La présente invention concerne le domaine de l'amplification de puissance radiofréquence (RF) , et porte en particulier sur un système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF et sur un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation associé.

L'augmentation constante des débits de communication sans fil nécessite l'utilisation de modulations complexes à efficacité spectrale élevée telles que 1 ' OFDM (multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence) , ces modulations présentant des facteurs de crête importants (rapport entre la puissance crête et la puissance moyenne du signal) .

Les amplificateurs de puissance RF qui sont alimentés par une tension d'alimentation continue fournissent un rendement maximal uniquement lorsqu'ils travaillent à la compression, c'est-à-dire à la puissance crête du signal à émettre. Cependant, la plupart du temps, l'amplificateur fournit une puissance bien inférieure à sa puissance maximale, proche de la puissance moyenne du signal à émettre, le rendement de l'amplificateur étant dans ces conditions bien inférieur à son rendement maximal .

La technique de suivi d'enveloppe (en anglais, « Envelope Tracking ») est une technique d'alimentation pour améliorer le rendement des amplificateurs de puissance RF, celle-ci remplaçant l'alimentation constante continue de l'amplificateur par une alimentation dynamique continue qui suit l'amplitude du signal RF à émettre. La technique de suivi d'enveloppe permet d'ajuster dynamiquement la tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance RF afin que celui-ci fonctionne toujours en compression et donc à son rendement maximal, quel que soit le niveau de puissance de l'enveloppe du signal RF, cette technique permettant pour les formats de modulation modernes d'améliorer significativement le rendement des amplificateurs de puissance RF tout en répondant aux exigences des normes en termes de linéarité.

Dans le cas d'un amplificateur de puissance RF à suivi d'enveloppe, la tension d'alimentation est par définition constamment réajustée afin de s'assurer que l'amplificateur fonctionne toujours à la compression et donc à son rendement maximal, quel que soit le niveau de puissance souhaité à l'émission.

La tension d'alimentation d'un amplificateur de puissance RF à suivi d'enveloppe est générée par un convertisseur continu-continu (également appelé modulateur de polarisation) permettant de générer un signal de commande continu large bande. Le convertisseur continu- continu comprend généralement une partie convertisseur continu-continu en commutation fonctionnant à basses fréquences et une partie amplification linéaire permettant de suivre les variations rapides du signal d'enveloppe. Cependant, la partie amplification linéaire qui présente un faible rendement dégrade fortement le rendement global du convertisseur continu-continu. En outre, plus la bande passante couverte par la partie amplification linéaire est importante, plus le rendement global est impacté par le faible rendement de la partie amplification linéaire.

Une autre technique connue communément utilisée pour générer un signal de commande continu de suivi d'enveloppe s'appuie uniquement sur l'utilisation seule d'un convertisseur continu-continu en commutation, celui-ci devant être suffisamment rapide afin de répondre aux exigences en termes de bande passante étant donné qu'il s'appuie sur un signal de découpe de type PWM (modulation à largeur d'impulsions) ou sigma-delta. De plus, le signal de commande du convertisseur continu-continu doit avoir une résolution suffisante pour générer un nombre important de niveaux de tension en sortie du convertisseur et donc reconstruire correctement le signal d'origine. Cependant, les transistors en commutation utilisés pour ce type de convertisseur sont principalement des transistors en technologie GaN et GaAs qui sont capables de commuter très rapidement en présence d'un signal de forte puissance, et sont généralement réalisés en technologie intégrée afin d'atteindre de meilleurs rendements et vitesses de commutation, augmentant ainsi fortement le coût de fabrication de ce type de convertisseur.

La commutation très rapide de forts courants dans les convertisseurs continu-continu conduit ainsi à l'utilisation de technologies de composants coûteuses, en incompatibilité avec le marché de l'amplification de puissance pour les télécommunications.

Une autre technique de suivi d'enveloppe s'appuie sur la génération par un convertisseur continu-continu d'un signal de suivi d'enveloppe de type à multiples niveaux qui consiste en l'application d'un signal de commande de polarisation/d'alimentation à N niveaux discrets, le signal de commande d'alimentation de l'amplificateur RF pouvant prendre l'un des N niveaux discrets possibles, ce qui a l'avantage de supporter de larges bandes passantes tout en maintenant un rendement élevé sans avoir recours à un amplificateur linéaire au sein du convertisseur continu- continu . Le problème de la mise en œuvre de la technique de suivi d'enveloppe pour les applications de forte puissance réside dans la capacité à disposer de convertisseurs continu-continu ayant un rendement élevé et présentant une large bande passante. Toute la difficulté réside donc dans ce convertisseur continu-continu qui doit fournir de fortes puissances, avoir un très bon rendement, être extrêmement linéaire, générer peu de bruit et surtout supporter de larges bandes de modulation.

Le rendement des convertisseurs continu-continu diminuant drastiquement dès lors que la bande passante du signal modulé augmente, il apparaît complexe d'utiliser la technique de suivi d'enveloppe pour des applications de forte puissance avec des signaux de télécommunications modernes pouvant atteindre des bandes passantes jusqu'à 100 MHz .

