Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией

Авторы патента:


 

Целью полезной модели является получение более высокого (по сравнению с прототипом) коэффициента полезного действия при линейном усилении широкополосных сигналов с амплитудно-фазовой модуляцией.

Для достижения указанной цели в устройство, содержащее цифровой блок формирования квадратурных сигналов, вход которого является входом устройства, блок преобразования декартовых координат в полярные, на первом выходе которого формируется сигнал, равный фазе усиливаемого сигнала, а на втором равный его амплитуде, входы которого соединены с выходами цифрового блока формирования квадратурных сигналов, первый фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, синтезатор частот, первый выход которого соединен с опорным входом первого фазового модулятора, первый усилитель-перемножитель и полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого усилителя-перемножителя, а выход является выходом устройства, введены: первый усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого фазового модулятора, второй усилитель мощности, вход которого соединен со вторым выходом синтезатора частот, второй усилитель-перемножитель, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей мощности, а выход с первым входом первого усилителя-перемножителя, блок нормализации, вход которого соединен со вторым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, блок преобразования сигнала по закону арккосинуса, вход которого соединен с выходом блока нормализации, второй фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом блока преобразования сигнала по закону арккосинуса, а опорный вход со вторым выходом синтезатора частот, третий усилитель мощности, вход которого соединен с выходом второго фазового модулятора, а выход со вторым входом первого усилителя-перемножителя.

Область техники

Полезная модель относится к технике связи и может использоваться в передающих устройствах для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией.

Уровень техники

Известно устройство для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией наиболее близкое к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту (Cabria L., Cabral P.M., Pedro J.C., Garcia J.A. A Class E power Amplifier Design for Drain Modulation under a High PAPR WiMAX Signal. IEEE International Microwave Workshop Series on RF front-ends for Software Defined Cognitive Radio Solution (IMWS), Aveiro, portugal, 2010), содержащее цифровой блок формирования квадратурных сигналов, вход которого является входом устройства, блок преобразования декартовых координат в полярные, на первом выходе которого формируется сигнал, равный фазе усиливаемого сигнала, а на втором равный его амплитуде, входы которого соединены с выходами цифрового блока формирования квадратурных сигналов, первый фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, синтезатор частот, первый выход которого соединен с опорным входом первого фазового модулятора, первый усилитель-перемножитель и полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого усилителя-перемножителя, а выход является выходом устройства.

Недостатком этого устройства является снижение коэффициента полезного действия, обусловленное необходимостью применения широкополосных ключевых усилителей с большим запасом по частоте в тракте усиления ШИМ-последовательностей, которые для отсутствия искажений должны иметь высокую тактовую частоту, превышающую в 30-40 раз ширину полосы частот усиливаемого сигнала.

Известны и другие устройства для линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией (Kahn L.R. Single-Sideband Transmission by Envelope Elimination and Restoration. - Proc. IRE, vol. 40, no. 7, 1952. - pp. 803-806 и Kim Y.Y., Woo J., Kim J., Moon J., Kim, Kim B. High-efficiency Hybrid EER Transmitter using Optimized Power Amplifier. - IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., vol. 56, no. 11, 2008. - pp. 2582-2593), имеющие аналогичный недостаток.

Сущность полезной модели

Задачей полезной модели является разработка конструкции устройства для линейного усиления широкополосного сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией, которое имеет высокий коэффициент полезного действия.

