than if the transistor is in
used in class A or B. On the other hand, a polarized transistor in class C is generally used at satu
ration, i.e. it provides the maximum power mu m.
On sait que Le gain d'un tel amplificateur de puissance n'est pas constant mais varie fortement
avec la puissance du signal d'entrée, la caractéristique gain-puissance d'entrée ayant une forme en clo
chue". Il n'est donc pas possible d'utiliser un tel amplificateur, si l'on veut garder un gain constant tout en faisant varier la puissance d'entrée.We know that the gain of such a power amplifier is not constant but varies greatly
with the strength of the input signal, the input gain-power characteristic having a clo shape
chue ". It is therefore not possible to use such an amplifier, if one wants to keep a constant gain while varying the input power.
On connait de nombreux dispositifs de linéarisation permettant de pallier ce défaut. Les dispositifs de linéarisation les plus usités sont, soit à boucle. ouverte de type correction aval (en anglais "feed-forward"), soit à boucle d'enveloppe à gain constant, soit à boucle fermée de type contre-réaction (en anglais "feed-back"). On va décrire successivement en référence aux figures la, lb et lc des dispositifs de linéarisation selon chacune de ces techniques connues. We know many linearization devices to overcome this defect. The most commonly used linearization devices are either loop. open downstream correction type (in English "feed-forward"), either with constant gain envelope loop, or closed loop of feedback type (in English "feed-back"). We will successively describe with reference to Figures la, lb and lc linearization devices according to each of these known techniques.
On a représenté sur la figure la un amplifier cateur de puissance et un dispositif de Linéarisation de cet amplificateur de type correction aval à boucle ouverte. Ce dispositif est principaLement utilisé pour les amplificateurs présentant de faibles linéarités. FIG. 1a shows a power amplifier and a device for linearizing this amplifier of the open loop downstream correction type. This device is mainly used for amplifiers with low linearities.
L'amplificateur de puissance porte La référence 2. Son entrée et sa sortie sont notées respectivement E et S.The power amplifier carries the reference 2. Its input and its output are denoted E and S respectively.
Le dispositif de linéarisation comprend deux coupleurs 4 et 6 pour prélever respectivement une fraction de la puissance (dans le cas d'un amplificateur de puissance hyperfréquence, de tension si non) du signal d'entrée et du signal de sortie de L'amplificateur de puissance 2, un comparateur 8 recevant lesdits signaux prélevés et un amplificateur secondaire 9 réinjectant, par I'intermédiaire d'un coupleur 10, un signal tel que le gain de l'ensemble amplificateur de puissance-dispositif de linéarisation soit constant. Un déphaseur 12 est disposé entre les coupLeurs 6 et 10 ; il compense le retard introduit par
Le comparateur 8 et l'amplificateur 9. Un déphaseur 7 est disposé entre le coupleur 4 et le comparateur 8 ; il compense le retard introduit par L'amplificateur 2.The linearization device comprises two couplers 4 and 6 for respectively taking a fraction of the power (in the case of a microwave power amplifier, of voltage if not) of the input signal and of the output signal of the amplifier. power 2, a comparator 8 receiving said sampled signals and a secondary amplifier 9 reinjecting, via a coupler 10, a signal such that the gain of the power amplifier-linearization device assembly is constant. A phase shifter 12 is disposed between the cutters 6 and 10; it compensates for the delay introduced by
The comparator 8 and the amplifier 9. A phase shifter 7 is disposed between the coupler 4 and the comparator 8; it compensates for the delay introduced by Amplifier 2.
Le dispositif de linéarisation en boucle ouverte présente un premier inconvénient qui est sa faible stabilité. D'autre part, et c'est le point important, le gain d'un amplificateur polarisé en classe
C varie brutalement lorsque la puissance d'entrée diminue. Pour compenser cette chute, l'amplificateur secondaire doit être un amplificateur de puissance, d'autant que la réinjection s'effectue par un coupleur 10 présentant une atténuation d'injection suffisamment importante pour ne pas atténuer La voie directe.The open loop linearization device has a first drawback which is its low stability. On the other hand, and this is the important point, the gain of a polarized amplifier in class
C changes abruptly when the input power decreases. To compensate for this drop, the secondary amplifier must be a power amplifier, all the more so that the reinjection is carried out by a coupler 10 having an injection attenuation sufficiently large to not attenuate the direct channel.
