КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
KEY POWER AMPLIFIER

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в радиопередатчиках.
Одним из основных параметров радиопередатчиков является линейность усиления, что в полной мере относится и к передатчикам с ключевыми усилителями мощности.
Известны ключевые усилители с улучшенной линейностью усиления, например АС СССР №1104647, H03F 3/217, 1984, АС СССР №1314438.
Известен также ключевой усилитель мощности АС СССР №1490704, H03F 3/217, 1989, содержащий широтно-импульсный модулятор, двухтактный выходной каскад, фильтр.
Недостатком как аналогов, так и прототипа является отсутствие количественной оценки линейности усиления этих усилителей.
Целью изобретения является обеспечение количественно заданной линейности усиления ключевого усилителя мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в ключевой усилитель мощности, содержащий широтно-импульсный модулятор и выходной фильтр, дополнительно включены высокочастотный разветвитель, двухтактный выходной каскад с числом усилительных элементов, равным 2N при N≥2, и определяемым требованием к коэффициенту линейности усиления усилителя, и сумматор, причем выход широтно-импульсного модулятора соединен со входом высокочастотного разветвителя, 2N выходов которого соединены со входами 2N усилительных элементов двухтактного выходного каскада, 2N выходов которого соединены с 2N входами сумматора, выход которого соединен со входом выходного фильтра.
Структурная схема предлагаемого ключевого усилителя мощности изображена на Фиг.1.
Ключевой усилитель мощности состоит из следующих функциональных блоков:
1 - широтно-импульсный модулятор;
2 - высокочастотный разветвитель;
3 - двухтактный выходной каскад;
1
N
3…3 - однотипные усилительные элементы (транзисторы);
4 - сумматор;
5 - выходной фильтр.
График функциональной зависимости коэффициента линейности (гармоник) К от числа усилительных элементов N в каждом плече двухтактного усилителя изображен на Фиг.2.
Работа схемы осуществляется следующим образом.
На вход широтно-импульсного модулятора 1 подается гармонический сигнал рабочей частоты. В широтно-импульсном модуляторе каждый полупериод гармонического сигнала преобразуется в последовательность N сигналов прямоугольной формы одинаковой амплитуды. Число N≥2 определяется функциональной зависимостью коэффициента линейности (гармоник) К от числа суммируемых прямоугольных импульсов. Форма тока на выходе сумматора представлена на Фиг.3. Коэффициент линейности определяется формулой:
Г
cp
1
где P=P-P - мощность гармоник;
СР
P - средняя мощность за период формируемого сигнала;
1
1
2
P=0,5I R - мощность первой гармоники;
R - активная нагрузка, на которой выделен сигнал;
1
I - амплитуда первой гармоники импульсов одинаковой амплитуды
1
С учетом двухтактной схемы усиления I находится с помощью разложения Фурье:
где
С учетом вышеуказанных аналитических соотношений для коэффициента линейности справедливо выражение:
Длительность импульсов соответствует требованиям формирователей гармонических колебаний методом сложения прямоугольных импульсов, описанным, например, в литературе. (Дмитриков В.Ф. и др. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. Москва: Радио и связь, 1988). Вся совокупность 2N прямоугольных импульсов поступает на сумматор (например А.С. 527008 Устройство сложения мощностей генераторов электрических колебаний. С.Е.Лондон, С.В.Томашевич, опубл. 1976). С выхода сумматора просуммированный сигнал поступает на вход выходного фильтра, селектирующего колебания рабочей частоты.
Предлагаемое изобретение позволяет обеспечить заранее заданную линейность усиления ключевого усилителя мощности в соответствии с требованиями к данному параметру усилителя.