Conjointement à la technique de suivi d'enveloppe, afin de diminuer les contraintes sur le convertisseur continu-continu, une technique de réduction de bande peut être utilisée. La réduction de bande diminue l'occupation spectrale du signal d'alimentation tout en s 'assurant que la tension du signal d'alimentation à bande réduite soit toujours supérieure ou égale à la tension du signal d'origine afin de ne pas sur-compresser l'amplificateur RF .

Cette réduction de bande du signal d'alimentation induit obligatoirement une chute de rendement de l'amplificateur de puissance étant donné que le signal de commande ne suit plus à chaque instant l'enveloppe du signal modulé.

Par ailleurs, l'ajout d'un algorithme de réduction de bande requiert un système d'une complexité accrue pour générer ce type de commande notamment d'un point de vue traitement numérique du signal . Une technique de réduction de bande devra par ailleurs obligatoirement être couplée à une technique de pré-distorsion bien spécifique à ce mode de fonctionnement et donc également complexe à mettre en œuvre.

Les convertisseurs continu-continu pour la technique de suivi d'enveloppe doivent disposer de bandes passantes largement supérieures à la bande passante du signal RF . Face à l'augmentation croissante des bandes passantes des signaux de télécommunications modernes, il apparaît relativement complexe de disposer de convertisseurs continu-continu ayant un bon rendement et un faible coût pour des applications de forte puissance, malgré l'utilisation de nouvelles technologies de composants comme le nitrure de gallium (GaN) .

Les techniques de réduction de bande existantes sont complexes à mettre en œuvre et ne permettent pas d'envisager de très larges bandes de modulation avec un bon rendement global du système.

De plus, dans le cas de la technique de suivi d'enveloppe à multiples niveaux discrets, le principe de réduction de bande n'est pas applicable. En effet, aucune diminution des contraintes en termes de vitesse et récurrences de commutation sur le convertisseur continu- continu n'apparaît.

Le compromis entre rendement et bande passante du convertisseur continu-continu s'avère fortement limitant concernant des applications de forte puissance pour l'utilisation de la technique de suivi d'enveloppe. Il en résulte une incapacité à utiliser la technique de suivi d'enveloppe pour des applications à large bande passante et de forte puissance. Une première solution consiste à utiliser des convertisseurs continu-continu de type Buck (abaisseur de tension) ou Boost (élévateur de tension) multi-phases pour la génération d'un signal de commande de type continu, c'est-à-dire qui contiennent plusieurs branches en parallèle. Ces convertisseurs fonctionnent en commutation pure et dans leur principe même de fonctionnement permettent de diminuer la fréquence de commutation pour une même bande passante et avec un bon rendement. Cependant, afin d'atteindre des bandes passantes importantes, les fréquences de commutation restent très élevées et donc cette technique ne solutionne pas la problématique rendement - bande passante. De plus, la fréquence du signal de commutation reste fixe pour ce type de convertisseur et donc, pour de faibles bandes passantes, le rendement du convertisseur sera sacrifié inutilement.

Une seconde solution s'appuie sur des techniques de réduction de bande pour le suivi d'enveloppe qui permettent d'améliorer le compromis rendement - bande passante sans pour autant solutionner le problème pour de larges bandes de modulation et confèrent au système une complexité accrue d'un point de vue traitement numérique du signal, augmentant ainsi le coût et la consommation électrique du système.

Une dernière solution consiste à utiliser non plus un signal de commande issu d'un modulateur continûment variable mais issu de la sélection de différents niveaux d'alimentation pour générer un signal de commande de type discret. La technique de suivi d'enveloppe à multiples niveaux ne permet pas d'obtenir des rendements d'amplificateur RF aussi élevés qu'avec un signal de commande continu mais les pertes du convertisseur sont plus faibles. Cependant, cette solution améliore mais ne permet pas de solutionner le compromis rendement - bande passante pour de larges bandes passantes de modulation du fait que les récurrences des commutations demeurent importantes en nombre .

La demande de brevet américain US2014241462 Al décrit un procédé et un système de suivi d'enveloppe selon l'état antérieur de la technique.

La demande de brevet américain US2014118065 Al décrit un système de suivi de puissance crête selon l'état antérieur de la technique.

La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l'état antérieur de la technique, en proposant un système de suivi de la puissance crête d'un signal de télécommunication à émettre pour une amplification de puissance RF dudit signal de télécommunication à émettre comprenant une logique de pilotage du convertisseur continu-continu permettant de repousser grandement la limitation rendement - bande passante imposée par les convertisseurs continu-continu afin de rendre applicable la technique de suivi d'enveloppe à des applications de forte puissance avec des débits élevés, ledit système permettant de générer un signal de commande de forte puissance adapté pour des applications à très large bande de modulation sans nécessairement nécessiter de disposer de convertisseurs, et donc de transistors de commutation, ultra rapides capables de commuter de forts courants en un temps très court, ledit système permettant par ailleurs de conserver un très bon rendement sur les convertisseurs continu-continu même pour de larges bandes de modulation.