Un tel dispositif est inapplicable pour Linéariser un amplificateur polarisé en classe C car la puissance à fournir par l'amplificateur secondaire 9 est trop importante.Such a device is inapplicable for linearizing a polarized amplifier in class C because the power to be supplied by the secondary amplifier 9 is too large.
L'amplificateur de puissance linéarisé représente sur La figure lb est de type à boucle denve- loppe à gain constant. Comme dans la figure la, des coup Leurs 4 et 6 prélèvent une fraction des signaux d'entrée et de sortie. Ces signaux sont détectés par
Les detecteurs Il, 13 puis reçus dans un comparateur 8 qui délivre un signal d'erreur . Celui-ci est amplifié dans un amplificateur 16, puis reçu dans un atténuateur 17. Cet attenuateur adapte le niveau du signal d'entrée de L'amplificateur de puissance 2 en fonction du signal de sortie du comparateur de manière à ce que l'amplificateur de puissance présente un gain constant.The linearized power amplifier shown in FIG. 1b is of the constant-gain development loop type. As in Figure la, shots Their 4 and 6 take a fraction of the input and output signals. These signals are detected by
The detectors II, 13 then received in a comparator 8 which delivers an error signal. This is amplified in an amplifier 16, then received in an attenuator 17. This attenuator adapts the level of the input signal of the power amplifier 2 according to the output signal of the comparator so that the amplifier of power presents a constant gain.
L'atténuateur agit comme écrêteur sur la caractéristique gain-puissance d'entrée de l'amplificateur de puissance. On a vu que cette caractéristique est une courbe dite "en cloche". La plage linéaire de cette caractéristique est donc d'autant plus importante que l'écrêtage est important, c'est-à-dire d'autant plus importante que le gain de l'amplificateur de puissance est faible. La linéarisation de l'amplifica- teur de puissance se fait donc au préjudice de son gain. The attenuator acts as a limiter on the input gain-power characteristic of the power amplifier. We have seen that this characteristic is a so-called "bell" curve. The linear range of this characteristic is therefore all the more important as the clipping is important, that is to say all the more important as the gain of the power amplifier is low. Linearization of the power amplifier is therefore to the detriment of its gain.
On a représenté sur la figure lc un amplifi
cateur de puissance linéarisé de manière connue par
une boucle-fermee. Un échantillo-n du signal de sortie
est prélevé par un coupleur 6 puis est réinjecté par
un coupleur hybride 18 à L'entrée de l'amplificateur. FIG. 1c shows an amplifier
power cator linearized in a manner known by
a closed loop. A sample of the output signal
is withdrawn by a coupler 6 and is then reinjected by
a hybrid coupler 18 at the input of the amplifier.
La phase et le niveau du signai prélevé sont ajustés par un déphaseur 19 et un atténuateur 21. The phase and the level of the signal sampled are adjusted by a phase shifter 19 and an attenuator 21.
Le dispositif de linéarisation a le désavan
tage, comme toutes les structures en boucle fermée, de
limiter la bande passante du signal amplifié à cause
de la constant de temps de cette boucle fermée.The linearization device has the disadvantage
like all closed-loop structures,
limit the bandwidth of the amplified signal because
of the time constant of this closed loop.
D'autre part, la dynamique est également reduite et ne -peut guère être supérieure à.5 dB.
L'invention a pour objectif la linéarisation d'un amplificateur de puissance sans dégrader ses
caractéristiques, notamment de gain et de bande pas
sante. Pour cela å la différence des dispositifs de
linéarisation connus qui agissent de manière externe à
L'amplificateur de puissance par préLèvement et injec
tion de signal en entrée ou en sortie de l'amplifica-
teur de puissance, on se propose de commander directe
ment la tension de polarisation continue de l'émetteur
du tran-si-stor de l'amplificateur de puissance en fonc
tion du signal d'entrée. On the other hand, the dynamic is also reduced and can hardly be greater than 5 dB.
