×
02.07.2019
219.017.a34b

Аналоговый предыскажающий линеаризатор для усилителя мощности

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области линеаризующих устройств и может быть использовано в составе усилителей мощности бортовой и наземной аппаратуры. Технический результат заключается в повышении линейности усилителя мощности, улучшающем качество передачи информации в рабочей полосе частот и выполнение жестких требований электромагнитной совместимости (ЭМС) за её пределами. Входной высокочастотный сигнал поступает на вход сумматора-разветвителя 1 первый выход которого соединен со входом аттенюатора 3, выход аттенюатора 3 соединен со входом фазовращателя 4, выход которого соединен с первым входом сумматора-разветвителя 2. Второй выход сумматора-разветвителя 1 соединен с первым портом 8.1 гибридного кольца 8, второй порт 8.2 гибридного кольца 8 соединен со входом фильтра нижних частот 5, третий порт 8.3 гибридного кольца 8 соединен со входом нелинейного блока 7, четвертый порт 8.4 гибридного кольца 8 соединен со вторым входом сумматора-разветвителя 2, при этом выход сумматора-разветвителя 2 соединен со входом линейного усилителя 6. Высокочастотный сигнал с выхода линейного усилителя 6 поступает на вход усилителя мощности, компенсируя нелинейные искажения усилителя мощности. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области линеаризующих устройств и может быть использовано в составе усилителей мощности бортовой и наземной аппаратуры.

При усилении радиочастотного сигнала в усилителе мощности (УМ) на его выходе возникают нелинейные искажения, вызванные амплитудной (АМ/АМ) компрессией и амплитудно-фазовой (АМ/ФМ) конверсией нелинейного элемента. Данные искажения ухудшают качество передаваемой информации в рабочей полосе частот и нарушают требования электромагнитной совместимости за её пределами. Для коррекции нелинейных искажений, возникающих в УМ, в настоящее время используют различные системы линеаризации, наиболее эффективными из которых являются системы предыскажающей линеаризации.

Из уровня техники известен линеаризатор, применяемый для повышения линейности характеристик радиочастотного усилителя мощности (патент на изобретение US 5999047). Схема линеаризатора построена по мостовой схеме с делением на две ветви: линейную, состоящую из фазовращателя и фиксированной задержки, и нелинейную, включающая себя генератор искажений и аттенюатор. Выход схемы линеаризатора соединен с усилителем и аттенюатором. Схема управления принимает команды управления включения, отключения и формирует двухуровневый сигнал телеметрии, состояние которого показывает режим работы. Схема управления регулирует параметры линеаризатора и устанавливает коэффициент усиления выходного усилителя и затухание выходного аттенюатора. Весь линеаризатор может быть реализован на подложке, например, из поликора. Линеаризатор может использоваться с твердотельными усилителями мощности и усилителями на лампах бегущей волны, которые работают в диапазонах частот S, C, X, Ku, Ka, Q, V, W или в любой другой желаемой полосе частот.

Недостатком известного линеаризатора является более высокий уровень интермодуляционных искажений третьего, пятого и более высоких порядков относительно предлагаемого технического решения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является линейный усилитель мощности, который состоит из последовательно соединенных входного двигателя, фазовращателя, фазорасщепителя, первого усилителя, выходного сумматора, второго усилителя, идентичного первому и включенного между вторым выходом фазорасщепителя и вторым входом выходного сумматора, между вторым выходом входного делителя и вторым входом фазорасщепителя включенного ограничителя (патент на изобретение РФ №2099855).

Однако, данное техническое решение предполагает использование двух идентичных усилителей мощности, что не приемлемо с точки зрения экономических и массо-габаритных показателей и требует высокой точности идентичности параметров.

Задачей заявляемого технического решения является уменьшение величины продуктов интермодуляционных искажений третьего, пятого и более высоких порядков, возникающих в усилителе мощности.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение линейности усилителя мощности, улучшающее качество передачи информации в рабочей полосе частот и выполнение жестких требований электромагнитной совместимости (ЭМС) за её пределами.

Структурная схема предлагаемого аналогового предыскажающего линеаризатора представлена на рисунке 1, в состав которого входят:

– сумматор-разветвитель 1 и 2;

– управляемый аттенюатор 3;

– управляемый фазовращатель 4;

– фильтр нижних частот 5;

– линейный усилитель 6;

– нелинейный блок 7;

– гибридное кольцо 8.

