ITMI941179A1 - Amplificatore lineare di potenza a microonde con iniezione di potenza di alimentazione comandata dall'inviluppo di modlazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo degli amplificatori elettronici di segnali a radiofrequenza, e più in particolare ad un amplificatore lineare di potenza a microonde con iniezione di potenza di alimentazione comandata dall'inviluppo di modulazione,

Una caratteristica di merito degli amplificatori di potenza, indipendentemente dall'intervallo di frequenze di funzionamento, è senz'altro quella di avere un alto rendimento energetico, inteso come rapporto tra la potenza utile fornita al carico e la potenza assorbita dalla fonte di alimentazione.

Il problema di migliorare il rendimento energetico degli amplificatori è di cosi vasta portata che ha stimolato la ricerca di sempre nuove soluzioni, indipendentemente dalla particolare classe di funzionamento degli stessi.

Alcune soluzioni note, relative al problema sopra accennato, traggono lo spunto da osservazioni fatte sugli andamenti nel tempo delle ampiezze dei segnali vocali o musicali, che sovente devono essere sottoposti ad amplificazione. E' risultato che i suddetti andamenti mostrano l'insorgere casuale di picchi d'ampiezza di breve durata rispetto a valori d'ampiezza più bassi e mediamente di maggior durata. In corrispondenza dei picchi d'ampiezza, gli amplificatori assorbono picchi di potenza dagli alimentatori. I requisiti di linearità degli amplificatori impongono che anche durante i picchi di assorbimento la tensione di alimentazione si mantenga sufficientemente alta da non causare saturazione dei dispositivi di amplificazione, evitando cosi di introdurre distorsioni nel segnale amplificato. In conseguenza di ciò detta tensione risulterà sempre superiore rispetto a quella effettivamente necessaria durante la maggior parte del tempo di applicazione del segnale, causando una inutile dissipazione da parte dei dispositivi di amplificazione, che potrebbe essere evitata abbassando la tensione di alimentazione al di fuori dei picchi. Tale è appunto il suggerimento di gran parte delle soluzioni note, che propongono di utilizzare due differenti tensioni di alimentazione, di cui una prima solo durante i picchi di assorbimento, e la seconda, inferiore alla prima, durante il tempo restante. Cosi operando aumenta l'efficienza di un amplificatore rispetto al caso di alimentazione singola in quanto, a parità di potenza fornita ad un carico resistivo, diminuisce mediamente la tensione di alimentazione.

I picchi negli andamenti temporali delle ampiezze dei segnali fonici, sono presenti anche in portanti a radiofrequenza modulate in ampiezza dai suddetti segnali in banda base. Nel caso di portanti radio modulate, il problema dell'amplificazione di potenza si pone essenzialmente per scopi trasmissivi. In questi casi sorgono tuttavia alcuni problemi nell 'utilizzo di amplificatori con due differenti tensioni di alimentazione, poiché le frequenze in gioco sono molto più elevate rispetto a quelle dei segnali fonici in banda base; ad esempio nei finali di potenza utilizzati in ponti radio digitali, le frequenze in gioco ricadono nelle microonde.

Un primo esempio di amplificatore che utilizza due tensioni di alimentazione per aumentare il rendimento energetico, è descritto nella domanda di brevetto giapponese JP 60-130905. Nella annessa fig.3, è visibile un amplificatore che utilizza due coppie di transistori Q1, Q2 e Q3, Q4, connesse ad uno stesso carico RL. Una prima coppia Q1, Q2 viene alimentata tra due tensioni EL e -EL, e provvede ad amplificare i livelli più bassi del segnale d'ingresso secondo uno schema push-pull. La seconda coppia Q3, Q4 viene alimentata tra due tensioni EH e -EH, essendo |EH| > |EL|, e provvede ad amplificare i livelli più alti del segnale d'ingresso in configurazione analoga. La selezione dell'una o dell'altra coppia è operata dal livello stesso del segnale d'ingresso, come è mostrato in fig.4. Poiché il circuito è perfettamente simmetrico in ogni sua parte, è possibile limitare le considerazioni seguenti ai soli livelli positivi, le considerazioni duali per valori negativi sono ottenute per analogia. Ciò posto, quando il livello d'ingresso è inferiore a EL risulta attivo un primo transistore Q5 che pilota il transistore Q1 della prima coppia; un commutatore di corrente, che comprende i transistori Q9, Q10, e Q15, interdice un secondo transistore Q6 la cui funzione è quella di pilotare il transistore Q3 della seconda coppia, che rimane pertanto interdetto. Quando invece il livello d'ingresso supera il valore di EL, il suddetto commutatore di corrente porta in conduzione il transistore Q6, e con esso Q3, e nel contempo interdice Q5, e con esso Q1.