The invention aims to linearize a power amplifier without degrading its
characteristics including gain and band not
health. For this, unlike the
known linearization which act externally to
The power amplifier by sampling and injec
signal input or output from the amplifier
power generator, we propose to order direct
the DC bias voltage of the transmitter
of the power amplifier tran-si-stor in function
tion of the input signal.
-Plus preci-sement, le dispositif de linéari
sation selon l'invention comprend un moyen de commande
qui reçoit une fraction du signal d'entrée de l'ampli
ficateur de puissance et qui délivre- en fonction de ce
signal, un signa de commande de la tension de polari
sation continue base-émetteur du transistor de l'am
plificateur de puissance tel que l'angle de conduction
du transistor reste constant.-More precisely, the lineari device
station according to the invention comprises a control means
which receives a fraction of the input signal from the amplifier
power ficitor and which delivers- depending on what
signal, a polari voltage control signa
continuous base-emitter sation of the am transistor
power planner such as the conduction angle
of the transistor remains constant.
Aux fréquences basses ou moyennes, c'est-à-
dire inférieures à 300 MHz-environ, il est possible de
pr-élever un signal de tension du signal d'entrée -de
l'amplificateur. En hyperfréquence, c'est-à-dire pour des fréquences supérieures à 1 GHz environ, on ne peut prélever qu'un échantillon de puissance du signal d'entrée de l'amplificateur.At low or medium frequencies, that is
say less than 300 MHz-approximately, it is possible to
pre-raise a voltage signal from the input signal
the amplifier. In microwave, that is to say for frequencies higher than approximately 1 GHz, only a power sample can be taken from the input signal of the amplifier.
Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour prélever une fraction de la puissance du signal d'entrée, la sortie dudit moyen étant reliée à l'entrée du moyen de commande. According to a preferred embodiment, the device comprises means for taking a fraction of the power of the input signal, the output of said means being connected to the input of the control means.
Ce dispositif est utilisé principalement pour la linéarisation des amplificateurs de puissance hyperfréquence mais peut aussi être utilisé pour la linéarisation des amplificateurs de puissance basse ou moyenne fréquence. This device is mainly used for the linearization of microwave power amplifiers but can also be used for the linearization of low or medium frequency power amplifiers.
Selon un premier mode avantageux de réalisation, le moyen de commande du dispositif comprend un détecteur quadratique et un moyen d-'amplification dont le signal de sortie est proportionnel à la racine carrée du signal d'entrée. Ce moyen d'amplification peut être approche par un moyen d'amplification logarithmique. According to a first advantageous embodiment, the control means of the device comprises a quadratic detector and an amplification means, the output signal of which is proportional to the square root of the input signal. This amplification means can be approached by a logarithmic amplification means.
Selon une caractéristique secondaire, le moyen d'amplification comprend un amplificateur linéaire d'adaptation, un amplificateur logarithmique et un adaptateur d'impédance. According to a secondary characteristic, the amplification means comprises a linear adaptation amplifier, a logarithmic amplifier and an impedance adapter.
Selon un second mode avantageux de réalisation, le moyen de commande du dispositif comprend un détecteur à diode Schottky polarisée, en zone linéaire, un amplificateur linéaire d'adaptation et un adaptateur d'impédance. According to a second advantageous embodiment, the control means of the device comprises a detector with a polarized Schottky diode, in a linear zone, a linear adaptation amplifier and an impedance adapter.
Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour prélever une fraction de la tension du signal d'entrée, la sortie dudit moyen étant reliée à l'entrée du moyen de commande. According to a preferred embodiment, the device comprises means for taking a fraction of the voltage of the input signal, the output of said means being connected to the input of the control means.
Ce dispositif permet la linéarisation des amplificateurs de puissance basse ou moyenne frequen- ce. This device allows the linearization of low or medium frequency power amplifiers.