Входной высокочастотный сигнал поступает на вход сумматора-разветвителя 1 первый выход которого соединен со входом управляемого аттенюатора 3, выход аттенюатора 3 соединен со входом фазовращателя 4, выход которого соединен с первым входом сумматора-разветвителя 2. Второй выход сумматора-разветвителя 1 соединен с первым портом 8.1 гибридного кольца 8, второй порт 8.2 гибридного кольца 8 соединен со входом фильтра нижних частот 5, третий порт 8.3 гибридного кольца 8 соединен со входом нелинейного блока 7, четвертый порт 8.4 гибридного кольца 8 соединен со вторым входом сумматора-разветвителя 2, при этом выход сумматора-разветвителя 2 соединен со входом линейного
усилителя 6. Высокочастотный сигнал с выхода линейного усилителя 6 поступает на вход усилителя мощности, компенсируя нелинейные искажения усилителя мощности.

Сущность изобретения поясняется следующим.

Входной высокочастотный сигнал u(t) = U(t)·cos(ω0t + φ(t)) поступающий на вход устройства разделяется в сумматоре-разветвителе на два сигнала равной мощности u1(t) = U(t)/2·cos(ω0t + φ(t)) и
u2(t) = U(t)/2·cos(ω0t + φ(t)), где ω0 = 2πf0, а f0 – частота несущего колебания, φ(t) – начальная фаза, U(t) – амплитуда сигнала. Сигнал u1(t) проходит через линейную ветвь устройства предыскажения, состоящую из управляемых аттенюатора 3 и фазовращателя 4, таким образом на первый вход сумматора разветвителя поступает сигнал uЛ(t) = UЛ(t)·cos(ω0t + φЛ(t)), где UЛ(t) = kАТТ·U(t)/2 – амплитуда на выходе линейной ветви, φЛ(t) = φ(t) + φФВ(t) – фаза на выходе линейной ветви, учитывающая задержку в нелинейной ветви, φФВ(t) – фазовый набег фазовращателя. Сигнал u2(t) проходит через нелинейную ветвь устройства предыскажения, состоящую из гибридного кольца 8, к порту 8.2 которого подключен фильтр нижних частот 5, а к порту 8.3 нелинейный блок 7, представляющий собой антипараллельное включение двух диодов Шоттки. При прохождении нелинейной ветви сигнал u2(t) искажается, за счет нелинейности диодов, и поступает на второй вход сумматора-разветвителя в виде uНЛ(t) = uФНЧ(t) + uНБ(t), где uФНЧ(t) = UФНЧ(t)·cos(ω0t) - сигнал отраженный от порта 8.2 гибридного кольца 8, где UФНЧ(t) = kФНЧ·U(t)/4 – амплитуда отраженного сигнала от фильтра нижних частот 5, kФНЧ – модуль коэффициента передачи фильтра нижних частот 5, а uНБ(t) = UНБ(t)·cos(ω0t + φНБ(t)) - сигнал отраженный от порта 8.3 гибридного кольца 8, где UНБ(t) = kНБ(U)·U(t)/4 – амплитуда сигнала отраженного от нелинейного блока 7, kНБ(U) – модуль коэффициента передачи нелинейного блока 7, φНБ(t)) – фазовый набег нелинейного блока 7.

При сложении в сумматоре-разветвителе сигналов uЛ(t) и uНЛ(t) на выходе мы получим предыскаженный сигнал uЛИН(t) = UЛИН(t)·cos(ω0t + φЛИН(t)), где UЛИН(t) – амплитуда на выходе аналогового предыскажающего линеаризатора, φЛИН(t) – суммарный фазовый набег аналогового предыскажающего линеаризатора, нелинейные искажения которого противофазны искажениям, возникающим в усилителе мощности, а фазовый набег противоположен по знаку. Следовательно, на выходе УМ снизится суммарный уровень нелинейных искажений.

Функционирование предлагаемого аналогового предыскажающего линеаризатора поясняется ниже на примере формирования и усиления мощности двухчастотного сигнала.

Например, на вход предлагаемого аналогового предыскажающего линеаризатора поступает сигнал вида:

, (1)

где ω1,2 = 2πf1,2, а f1,2 – частота первого и второго тона сигнала,
U0 – амплитуда сигнала.