La logique de pilotage consiste entre autres en l'analyse et la détection de la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur un intervalle de temps déterminé, puis en l'application, à la place d'un signal de commande de suivi d'enveloppe classique, d'un niveau de tension d'alimentation constant sur l'amplificateur de puissance RF parmi un certain nombre de niveaux de tension disponibles, ledit niveau de tension étant appliqué pendant une durée minimale égale à l'intervalle de temps déterminé. L'invention permet ainsi la génération d'un signal d'alimentation de type discret lentement variable vis-à-vis de la bande de modulation du signal, ces caractéristiques permettant l'utilisation d'un convertisseur continu-continu à très bas coût et fort rendement même pour de larges bandes de modulation.

L'invention porte également sur un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation mis en œuvre par un système de suivi de la puissance crête d'un signal de télécommunication à émettre pour une amplification de puissance RF dudit signal de télécommunication à émettre selon la présente invention, et sur une antenne RF équipée d'un tel système ou mettant en œuvre un tel procédé.

La présente invention a donc pour objet un système de suivi de la puissance crête d'un signal de télécommunication à émettre pour une amplification de puissance RF dudit signal de télécommunication à émettre, comprenant un amplificateur de puissance RF ayant une entrée RF, une entrée de tension d'alimentation et une sortie RF, un dispositif de traitement numérique, un convertisseur numérique-RF et un convertisseur continu- continu, le dispositif de traitement numérique ayant une entrée apte à recevoir le signal de télécommunication à émettre sous forme de données numériques, une première sortie reliée à une entrée du convertisseur numérique-RF et une seconde sortie reliée à une entrée du convertisseur continu-continu, le convertisseur numérique-RF ayant une sortie reliée à l'entrée RF de l'amplificateur de puissance RF, le convertisseur continu-continu ayant une sortie reliée à l'entrée de tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance RF, la sortie du convertisseur continu-continu pouvant prendre une valeur de tension discrète parmi N valeurs de tension discrètes, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, le dispositif de traitement numérique comprenant, entre son entrée et sa première sortie un élément de retard τ et entre son entrée et sa seconde sortie une chaîne de traitement comprenant une logique de commande de suivi d'enveloppe apte à créer un signal de commande continu de suivi d'enveloppe à partir des données numériques reçues au niveau de l'entrée du dispositif de traitement numérique, caractérisé par le fait que la chaîne de traitement comprend en outre, en aval de la logique de commande de suivi d'enveloppe, une logique de pilotage du convertisseur continu-continu comprenant un dispositif de calcul de valeur de crête et un dispositif de sélection de tension d'alimentation, le dispositif de calcul de valeur de crête étant apte à fenêtrer temporellement le signal de commande continu de suivi d'enveloppe et à calculer la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur chaque fenêtre temporelle, et le dispositif de sélection de tension d'alimentation étant apte à commander le convertisseur continu-continu afin d'imposer à la sortie de ce dernier, parmi les N valeurs de tension discrètes, une valeur de tension discrète d'alimentation supérieure ou égale à la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur la totalité de la fenêtre temporelle correspondante, ladite valeur de tension discrète d'alimentation étant appliquée pendant une durée minimale égale à la durée de la fenêtre temporelle, l'élément de retard τ étant choisi tel que le signal RF correspondant à des données numériques du signal de télécommunication à émettre au niveau de l'entrée RF de l'amplificateur de puissance RF est synchronisé avec la tension d'alimentation de type suivi d'enveloppe du signal RF pour ces mêmes données numériques au niveau de l'entrée de tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance RF.

Il est à noter que, dans le système selon l'invention, les N niveaux de tension ne sont pas obligatoirement uniformément répartis. Le dispositif de sélection de tension est ainsi apte à sélectionner l'un des N niveaux de tension qui est supérieur ou égal à la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur une fenêtre, les N niveaux tensions pouvant être uniformément répartis ou non.

La logique de commande de la chaîne de traitement est configurée pour mettre en œuvre une loi de commande de suivi d'enveloppe.

L'invention proposée consiste à générer un signal de commande de suivi d'enveloppe de type discret possédant N niveaux de tension lentement variable grâce à une technique de suivi de la tension crête du signal de commande continu de suivi d'enveloppe, la détection de la tension crête du signal de commande continu étant directement l'image de la détection de la puissance crête en entrée de l'amplificateur de puissance RF.

Le signal de commande de l'amplificateur RF ne peut prendre qu'une valeur de tension à la fois parmi les N niveaux possibles et ces niveaux de tension ne s'adaptent pas aux variations rapides du signal d'enveloppe, le niveau de tension sélectionné étant appliqué pendant une durée minimale égale à la fenêtre temporelle. Les choix du nombre N de niveaux et de la durée de la fenêtre temporelle dépendent principalement des capacités du convertisseur continu-continu, du débit de symboles à émettre et du format de modulation (par exemple, QAM (modulation d'amplitude en quadrature) ou OFDM) .