Selon un mode avantageux de réalisation, le moyen de commande du dispositif comprend un détecteur linéaire, un amplificateur linéaire d'adaptation et un adaptateur d'impédance. According to an advantageous embodiment, the control means of the device comprises a linear detector, a linear adaptation amplifier and an impedance adapter.
Selon une caractéristique importante, le dispositif de linéarisation comprend en outre, en entrée de l'amplificateur de puissance, un déphaseur pour remettre en phase le signal d'entrée et la tension de polarisation continue délivrée par le moyen de commande. According to an important characteristic, the linearization device further comprises, at the input of the power amplifier, a phase shifter for re-phasing the input signal and the DC bias voltage delivered by the control means.
Ce moyen de déphasage peut tre constitué par une ligne à retard. This phase shifting means can be constituted by a delay line.
Selon un autre mode préféré de réalisation le moyen de commande du dispositif reçoit en outre un signal représentatif du signal de sortie de l'amplífi- cateur de puissance. According to another preferred embodiment, the control means of the device also receives a signal representative of the output signal of the power amplifier.
Selon - une caractéristique secondaire, le dispositif comprend deux moyens pour prélever une fraction du signal d'entrée et une fraction du signal de sortie de l'amplificateur de puissance et le moyen de commande comprend deux détecteurs identiques, linéaires ou quadratiques, et un moyen d'élaboration. According to - a secondary characteristic, the device comprises two means for taking a fraction of the input signal and a fraction of the output signal from the power amplifier and the control means comprises two identical detectors, linear or quadratic, and a means of elaboration.
Les caractéristiques et- avantages de l'invention apparaitront mieux après la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- les figures 7a, lb et c1 déjà décrites, illustrent des dispositifs, de linéarisation selon l'art antérieur,
- la figure 2 est un diagramme illustrant l'angle de conduction d'un transistor, angle qui selon le procédé de l'invention est maintenu constant pour tout signal d'entrée de l'amplificateur de puissance,
- la figure 3 est un dessin schématique d'un amplificateur de puissance dont la tension de polari sation base-emetteur du transistor est ajustable de manière externe,
- la figure 4 représente un premier mode de réalisation logarithmique du dispositif-de linéarisation selon l'invention, comprenant un amplificateur logarithmique,
- la figure 5 r-eprésente un deuxième mode de réalisation du dispositif de linéarisation selon l'invention, comprenant un détecteur à diode Schottky polarisée et utilisée dans la zone linéaire de sa caractéristique,
- la figure 6 représente un autre m-ode de réalisation du dispositif de linéarisation du type boucle d'enveloppe à gain constant, et
- I-a- figure 7 est un graphique des carac-té ristiq-ues gain-puissance d'entrée d'un amplificateur de puissance obtenue avec le dispositif de linéarisation de l'invention correspondant à la figure 4 et sans ce dispositif.The characteristics and advantages of the invention will appear better after the description which follows, given by way of illustration but not limitation, with reference to the appended drawings, in which:
FIGS. 7a, 1b and c1 already described, illustrate devices, for linearization according to the prior art,
FIG. 2 is a diagram illustrating the conduction angle of a transistor, an angle which according to the method of the invention is kept constant for any input signal from the power amplifier,
FIG. 3 is a schematic drawing of a power amplifier whose base-emitter polarization voltage of the transistor is externally adjustable,
FIG. 4 represents a first logarithmic embodiment of the linearization device according to the invention, comprising a logarithmic amplifier,
FIG. 5 shows a second embodiment of the linearization device according to the invention, comprising a detector with a Schottky diode polarized and used in the linear zone of its characteristic,
FIG. 6 represents another embodiment of the linearization device of the envelope loop type with constant gain, and
- Ia- Figure 7 is a graph of charac-ty ristiq-ues input power gain of a power amplifier obtained with the linearization device of the invention corresponding to Figure 4 and without this device.
