КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к электрорадиотехнике, а именно к ключевым усилителям высокой частоты и может быть использовано в радиопередатчиках коротковолнового диапазона.
Известны ключевые усилители, которые, являясь широкополосными, способны обеспечивать борьбу с помехами за счет быстрой перестройки с одной рабочей частоты на другую, например, А.С. СССР №1490704, 1989, Патент РФ №2542879 от 23.01.2015.
Наиболее близким по технической сущности из перечисленных устройств является «КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ» Патент РФ №151266 от 26.02.2015 г.
Недостатком, этих ключевых широкополосных передатчиков является то, что в этих усилителях не предусмотрена работа таким эффективным способом борьбы с помехами как работа широкополосными сигналами, содержащими сумму N одновременно усиливаемых гармонических колебаний на поднесущих частотах, промодулированных одним и тем же информационным сигналом.
Целью полезной модели является расширение возможности ключевых усилителей мощности в части обеспечения эффективной работы в помехозащищенных радиолиниях, использующих широкополосные сигналы с несколькими поднесущими частотами.
Поставленная цель достигается тем, что в ключевой усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель, широтно-импульсный модулятор, выходной усилитель, содержащий N однотипных усилительных элементов, сумматор и выходной фильтр, аналого-цифровой преобразователь и N цифро-аналоговых преобразователей, дополнительно включенное устройство суммирования высокочастотного напряжения широкополосного сигнала и сигнала с постоянным напряжением, равным максимальному значению огибающей широкополосного сигнала, причем выход предварительного усилителя соединен с входом устройства суммирования широкополосного сигнала и сигнала с постоянным напряжением, а его выход соединен с входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя соединен с N входами цифро-аналоговых преобразователей, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего ему по номеру усилительного элемента выходного усилителя, N выходов усилительных элементов выходного усилителя соединены с N 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. - предварительный усилитель;
2. - устройство суммирования высокочастотного напряжения широкополосного сигнала и сигнала с постоянным напряжением;
3. - широтно-импульсный модулятор;
4. - аналого-цифровой преобразователь;
5. - выходной каскад;
a1
aN
5…5 - цифро-аналоговые преобразователи;
1
N
5…5 - однотипные усилительные элементы;
6. - сумматор;
7. - выходной фильтр.
Работа схемы осуществляется следующим образом.
На вход предварительного усилителя подается усиливаемый гармонический сигнал, представляющий собой сумму отдельных гармонических сигналов, отличающихся номиналами своих частот. Например, сигнал из 5 гармонических составляющих будет иметь следующий вид:
m
1
2
3
4
5
F(t)=U(sinwt+sinwt+sinwt+sinwt+sinwt)
m
1
5
где: U - амплитуды усиливаемых колебаний; w…w - круговые частоты гармонических колебаний, отличающиеся друг от друга на одинаковую величину, например на 2 кГц при средней частоте 1 МГц.
Как сказано выше, усилитель работает в классе усиления А, но благодаря тому, что сигнал формируется суммированием прямоугольных импульсов, генерируемых N ключевыми усилителями, обеспечивается высокий КПД и линейность усилителя (см. Патент РФ №2542879 от 23.01.2015.) Чтобы обеспечить усиление в классе A необходимо сделать сигнал однополярным, для чего необходимо к сигналу F(t) добавить постоянную составляющую, компенсирующую отрицательную составляющую этого сигнала. На Фиг. 2 представлен результат расчета огибающей сигнала с добавленной несущей равной 5. Пример реализации устройства суммирования 2 приведен на Фиг. 3.
В приведенном примере расчета 1-ой и 5-ой гармоническим составляющим сигнала присвоены начальные фазы равные 0.2π, а 2-ой и 4-ой - 0.4π. С выхода устройства суммирования 2 сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора.
m
м
В широтно-импульсном модуляторе огибающая сигнала F(t)+5Uпреобразуется в последовательность N сигналов прямоугольной формы одинаковой амплитуды. При поступлении каждого n-ого сигнала на аналого-цифровой преобразователь уровень этого сигнала преобразуется в соответствующую этому уровню цифровую последовательность. Число двоичных знаков числовой последовательности м определяется формулой 2≤N. Сформированная цифровая последовательность поступает на все цифро-аналоговые преобразователи.
Каждый из N сигналов преобразуется в цифровую последовательность, соответствующую определенному уровню сигнала. Далее цифровая последовательность поступает на все цифро-аналоговые преобразователи, которые запрограммированы таким образом, что сигнал на их выходах появляется только тогда, когда входная цифровая последовательность соответствует последовательности, занесенной в память данного цифро-аналогового преобразователя.
Число открываемых усилительных элементов в этом случае строго соответствует полученным ими командам, переданным в цифровой форме.
Вся совокупность N прямоугольных импульсов поступает на сумматор высокочастотных колебаний (см. Модель З.И. Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний. М.: Сов. Радио, 1980)
С выхода сумматора сигнал поступает на вход выходного фильтра, селектирующего колебания рабочей частоты.