Ainsi, la génération d'un signal à niveaux discrets qui ne suit pas précisément toutes les variations de l'enveloppe de modulation permet de supporter de très larges bandes passantes tout en maintenant un rendement de convertisseur continu-continu élevé, et de rendre minimale la fréquence de commutation au sein dudit convertisseur, quelle que soit l'architecture du convertisseur ou le type de modulation. La discrétisation en un nombre fini de niveaux d'alimentation permet d'éviter d'avoir recours à un amplificateur linéaire au sein du convertisseur continu- continu, et le fait de ne pas suivre précisément l'amplitude du signal d'enveloppe à chaque instant permet d'envisager des bandes passantes très importantes sans augmenter les contraintes sur le convertisseur continu- continu en termes de vitesse de commutation.

De plus, la logique de pilotage est simple à mettre en œuvre dans un circuit numérique, rendant ainsi minimal le nombre de circuits logiques nécessaires dans les circuits numériques ainsi que leur fréquence de fonctionnement, ce qui se traduit par une consommation électrique plus faible et un coût d'approvisionnement des circuits plus réduit. L'invention permet également l'utilisation d'un convertisseur continu-continu moins rapide et donc à faible coût de fabrication.

En outre, cette logique de pilotage permet de s'affranchir d'effets de seuil pouvant conduire à des impulsions très courtes et donc à un dysfonctionnement du système par moments. Le retard τ permet de synchroniser la bonne tension d'alimentation de l'amplificateur RF en fonction des données en entrée.

Enfin, le fait que la valeur de tension discrète d'alimentation soit supérieure ou égale à la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur la totalité de la fenêtre temporelle correspondante permet de veiller au bon fonctionnement de l'amplificateur de puissance RF, en évitant une surcompression de l'amplificateur de puissance RF.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, la chaîne de traitement est une chaîne de traitement numérique et N est inférieur, de préférence strictement inférieur, à 2 ^{^} (nombre_bits_chaîne_traitement) , où nombre_bits_chaîne_traitement est le nombre de bits de la chaîne de traitement numérique.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le signal de commande continu de suivi d'enveloppe est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage prédéterminée, la fenêtre temporelle étant définie par un nombre prédéfini d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe échantillonné, la fréquence de la fenêtre temporelle étant une fréquence sous-multiple de la fréquence d'échantillonnage.

Ainsi, la périodicité de la fenêtre temporelle, qui est définie par un nombre prédéfini d'échantillons, permet de limiter la durée entre deux commutations dans le convertisseur continu-continu, les valeurs des différents échantillons dans une fenêtre temporelle étant comparées afin de déterminer la valeur maximale des échantillons dans la fenêtre temporelle. Selon une caractéristique particulière de l'invention, le nombre de niveaux de tension N est compris entre 2 et 16.

Le choix de N dépend principalement des capacités du convertisseur continu-continu, du débit de symboles à émettre et du format de modulation.

Il est à noter que plus N est grand et plus le système est compliqué et onéreux à fabriquer.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le déphasage entre l'horloge de la fenêtre temporelle et l'horloge d'échantillonnage du signal de commande continu de suivi d'enveloppe est ajustable et est un nombre entier d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe.

Ainsi, la position de la fenêtre temporelle est ajustable par rapport à la fréquence d'échantillonnage du signal à émettre afin d'optimiser le signal de commande généré pour éviter le risque de changement de tension de commande à l'instant de décision. Cela se traduit en pratique par un déphasage entre l'horloge d'échantillonnage du signal à émettre et l'horloge de la fenêtre temporelle, ledit déphasage étant défini par un nombre entier d' échantillons .

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le dispositif de traitement numérique est mis en œuvre dans un circuit numérique programmable, de préférence un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, un dispositif de traitement numérique du signal (DSP) , un circuit intégré spécifique à une application (ASIC) ou une matrice prédiffusée programmable (FPGA) . Ainsi, le dispositif de traitement numérique peut facilement être implanté dans un circuit numérique programmable courant .

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le convertisseur continu-continu est de type à multi-entrées d'alimentation, de type Buck (abaisseur de tension) ou Boost (élévateur de tension) , ou de type multi- phases .

Ainsi, le convertisseur continu-continu peut générer un signal de commande de type discret à variation lente dont la vitesse de commutation n'est pas l'élément prépondérant, ce convertisseur ayant un excellent rendement de conversion.

Dans le cas d'un convertisseur continu-continu de type à multi-entrées d'alimentation, différentes tensions d'alimentation sont reliées aux multiples entrées d'alimentation du convertisseur continu-continu, et l'une des tensions d'alimentation est sélectionnée, par des commutateurs à transistors de puissance, en sortie du convertisseur continu-continu, le convertisseur continu- continu possédant autant d'entrées d'alimentation que de niveaux de sortie à appliquer.

