- •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
- •Часть 1. Анализ технического задания, поиск информации по теме исследования
- •Часть 2. Разработка математической модели усилителя мощности с линеаризацией
- •Список используемых сокращений
- •Задание
- •Назначение работы:
- •Исходные данные:
- •Перечень вопросов, подлежащих разработке:
- •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
Часть 3 Исследование усилителя мощности с функцией линеаризации
3.3.1 Исследование влияния линейности усилителя мощности на процесс линеаризации;
3.3.2 Исследование задержки в цепи обратной связи;
3.3.3 Исследование полосы сигнала на линеаризацию;
3.3.4 Исследование процесса линеаризации на выходную мощность и КПД;
3.3.5 Сопоставление модели усилителя с реально существующими усилителями.
Часть 4. Обработка полученных результатов исследования
3.4.1 Систематизация полученных данных в процессе исследования и проведения моделирования;
3.4.2 Рассмотрение возможности реализации алгоритмов реализации в ПЛИС.
Введение
Актуальность проблемы. Основная цель разработки беспроводных систем связи нового поколения – значительное снижение потребляемой мощности и возможность передачи высокоскоростных потоков данных в широкой полосе частот. Обычно, с целью экономии мощности питания выходной тракт передатчика работает в режиме близком к насыщению, что неизбежно приводит к появлению паразитных составляющих. Вместе с тем, современные тенденции повышения качества систем связи и значительное усложнение электромагнитной обстановки объясняют резкое повышение требований к минимизации уровней нелинейных искажений передаваемых сложных сигналов. Применяемые в последнее время цифровые методы формирования огибающей, хотя потенциально и обеспечивают одновременную реализацию высоких энергетических и качественных показателей, тем не менее обладают рядом специфических свойств, ограничивающих реализуемые на практике требуемые значения коэффициента нелинейных искажений. Поэтому решение задачи совершенствования многообразных систем связи непосредственно связано с обеспечением линейных свойств трактов прохождения сложного (группового), как правило мультичастотного (разночастотного, многочастотного, полигармонического) и цифрового сигнала, а именно линейности передаточных характеристик усилителей мощности. В противном случае в передающих трактах нелинейно генерируются интермодуляционные искажения – ИМИ, создающие взаимные помехи во всех каналах передачи информации и мешающие нормальному функционированию системы радиосвязи. Для качественной работы мощность ИМИ в многоканальных системах связи должна быть, как правило, ниже мощности передаваемых сигналов не менее чем на 25…30 дБ. Значит линейность передаточных амплитудной Pвых(Pвх) и равномерность фазоамплитудной φ(Pвх) характеристик (АХ и ФАХ) являются очень важными показателями работы современных систем связи.
Достижение линейности основных характеристик УМ, крайне необходимо, особенно в многоканальных системах связи, где требуется обеспечить линейность характеристик в широком диапазоне частот.
Обеспечение как высокой степени линейности усилителя, так и высокой энергетической эффективности является применение специальных внешних методов линеаризации передаточных характеристик УМ.
Решение этой научной проблемы определяет актуальность диссертации, направленной на линеаризацию характеристик усилителей и усилительных модулей, что позволяет существенно повысить энергетические показатели, сузить рабочие полосы каналов и увеличить надежность существующих и перспективных систем подвижной связи.
Цель исследования – улучшение линейности усилителей мощности в диапазоне КВ.
Методы исследования. В качестве основных методов при проведении исследований в диссертационной работе применены моделирование и сравнение. После исследования методов повышения линейности усилителей мощности, потребуется создание модели линеаризатора с помощью программного обеспечения. Для разработки модели применяются программный комплекс Matlab/Simulink, в данном пакете строится алгоритм работы и моделируется результат. После проведенного моделирования проводится анализ полученных результатов.
Предполагаемые результаты. В качестве результатов диссертационного исследования отметим снижение искажений в полосе частот усиливаемого сигнала, при котором достигается более линейная амплитудная характеристика усилителя мощности в целом, а также КПД соизмеримый с КПД нелинейных усилителей мощности.
Работа разбита на четыре части.
В первой главе производится описание основных параметров усилителей, режимы работы усилительных тактов, возникающих искажений и особенностей их построения.
Во второй главе производится общее описание методов линеаризации, в результате которого выбирается один из методов для дальнейшего исследования. Также проводится математическое обоснование методов линеаризации с помощью обратной связи.
В третьей главе на основе полученных математических выкладок разрабатывается модель усилителя и возбудителя передатчика с функцией линеаризации. Выбираются основные параметры и характеристики усилителя для проведения моделирования и проводится исследование полученной схемы линеаризации на модели усилителя мощности, выявляются основные проблемы, которые могут возникнуть при реализации схемы.
В четвертой главе подводятся итоги моделирования и исследования выбранного метода линеаризации на основе проведенного исследования в главе 3, проводится систематизация накопленной информации и предлагается структура для дальнейшей реализации в ПЛИС.