On a représenté sur la figure 2 a caractéristique courant de collecteur Ic du transistor de l'amplificateur de puissance en fonction de la tension de polarisation Vbe de la jonction base-émetteur de ce transistor. La valeur Vbes de cette tension de polarisation pour laquetle Ic est nul est la tension de déblocage du transistor. Un transistor dont la tension de polarisation est égale à Vbes est dit polarisé en classe B. Les transistors polarisés en classe C, qui sont ceux dont la linéarisation est le but de l'invention, ont une tension de polarisation inférieure à Vues, par exemple égale à Vbo sur la figure 2. FIG. 2 shows the current characteristic of collector Ic of the transistor of the power amplifier as a function of the bias voltage Vbe of the base-emitter junction of this transistor. The value Vbes of this bias voltage for which Ic is zero is the transistor unblocking voltage. A transistor whose polarization voltage is equal to Vbes is said to be polarized in class B. The polarized transistors in class C, which are those whose linearization is the object of the invention, have a polarization voltage lower than Views, for example equal to Vbo in Figure 2.
On a représenté en correspondance avec la caractéristique I = f(V -)- d'une part, La tension de
c- be - poLarisation insta-ntanée Vbe en fonction- de l'angle u3t d'un signal sinusoidàl appliqué sur l'émetteur d-u transistor et d'autre part, l'allure du courant instantané 1c correspondant dans le collecteur.We have represented in correspondence with the characteristic I = f (V -) - on the one hand, The voltage of
c- be - instantaneous poLarization Vbe as a function of the angle u3t of a sinusoidal signal applied to the emitter of the transistor and on the other hand, the shape of the corresponding instantaneous current 1c in the collector.
Le signal appliqué sur l'émetteur a une am- pl-itude crête égale à Ai. Il est centré sur la tension de polarisation continue Vbo. Le transistor est conducteur Lorsque ce signal a une amplitude supérieure à Vbes On définit L'angle de conduction e comme La demi-largeur de ce signal à l'amplitude VbeS,ce qui donne
Le troisième graphique'indique le courant de collecteur Ic en fonction du signal d'entrée. L'amplitude Ic de ce courant est fonction de Ai et de la caractéristique Ic = f(Vbe).La puissance du signal de sortie de l'amplificateur de puissance est directement liée à ce courant de collecteur 1c
Selon une théorie (simplifiée) de L'amplificateur de puissance en classe C, la puissance de sortie est directement liée à
According to a (simplified) theory of the class C power amplifier, the output power is directly linked to
De pl-us, si on assimile la caractéristique Ic = f(Vbe) à une droite, l'amplitude crête -I co du courant de collecteur est une fonction affine de l'amplitude crête A. de la tension du signal d'entrée. La puissance de sortie de l'amplificateur est donc une fonction de l'angle de conduction e et une fonction affine de l'amplitude crête A.. En maintenant constant
L'angle de conduction du transistor, on maintient donc constant le gain de ce transistor quel que soit le niveau du signal d'entrée.In addition, if we assimilate the characteristic Ic = f (Vbe) to a straight line, the peak amplitude -I co of the collector current is an affine function of the peak amplitude A. of the voltage of the input signal . The output power of the amplifier is therefore a function of the conduction angle e and an affine function of the peak amplitude A .. Keeping constant
The conduction angle of the transistor, the gain of this transistor is therefore kept constant whatever the level of the input signal.
Cet objectif est atteint par le dispositif de l'invention en agissant sur la tension de polarisa- tion continue du transistor polarisé en classe C. This objective is achieved by the device of the invention by acting on the DC bias voltage of the class C polarized transistor.
L'expression cos e = (Vbes - Vbo)/A; montre que, pour e constant, la tension de polarisation continue Vbo varie linéairement avec la tension Ai du signal incident. Cette tension varie comme la racine carrée de la puissance du signal incident. Maintenir e constant, c'est donc faire varier Vbo comme la racine carrée de la puissance du signal incident.The expression cos e = (Vbes - Vbo) / A; shows that, for constant e, the DC bias voltage Vbo varies linearly with the voltage Ai of the incident signal. This voltage varies as the square root of the power of the incident signal. Keeping e constant means varying Vbo as the square root of the power of the incident signal.