Dans le cas d'un convertisseur continu-continu de type Buck, une ou deux tensions d'alimentation sont fournies au convertisseur continu-continu. Pour un convertisseur Buck ayant deux tensions d'alimentations, une tension basse et une tension haute bornent la gamme de tensions de commande que pourra fournir le convertisseur pour le suivi d'enveloppe, rendant ainsi minimales les pertes par commutation, et améliorant significativement le rendement .

Dans le cas d'un convertisseur continu-continu de type Boost, une seule tension d'alimentation est fournie au convertisseur continu-continu. Cette tension est nécessairement plus faible que la tension basse de suivi d' enveloppe .

Dans le cas d'un convertisseur continu-continu de type multi -phases, pouvant être de type Buck ou Boost, une ou deux tensions d'alimentation sont fournies au convertisseur continu-continu et l'architecture dudit convertisseur permet de répartir le courant à fournir sur de multiples phases en parallèle et ainsi de rendre minimale la fréquence de commutation des transistors de commutation .

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le convertisseur numérique-RF comprend un convertisseur numérique-analogique associé à un mélangeur RF de type modulateur IQ par exemple.

Ainsi, le convertisseur numérique-RF peut tout d'abord convertir les données numériques provenant du dispositif de traitement numérique en données analogiques, par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique , puis mélanger les données analogiques avec un signal RF, par l'intermédiaire du mélangeur RF .

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le système comprend en outre un filtre passe- bas disposé entre la sortie du convertisseur continu- continu et l'entrée de tension d'alimentation de l'amplificateur de puissance RF.

Ainsi, le filtre passe-bas permet de maîtriser parfaitement les caractéristiques de transition du signal de commande de type discret d'un niveau de tension discret à un autre, et de rejeter si nécessaire au maximum l'ondulation résiduelle de commutation.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, le dispositif de traitement numérique comprend en outre une logique de pré-distorsion qui linéarise le gain de l'amplificateur de puissance RF.

Ainsi, les distorsions de l'amplificateur RF soumis à un signal de suivi d'enveloppe à niveaux discrets peuvent être linéarisées par la logique de pré-distorsion.

La présente invention a également pour objet un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation mis en œuvre par un système de suivi de la puissance crête d'un signal de télécommunication à émettre pour une amplification de puissance RF dudit signal de télécommunication à émettre tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes :

- le fenêtrage temporel d'un signal de commande continu de suivi d'enveloppe ;

- le calcul d'une valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur chaque fenêtre temporelle ;

- la sélection, sur chaque fenêtre temporelle et parmi les N valeurs de tension discrètes, d'une valeur de tension discrète d'alimentation supérieure ou égale à la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur la totalité de la fenêtre temporelle correspondante ; et

- la commande d'un convertisseur continu-continu afin d'imposer à la sortie de ce dernier la valeur de tension discrète d'alimentation sélectionnée sur chaque fenêtre temporelle.

Ainsi, ledit procédé permet de limiter les contraintes en vitesse de commutation sur le convertisseur continu-continu du système d'amplification de puissance RF à suivi d'enveloppe. Il est à noter que dans le cas où la fenêtre temporelle est définie par un nombre prédéfini d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe échantillonné, la valeur maximale calculée correspond alors à la valeur de l'échantillon ayant la valeur maximale parmi tous les échantillons de la fenêtre temporelle .

La présente invention a également pour objet une antenne d'émission RF équipée d'un système de suivi de la puissance crête d'un signal de télécommunication à émettre pour une amplification de puissance RF dudit signal de télécommunication à émettre selon la présente invention ou mettant en œuvre un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation selon l'invention.

Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, un mode de réalisation préféré, avec référence aux dessins annexés.

Sur ces dessins :

- la Figure 1 est un schéma de principe d'un système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF selon la présente invention ;

- la Figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de traitement numérique du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF selon la présente invention ;

- la Figure 3 est un schéma de principe d'un convertisseur continu-continu du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance

RF selon la présente invention ;

- la Figure 4 est un diagramme de flux d'un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation mis en œuvre par le système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF selon la présente invention ;

- la Figure 5 illustre des courbes à titre d'exemple de différents signaux de commande de suivi d'enveloppe dans le système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF selon la présente invention ; et

- la Figure 6 illustre une courbe à titre d'exemple du rendement d'un amplificateur de puissance RF du système de suivi de la puissance crête pour l'amplification de puissance RF selon la présente invention en fonction du rapport de la fréquence de la fenêtre temporelle sur la bande passante de la modulation.

Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'il y est représenté un système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention.

Le système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 comprend un amplificateur de puissance RF 2 ayant une entrée RF 2a, une entrée de tension d'alimentation 2b et une sortie RF 2c, un dispositif de traitement numérique 3, un convertisseur numérique-RF 4 et un convertisseur continu-continu 5.

Le dispositif de traitement numérique 3 possède une entrée 3a apte à recevoir des données numériques I/Q représentant un signal de télécommunication à émettre par voie RF par l'amplificateur RF 2, une première sortie 3b reliée à une entrée du convertisseur numérique-RF 4 et une seconde sortie 3c reliée à une entrée du convertisseur continu-continu 5. Le convertisseur numérique-RF 4 possède une sortie reliée à l'entrée RF 2a de l'amplificateur de puissance RF 2.