Для достижения указанной задачи в устройство, содержащее цифровой блок формирования квадратурных сигналов, вход которого является входом устройства, блок преобразования декартовых координат в полярные, на первом выходе которого формируется сигнал, равный фазе усиливаемого сигнала, а на втором равный его амплитуде, входы которого соединены с выходами цифрового блока формирования квадратурных сигналов, первый фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, синтезатор частот, первый выход которого соединен с опорным входом первого фазового модулятора, первый усилитель-перемножитель и полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого усилителя-перемножителя, а выход является выходом устройства, введены: первый усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого фазового модулятора, второй усилитель мощности, вход которого соединен со вторым выходом синтезатора частот, второй усилитель-перемножитель, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей мощности, а выход с первым входом первого усилителя-перемножителя, блок нормализации, вход которого соединен со вторым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, блок преобразования сигнала по закону арккосинуса, вход которого соединен с выходом блока нормализации, второй фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом блока преобразования сигнала по закону арккосинуса, а опорный вход со вторым выходом синтезатора частот, третий усилитель мощности, вход которого соединен с выходом второго фазового модулятора, а выход со вторым входом первого усилителя-перемножителя.

Перечень фигур

Полезная модель поясняется фиг. 1 на которой представлена структурная электрическая схема предложенного устройства. Устройство содержит цифровой блок формирования квадратурных сигналов 1, блок преобразования декартовых координат в полярные 2, первый 3 и второй 12 фазовые модуляторы, первый 4, второй 9 и третий 13 усилители мощности, первый 6 и второй 5 усилители-перемножители, полосовой фильтр 7, синтезатор частот 8, блок нормализации 10 и блок преобразования сигнала по закону арккосинуса 11.

Осуществление полезной модели

Устройство работает следующим образом.

На вход устройства (вход блока формирования квадратурных сигналов 1) в цифровой форме поступает произвольный сигнал с амплитудно-фазовой модуляцией. На выходах блока формирования квадратурных сигналов 1 образуются квадратурные сигналы SRe(X) и SIm (t), представляющие собой декартовы координаты комплексной огибающей видеосигнала S(t), соответствующего поступающему оцифрованному информационному сигналу:

где j - мнимая единица.

Квадратурные сигналы SRe(t) и SIm(t) (1) с выходов блока формирования квадратурных сигналов 1 поступают на входы блока преобразования декартовых координат в полярные 2, на первом выходе которого формируется сигнал, равный фазе (t) видеосигнала, а на втором - равный его огибающей

где arg(x) - функция вычисления аргумента комплексного числа х.

Сигнал (t) (2) с первого выхода блока преобразования декартовых координат в полярные 2 поступает на сигнальный вход первого фазового модулятора 3. На опорный вход первого фазового модулятора 3 с первого выхода синтезатора частот 8 поступает сигнал VS (t) немодулированной несущей с циклической частотой S и постоянной амплитудой V:

На выходе первого фазового модулятора 3 в результате модулирования сигналом (t) (2) опорного сигнала VS(t) (4) образуется фазомодулированный сигнал P1(t).

Сигнал P1(t) (5) имеет постоянную огибающую и с выхода фазового модулятора он поступает на вход первого усилителя мощности 4, в котором усиливается в K1 раз. Таким образом, на выходе первого усилителя мощности формируется сигнал S1(t), равный

На втором входе синтезатора частот 8 формируется сигнал V0(t) немодулированной несущей с циклической частотой 02S и постоянной амплитудой V1:

Этот сигнал поступает на опорный вход второго фазового модулятора 12 и на вход второго усилителя мощности 9. На выходе второго усилителя мощности 9 образуется сигнал S 2(t), который представляет собой сигнал V0(t) (7), усиленный в K2 раз:

Сигналы S1(t) (6) и S 2(t) (8) с выходов первого 4 и второго 9 усилителей мощности соответственно поступают на входы второго усилителя-перемножителя 5. Поступившие на второй усилитель-перемножитель 5 сигналы S 1(t) (6) и S2(t) (8) перемножаются и усиливаются в G2 раз, формируя на его выходе сигнал S(t):

Сигнал А(t) (4) со второго выхода блока преобразования декартовых координат в полярные 2 поступает на блок нормализации 10. На выходе блока нормализации 10 формируется сигнал а(t), представляющий собой сигнал A(t) (3), нормированный на свое максимальное значение Am:

