Многоканальное широкополосное усилительное устройство
Полезная модель представляет собой многоканальное усилительное устройство, на входе которого включено каскадное соединение частотно-разделительного устройства и входного фазового коммутатора, к i-му выходу которого (i=1,....,N) через i-ый усилитель подключен i-ый вход выходного фазового коммутатора, i-ый выход которого через последовательное соединение полосового фильтра i-го канала, делителя мощности i-го канала и выходной линии задержки i-го канала подключен к одному из входов сумматора i-го канала, к другому входу которого через i-ый полосовой усилитель подключен выход блока сравнения i-го канала, один из входов которого подключен ко второму выходу делителя мощности i-гo канала, а другой вход -подключен через входную линию задержки i-гo канала к i-му выходу частотно-разделительного устройства и к i-му входу входного фазового коммутатора, причем выход сумматора i-гo канала подключен к i-му входу частотно-суммирующего устройства.
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в различных широкополосных усилительных системах, например, в качестве оконечного усилительного каскада связных или телевизионных передатчиков, работающих в полосах частот, перекрывающих несколько октав, в измерительных усилителях и т.п.
В системах такого рода большую опасность представляют нелинейности амплитудных характеристик усилительных трактов, вызывающие появление специфических помех. Так, в многоканальных наземных или спутниковых радиолиниях с частотным уплотнением единого широкополосного ствола парциальными каналами нелинейность передающего тракта приводит к возникновению интермодуляционных и межканальных помех, что приводит к снижению качества передачи сигналов в радиолиниях вплоть до полной потери их работоспособности. Подобные явления могут иметь место и в других радиотехнических системах.
Для снижения интермодуляционных искажений в широкополосных усилителях высокой мощности используются различные методы линеаризации, которые отличаются друг от друга степенью коррекции интермодуляционных искажений, стоимостью и полосой пропускания. В настоящее время наиболее широко используются такие методы линеаризации, как предыскажения, обратная связь по огибающей и связь вперед. Усилитель со связью вперед обеспечивает наибольшую полосу частот (>25 МГц) и степень подавления интермодуляционных искажений (от 30 до 35 дБ).
Известно устройство, использующее принцип связи вперед (J.S.Кеnnеy, A.Leke, "Design Consideration for Multicamer CDMA Base Station Power Amplifier". Microwave Journal, vol. 42, №2, February 1999, pp.76-86). В усилительном тракте со связью вперед, (английское название «feed forward», в отличие от «feedback» - «обратная связь»), входной неискаженный сигнал через делитель мощности поступает на вход основного усилителя и линию задержки. Часть выходного сигнала основного усилителя, выделенная в направленном ответвителе, подается на один вход схемы сравнения, на другой вход которой подается задержанный в основной линии задержки входной сигнал. В схеме сравнения сравниваются неискаженный сигнал с выхода линии задержки и сигнал с выхода направленного ответвителя, содержащий, помимо полезных составляющих, нелинейные искажения и шумы основного усилителя. Выделенные в схеме сравнения искажения усиливаются вспомогательным усилителем и поступают на выходной сумматор мощности, где складываются в противофазе с задержанным в дополнительной
линии задержки сигналом основного усилителя на выходе направленного ответвителя. При равенстве коэффициента деления направленного ответвителя коэффициенту усиления вспомогательного усилителя и правильном выборе амплитудно- и фазо-частотных характеристик линий задержки можно добиться полного отсутствия искажений в сигнале на выходе выходного сумматора мощности.
Основным недостатком устройств со связью вперед является необходимость обеспечения высокой степени идентичности коэффициентов передачи усилителей и соответствующих линий задержки во всей полосе рабочих частот. Невыполнение этих требований приводит к ощутимому снижению степени уменьшения нелинейных искажений и к резкому ухудшению энергетических характеристик всего тракта.
Известно также устройство (Широкополосные радиопередающие устройства/Под ред. О.В.Алексеева. - М.: Связь, 1978), которое позволяет существенно уменьшить уровень высших гармоник широкополосных усилителей и представляет собой многоканальное схемное решение с фазовой коммутацией.
Такой подход предполагает разбиение всего частотного диапазона усилительного тракта на N поддиапазонов (первый с перекрытием по частоте - 2, остальные - 3), каждому из которых соответствует свой канал входного и выходного частотно-разделительных устройств (ЧРУ 1 и ЧРУ2). Поэтому для заданной частоты входного сигнала отклик появляется только на одном из выходов ЧРУ1.
Известное многоканальное широкополосное усилительное устройство содержит последовательное соединенные входное частотно-разделительное устройство, имеющее N выходов, первый фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, второй фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, выходное частотно-суммирующее устройство, имеющее N входов, а также N усилителей, включенных между соответствующими N выходами первого фазового коммутатора и соответствующими N входами второго фазового коммутатора.
Фазовый коммутатор ФK1 формирует тот или иной вектор синфазно-противофазного возбуждения усилителей (OУ1-ОУN) в зависимости от номера входа, на который поступает сигнал с ЧРУ 1. Выходные сигналы первой и нечетных высших гармоник каждого из усилителей, пройдя через выходной фазовый коммутатор ФК 2, поступают на вход ЧРУ2, имеющий тот же номер, что и номер выхода ЧРУ1. Естественно, все нечетные высшие гармоники окажутся за полосой пропускания соответствующего канала и будут отфильтрованы. Сигналы четных гармоник, создавая синфазный вектор возбуждения ФК 2, поступают на первый вход ЧРУ2 и также отфильтровываются. Следовательно, в сигнале на выходе всего устройства высшие гармоники отсутствуют.