Le convertisseur continu-continu 5 possède une sortie reliée à l'entrée de tension d'alimentation 2b de l'amplificateur de puissance RF 2, la sortie du convertisseur continu-continu 5 pouvant prendre une valeur de tension discrète parmi N valeurs de tension discrètes, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence compris entre 2 et 16.

L'amplificateur de puissance RF 2 comprend des éléments de puissance à semi -conducteurs tels que des transistors de puissance à semi -conducteurs (non représentés sur la Figure 1) .

Le convertisseur numérique-RF 4 comprend un convertisseur numérique-analogique associé à un mélangeur RF (non représentés sur la Figure 1) , le convertisseur numérique-analogique convertissant les données numériques provenant du dispositif de traitement numérique 3 en données analogiques, et le mélangeur RF mélangeant lesdites données analogiques avec un signal RF.

Le dispositif de traitement numérique 3 et le convertisseur continu-continu 5 seront décrits plus en détail ci-après.

Ce système 1 permet ainsi d'appliquer une technique de suivi d'enveloppe à niveaux discrets afin d'améliorer le rendement de l'amplificateur de puissance RF 2, l'alimentation de l'amplificateur 2 étant dynamique et suivant l'amplitude du signal RF à émettre, l'amplificateur de puissance RF 2 fonctionnant ainsi toujours en compression et donc à son rendement maximal quel que soit le niveau de puissance de l'enveloppe du signal RF. Le signal de commande de l'amplificateur de puissance RF 2 , au niveau de son entrée de tension d'alimentation 2b, peut dynamiquement prendre l'une des N valeurs de tension discrètes possibles afin de suivre l'enveloppe du signal RF à émettre.

Si l'on se réfère à la Figure 2, on peut voir qu'il y est représenté le dispositif de traitement numérique 3 du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention.

Le dispositif de traitement numérique 3 comprend, entre son entrée 3a et sa première sortie 3b un élément de retard τ et entre son entrée 3a et sa seconde sortie 3c une chaîne de traitement 6.

La chaîne de traitement 6 comprend une logique de commande de suivi d'enveloppe 7 apte à créer un signal de commande continu de suivi d'enveloppe à partir des données numériques reçues au niveau de l'entrée 3a du dispositif de traitement numérique 3.

La logique de commande 7 est configurée pour mettre en œuvre une loi de commande de suivi d'enveloppe.

La loi de commande est, par exemple, une fonction non- linéaire s 'exprimant sous la forme d'un polynôme d'ordre 3 à 7. La loi de commande est décrite ci -dessous, dans le cas d'un ordre 3 :

Vcommande=A+B*Venv+C*Venv ^{^} 2+D*Venv ^{^} 3 où A, B, C et D sont les constantes de la loi de commande et Venv est la tension d'enveloppe du signal à transmettre, directement reliée à la puissance entrante à l'amplificateur RF . La chaîne de traitement 6 comprend en outre une logique de pilotage 8 du convertisseur continu-continu 5 comprenant un dispositif de calcul de valeur de crête 9 et un dispositif de sélection de tension d'alimentation 10.

Le dispositif de calcul de valeur de crête 9 est apte à fenêtrer temporellement le signal de commande continu de suivi d'enveloppe provenant de la logique de commande de suivi d'enveloppe 7, et à calculer la valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur chaque fenêtre temporelle.

Le dispositif de sélection de tension d'alimentation 10 est apte à commander le convertisseur continu-continu 5 afin d'imposer à la sortie de ce dernier une valeur de tension discrète optimale parmi les N valeurs de tension discrètes en fonction de ladite valeur maximale sur la fenêtre temporelle calculée par le dispositif de calcul de valeur de crête 9, ladite valeur de tension discrète optimale étant appliquée pendant une durée minimale égale à la durée de la fenêtre temporelle, ladite valeur de tension discrète optimale appliquée étant supérieure ou égale au signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur la totalité de la fenêtre temporelle correspondante afin de ne pas surcomprimer l'amplificateur de puissance RF 2.

L'élément de retard τ est choisi tel que le signal RF correspondant à des données numériques du signal de télécommunication à émettre au niveau de l'entrée RF 2a de l'amplificateur de puissance RF 2 est synchronisé avec la tension d'alimentation de type suivi d'enveloppe du signal RF pour ces mêmes données numériques au niveau de l'entrée de tension d'alimentation 2b de l'amplificateur de puissance RF 2. Il est à noter que le dispositif de traitement numérique 3 pourrait comporter en outre une logique de prédistorsion qui linéarise le gain de l'amplificateur de puissance RF 2, sans s'écarter du cadre de la présente invention.

Il est à noter que la totalité du dispositif de traitement numérique 3 est mis en œuvre dans un circuit numérique programmable, de préférence un processeur, un microprocesseur, un microcontrôleur, un DSP, un ASIC ou un FPGA .