Il maggior inconveniente dell'amplificatore del primo esempio è identico a quello dell'amplificatore di un secondo esempio, immediatamente seguente nella descrizione, e pertanto la sua illustrazione verrà posposta.

Un secondo esempio di amplificatore a doppia alimentazione è riportato nella domanda di brevetto statunitense US 4598255-A, in cui viene descritto un apparato amplificatore comprendente mezzi di amplificazione per ricevere un segnale d'ingresso e per produrre un segnale d'uscita amplificato; primi mezzi per fornire una prima, relativamente bassa, tensione di alimentazione a detti mezzi di amplificazione; secondi mezzi per fornire una seconda, relativamente alta, tensione di alimentazione a detti mezzi di amplificazione; e mezzi di controllo per accoppiare detti primi mezzi a detti mezzi di amplificazione quando il livello di detto segnale d'uscita amplificato è minore di detta prima tensione di alimentazione, e per accoppiare detti secondi mezzi a detti mezzi di amplificazione quando il livello di detto segnale d'uscita amplificato è maggiore di detta prima tensione di alimentazione.

Il grosso inconveniente comune agli amplificatori dei due esempi citati è quello di essere completamente inadatti all'amplificazione di portanti a radiofrequenza modulate in ampiezza, o in ampiezza e fase. L'inconveniente è dovuto al fatto che la commutazione della connessione all'uno, o all'altro, alimentatore, o in modo del tutto equivalente la connessione del carico all'uno o all'altro amplificatore, avviene sui valori istantanei di tensione del segnale da amplificare, o già amplificato. Nei casi di portanti modulate questo significherebbe, ad esempio, dover commutare delle correnti anche di qualche ampère alla frequenza di qualche decina di MHz, nei casi più favorevoli, e nei casi peggiori a diversi GHz. Il che appare del tutto improponibile, sia per le difficoltà realizzative che per il costo proibitivo di dispositivi adatti. Per di più, volendo proprio realizzare un amplificatore che commuta tra due tensione dì alimentazione sui valori d'ampiezza istantanei del segnale, bisognerebbe come prima cosa eliminare i filtri di trappola usualmente utilizzati negli amplificatori a radiofrequenza sulle connessioni alle alimentazioni per evitare la propagazione del segnale verso gli alimentatori. In tal modo all'interno del circuito si propagherebbero dei forti disturbi elettromagnetici tali da rendere assai critico il funzionamento dell'amplificatore stesso .

Pertanto scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti suddetti e di indicare un amplificatore lineare di potenza di segnali a radiofrequenza, in particolare a microonde, con iniezione di potenza di alimentazione comandata dall'inviluppo di modulazione del segnale a radiofrequenza, onde aumentarne il rendimento energetico .

Per conseguire tali scopi la presente invenzione ha per oggetto un amplificatore lineare di segnali a radiofrequenza comprendente un primo transistore funzionante da amplificatore di potenza, alimentato da un primo alimentatore con tensione VA, tramite un diodo e un induttore in serie, e da un secondo alimentatore con tensione VB > VA, tramite un secondo transistore attraverso cui fluisce la corrente del secondo alimentatore. Un segnale a radiofrequenza da amplificare RF'in viene prelevato da un accoppiatore direzionale e portato rispettivamente all'ingresso del primo transistore, tramite una linea di ritardo, e ad un rivelatore d’inviluppo a cui fa seguito un amplificatore d'inviluppo che sovrappone all'inviluppo amplificato una tensione continua Vreg < VA, ottenendo un segnale d'uscita VP. 11 secondo transistore riporta la tensione VP sul proprio emettitore; fino a quando risulta VP < VA, il diodo conduce interdicendo il secondo transistore, in tal caso la corrente di alimentazione dell'amplificatore proviene solo dal primo alimentatore.