С выхода блока нормализации 10 сигнал a(t) (11) поступает на вход блока преобразования сигнала по закону арккосинуса 11, на выходе которого образуется сигнал Q(t), равный арккосинусу сигнала а(t) (11):

Сигнал Q(t) (12) с выхода блока преобразования сигнала по закону арккосинуса 11 поступает на сигнальный вход второго фазового модулятора 12. На выходе второго фазового модулятора 12 в результате модулирования сигналом Q(t) (12) опорного сигнала V0(t) (7) образуется фазомодулированный сигнал P 2(t):

Сигнал P2(t) (13) с выхода второго фазового модулятора поступает на вход третьего усилителя мощности 13, в котором он усиливается в K3 раз. Таким образом, на выходе третьего усилителя мощности 13 формируется сигнал SA(t), равный

Образованный на выходе третьего усилителя мощности 13 сигнал SA(t) (14) совместно с сигналом S(t) (10) с выхода второго усилителя-перемножителя 5 поступают на входы первого усилителя-перемножителя 6. Поступившие на первый усилитель-перемножитель 6 сигналы SA(t) (14) и S(t) (10) перемножаются и усиливаются в G1 раз, формируя на его выходе сигнал So(t):

Формула (15) может быть приведена тождественными тригонометрическими преобразованиями к следующему виду:

Сигнал So(t) (16) поступает на полосовой фильтр 7, в который пропускает составляющую сигнала So(t) (16) на частоте S и режектирует две другие составляющие.

В результате на выходе полосового фильтра 7 (выходе устройства) формируется сигнал Sout(t):

представляющий собой исходный видеосигнал S(t), перенесенный на частоту S и линейно усиленный в G1G2 K1K2K3VV1V2 /(2Am) раз.

Таким образом, предлагаемое устройство линейно усиливает сигнал. При этом, в предлагаемом устройстве во всех усилительных трактах осуществляется усиление непрерывных колебаний с фазовой модуляцией, а также колебания немодулированной несущей. Полоса пропускания этих трактов примерно равна ширине полосы частот усиливаемого сигнала. Более высокий (по сравнению с прототипом) коэффициент полезного действия при линейном усилении широкополосных сигналов в предлагаемом устройстве обеспечивается за счет отсутствия необходимости применения ключевых усилителей с большим запасом по частоте в тракте усиления ШИМ-последовательностей, которые для отсутствия искажений в усиливаемом сигнале должны иметь тактовую частоту на порядок больше ширины полосы частот сигнала.

Устройство линейного усиления сигнала с амплитудной и фазовой модуляцией, содержащее цифровой блок формирования квадратурных сигналов, вход которого является входом устройства, блок преобразования декартовых координат в полярные, на первом выходе которого формируется сигнал, равный фазе усиливаемого сигнала, а на втором - равный его амплитуде, входы которого соединены с выходами цифрового блока формирования квадратурных сигналов, первый фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, синтезатор частот, первый выход которого соединен с опорным входом первого фазового модулятора, первый усилитель-перемножитель и полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом первого усилителя-перемножителя, а выход является выходом устройства,

отличающееся тем, что в устройство введены: первый усилитель мощности, вход которого соединен с выходом первого фазового модулятора, второй усилитель мощности, вход которого соединен со вторым выходом синтезатора частот, второй усилитель-перемножитель, входы которого соединены с выходами первого и второго усилителей мощности, а выход с первым входом первого усилителя-перемножителя, блок нормализации, вход которого соединен со вторым выходом блока преобразования декартовых координат в полярные, блок преобразования сигнала по закону арккосинуса, вход которого соединен с выходом блока нормализации, второй фазовый модулятор, сигнальный вход которого соединен с выходом блока преобразования сигнала по закону арккосинуса, а опорный вход со вторым выходом синтезатора частот, третий усилитель мощности, вход которого соединен с выходом второго фазового модулятора, а выход со вторым входом первого усилителя-перемножителя.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх