- •210400– Радиотехника
- •210400.68 – Системы приема, передачи и обработки сигналов Диссертация на соискание академической степени магистра
- •Оглавление
- •Глава 1. Общая характеристика усилителей мощности, обзор методов линеаризации усилителей 13
- •Список используемых сокращений
- •Задание
- •Назначение работы:
- •Исходные данные:
- •Перечень вопросов, подлежащих разработке:
- •Часть 1. Анализ технического задания, поиск информации по теме исследования
- •Часть 2. Разработка математической модели усилителя мощности с линеаризацией
- •Часть 3 Исследование усилителя мощности с функцией линеаризации
- •Часть 4. Обработка полученных результатов исследования
- •Глава 1. Общая характеристика усилителей мощности, обзор методов линеаризации усилителей
- •1.1 Общие требования, предъявляемые к усилителям мощности
- •1.2 Анализ характеристик режимов активных элементов, используемых при построении усилителей мощности
- •1.2.1 Режим класса а
- •1.2.2 Режим класса ав
- •1.2.3 Режим класса в
- •1.2.4 Режим класса с
- •1.2.5 Режим класса e
- •1.3 Анализ основных характеристик усилителей
- •1.4 Искажения, методы измерения искажений
- •1.5 Методы повышения линейности выходных трактов
- •1.5.1 Анализ простейших методов повышения линейности
- •1.5.1.1 Метод с автоматической регулировкой режима работы класса а
- •1.5.1.2 Метод с автоматическим регулированием питающего напряжения
- •1.5.1.3 Метод квантования
- •1.5.1.4 Метод Догерти
- •1.5.2 Анализ методов повышения линейности при усилении сигналов со сложными видами модуляции
- •1.5.2.1 Методы организации обратной связи
- •1.5.2.2 Метод обратной связи на радиочастоте
- •1.5.2.3 Метод обратной связи по огибающей
- •1.5.2.4 Полярная обратная связь
- •1.5.2.5 Метод декартовой (квадратурной) обратной связи
- •1.5.2.6 Адаптивная связь вперед
- •1.5.2.7 Метод введения предискажений
- •1.5.2.8 Введение предискажений на радиочастоте и на промежуточной частоте
- •1.5.2.9 Метод адаптивного цифрового предискажения
- •1.5.2.10 Метод подавления и восстановления огибающей (eer)
- •1.5.2.11 Метод повышения линейности с помощью нелинейных компонентов linc и совмещенный аналоговый универсальный модулятор с автоподстройкой частоты callum
- •Особенности формирования сигналов при помощи dds
- •Формирование дефазированного сигнала
- •Формирование сигнала усилителя мощности с использованием четырех несущих
- •1.5.2.12 Метод организации связи вперед для подавления интермодуляционных искажений
- •1.6 Выводы по главе 1
- •Глава 2. Разработка математической модели усилителя мощности с функцией линеаризации
- •2.1 Модель структуры организации обратной связи усилителя мощности
- •Из уравнения (25) записываем также линейное уравнение
- •2.2 Анализ работы петли квадратурной обратной связи
- •2.2.1 Анализ стабильности квадратурной петли обратной связи
- •2.3 Спектральный анализ процесса линеаризации с помощью квадратурной петли обратной связи
- •2.4 Выбор параметров усилителя для проведения моделирования
- •2.4.1 Оценка влияния интермодуляционных искажений
- •2.4.2 Оценка влияния ам-ам и ам-рм искажений
- •2.5 Разработка математической модели усилителя мощности
- •2.5.1 Линейная модель
- •2.5.2 Модель на основе кубического полинома
- •2.5.3 Модель, использующая гиперболический тангенс
- •2.5.4 Модель Сале
- •2.5.5 Модель Горбани
- •2.5.6 Модель Раппа
- •2.6 Разработка модели возбудителя усилителя мощности с функцией линеаризации
- •2.6.1 Разработка блока коррекции ошибки
- •2.6.2 Разработка блока коррекции фазы
- •2.6.3 Разработка блока корректировки усиления
- •2.6.4 Разработка модели генератора входного сигнала
- •2.6.5 Общая модель схемы линеаризации
- •2.7 Выводы по главе 2
- •Глава 3. Исследование усилителя мощности с функцией линеаризации
- •3.1 Исследование влияния линейности усилителя мощности на процесс линеаризации
- •3.1.1 Оценка эффективности работы схемы линеаризации в моделях гиперболического тангенса и кубического полинома