Le signal de commande continu de suivi d'enveloppe est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage prédéterminée, la fenêtre temporelle utilisée par le dispositif de calcul de valeur de crête 9 étant définie par un nombre prédéfini d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe échantillonné, la fréquence de la fenêtre temporelle étant ainsi une fréquence sous-multiple de la fréquence d' échantillonnage .

II est à noter qu'un déphasage ajustable peut être réalisé entre l'horloge de la fenêtre temporelle et l'horloge d'échantillonnage du signal de commande continu de suivi d'enveloppe, ledit déphasage étant un nombre entier d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe échantillonné. Ainsi, la position ajustable de la fenêtre temporelle par rapport à la fréquence d'échantillonnage du signal à émettre permet d'optimiser le signal de commande généré pour éviter le risque de changement de tension de commande à l'instant de décision.

Si l'on se réfère à la Figure 3, on peut voir qu'il y est représenté le convertisseur continu-continu 5 du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention .

Le convertisseur continu-continu 5 dans ce mode de réalisation préféré est de type à multi-entrées d'alimentation.

Il est à noter que le convertisseur continu- continu 5 pourrait également être de type Buck (abaisseur de tension) ou Boost (élévateur de tension) , ou de type multi-phases, sans s'écarter du cadre de la présente invention.

Le convertisseur continu-continu 5 de type à multi-entrées d'alimentation comporte N tensions d'alimentation différentes V _x à V _N , N correspondant au nombre souhaité de valeurs de tension discrètes possibles à la sortie du convertisseur continu-continu 5, et N commutateurs à transistors de puissance lli à 11 _N comportant chacun des première et seconde bornes, les premières bornes des N commutateurs lli à 11 _N étant respectivement reliées aux N tensions d'alimentation, et les secondes bornes des N commutateurs 11 i a U _N étant reliées à un nœud commun A.

Les N commutateurs lli à 11 _N sont commandés dynamiquement par le dispositif de traitement de commande 3, de telle sorte qu'un seul commutateur parmi les N commutateurs lli à 11 _N est fermé à la fois afin d'appliquer la tension d'alimentation associée au niveau du nœud A.

Ainsi, le convertisseur continu-continu 5 peut générer un signal de commande de type discret à variation lente dont la vitesse de commutation n'est pas l'élément prépondérant, ce convertisseur continu-continu 5 ayant un excellent rendement de conversion.

Le convertisseur continu-continu 5 comporte en outre un filtre passe-bas 12 disposé entre le nœud A et l'entrée de tension d'alimentation 2b de l'amplificateur de puissance RF 2 , le filtre passe-bas 12 permettant de maîtriser parfaitement les caractéristiques de transition du signal de commande de type discret d'une valeur de tension discrète à une autre et de rejeter si nécessaire au maximum l'ondulation résiduelle de commutation.

Bien que, par souci de simplicité, un simple circuit résonant LC (inductance-condensateur) ait été illustré pour représenter le filtre passe-bas 12, le filtre passe-bas 12 pourrait être un filtre passe-bas plus complexe d'ordre supérieur ou égal à 2, sans s'écarter du cadre de la présente invention.

Il est à noter que le convertisseur continu- continu 5 pourrait ne pas comporter de filtre passe-bas 12 au niveau de sa sortie, sans s'écarter du cadre de la présente invention.

Si l'on se réfère à la Figure 4, on peut voir qu'il y est représenté un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation mis en œuvre par le système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention .

Le procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation comprend les étapes suivantes :

- le fenêtrage temporel du signal de commande continu de suivi d'enveloppe provenant de la logique de commande de suivi d'enveloppe 7, la fenêtre temporelle étant définie par un nombre prédéfini d'échantillons du signal de commande continu de suivi d'enveloppe échantillonné ;

- le calcul d'une valeur maximale du signal de commande continu de suivi d'enveloppe sur chaque fenêtre temporelle, ledit calcul comprenant, sur chaque fenêtre temporelle, les étapes suivantes :

- la réception SI du premier échantillon de la fenêtre temporelle, la valeur maximale étant fixée à la valeur du premier échantillon ;

- la réception S2 de l'échantillon suivant ;

- la détermination S3 du point de savoir si la fenêtre temporelle est terminée ou non, et si tel est le cas le passage à l'étape S6, et si tel n'est pas le cas le passage à l'étape S4 ;

- la détermination S4 du point de savoir si la valeur de l'échantillon courant est supérieure ou non à la valeur maximale, et si tel n'est pas le cas le retour à l'étape

S2, et si tel est le cas la mise à jour S5 de la valeur maximale par la valeur de l'échantillon courant puis le retour à l'étape S2 ;

- la sélection S6, sur chaque fenêtre temporelle, d'une valeur de tension discrète optimale parmi les N valeurs de tension discrètes en fonction de ladite valeur maximale calculée sur la fenêtre temporelle, ladite valeur de tension discrète optimale étant supérieure ou égale à la valeur maximale du signal de commande de suivi d'enveloppe sur la totalité de la fenêtre temporelle correspondante ; et

- la commande du convertisseur continu-continu 5 afin d'imposer à la sortie de ce dernier la valeur de tension discrète optimale sélectionnée sur chaque fenêtre temporelle.

