Твердотельный усилитель мощности

Полезная модель относится к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах и может быть использована в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот. Устройство содержит предварительный усилитель (1), вход которого является входом усилителя, а выход соединен с входом делителя (2) мощности 1/N, выходы которого через модули (3) фазовой коррекции соединены с входами линий задержки (4). Выходы линий задержки (4) соединены с входами усилителей (5) каналов, выходы которого соединены с линиями задержки (6), выходы которых соединены с входами N-канального сумматора мощности (7) усилителей (5) каналов с питанием от общего источника тока (8). Технический результат заключается в снижении пикового значения потребляемого N усилителями от единого источника тока, в течение одного периода несущей частоты усиливаемого сигнала. Одновременно снижается уровень искажений сигнала на выходе в близком к насыщению режиме работы усилителя, и снижаются требования к источнику тока усилителя мощности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к технике полупроводниковых устройств, а именно к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах, и может быть использовано в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот.

Современное состояние полупроводниковой техники не обеспечивает получение высоких уровней мощности в СВЧ диапазоне волн в одноканальных усилителях мощности. В связи с этим широкое распространение получили твердотельные многоканальные усилители СВЧ диапазона волн с суммированием высокочастотной мощности.

Известен твердотельный усилитель мощности (книга «СВЧ полупроводниковые передатчики». Каганов В.И. Издательство - М.: Радио и связь, 1981 г. Стр.6, 7 рис.1.2), содержащий предварительный усилитель, делители мощности, усилители, и сумматор мощности. Недостатком такого твердотельного усилителя мощности является увеличение пикового потребления тока от единого источника питания, в случае применения нечетного количества усилительных каналов.

Известен также твердотельный усилитель мощности (патент RU 2343625 С1, МПК H03F 3/19, опубл. 10.01.2009), содержащий предварительный усилитель, микрополосковый делитель мощности с элементами коррекции фазы, усилители канала, волноводный сумматор, детектор. Известное устройство по своему назначению и технической сущности является наиболее близким к предлагаемому устройству и поэтому выбрано за прототип. Недостатком прототипа является увеличение пикового потребления тока твердотельным усилителем мощности от единого источника питания, в случае применения нечетного количества усилительных каналов.

Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание твердотельного усилителя в СВЧ диапазоне волн с суммированием высокочастотной мощности с улучшенными техническими характеристиками.

Полезная модель направлена на уменьшение пикового значения потребления тока от источника питания и улучшение линейности твердотельного усилителя мощности СВЧ диапазона. Указанный технический результат достигается тем, что N усилителей объединяются в единую схему, способом, позволяющим равномерно распределить потребление тока N усилителями в течение одного периода несущей частоты усиливаемого волнового сигнала и как следствие, уменьшить искажения передаваемого сигнала связанные с перегрузкой источника питания усилителей каналов. Одновременно снижаются требования, предъявляемые к, единому для всех каналов усиления, источнику тока.

Поставленная задача решается тем, что в твердотельный усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель, вход которого является входом усилителя, а выход соединен с входом делителя мощности 1/N, выходы которого соединены с N каналами усиления, каждый из которых на входе имеет фазовый корректор, выход которого соединен с входом дефазирующей линии задержки, с выхода которой сигнал поступает на усилитель канала, выход которого соединен с фазирующей усиленный сигнал линией задержки, выход которой соединен с входом сумматора мощности N/1, с выхода которого сигнал поступает на выход твердотельного усилителя мощности.

Поставленная задача решается также тем, что:

В каналах усиления после фазового корректора установлена, дефазирующая усиливаемый в каналах усиления сигнал, линия задержки, которая выполнена увеличением конструктивно необходимой длины соединительного коаксиального кабеля между фазовым корректором и усилителем канала на величину l), которую находим из соотношения:

L₁=n/N,

где n - порядковый номер линии усиления;

- длина волны несущей частоты в волноводе;

N - количество каналов усиления;

длину волны несущей частоты в волноводе находим из соотношения

=cv/f,

где с - скорость света в вакууме;

v - коэффициент укорочения, который например, для волновода с полиэтиленовым наполнителем равен 0,66;

f - частота несущей;

v - коэффициент укорочения длины волны в волноводе;

каналы усиления перед сумматором содержат фазирующую линию задержки, которая выполнена, увеличением конструктивно необходимой длины соединительного коаксиального кабеля между усилителем и сумматором на величину L₂ , которую находим из соотношения:

L₂ =(N-n)/N;

сумматор и делитель мощности параллельного типа с N секций на четвертьволновых отрезках линии с синфазным режимом возбуждения и заземленным развязывающим резистором (книга «Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний» / В.В.Заенцев, В.М.Катушкина, С.Е.Лондон, З.И.Модель; Под ред. З.И.Моделя. - М: Советское радио, 1980. Рис.8.1б, стр.115).

Питание усилителя мощности осуществляется от единого источника тока.

Новая совокупность существенных признаков заявляемого усилителя позволяет равномерно рассредоточить начальные фазы усиливаемого сигнала в каналах усиления, что уменьшает уровень пиков потребляемого от общего источника тока, и фазировать усиленные сигналы перед сумматором N/1. При этом снижается пиковое потребление тока от источника питания и уменьшаются искажения усиливаемого сигнала, связанные с перегрузкой источника питания по току.

Из известного уровня техники не выявлено технических решений, которым присущи все приведенные в формуле существенные признаки. Поэтому можно считать, что предлагаемое устройство соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены структурные электрические схемы:

на фиг.1 - твердотельного усилителя мощности;

на фиг.2 - канала усиления.

Твердотельный усилитель мощности работает следующим образом.

На вход предварительного усилителя (1), состоящего из нескольких каскадов усиления, выполненных на полевых транзисторах по схеме с общим истоком, поступает сигнал СВЧ, усиливается и подается на вход делителя мощности (2) параллельного типа на четвертьволновых отрезках линий параллельного типа, выходы которого соединены с N каналами усиления.

Каждый из N каналов усиления имеет возможность изменения фазовой длины фазовым корректором (3).

В каналах усиления сигналы дефазируются линиями задержки (4) на определенные для каждого промежутки времени, усиливаются усилителем канала (5) на мощном полевом транзисторе и поступает на линии задержки (6), выравнивающие фазы перед сумматором мощности (7) как показано на фигуре 2.

Питается твердотельный усилитель мощности от единого источника постоянного тока (8).

В результате дефазирования сигнала, поступающего на усилители каналов (5), потребляемый от единого источника (8) постоянный ток распределяется равномерно в течение каждого периода несущей частоты усиливаемого сигнала.

Твердотельный усилитель мощности, выполненный с возможностью питания от единого источника постоянного тока и содержащий предварительный усилитель, подключенный к делителю мощности параллельного типа с N секций, N выходов которого соединены с входами n каналов усиления, выходы каналов усиления подключены к сумматору мощности, отличающийся тем, что каналы усиления содержат перед усилителями линии задержки, выполненные с возможностью сдвига фазы усиливаемого в каналах сигнала на определенную для каждого канала величину, а после усиления сигнал поступает на линии задержки, выполненные с возможностью фазирования сигнала перед сумматором, при этом сумматор и делитель мощности параллельного типа с N секций на четвертьволновых отрезках линии с синфазным режимом возбуждения и заземленным развязывающим резистором.