Durante i picchi di RF'in risulta VP > VA e il secondo transistore conduce, in questo caso l'induttore impedisce al picco di corrente proveniente dal secondo alimentatore di attraversare la capacità parassita del diodo e di giungere al primo alimentatore. La linea di ritardo sul percorso di RF'in verso il primo transistore ha una lunghezza tale da mettere in fase i picchi d'ampiezza del segnale all'ingresso del primo transistore con i corrispondenti picchi di corrente forniti dal secondo alimentatore, come meglio descritto nelle rivendicazioni.

Come si può notare, nell'amplificatore oggetto della presente invenzione la commutazione verso la maggior tensione di alimentazione avviene sui picchi dell'inviluppo di modulazione, piuttosto che sui valori d'ampiezza istantanei del segnale a radiofrequenza. L'inviluppo di modulazione è correlato alla potenza media del segnale a radiofrequenza, e quindi rispetto ai valori istantanei d'ampiezza varia molto più lentamente nel tempo. Risulta quindi ancora possibile l'utilizzo dei filtri di trappola a radiofrequenza sulle connessioni alle alimentazioni, e quant'altro serve per eliminare gli effetti negativi dei disturbi a radiofrequenza. Risulta inoltre più semplice trovare i dispositivi adatti alla commutazione verso l'una, o l'altra, tensioni di alimentazione. In conclusione, anche per portanti a radiofrequenza modulate in ampiezza un amplificatore a doppia alimentazione diventa realizzabile .

L'amplificatore oggetto della presente invenzione possiede un alto rendimento energetico e nel contempo un'ottima linearità in un ampio intervallo di frequenze. Il vantaggio che ne deriva è quello di consentire un notevole risparmio di potenza, il che significa l'utilizzo di alimentatori e di dissipatori di calore meno ingombranti e costosi, e quindi perfettamente corrispondenti alle attuali esigenze di miniaturizzazione degli apparati radio, in particolare di quelli utilizzati in ponti radio digitali a microonde. Un ulteriore vantaggio è quello di prolungare la vita operativa dei dispositivi amplificatori di potenza, in quanto la temperatura all'interno dei dispositivi stessi si riduce per effetto della minor potenza che essi devono smaltire.

Scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nell'unica figura 1 è indicato uno schema a blocchi, e parzialmente circuitale, dell'amplificatore oggetto della presente invenzione.

Con riferimento alla fig.l, notiamo un blocco AMP, che rappresenta l'amplificatore oggetto della presente invenzione, a sua volta costituito dai seguenti blocchi: RF-PREAMP, RIT, RF-AMP-DISP , RIV-INV, VIDEO-AMF, PIC-COM, ALIM-A, ALIM-B.

L'amplificatore AMP ha una porta d'ingresso 1 a cui perviene un segnale a microonde RF'in, che viene amplificato in potenza ed accoppiato ad una porta d’uscita 2, come segnale RFout, reso disponibile ad un carico Ro connesso tra il morsetto 2 e massa. Il segnale RF'in proviene da un blocco LIN, che rappresenta un linearizzatore a predistorsione di tipo noto, al cui ingresso è presente un segnale RFin. Quest'ultimo è una portante a microonde modulata secondo uno schema 64-QAM, ma potrebbe ugualmente essere un qualunque segnale a radiofrequenza modulato d'ampiezza, o modulato secondo altri schemi di modulazione che agiscono sull'ampiezza, con la condizione che nell'andamento d'ampiezza del segnale modulato si verifichino picchi di breve durata. Più generalmente, si richiede che il segnale modulante sia ad elevata dinamica, ovvero che presenti un elevato rapporto tra ampiezza di picco ed ampiezza media.