On a représenté sur la figure 3 un mode de réalisation de l'amplificateur de puissance comprenant un transistor polarisé en classe C. Dans cet exemple, on a représenté un transistor npn en base commune. Il va de soi que l'on aurait pu également représenter un transistor pnp et/ou faire un montage en emetteur commun. FIG. 3 shows an embodiment of the power amplifier comprising a class C polarized transistor. In this example, an npn transistor has a common base. It goes without saying that we could also have represented a pnp transistor and / or made a common emitter assembly.
Le signal d'entrée à amplifier est reçu au point E ; le signal amplifié est délivré au point S. The input signal to be amplified is received at point E; the amplified signal is delivered at point S.
La tension continue d'alimentation V est appliquée au
a collecteur du transistor 20. Elle est isolée du point
S par un condensateur 22. Elle est appliquée par l'in- termédiaire d'ute inductance 24 qui isoLe le signal hyperfréquence traversant le transistor de la source de tension Va De manière symétrique, un condensateur 26 isole le point E du signal VE de commande de la tension de polarisation continue Vbo et une inductance 28 isole le signaL d'entrée hyperfréquence du circuit metteur du transistor. Un amplificateur de puissance de classe C comprend en outre en général une résistance 30 de recul de polarisation de faible valeur, par exemple entre Q,5 et 5 ohms. Un condensateur 32 de shunt peut être disposé en parallèle avec cette résistance.
The DC supply voltage V is applied to the
has collector of transistor 20. It is isolated from the point
S by a capacitor 22. It is applied by means of a high inductance 24 which isolates the microwave signal passing through the transistor from the voltage source Va Symmetrically, a capacitor 26 isolates the point E of the control signal VE from the DC bias voltage Vbo and an inductor 28 isolates the microwave input signal from the driver circuit of the transistor. A class C power amplifier generally further comprises a low value bias reverse resistor 30, for example between Q, 5 and 5 ohms. A shunt capacitor 32 can be arranged in parallel with this resistor.
Le principe de l'invention consiste à modifier la tension de polarisation continue Vbo de
l'émetteur du transistor par l'application d'un signal de commande VE. E Pour cela, on peut par exemple relier l'extrémité de la résistance 30, qui est à la masse, à la sortie du dispositif de linéarisation qui délivre la tension de commande. On peut aussi ajouter une seconde résistance 34 reliée d'une part au point commun de l'inductance 28 et de la résistance 30, et d'autre part à la sortie du dispositif de linéarisation. Le deuxième mode de réalisation assure une meilleure protection de l'amplificateur de puissance.The principle of the invention consists in modifying the DC bias voltage Vbo by
the emitter of the transistor by the application of a control signal VE. E For this, it is possible, for example, to connect the end of the resistor 30, which is grounded, to the output of the linearization device which delivers the control voltage. It is also possible to add a second resistor 34 connected on the one hand to the common point of the inductor 28 and the resistor 30, and on the other hand to the output of the linearization device. The second embodiment provides better protection of the power amplifier.
En pratique, Le signal de commande VE est pratiquement égal à la tension de polarisation continue Vbo. In practice, the control signal VE is practically equal to the DC bias voltage Vbo.
On va maintenant décrire plusieurs modes de réalisation de dispositifs de linearisation seLon l'invention produisant cette tension de polarisation continue en référence aux figures 4, 5 et 6. Sur chacune de ces figures, le dispositif de linéa-risation porte la référence 36, et l'amplificateur de puissance la référence 2. We will now describe several embodiments of linearisation devices according to the invention producing this DC bias voltage with reference to FIGS. 4, 5 and 6. In each of these figures, the linearization device bears the reference 36, and the power amplifier reference 2.
Le dispositif de linéarisation de la figure 4 comprend un moyen, par exemple un coupleur directif 38, pour prélever une fraction de la puissance incidente, un détecteur quadratique 40 qui délivre un signal de tension proportionnel à la puissance du signal incident et un moyen d'amplification 42 qui délivre un signal proportionnel à la racine carrée du signal reçu, l'ensemble détecteur 40- moyen d'amplification 42 constituant le moyen de commande. The linearization device of FIG. 4 comprises a means, for example a directional coupler 38, for taking a fraction of the incident power, a quadratic detector 40 which delivers a voltage signal proportional to the power of the incident signal and a means of amplification 42 which delivers a signal proportional to the square root of the received signal, the detector assembly 40- amplification means 42 constituting the control means.