Однако уровень подавления высших гармоник помимо фильтрующих свойств ЧРУ 2 существенно зависит от степени взаимной электрической развязки входов мощного мостового фазового коммутатора ФК 2, обеспечение которой значительно усложняет реализацию всего устройства в целом.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в создании многоканального широкополосного усилительного устройства с уменьшенным уровнем нелинейных искажений.
Поставленная задача достигается следующим образом. Полезная модель, так же как и известное устройство, содержит последовательное соединенные входное частотно-разделительное устройство, имеющее N выходов, первый фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, второй фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, и N усилителей, включенных между соответствующими N выходами первого фазового коммутатора и соответствующими N входами второго фазового коммутатора, а также частотно-суммирующее устройство, имеющее N входов. Но в отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели введены последовательно соединенные i-й полосовой фильтр, i-й делитель мощности, i-я линия задержки и i-й сумматор, где i=1,2,...,N, последовательно соединенные i-я дополнительная линия задержки, i-й блок сравнения и i-й полосовой усилитель, где i=1,2,...,N, причем вход i-го полосового фильтра соединен с i-м выходом второго фазового коммутатора, вход i-й дополнительной линии задержки соединен с i-м выходом входного частотно-разделительного устройства, выход i-го полосового усилителя соединен с вторым входом i-гo сумматора, выход которого соединен с i-м входом выходного частотно-суммирующего устройства, где i=1,2,...,N.
На чертеже представлена электрическая структурная схема многоканального широкополосного усилительного устройства.
Полезная модель представляет собой многоканальное усилительное устройство, на входе которого включено каскадное соединение частотно-разделительного устройства 1 (ЧРУ1) и входного фазового коммутатора 2 (ФК2), к i-му входу которого (i=1,...,N) подключен вход дополнительной линии задержки i-гo канала 3 (ЛЗ3), а к i-му выходу через i-ый усилитель 4 (У4) подключен i-ый вход выходного фазового коммутатора 5 (ФК5), i-ый выход которого через полосовой фильтр i-гo канала 6 (ПФ6) подсоединен к входу делителя мощности i-гo канала 7 (ДМ7), к одному из выходов которого подключен один из входов блока сравнения i-гo канала 8 (БС8), выход которого через i-ый полосовой усилитель 9 (ПУ9) подключен к одному из входов сумматора i-гo канала 10 (СУ10), к другому входу которого подключен выход линии задержки i-гo канала 11 (ЛЗ11), а к
выходу подключен i-ый вход частотно-суммирующего устройства 12 (ЧСУ12), причем выход дополнительной линии задержки i-го канала 3 (ЛЗ3) подключен ко второму входу блока сравнения i-гo канала 8 (БС8), а второй выход делителя мощности i-го канала 7 (ДМ7) соединен к входу линии задержки i-гo канала 11 (ЛЗ11).
Многоканальное широкополосное усилительное устройство работает следующим образом. Широкополосный входной сигнал разделяется на N смежных частотных полос и поступает на входы первого фазового коммутатора 2, который передает каждую частотную полосу одновременно на входы всех усилителей 4. Сигналы усиливаются в усилителях 4 и через второй фазовый коммутатор 5 поступают на входы полосовых фильтров 6. Причем на входе соответствующего полосового фильтра 6 появляется сигнал в соответствующей полосе этого фильтра. Далее выходные сигналы полосовых фильтров 6 поступают на вход выходного частотно-суммирующего устройства 12, на выходе которого восстанавливается форма неискаженного входного сигнала.
Использование в устройстве первого и второго фазовых коммутаторов позволяет увеличить мощность в нагрузке в N раз по сравнению с мощностью, формируемой одним усилителем 4.
Благодаря введению в устройство делителей мощности 7, блоков сравнения 8 полосовых усилителей 9, сумматоров 10, линий задержки 11 и дополнительной линии задержки 3 обеспечивается подавление нелинейных искажений, возникающих в усилителях 4, за счет формирования соответствующего компенсирующего сигнала на втором входе сумматоров 10.
Особенностью устройства является работа схем компенсации нелинейных искажений не во всей полосе устройства, а только в единичной полосе одного канала частотно-разделительного устройства. Благодаря уменьшению полосы пропускания схем связи вперед, компенсирующих нелинейные искажения, повышается точность их работы и, соответственно, снижается уровень нелинейных искажений устройства.
Многоканальное широкополосное усилительное устройство, содержащее последовательное соединенные входное частотно-разделительное устройство, имеющее N выходов, первый фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, второй фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, и N усилителей, включенных между соответствующими N выходами первого фазового коммутатора и соответствующими N входами второго фазового коммутатора, а также частотно-суммирующее устройство, имеющее N входов, отличающееся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений, введены последовательно соединенные i-й полосовой фильтр, i-й делитель мощности, i-я линия задержки и i-й сумматор, где i=1, 2, ..., N, последовательно соединенные i-я дополнительная линия задержки, i-й блок сравнения и i-й полосовой усилитель, где i=1, 2, ..., N, причем вход i-го полосового фильтра соединен с i-м выходом второго фазового коммутатора, вход i-й дополнительной линии задержки соединен с i-м выходом входного частотно-разделительного устройства, выход i-го полосового усилителя соединен со вторым входом i-го сумматора, выход которого соединен с i-м входом выходного частотно-суммирующего устройства, где i=1, 2, ..., N.