Il blocco RF-PREAMP è un preamplificatore funzionante a microonde, di tipo noto, che amplifica a bassi livelli di potenza il segnale RF'in. Il segnale preamplificato viene prelevato da un accoppiatore direzionale ACC-DIR, pure di tipo noto, e rispettivamente accoppiato ad una linea di ritardo RIT e ad un rivelatore d'inviluppo RIV-INV, ambedue di tipo noto.

Il segnale preamplificato, dopo aver attraversato la linea di ritardo RIT, raggiunge l'ingresso del blocco RF-AMP-DISP che rappresenta un amplificatore di potenza funzionante a microonde, pure di tipo noto, basato sull'utilizzo di un transistore TR1 ad effetto di campo avente l'elettrodo di sorgente connesso a massa. Il segnale amplificato da RF-AMP-DISP viene accoppiato, tramite un condensatore C, alla porta di uscita 2 di AMP, e da qui al carico Ro.

L'inviluppo di modulazione presente all'uscita di RIV-INV raggiunge un ingresso di un amplificatore video VIDEO-AMP, ad un secondo ingresso del quale è applicata una tensione continua Vreg. All'uscita di VIDEO-AMP è presente un segnale VP che perviene alla base di un transistore bipolare TR2 incluso nel blocco PIC-COMM.

Il blocco PIC-COMM rappresenta un commutatore di alimentazione comandato dai picchi d'ampiezza del segnale VP e comprende, oltre a TR2, un diodo D con in serie un induttore L. Più precisamente, l'anodo del diodo D è connesso all'uscita di un primo alimentatore ALIM-A, che fornisce una tensione continua VA, il catodo è invece connesso ad un capo dell'induttore L, il cui altro capo è connesso all'elettrodo di pozzo di TR1. Il collettore di TR2 è connesso all'uscita di un secondo alimentatore ALIM-B, che fornisce una tensione continua VB di valore superiore rispetto alla tensione VA. L'emettitore di TR2 è anch'esso connesso all'elettrodo di pozzo di TR1. Ambedue gli alimentatori ALIM-A e ALIM-B sono a loro volta connessi ad una comune sorgente, non visibile in figura, che fornisce una tensione continua E per il funzionamento di entrambi. Anche se non indicato espressamente in fig.l, i blocchi VIDEO-AMP e RF-PREAMP sono alimentati da ALIM-B, mentre i blocchi RIV-INV e RIT non necessitano di alimentazione.

Nel funzionamento, è utile fare alcune considerazioni preliminari in merito al tipo di modulazione del segnale RFin, nel caso in cui questa fosse di tipo QAM, o di tipologia ad essa riconducibile. Lo scopo è quello di chiarire ulteriormente il presupposto fondamentale che ha portato, sia nell'arte nota, che nell'invenzione in oggetto, all'idea di utilizzare per un amplificatore due tensioni di alimentazione commutabili. Il presupposto è che esistano nel segnale da amplificare picchi casuali d'ampiezza di breve durata rispetto a valori d'ampiezza più bassi e mediamente di maggior durata. Questa caratteristica del segnale, mentre è immediatamente comprensibile per quanto riguarda i segnali fonici e musicali in banda base, o portanti radio modulate dagli stessi, non lo risulta altrettanto per le portanti modulate QAM ove i segnali modulanti sono in genere dei dati. Ciò posto, la modulazione QAM è caratteristica dei segnali numerici e agisce simultaneamente sull'ampiezza e sulla fase di una portante radio. Una rappresentazione grafica di questo tipo di modulazione è ottenuta riportando in un piano il punto di estremità di un vettore che assume tutti i possibili valori di una portante modulata. L'insieme di punti costituisce una costellazione, da cui si può calcolare il rapporto tra potenza di picco e potenza media del segnale modulato, nonché la larghezza di banda che ne deriva. Ad esempio, per il caso di una modulazione 64-QAM detto rapporto è di circa 6 dfi, e la banda si estende da frequenza nulla fino a circa 40 MHz.

