Исследование энергетических характеристик системы АРР каскада усиления мощности передатчика цифрового ОВЧ радиовещания

23 декабря 2011 r. 11:28

ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА

Исследование энергетических характеристик системы АРР каскада усиления мощности передатчика цифрового ОВЧ радиовещания

Статья посвящена вопросам применения системы АРР в каскаде усиления мощности передатчика цифрового ОВЧ радиовещания. Приведены энергетические характеристики, полученные в результате аналитического расчета, а также по результатам компьютерного моделирования ключевого усилителя мощности системы АРР. Также с помощью компьютерного моделирования проведено оценка требуемого порога регулирования напряжения питания усилителя мощности.

Дулов И.В., Иванюшкин Р.Ю.

Использование сигналов с частотным мультиплексированием (OFDM) [ 1] в системах цифрового радиовещания, таких как DRM+, DAB+ и AVIS [2,3], диктует жесткие требованга к линейности амплитудной и фазоамплитудной характеристик передатчика. Причина этого — высокий пик-фактор OFDM си тала. Использование специальных высоколинейных режимов работы в усилителе мощности влечет за собой снижение КПД это выражается в повышенном энергопотреблении, а также в использовании громоздких систем теплоотвода, которые ухудшают массогабаригные показатели радиопередатчика. Кроме того, требуются специальные высоколинейные усилительные приборы. Все это, в конечном счете, приводит к повышению стоимости радиопередатчика.

Потому, в разрабатываемых передатчиках систем цифрового радиовещания наряду с применением классических линейных усилителей мощности, используются специальные методы, направленные на повышение энергетической эффективности устройства. К числу наиболее эффективных методов относятся следующие [4]:

1. Метод Л. Кана.

2. Метод дефазирования.

3. Метод АРР по питанию.

Первым двум методам — Л. Кана и дефазирования присущи специфические искажения (5), вызываемые неидельностью фазовых характеристик усилительных трактов, наличие которых делает крайне затруднительным применение этих методов в передатчиках цифрового радиовещания ОВЧ диапазона. Таких принципиальных трудностей нет в случае применения метода APR кроме того этот метод по сравнению с двумя другими, атличоет простота практической реализации.

Структурная схема реализации системы АРР приведена на рис. 1. Метод заключается в регулировании питающего напряжения

усилителя мощности таким образом, чтоб его режим поддерживался граничным при любых изменениях амплитуды усиливаемого сигнала. Для этого выделяется огибающая усиливаемого сигнала, по закону изменена которой, напряжение питания усилительных каскадов регулируется при помощи высокоэффективного ключевого ШИМ-регулятора клосса D.

Экспериментальное исследование эффективности системы АРР проводилось на компьютерной модели усилителя мощности для передатчика цифрового радиовещания ОВЧ диапазона, построенного на транзисторе BLF578 [6]. На рис. 2. приведены результаты моделирования.

Рисунок 2 нагляоно показывает значительное повышение среднего КПД усилителя мощности при использовании системы АРР, что позволяет сделать вывод о целесообразности применения этой системы.

Применяется как система АРР без начального порога регулирования так и система с порогом регулирования питающего напряжения [7]. Для системы АРР радиовещательных передатчиков диапазона ОВЧ целесообразнее использовать вариант с порогом регулирования, что позволяет снизить требования к точности регулирования, ценой незначительного уменьшения выигрыша по КПД

Это связано с тем, что огибающая спектра сигнала на входе усилителя мощности фильтруется перед LLI ИМ-модулятором фильтром нижних частот, таким образом, часть информации об изменении амплитуды сигнала теряется. В ряде случоев, такая фильтрация делается специально, чтобы уменьшить требуемую полосу пропускания канала огибающей, и, тем самым, снизить необходимую тактовую частоту ШИМ (которая выбирается не менее, чем в 7-8 раз выше верхней частоты спектра огибающей), от величины которой, прежде всего, зависит КПД мощного регулятора питающего напряжения. При ограничении полосы частот огибающей, амплитуда напряжения на входе ШИМ-модул«ггора становится меньше, чем реальная амплитуда усиливаемого сигнала на входе УМ. Если использовать вариант АРР без начального порога регулирования, то при малой

*,(0

ФНЧ

Гч, ВФС М> 1

FW. 1. Структурнся схема ус ига теля мощности с системой АРР по питанию

T-Comm, #9-2011

71