Далее сигнал разделяется в сумматоре-разветвителе на два сигнала равной мощности:

. (2)

Сигнал uСР1(t) прошедший через линейную ветвь ослабляется в управляемом аттенюаторе 3 и добавляется фазовый набег, учитывающий задержку в нелинейной ветви для правильного сложения сигналов в сумматоре-разветвителе 2. Таким образом, на выходе линейной ветви получается сигнал, описываемый выражением:

, (3)

где kАТТ – коэффициент ослабления аттенюатора, φФВ – фазовый набег фазовращателя.

Для простоты нелинейный блок 7, подключенный к порту 8.3 гибридного кольца 8, можно аппроксимировать выражением:

, (4)

где b1, b3, b5 > 0 – коэффициенты аппроксимации нелинейной характеристики диодов Шоттки.

В гибридном кольце 8 сигнал uСР2(t), поступающий на порт 8.1, разделяется на два сигнала равной мощности, одна часть которого практически полностью гасится в фильтре нижних частот 5, подключенного к порту 8.2, а другая часть отражается от нелинейного блока 7, подключенного к порту 8.3, и на выходе порта 8.4 происходит сложение отраженных сигналов, результат которого описывается выражением:

, (5)

где kФНЧ – модуль коэффициента передачи фильтра нижних частот 5, φНБ(U) – фазовый набег нелинейного блока 7.

В выражении (5) опущены составляющие третьей и пятой гармоники, так как они не попадают в рабочую полосу УМ, поэтому ими можно пренебречь.

После сложения сигналов линейной и нелинейно ветви в сумматоре-разветвителе 2 сигнал усиливается линейным усилителем 6. Таким образом, сигнал на выходе аналогового предыскажающего линеаризатора описывается выражением:

, (6)

где kУМ – коэффициент усиления линейного усилителя 6.

Если аппроксимировать передаточную характеристику активного элемента усилителя мощности полиномом вида:

, (7)

где а1> 0, а3, а5< 0 – коэффициенты аппроксимации АМ-АМ компрессии усилителя мощности, и пропустить через него сигнал описываемый выражением (6), то в спектре сигнала на выходе усилителя мощности в полосе усиления возникают интермодуляционные составляющие третьего и пятого порядка на частотах , , , , которые компенсируются составляющими на тех же частотах, представленных в выражении (6), прошедшими через линейную часть характеристики (7), за счет синфазного сложения в противофазе. Компенсация АМ/ФМ конверсии усилителя мощности происходит за счет того, что фазовая характеристика нелинейного блока 7 противоположна по знаку и при сложении двух этих фазовых набегов результирующий фазовый набег сигнала на выходе усилителя мощности будет стремиться к нулю.

Таким образом, подбором параметров аналогового предыскажающего линеаризатора (φФВ, kАТТ, kЛУ, Rф, Сф, Есм) достигается уменьшение уровня продуктов интермодуляционных искажений третьего, пятого порядка и более высоких порядков, возникающих на выходе усилителя мощности.

При формировании и усилении полосового сигнала процессы взаимодействия будут идентичны описанным выше.

Оптимальные значения параметров сопротивления и емкости фильтра нижних частот 5, напряжения смещения диодов, коэффициента затухания управляемого аттенюатора 3, фазового набега фазовращателя 4, и коэффициента усиления линейного усилителя 6 подбираются при регулировании аналогового предыскажающего линеаризатора под конкретный усилитель мощности с известными нелинейными характеристиками.

Результаты модельных и экспериментальных исследований аналогового предыскажающего линеаризатора показали, что при произвольном полосовом передаваемом высокочастотном сигнале по предлагаемой схеме удаётся значительно снизить уровень интермодуляционных искажений третьего, пятого и более высокого порядка в усилителе мощности, что подтверждает возможность достижения технического результата.

Таким образом, введение аналогового предыскажающего линеаризатора по предлагаемой схеме в состав усилителя мощности обеспечивает достижение технического результата – повышение линейности усилителя мощности, улучшающее качество передачи информации в рабочей полосе частот и выполнение жестких требований ЭМС за пределами рабочей полосы частот.