Una conseguenza che si può trarre da quanto sopra è che gli amplificatori che trattano segnali QAM, specie se a molti livelli di modulazione, devono essere fortemente lineari per non distorcere la costellazione e causare quindi errori nella demodulazione; in questi casi il linearizzatore LIN diventa indispensabile. Allo scopo, è possibile utilizzare, in maniera non limitativa, il linearizzatore descritto nella domanda di brevetto europeo No. 91200799.4, depositata a nome della stessa richiedente. Il segnale RF'in uscente dal linearizzatore presenta leggere predistorsioni d'ampiezza e di fase di valore uguale e di segno contrario rispetto alle distorsioni altrimenti introdotte da TR1. Per quanto riguarda le distorsioni introdotte dal GaAsFET TR1, verranno in seguito forniti alcuni valori numerici.

Proseguendo le considerazioni sul funzionamento, come si può notare anche visivamente dalla fig.l, il segnale RF'in preamplificato segue due vie diverse, di cui una prima lo conduce direttamente all'elettrodo di porta del GaAsFET TR1, previo attraversamento della linea di ritardo RIT, e una seconda lo conduce al rivelatore d'inviluppo RIV-INV che ne estrae l'inviluppo di modulazione, poi debitamente amplificato da VIDEO-AMP e sovrapposto alla tensione Vreg, in modo noto, ottenendo il segnale VP. Quest'ultimo viene riportato da TR2 tra gli elettrodi di pozzo e sorgente di TR1 e, quando TR2 conduce, costituisce la tensione di polarizzazione VDS di TR1. In conclusione, un generico picco d'ampiezza di RF'in giunge a TR1 lungo due vie differenti, di cui la prima viene percorsa dal picco compreso nel segnale a radiofrequenza, e la seconda da quello compreso nell'inviluppo di modulazione.

La linea di ritardo RIT serve per compensare sulla prima via verso TR1 il maggior ritardo presente lungo la seconda via, di modo che i picchi d'ampiezza di RF'in all'ingresso del GaAsFET TR1 risultino in fase con i corrispondenti picchi d'ampiezza dell'inviluppo di RF'in contenuti nella tensione VP ripetuta da TR2. I diversi ritardi sulle due vie sono essenzialmente dovuti alle differenti lunghezze delle piste, ma per quanto riguarda la seconda via conta anche il ritardo introdotto dai blocchi: ACC-DIR, RIV-INV, VIDEO-AMP, e da TR2.

Il blocco VIDEO-AMP rappresenta un qualunque amplificatore di tipo noto in grado di amplificare linearmente sia segnali continui nel tempo, che segnali sinusoidali con frequenze comprese nella banda di frequenze significative dell'inviluppo di modulazione. In pratica, difficilmente la banda dei segnali d'inviluppo si estende oltre i 60 MHz, pur tuttavia conviene utilizzare per VIDEO-AMP un amplificatore lineare la cui funzione di trasferimento abbia ampiezza costante e fase che varia linearmente entro una banda assai più estesa, ad esempio da 0 a 200 MHz, caratterizzato quindi da minori ritardi ingresso/uscita compensabili mediante linee di ritardo RIT più corte.

Occorre a questo punto precisare che in fig.l viene indicato uno schema di massima, sufficiente a descrivere in maniera adeguata l'invenzione in oggetto. Il tecnico del ramo è comunque in grado di introdurvi quanto di noto usualmente serve per il buon funzionamento di un simile circuito, come ad esempio: i filtri di trappola sulle linee di alimentazione, i filtri di accoppiamento del segnale d'inviluppo di modulazione, i filtri d’ingresso e d'uscita del segnale a microonde, le reti di polarizzazione dei transistori TR1 e TR2, etc. In particolare, il transistore TR2 può anche essere un FET, in tal caso occorre modificare la tensione Vreg per fare in modo che la tensione VP fornisca la tensione di polarizzazione VGS del FET TR2.

Per quanto riguarda il transistore TR1, è stato utilizzato il GaAsFET della Fujitsu FLM3742-25DA, in grado di fornire 25 Watt in tutto un intervallo di frequenze compreso tra 3,7 e 4,2 GHz, quando viene polarizzato con una tensione VDS nominale di 10 V e una corrente IDS nominale di 6,2 A. I valori nominali che stabiliscono il punto di lavoro sono in genere forniti dalle case costruttrici dei dispositivi stessi per avere la massima potenza d'uscita a radiofrequenza e garantire sufficiente affidabilità al dispositivo.

