МНОГОКАНАЛЬНОЕ ШИРОКОПОЛОСНОЕ УСИЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

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.
1
2
1
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 и ЧРУ). Поэтому для заданной частоты входного сигнала отклик появляется только на одном из выходов ЧРУ.
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.
1
1
N
1
2
2
1
2
2
Фазовый коммутатор ФK формирует тот или иной вектор синфазно-противофазного возбуждения усилителей (OУ-ОУ) в зависимости от номера входа, на который поступает сигнал с ЧРУ. Выходные сигналы первой и нечетных высших гармоник каждого из усилителей, пройдя через выходной фазовый коммутатор ФК, поступают на вход ЧРУ, имеющий тот же номер, что и номер выхода ЧРУ. Естественно, все нечетные высшие гармоники окажутся за полосой пропускания соответствующего канала и будут отфильтрованы. Сигналы четных гармоник, создавая синфазный вектор возбуждения ФК, поступают на первый вход ЧРУ и также отфильтровываются. Следовательно, в сигнале на выходе всего устройства высшие гармоники отсутствуют.
2
2
Однако уровень подавления высших гармоник помимо фильтрующих свойств ЧРУсущественно зависит от степени взаимной электрической развязки входов мощного мостового фазового коммутатора ФК, 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.