Широкополосный усилитель мощности
BROADBAND POWER AMPLIFIER

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередатчиках. Достигаемый технический результат - повышение надежности усилителя мощности.
Известны цифровые радиопередатчики:
1. Патент РФ №2602974 от 27.10.2016 г. Цифровой широкополосный радиопередатчик;
2. Патент РФ №2400923 от 20.10.2009 г. Ключевой усилитель мощности.
Описания усилителей мощности в обоих патентах содержат широкополосные высокочастотные разветвители, несколько десятков усилительных элементов и широкополосные устройства сложения мощности (сумматоры).
К общим недостаткам этих усилителей может быть отнесено то, что как в аналоге, так и в прототипе большое количество усилительных элементов, обусловленное требованием к линейности усилителя (Муравченко В.Л. Оценка мощности высших гармоник при ключевом формировании гармонических колебаний. Радиотехника, №6, 2007) и сложные в реализации широкополосные разветвители и сумматоры.
Σ
i
Большое количество используемых элементов в радиоэлектронном средстве делает его менее надежным. Так суммарная интенсивность отказов λ рассчитывается по формуле  где N - количество элементов в устройстве; λ - интенсивность отказов i-го элемента. (Боровиков С.М., Цырельчук И.Н., Троян Ф.Д. Расчет показателей надежности радиоэлектронных средств. - Минск: БГУИР, 2010.)
Расчетная формула суммарной интенсивности отказов подтверждает рост интенсивности отказов при увеличении числа элементов в радиоэлектронных средствах.
Наиболее близким по технической сущности является Патент РФ №2400923.
Целью изобретения является повышение надежности широкополосного усилителя мощности за счет уменьшения 2N используемых усилительных элементов до одного в каждом плече двухтактного усилителя и сокращения 2N выходов широкополосного разветвителя и 2N входов широкополосного устройства суммирования мощности ВЧ-сигналов до 2-х.
Для достижения этой цели необходимо, принятый в прототипе принцип формирования многоступенчатой формы выходного сигнала, заключающийся в использовании каждого отдельного усилительного элемента для формирования одной из N ступеней в каждом полупериоде (для реализации заданной линейности усилителя), заменить на принцип формирования ступенчатой формы сигнала путем ступенчатой модуляции одного усилителя в каждом плече твухтактного усилителя. Возможность реализации высокой линейности такого усилителя подтверждена в монографии Дмитриков В.Ф., Петяшин Н.Б., Сивере М.А. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. - М.: Радио и связь, 1988, стр. 20 «Наилучшие показатели по гармоническому составу позволяет получить ступенчатая модуляция выходного напряжения».
При реализации нового принципа формирования ступенчатой формы выходного сигнала предлагается широкополосный усилитель мощности, содержащий высокочастотный разветвитель, двухтактный выходной каскад, сумматор и выходной фильтр, отличающийся тем, что дополнительно введен ступенчатый модулятор с числом ступеней в каждом полупериоде равным N, определяемым требованием к коэффициенту линейности усиления усилителя, причем выход ступенчатого модулятора соединен с входом высокочастотного разветвителя, два выхода которого соединены с двумя входами двух усилительных элементов двухтактного каскада усилителя, два выхода которых соединены с двумя входами сумматора, выход которого соединен со входом выходного фильтра.
Структурная схема предлагаемого широкополосного усилителя мощности изображена на Фиг. 1.
Обозначения, принятые на Фиг. 1:
1 - ступенчатый модулятор;
2 - высокочастотный разветвитель;
3 - двухтактный выходной каскад;
1
2
3, 3 - однотипные усилительные элементы (транзисторы);
4 - сумматор;
5 - выходной фильтр.
Работа схемы осуществляется следующим образом.
На вход ступенчатого модулятора 1. подается гармонический сигнал рабочей частоты. В ступенчатом модуляторе каждый полупериод гармонического сигнала преобразуется в сигнал ступенчатой формы. Формирователи таких сигналов подробно описаны в литературе (Дмитриков В.Ф., Петяшин Н.Б., Сивере М.А. Высокоэффективные формирователи гармонических колебаний. - М.: Радио и связь, 1988).
Форма сигнала на выходе сумматора представлена на Фиг. 2.
Форма сигнала на выходе широкополосного усилителя мощности, как при суммировании отдельных ступеней отдельных усилительных элементов, так и при формировании этого сигнала при ступенчатой форме модулирующего сигнала будет одинакова. Отсюда следует, что аналитический аппарат для расчета коэффициента линейности сигнала, сформированного двумя различными способами, одинаков и полученный результат расчета, также будет одинаков при условии равенства числа ступеней N в каждом полупериоде как в прототипе, так и в предлагаемом усилителе мощности.
Таким образом, предложенный принцип построения широкополосного усилителя мощности, использующий ступенчатую модуляцию при формировании выходного сигнала, позволяет получить требуемую линейность усиления при существенном сокращении числа используемых усилительных элементов, что должно положительно отразиться на его надежности.