La principale considerazione su cui si fonda l'invenzione in oggetto, trae origine dall'osservazione sperimentale che i parametri s della matrice di diffusione del GaAsFET TR1 mostrano una scarsa dipendenza dalla tensione VDS e dalla corrente IDS del punto di lavoro entro un certo intervallo di valori al di sotto dei valori nominali. In conseguenza di ciò, in corrispondenza di bassi valori del segnale d'ingresso RF'in, risulta possibile polarizzare il GaAsFET con una VDS di circa la metà di quella nominale e una IDS di circa il 40% più bassa, introducendo solo una lieve distorsione sul segnale amplificato, ma in compenso risparmiando una notevole potenza di alimentazione. Nel caso dell’esempio, quando il GaAsFET TR1 viene polarizzato con VDS = 5 V e — 4 A, invece dei valori nominali di 10 V e 6,2 A risulta, da misure effettuate, che il guadagno varia di soli 0,2 dB e la fase di circa 2°.

Le considerazioni di cui sopra sono ugualmente vere per altri tipi di dispositivi, ad esempio i normali FET funzionanti a frequenze più basse delle microonde, o i transistori bipolari, il che consente di estendere il funzionamento dell'amplificatore in oggetto in differenti intervalli di frequenze .

Dalle precedenti considerazioni sul punto di lavoro di TR1, e sul funzionamento di AMF, si può stabilire la tensione VA in 7,5 V, e Vg in 14 V. La corrente media IDS di 4 A prelevata da ALIM-A è determinata dalla rete di polarizzazione di TR1; per quanto riguarda la corrente media assorbita dall'alimentatore AL1M-B, con un valore di 50 μH per l'induttore L, è risultata circa 0,5 A con un segnale 64-QAM.

Dai valori forniti si può calcolare il risparmio di potenza rispetto al caso tradizionale di utilizzo di un solo alimentatore che fornisce i valori nominali di polarizzazione di TR1 indicati dalla casa costruttrice. Nel caso dell'esempio, la potenza assorbita complessivamente dagli alimentatori è di (7,5x4) (14x0,5) - 37,5 W, mentre nel caso tradizionale la potenza assorbita sarebbe non meno di 10x6,2 = 62 W. Il risparmio di potenza è di 62 - 37,5 - 24,5 W, che espresso percentualmente diventa (24,5/62)xl00 = 39,5%.

E' utile analizzare il funzionamento dell'amplificatore AMP dapprima per segnali d'ingresso lentamente variabili nel tempo, e poi per segnali rapidamente variabili. Occorre precisare che per segnali lentamente variabili si intende comunque riferirsi a portanti modulate d'ampiezza, o QAM, in cui l'inviluppo varia lentamente nel tempo al punto di poter considerare l'induttore L come un cortocircuitato e il diodo D ideale. Occorre inoltre ipotizzare che l'alimentatore ALIM-B sia in grado di fornire la corrente nominale di 6,2 A per il GaAsFET TR1. Sotto queste ipotesi, vediamo che TR2 inizia a condurre quando la tensione VP supera VA- In tal caso, funzionando TR2 da inseguitore di emettitore, la tensione VP viene riportata sull'elettrodo di pozzo di TR1, ove costituisce una tensione di polarizzazione VDS di TR1 variabile secondo l'inviluppo di modulazione del segnale RF'in. La conduzione di TR2 coincide con l'interdizione del diodo D e con l'esclusione dell’alimentatore ALIM-A, in tal caso la corrente di picco proviene completamente da ALIM-B. Poiché VP è la somma della tensione Vreg con la tensione d'inviluppo del segnale RF'in amplificata da VIDEO-AMP, la conduzione di TR2 pone un limite superiore alla tensione Vreg. Infatti, immaginando assente il segnale RF'in, risulta VP = Vreg, in tal caso il valore più alto di Vreg non deve causare la conduzione di TR2, di modo che la corrente ID S del GaAsFET TR1 provenga tutta dall'alimentatore ALIM-A. In pratica, limitatamente a quanto appena detto, Vreg non dovrebbe mai superare il valore di circa VA. Tuttavia questo valore non è applicabile poiché in presenza del segnale RF'in, TR2 entrerebbe in conduzione per livelli troppo bassi del segnale d'inviluppo, e non ci sarebbe quindi discriminazione tra valori d'ampiezza bassi e di picco del segnale RF'in, al fine di comandare l'iniezione della maggior potenza da parte dell'alimentatore ALIM-B. Occorre, allora fissare un limite inferiore al valore di Vreg di modo che l'ampiezza di VP tale per cui il transistore TR2 incomincia a condurre, corrisponda ad una soglia prefissata per la discriminazione di cui sopra. In conseguenza di quanto detto, sono previsti mezzi di regolazione della tensione Vreg, non mostrati in figura.