- •3.1.2 Оценка эффективности работы схемы линеаризации в модели Раппа
- •3.2 Исследование влияния задержки цепи обратной связи
- •3.3 Исследование влияния полосы сигнала на линеаризацию
- •3.4 Исследование процесса линеаризации на выходную мощность
- •3.5 Исследование влияния процесса линеаризации на передаточную характеристику усилителя мощности
- •3.6 Выводы по главе 3
- •Глава 4. Систематизация полученных данных в процессе исследования
- •4.1 Результаты исследования влияния линейности усилителя на процесс линеаризации
- •4.2 Результаты исследования влияния задержки цепи обратной связи на линеаризацию
- •4.3 Результаты исследования влияния полосы сигнала
- •4.4 Результаты исследования влияния линеаризации на выходную мощность
- •4.5 Описание структуры для реализации в плис
- •Список используемой литературы
3.1.2 Оценка эффективности работы схемы линеаризации в модели Раппа
Аналогично предыдущему пункту, на вход линеаризатора подается сигнал, спектр которого представлен на рисунке 48. Спектр сигнала на выходе услителя снимается с помощью спектроанализаторов Output и Output1. На всех последующих рисунках с 63 по 65 под буквой а) показан сигнал на выходе усилителя без линеаризации (спектроанализатор Output), под буквой б) показан сигнал на выходе усилителя с линеаризацией (спектроанализатор Output1). Параметры модели усилителя описанны в пункте 2.5.6 и указаны в заголовках перед рисунками с 63 по 65.
Для режима усиления 0дБ и фактора гладкости 0,9:
а) б)
Рис. 63 Сигнал на выходе усилителя мощности для модели Раппа а) без коррекции, б) с коррекцией
Для режима усиления 0дБ и фактора гладкости 0,5:
а) б)
Рис. 64 Сигнал на выходе усилителя мощности для модели Раппа а) без коррекции, б) с коррекцией
Для режима усиления 20дБ и фактора гладкости 0,5:
а) б)
Рис. 65 Сигнал на выходе усилителя мощности для модели Раппа а) без коррекции, б) с коррекцией
Исходя из полученных спектров на рисунках с 63 по 65 можно сделать общий вывод о том, что амплитуда 3-ей гармоники меньше с использованием схемы линеаризации (рисунки под буквой б) ) в сравнении со схемой без линеаризации (рисунки под буквой а) ). Результаты моделирования в таблицу 5 в главе 4.
3.2 Исследование влияния задержки цепи обратной связи
Сигнал приходит обратно по цепи обратной связи в линеаризатор, при этом проходя через такие элементы, как аналого-цифровой преобразователь, цифро-аналоговый преобразователь и фильтры, каждый из которых вносит искажения и задержку сигнала на определенное количество тактов. Для оценки влияния задержки по цепи обратной связи было проведено моделирование работы линеаризатора для различных величин задержки по цепи обратной связи. Моделирование было проведено на модели усилителя с нелинейностью гиперболического тангенса. Параметры модели: усиление 0дБ, величина интермодуляционных искажений -20дБ.
На рисунке 66 и рисунке 67 показаны результаты для линеаризации в случае задержки сигнала обратной связи на 1 такт и для линеаризации в случае задержки сигнала обратной связи на 10 тактов. Результаты моделирования для различных задержек приведены в таблице 6 в главе 4.
а) б)
Рис. 66 Сигнал на выходе усилителя мощности при задержке сигнала ОС на один такт а) без коррекции, б) с коррекцией
а) б)
Рис. 67 Сигнал на выходе усилителя мощности при задержке сигнала ОС на 10 тактов а) без коррекции, б) с коррекцией
Стоит отметить, что эффективность цепи обратной связи может быть сведена к нулевому результату, если не учесть влияние задержки сигнала по цепи обратной связи. В главе 4 таблице 6 представлена эффективность работы схемы линеаризации для задержек сигнала от 1 до 10 тактов. При задержке сигнала на один такт, как показано на рисунке 66, величина интермодуляционных искажений возрастает на 8дБ, относительно нулевой задержки. А при задержке сигнала на 10 тактов, как показано на рисунке 66, работа схемы линеаризации сводится к нулевому результату.