Аналоговый предыскажающий линеаризатор для усилителя мощности
Аналоговый предыскажающий линеаризатор для усилителя мощности
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 99 items.
13.01.2017
№217.015.6d15

Способ дистанционного зондирования земли

Способ дистанционного зондирования Земли включает в себя получение потока светового излучения Солнца, отраженного от зондируемого участка земной поверхности. Далее поток разделяют на два пучка равной интенсивности, по одному из которых осуществляют преддетекторную адаптивную компенсацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597144
Дата охранного документа: 10.09.2016
13.01.2017
№217.015.721d

Способ радиоподавления несанкционированных каналов космической радиолинии "космический аппарат - земля" и система для его реализации

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована для избирательного радиоподавления N несанкционированных каналов космических радиолиний «космический аппарат (КА) - Земля», в частности для радиоподавления несанкционированных каналов радиолиний «КА - Земля»...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597999
Дата охранного документа: 20.09.2016
13.01.2017
№217.015.901a

Наземный комплекс управления спутниковой навигационной системой

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам, а именно к оборудованию наземного комплекса управления данных систем. Достигаемый технический результат - повышение надежности взаимодействия средств, обеспечивающих управление и измерение на пунктах эксплуатации и в центре управления....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604053
Дата охранного документа: 10.12.2016
25.08.2017
№217.015.9639

Делитель мощности для бортовой аппаратуры космического аппарата

Изобретение относится к СВЧ радиотехнике. Делитель мощности содержит четыре направленных ответвителя на связанных линиях. Смежные направленные ответвители расположены перпендикулярно один к другому, так что проводники связанных линий данных направленных ответвителей образуют стороны двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608978
Дата охранного документа: 30.01.2017
25.08.2017
№217.015.aef4

Устройство для измерения электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при входном контроле аналоговых микросхем при производстве радиоэлектронной аппаратуры. Сущность: устройство содержит испытываемый операционный усилитель или компаратор напряжения, неинвертирующий вход которого через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612872
Дата охранного документа: 13.03.2017
25.08.2017
№217.015.bdae

Наземная система контроля и управления бортовой аппаратурой межспутниковых измерений навигационной системы, например для системы глонасс

Изобретение относится к спутниковым навигационным системам, а именно к оборудованию наземного комплекса управления данных систем. Технический результат состоит в повышении качества контроля навигационных систем. Для этого наземная система контроля и управления бортовой аппаратурой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616278
Дата охранного документа: 14.04.2017
25.08.2017
№217.015.ca22

Способ получения заполненных переходных металлизированных сквозных отверстий печатной платы

Изобретение предназначено для конструирования и изготовления многослойных печатных плат (ПП) для высокоплотного монтажа поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) с матричным расположением выводов в корпусах типа BGA, CGA. Технический результат - обеспечение надежности ПП при увеличении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619913
Дата охранного документа: 19.05.2017
25.08.2017
№217.015.d1ac

Способ радиометрической коррекции изображения от многоэлементного фотоприёмника инфракрасного диапазона

Изобретение относится к области дистанционного зондирования Земли. Способ радиометрической коррекции изображения от многоэлементного фотоприемника инфракрасного диапазона предусматривает выбор на фотоприёмнике не чувствительных к излучению от объекта съёмки элементов, сравнение сигналов от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621877
Дата охранного документа: 07.06.2017
25.08.2017
№217.015.d24c

Двунаправленный тепловой микромеханический актюатор и способ его изготовления

Использование: для изготовления микромеханических устройств, содержащих упругие гибкие деформируемые исполнительные элементы. Сущность изобретения заключается в том, что микромеханический актюатор выполнен в виде сформированной в меза-структуре упруго-шарнирной консольной балки, состоящей из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621612
Дата охранного документа: 06.06.2017
25.08.2017
№217.015.d2bb

Способ дистанционного мониторинга рисовых оросительных систем

Изобретение относится к способам радиометрической съемки земной поверхности и может быть использовано при проведении мониторинга рисовых оросительных систем. Сущность: выполняют панорамную космическую ИК-радиометрическую съемку поверхности земли со средним разрешением 100-200 м и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621876
Дата охранного документа: 07.06.2017
Showing 1-1 of 1 item.
26.08.2017
№217.015.daab

Цифровое устройство предыскажения радиосигналов четными гармониками

Изобретение относится к области радиопередающих устройств и может быть использовано в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов. Технический результат заключается в уменьшении величины интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка сигналов радиопередающих устройств. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623807
Дата охранного документа: 29.06.2017
+ добавить свой РИД