Restando sempre nell'ottica di partenza, ovvero quella dei segnali d'inviluppo lentamente variabili, il guadagno di VIDEO-AMP deve essere tale per cui la tensione VP trasferita sull'emettitore di TR2, sui picchi d'ampiezza dell’inviluppo, non superi il valore di 10 V della VDS nominale di TR1 stabilita dal costruttore.

Analizziamo ora il comportamento dell'amplificatore AMP per segnali d'ingresso rapidamente variabili nel tempo, in tal caso l'induttore L non è più assimilabile ad un cortocircuito e il diodo D non è più considerato ideale.

Con segnali RF'in modulati 64-QAM la suddetta soglia che discrimina tra valori d'ampiezza bassi e di picco viene attraversata molto rapidamente, sia in un senso che nel senso opposto, in quanto la durata dei picchi può essere anche molto breve, ad esempio dell'ordine di 20 nanosecondi. 11 fatto non pone particolari problemi di funzionamento al transistore TR2, sono oggi infatti facilmente reperibili, e poco costosi, transistori che amplificano senza distoreere segnali con larghezze di banda di 200 MHz e più, e quindi in grado di rispondere a picchi d'ampiezza di cosi breve durata. Una limitazione in tal senso viene dal diodo D che, in assenza dello induttore L, potrebbe risultare di difficile reperimento e comunque molto costoso. Un diodo siffatto dovrebbe infatti essere in grado di commutare correnti di 4 A in tempi inferiori alla minima durata dei picchi. L'induttore L ha il valore di 50 μΗ, che risulta abbastanza alto da bloccare il passaggio verso ALIM-A ai picchi veloci di corrente forniti da TR2, che altrimenti attraverserebbero la capacità parassita in parallelo alla giunzione del diodo D e giungerebbero ad ALIM-A a causa della minor tensione. Il diodo D ha cosi modo di raggiungere lo stato di interdizione più. lentamente e non risulta più un componente critico e costoso. La funzione dell'induttore L è più complessa di quella di un semplice induttore di blocco, in realtà essa funge anche da "volano" per quanto riguarda i picchi veloci di corrente di alimentazione, poiché si carica assorbendo energia da ALIM-A e fornisce in modo prevalente la corrente di picco fino a quando TR2 non ha raggiunto la netta conduzione, evitando in tal modo una commutazione istantanea tra i due alimentatori, per altro difficilmente realizzabile.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase, caratterizzati da picchi d'ampiezza di breve durata rispetto a più bassi valori d’ampiezza mediamente di maggior durata, comprendente: mezzi di ricezione di detto segnale a radiofrequenza e di accoppiamento a mezzi di amplificazione a radiofrequenza, primi mezzi di alimentazione che forniscono una tensione di alimentazione, relativamente bassa, a detti mezzi di amplificazione, secondi mezzi di alimentazione che forniscono una tensione di alimentazione, relativamente alta, a detti mezzi di amplificazione, e mezzi di connessione e controllo che connettono detti primi, o secondi, mezzi di alimentazione a detti mezzi di amplificazione, caratterizzato dal fatto che: detti mezzi di ricezione e accoppiamento (ACC-DIR, RIT) accoppiano detto segnale a radiofrequenza (RF'in) a detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP), su una prima via, ed a detti mezzi di connessione e controllo (RIV-INV, VIDEO-AMP, PIC-COMM) su una seconda via; e dal fatto che detti mezzi di connessione e controllo discriminano tra valori d'ampiezza bassi e di picco dell'inviluppo di modulazione di detto segnale a radiofrequenza (RF'in) e, in presenza di detti bassi valori d'ampiezza dell'inviluppo, connettono detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A) a detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP), mentre in presenza di detti picchi d'ampiezza dell'inviluppo, disconnettono detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A) da detti mezzi di amplificazione e contemporaneamente connettono detti secondi mezzi di alimentazione (ALIM-B) a detti mezzi di amplificazione.