Ce moyen d'amplification 42 délivre un signal VE de commande de la tension de polarisation continue à l'amplificateur de puissance hyperfréquence 2. This amplification means 42 delivers a signal VE for controlling the DC bias voltage to the microwave power amplifier 2.
Ce moyen d'amplification comprend principalement un amplificateur 44 dont le signal de sortie est proportionnel à la racine carrée du signal reçu. Il peut comprendre également un amplificateur linéaire 46 d'adaptation qui est utile si on désire changer le détecteur quadratique 40. Il comprend enfin un adaptateur d'impédance 48.This amplification means mainly comprises an amplifier 44 whose output signal is proportional to the square root of the received signal. It can also include a linear amplifier 46 for adaptation which is useful if it is desired to change the quadratic detector 40. It finally includes an impedance adapter 48.
Un amplificateur délivrant un signal proportionnel à la racine carrée du signal d'entrée est délicat à réaliser. Il peut être remplacé avantageusement par un amplificateur logarithmique dont la caracteristique est pratiquement identique si on se limite à une plage de variation de La puissance d'entrée de l'amplificateur d'environ 10 décibels. An amplifier delivering a signal proportional to the square root of the input signal is difficult to achieve. It can advantageously be replaced by a logarithmic amplifier whose characteristic is practically identical if one limits oneself to a range of variation of the input power of the amplifier of approximately 10 decibels.
Le détecteur 40 et le moyen d'amplification 42 introduisent un retard du signal de commande VE par rapport au signal à amplifier. Ce retard est annulé par un déphaseur 50 placé en entrée de l'amplificateur de puissance 2. Ce déphaseur peut être constitué par une ligne à retard, par exemple un câble hyperfréquence enroulé. The detector 40 and the amplification means 42 introduce a delay of the control signal VE with respect to the signal to be amplified. This delay is canceled by a phase shifter 50 placed at the input of the power amplifier 2. This phase shifter can be constituted by a delay line, for example a wound microwave cable.
Dans le cas où l'amplificateur de puissance 2 est de type basse ou moyenne fréquence, le coup Leur directif 38 peut être remplacé par un moyen de prélevement de la tension du signal d'entrée, par exemple un transformateur. De plus, l'amplificateur 44 dont le signal est proportionnel à la racine carrée du signal reçu est supprimé, si la détection est linéaire. In the case where the power amplifier 2 is of the low or medium frequency type, the blow Their directive 38 can be replaced by a means of sampling the voltage of the input signal, for example a transformer. In addition, the amplifier 44 whose signal is proportional to the square root of the received signal is deleted, if the detection is linear.
Une variante de réalisation du dispositif de linéarisation de ta figure 4 est représentée sur la figure 5. Sur cette figure, les éléments identiques aux éléments de La figure 4 portent les mêmes références. An alternative embodiment of the linearization device of FIG. 4 is shown in FIG. 5. In this figure, the elements identical to the elements of FIG. 4 have the same references.
Dans ce dispositif de linéarisation, on a remplacé le détecteur quadratique 40 et l'amplifica- teur 44 par un détecteur 52 à diode de Schottky polarisée, en zone linéaire. Le signal délivré par ce détecteur est directement proportionnel à la racine carrée de la puissance du signal reçu. In this linearization device, the quadratic detector 40 and the amplifier 44 were replaced by a detector 52 with a polarized Schottky diode, in the linear zone. The signal delivered by this detector is directly proportional to the square root of the power of the received signal.
On a représenté un autre mode de réalisation du dispositif de linéarisation d'un amplificateur de puissance hyperfréquence sur la figure 6. Il s'agit d'un di-spositif de linéarisation du type bouc Le d'enveloppe à gain constant qui peut être avantageux dans les applications ne nécessitant pas une bande passante importante. Another embodiment of the device for linearization of a microwave power amplifier has been shown in FIG. 6. It is a linearization device of the goat type The envelope with constant gain which may be advantageous in applications that do not require significant bandwidth.
