Широкополосный усилитель мощности

Полезная модель относится к области радиотехники и связи и может быть использована при разработке широкополосных радиопередатчиков диапазона 1,5 - 30 МГц для передачи помехозащищенных сигналов с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ) в одном сеансе связи во всем рабочем диапазоне передатчика, а также передачи традиционных узкополосных сигналов.
Существующие в настоящее время радиопередатчики коротковолнового (KB) диапазона с широкополосными усилителями мощности имеют на выходе усилителей мощности, переключаемые в диапазоне рабочих частот октавные фильтры подавления высших гармоник несущей частоты усиливаемого сигнала [Муравченко В.Л. Корабельные радиопередатчики ВМФ. - СПб: Отраслевые журналы, 2017], представляющих помеху, засоряющую эфир. В то же время, ограничение режима ППРЧ шириной полосы октавного фильтра снижает его эффективность.
Известны широкополосные усилители мощности А.С. СССР №4346155 от 18.12.87, Патент США №735221 от 24.07.91.
Наиболее близким по технической сущности является Патент РФ №2701115 от 24.09.2019 «Широкополосный усилитель мощности».
Широкополосный усилитель мощности, состоящий из многоканального цифрового возбудителя, который на своих выходах формирует участки частотного спектра. К выходам усилительных модулей УМ1-УМ2 через коммутатор 6×12 подключены октавные фильтры блока фильтров, выходы которых объединены с помощью блока частотных диплексеров, выход которого через ключ К1 подключен к выходу усилителя «Выход В2». При этом в октавном режиме многоканальный цифровой возбудитель формирует когерентные сигналы, которые, будучи усиленными усилительными модулями УМ1-УМ6 через коммутатор 6×12, подаются на блок сложения мощности, и далее суммарный сигнал через коммутируемый блок фильтров поступает через ключ К1 на «Выход В2».
К недостаткам последнего может быть отнесено то, что усилитель содержит 6 усилителей мощности, каждый из которых подсоединен к одному из шести октавных фильтров гармоник. В этом случае необходимо, чтобы, при работе с сигналом с псевдослучайной перестройкой частоты, мощность каждого из 6 усилителей мощности была одинаковой и минимально допустимой. Таким образом, общая совокупная мощность 6 усилителей мощности превышает в 6 раз требуемую мощность для передачи сообщения.
Целью полезной модели является создание широкополосного усилителя мощности диапазона 1,5 - 30 МГц для осуществления радиосвязи в радиолинии с псевдослучайной перестройкой частоты во всем рабочем диапазоне широкополосного усилителя мощности при использовании одного усилителя мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный усилитель мощности, содержащий возбудитель, широкополосный усилитель мощности и шесть октавных фильтров, введены блок временной задержки, фильтр низких частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), шесть цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и 6 входных и 6 выходных коммутационных элементов, при этом выход возбудителя соединен параллельно с входом блока временной задержки и входом фильтра низких частот, выход блока временной задержки соединен со входом широкополосного усилителя мощности, выход широкополосного усилителя мощности соединен параллельно с шестью входами шести входных коммутационных элементов, выходы которых соединены со входами шести октавных фильтров, выходы шести октавных фильтров соединены с входами шести выходных коммутационных элементов, выходы которых соединены параллельно и подключены к выходной клемме широкополосного усилителя мощности, выход фильтра низких частот соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен параллельно со входами шести цифроаналоговых преобразователей, выход каждого из которых параллельно соединен с управляющими входами входных и выходных коммутационных элементов.
Блок-схема широкополосного усилителя мощности представлена на фиг. 1. Обозначения, принятые на фиг. 1 следующие:
1 - возбудительное устройство (ВУ);
2 - блок временной задержки (At);
3 - широкополосный усилитель мощности (УМ);
1
4 - входной коммутационный элемент (К);
2
5 - выходной коммутационный элемент (-К);
1
6
6 - октавные фильтры гармоник (ОФ … ОФ);
7 - фильтр нижних частот (ФНЧ);
8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
1
6
9 - цифроаналоговые преобразователи (ЦАП … ЦАП);
10 - выходная клемма широкополосного усилителя мощности (ВК);
Функционирование широкополосного усилителя мощности.
1
2
При появлении на выходе возбудительного устройства высокочастотного сигнала он поступает одновременно на входы блока временной задержки и фильтра нижних частот. Временная задержка Δt 2 требуется для того, чтобы задержать поступление сигнала на вход широкополосного усилителя мощности пока не будет подключен к его выходу октавный фильтр, соответствующий частоте усиливаемого сигнала. Величина Δt определяется суммарной задержкой в блоках ФНЧ 7, АЦП 8, ЦАП 9, К 4 и К 5. Функция ФНЧ 7 состоит в том, чтобы определить какой октавный фильтр соответствует поступившей на вход усилителя мощности частоте. Это происходит следующим образом. Граничная частота ФНЧ выбирается равной нижней рабочей частоте рабочего диапазона 1,5 МГц. На частотах, превышающих 1,5 МГц, уровень сигнала на выходе ФНЧ снижается.
[Ханзел Г.Е. Справочник по расчету фильтров. Пер. с англ. под ред. А.Е. Знаменского. - М.: Сов. радио, 1974] Таким образом, существующая зависимость уровня сигнала от частоты позволяет однозначно определять по уровню сигнала требуемый октавный фильтр для подключения его к выходу широкополосного усилителя мощности. С выхода ФНЧ сигнал, уровень которого определяется номиналом частоты, поступает на вход АЦП. При этом уровни, на которые реагирует АЦП 8, соответствуют дискретным значениям соответствующим диапазонам октавных фильтров.
1
6
1
6
1
2
1
2
3
На фиг. 2 представлен условный график изменений уровня сигнала на выходе ФНЧ 7 при частотах на его входе лежащих выше граничной частоты ФНЧ 7. На графике фиг. 2 граничной частоте соответствует обозначение F1. Из графика видно однозначное соответствие частотных интервалов и уровней сигнала на выходе ФНЧ 7. Так, уровню U1 соответствует частота F1, принадлежащая 1-ой частотной октаве, уровню U2 соответствует частота F2, принадлежащая 2-ой частотной октаве и т.д. В результате, на выходе АЦП 8 должны появляться бинарные комбинации, соответствующие номерам октавных фильтров от ОФ до ОФ. Электрические сигналы, соответствующие бинарным комбинациям в виде трехпозиционного кода (2=8), позволяющего зашифровать 6 необходимых позиций для включения в работу одного из 6-и ЦАП … ЦАП 9, поступают одновременно на все 6 ЦАП 9. В работу включается тот ЦАП, собственная кодовая комбинация которого совпадет с комбинацией, поступившей на его вход. В этом случае на его выходе формируется сигнал активации входного К и выходного К коммутационных элементов, которые подключают к выходу широкополосного усилителя мощности октавный фильтр, соответствующий частоте усиливаемого сигнала. При появлении на входе работающего ЦАП 9 кодовой комбинации, активирующей другие ЦАП 9, работающий ЦАП 9 выключается и коммутируемые им ключи К 4 и К 5 размыкаются.
При работе широкополосного усилителя мощности в остальных традиционных режимах работы октавные фильтры подключаются к выходу усилителя мощности также, как и в режиме ППРЧ, в зависимости от номинала рабочей частоты.
Таким образом, в предложенной полезной модели реализуется как режим с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты в диапазоне 1,5 - 30 МГц, так и режим усиления традиционных узкополосных сигналов при использовании одного усилителя мощности.