2. 2. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di ricezione e accoppiamento (ACC-DIR, RIT) comprendono un accoppiatore direzionale (ACC-DIR), che accoppia detto segnale a radiofrequenza (RF’in) a detta prima e seconda via, e una linea di ritardo (RIT) inserita lungo il percorso di detta prima via, che mette in fase detti picchi d'ampiezza di detto segnale a radiofrequenza all'ingresso di detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP) con dei corrispondenti picchi di corrente che provengono da detti secondi mezzi di alimentazione (ALIM-B).
3. 3. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di connessione e controllo (PIC-COMM) che discriminano tra valori d'ampiezza bassi e di picco di detto inviluppo di modulazione comprendono: mezzi a diodo (L, D) che, in presenza di detti bassi valori d'ampiezza dell'inviluppo, connettono detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A) a detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP); e un transistore (TR2) che, in presenza di detti picchi d’ampiezza dell'inviluppo, connette detti secondi mezzi di alimentazione (ALIM-B) a detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP) e contemporaneamente interdice detti mezzi a diodo (L, D) causando la disconnessione di detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A) da detti mezzi di amplificazione.
4. 4. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto transistore (TR2) è connesso tra detti secondi mezzi di alimentazione (ALIM-B) e detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP) in configurazione ripetitore di tensione, la tensione che controlla detto transistore (TR2) essendo fornita da un rivelatore (RIV-INV) di detto inviluppo di modulazione, seguito da un amplificatore (VIDEO-AMP) che amplifica detto inviluppo e lo sovrappone ad una tensione continua (+Vreg), inferiore a quella (+VA) fornita da detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A); detta tensione continua (+Vreg) regolando l'inizio della conduzione di detto transistore (TR2) e discriminando tra detti valori d'ampiezza bassi e di picco di detto inviluppo.
5. 5. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi a diodo (L, D) sono costituiti da un diodo (D) posto in serie un induttore (L) di valore tale da impedire ai picchi di corrente di breve durata provenienti da detti secondi mezzi di alimentazione (ALIM-B), in corrispondenza di detti picchi d'ampiezza dell'inviluppo, di attraversare la capacità parassita di detto diodo (D) e raggiungere detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A).
6. 6. Amplificatore di segnali a radiofrequenza secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di amplificazione (RF-AMP-DISP) includono un transistore di potenza a radiofrequenza (TR1), preferibilmente di tipo ad effetto di campo, il cui elettrodo di pozzo è connesso all'emettitore, o all'elettrodo di sorgente, di detto transistore (TR2) appartenente a detti mezzi di connessione e controllo (PIC-COMM), e ad una estremità di detti mezzi a diodo (L, D) non connessa ai detti primi mezzi di alimentazione (ALIM-A) .
7. 7 . Amplificatore di segnali a radiofrequenza secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto transistore di potenza (TR1) è polarizzato con valori di tensione VDS e di corrente IDS inferiori a dei valori nominali tali per cui è possibile ottenere una massima potenza d'uscita a radiofrequenza senza introdurre significative distorsioni nel segnale amplificato (RFout).
8. 8. Amplificatore di segnali a radiofrequenza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti segnali a radiofrequenza (RF'in) sono modulati QAM secondo uno schema a numerosi livelli di modulazione.
9. 9. Amplificatore di segnali a radiofrequenza modulati d'ampiezza, o di ampiezza e fase secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto amplificatore (AMP) è preceduto da un linearizzatore (LIN) al cui ingresso pervengono detti segnali a radiofrequenza (RFin).