Dans ce dispositif, on prélève une fraction de. la puissance d'entrée et de la puissance de sortie de l'amplificateur de puissance 2 au moyen de deux coupleurs directifs 38. Des détecteurs 40 délivrent des signaux de tension proportionnels å la puissance de ces signaux prélevés. Ces signaux de tension sont traités par un moyen d'élaboration 54 qui délivre le signal de commande VE de la tension de polarisation continue Vbo sur L'émetteur du transistor bipolaire de
L'amplificateur.In this device, a fraction of. the input power and the output power of the power amplifier 2 by means of two directional couplers 38. Detectors 40 deliver voltage signals proportional to the power of these sampled signals. These voltage signals are processed by a processing means 54 which delivers the control signal VE of the DC bias voltage Vbo on the emitter of the bipolar transistor of
The amplifier.
Ce dispositif peut être adapté à La linearisation d'un amplificateur de puissance basse ou moyenne fréquence par le remplacement des coupleurs directifs 38 par des transformateurs.. Le traitement effectué par le moyen d'élaboration 54 sera différent selon que la détection est quadrati-que-ou linéaire. This device can be adapted to the linearisation of a low or medium frequency power amplifier by replacing the directional couplers 38 with transformers. The processing carried out by the processing means 54 will be different depending on whether the detection is quadratic. -or linear.
La figure 7 est un graphique illustrant la linéarisation du gain d'un amplificateur de puissance hyperfréquence obtenue avec un dispositif de linéarisation conforme à la figure 4. FIG. 7 is a graph illustrating the linearization of the gain of a microwave power amplifier obtained with a linearization device in accordance with FIG. 4.
L'amplificateur de puissance est réalisé en technologie microstrip sur matériau Téflon et fonctionne à la fréquence de 2500 AHz. Il comprend un transistor bipolaire MSC 3000. The power amplifier is made in microstrip technology on Teflon material and operates at the frequency of 2500 AHz. It includes a bipolar MSC 3000 transistor.
Dans le dispositif de linéarisation utilisé, l'amplificateur 44 est un amplificateur logarithmique, l'ensemble détecteur quadratique 40-amplificateur logarithmique ayant une pente de -185 mVIdB pour une puissance d'entrée du détecteur variant entre -7,5 dBm et -16 dBm. La tension de commande VE est nulle pour une puissance d'entree du détecteur supérieure à -7,5 dBm et tend asymptotiquement vers -1,2 V pour une puissance du détecteur d'entrée nulle et lorsque la résistance 34 est égale à la résistance 30 (figure 3). In the linearization device used, the amplifier 44 is a logarithmic amplifier, the quadratic detector 40-logarithmic amplifier assembly having a slope of -185 mVIdB for a detector input power varying between -7.5 dBm and -16 dBm. The control voltage VE is zero for a detector input power greater than -7.5 dBm and tends asymptotically towards -1.2 V for a zero input detector power and when the resistance 34 is equal to the resistance 30 (Figure 3).
La courbe C1 de la figure 7 représente le gain, en décibel, de l'amplificateur de puissance en fonction de la puissance d'entrée Pe, en dBm, en l'absence de dispositif de linéarisation. La courbe C2 représente ce gain avec le dispositif de linéarisation. Curve C1 in FIG. 7 represents the gain, in decibels, of the power amplifier as a function of the input power Pe, in dBm, in the absence of a linearization device. Curve C2 represents this gain with the linearization device.
On note que le gain varie de moins de un décibel pour une plage de puissance d'entrée de l'ordre de 20 décibels. De plus ce gain est élevé puisqu'il est de l'ordre de 8,5 decibels. Note that the gain varies by less than one decibel for an input power range of around 20 decibels. In addition, this gain is high since it is of the order of 8.5 decibels.
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|---|---|
| FR2564658B1 (en) | 1990-11-30 |
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