Si l'on se réfère à la Figure 5, on peut voir qu'il y est représenté des courbes à titre d'exemple de différents signaux de commande de suivi d'enveloppe dans le système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention .

La courbe en trait continu représente un signal de commande continu de suivi d'enveloppe à titre d'exemple en provenance de la logique de commande de suivi d'enveloppe 7, ladite courbe étant représentée en tension d'alimentation au cours du temps afin de faciliter la compréhension du lecteur.

La courbe en trait mixte représente le signal de commande en sortie du dispositif de calcul de valeur de crête 9, ladite courbe étant représentée en tension d'alimentation au cours du temps afin de faciliter la compréhension du lecteur.

La courbe en pointillés représente le signal de commande en sortie du convertisseur continu-continu 5 appliqué à l'amplificateur de puissance RF 2, ladite courbe étant représentée en tension d'alimentation au cours du temps .

Dans cet exemple, le procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation est appliqué sur le signal issu de la logique de commande de suivi d'enveloppe 7 pour un signal modulé de 1 MHz de bande passante. La fenêtre temporelle utilisée possède une fréquence équivalente de 2 MHz, soit 500 ns . De plus, le convertisseur continu-continu 5 utilisé possède quatre valeurs possibles de tension discrètes de sortie, à savoir VI = 16 V, V2 = 24 V, V3 = 32 V et V4 = 40 V.

Le signal de commande en sortie du dispositif de calcul de valeur de crête 9 correspond à la puissance crête du signal de commande continu de suivi d'enveloppe après fenêtrage toutes les 500 ns . Le signal de commande appliqué à l'amplificateur de puissance RF 2, noté V _sor tie ci-après, est créé à partir du signal de commande en sortie du dispositif de calcul de valeur de crête 9, noté X(n) ci-après, selon l'algorithme suivant :

- si X(n) < VI, V _sortie = VI ;

- si VI < X(n) < V2, V _sortie = V2 ;

- si V2 < X(n) < V3, V _sortie = V3 ; et

- si V3 < X(n) , V _sortie = V4.

Ainsi, V _sort i _e est constamment supérieure ou égale au signal de commande continu de suivi d'enveloppe afin de veiller au bon fonctionnement de l'amplificateur de puissance RF 2 , la durée d'application d'un niveau de tension étant au moins égale à la fenêtre temporelle de 500 ns . En outre, cet exemple montre que la présente invention permet de rendre minimale la fréquence de commutation au sein du convertisseur continu-continu 5, permettant ainsi d'obtenir un rendement élevé de convertisseur continu- continu 5 pour de larges bandes de modulation.

Si l'on se réfère à la Figure 6, on peut voir qu'il y est représenté une courbe à titre d'exemple du rendement d'un amplificateur de puissance RF 2 du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention en fonction du rapport de la fréquence de la fenêtre temporelle sur la bande passante de la modulation.

Dans cet exemple, une modulation de type 16QAM est appliquée à un amplificateur de puissance RF 2. Le rendement mesuré pour une tension d'alimentation continue est comparé aux rendements obtenus pour différentes largeurs de fenêtre temporelle pour la détection de la tension de commande crête. La fréquence de la fenêtre temporelle varie de 0,5 fois la bande passante (ou débit de symboles) du signal modulé à 10 fois la bande passante du signal modulé. En outre, dans cet exemple, quatre niveaux de tension d'alimentation discrets sont utilisés pour commander l'amplificateur de puissance RF 2.

Le rendement de l'amplificateur pour l'ordonnée à l'origine correspond au rendement obtenu avec une tension d'alimentation fixe, à savoir environ 38%.

Le rendement de l'amplificateur obtenu avec un signal de suivi d'enveloppe continu est quant à lui proche de 60%.

La Figure 6 montre qu'une fenêtre temporelle de 2 fois la bande passante du signal à émettre permet d'obtenir, avec quatre niveaux de tension d'alimentation, un rendement d'amplificateur proche du rendement maximal tout en garantissant un rendement de convertisseur continu- continu 5 bien supérieur à ceux de convertisseurs continu- continu utilisant des techniques de suivi d'enveloppe continu ou multi -niveaux . En outre, le convertisseur continu-continu 5 n'a pas besoin d'être aussi rapide en termes de vitesse de commutation et est donc beaucoup plus simple à mettre en œuvre.

L'invention porte également sur une antenne d'émission RF équipée du système de suivi de la puissance crête pour une amplification de puissance RF 1 selon la présente invention ou mettant en œuvre un procédé de calcul de valeur de crête et de sélection de tension d'alimentation selon la présente invention.

La présente invention peut par exemple trouver une application dans les stations de base pour la téléphonie mobile, dans les radars, dans les dispositifs de guerre électronique, dans les téléphones portables ou dans tout autre équipement sans fil de télécommunication.