- •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
4.2 Результаты исследования влияния задержки цепи обратной связи на линеаризацию
Результаты исследования, описанного в пункте 3.2 также сведены в таблицу:
Таблица 6 – Результаты работы схемы линеаризации при различных значениях задержки цепи ОС
Задержка (такт) |
Подавление искажений (дБ) |
0 |
36 |
1 |
28 |
2 |
26 |
3 |
24 |
4 |
20 |
Продолжение таблицы 6 |
|
Задержка (такт) |
Подавление искажений (дБ) |
5 |
18 |
6 |
15 |
7 |
11 |
8 |
8 |
9 |
3 |
10 |
0 |
По результатам проведенного моделирования таблица 6, видна зависимость эффективности работы линеаризатора. Видно, что с увеличением задержки подавление интермодуляционных составляющих падает, и при некоторой задержки может сводиться к нулю.
4.3 Результаты исследования влияния полосы сигнала
Как было сказано в пункте 4.3, исследование проводилось двухтональным сигналом с частотами в полосе 50кГц. По результатам исследования была заполнена таблица 7.
Таблица 7 - Результаты работы схемы линеаризации при различных уровнях интермодуляционных искажений для модели гиперболического тангенса для сигнала в полосе до 50кГц
|
Усиление 0 дБ |
Усиление 10 дБ |
Усиление 40 дБ |
||||
Без коррекции,(дБ) |
С коррекцией,(дБ) |
Без коррекции,(дБ) |
С коррекцией,(дБ) |
Без коррекции,(дБ) |
С коррекцией,(дБ) |
||
Уровень искажений -10 дБ |
-52 |
-72 |
-43 |
-62 |
-10 |
-31 |
|
Результат |
Подавление 20 дБ |
Подавление 19 дБ |
Подавление 21 дБ |
||||
Уровень искажений -20 дБ |
-74 |
-107 |
-64 |
-95 |
-30 |
-59 |
|
Результат |
Подавление 33 дБ |
Подавление 31 дБ |
Подавление 29 дБ |
||||
Сравним результаты оценок эффективности работы схемы линеаризации для сигнала в полосе 3,1кГц и сигнала в полосе 50кГц. Результаты занесены в таблицу 8.
Таблица 8 – Сравнение результатов исследования сигналов в полосе 3,1кГц и 50кГц
|
Усиление 0 дБ |
Усиление 10 дБ |
Усиление 40 дБ |
||||
Сигнал 3,1кГц,(дБ) |
Сигнал 50кГц,(дБ) |
Сигнал 3,1кГц,(дБ) |
Сигнал 50кГц,(дБ) |
Сигнал 3,1кГц,(дБ) |
Сигнал 50кГц,(дБ) |
||
Уровень искажений -10 дБ |
25 |
20 |
24 |
19 |
35 |
21 |
|
Результат |
Разница 5 дБ |
Разница 5 дБ |
Разница 14 дБ |
||||
Уровень искажений -20 дБ |
36 |
33 |
32 |
31 |
30 |
29 |
|
Результат |
Разница 3 дБ |
Разница 1 дБ |
Разница 1 дБ |
||||
Подводя итог исследованию влияния полосы сигнала на линеаризацию хочется отметить, что для большого уровня гармоник (-10дБ) с увеличением полосы падает эффективность схемы линеаризации. В среднем падение отмечено на 5дБ, но при большом коэффициенте усиления данное число оказалось равным 14дБ. При уровне высших гармоник -20дБ снижение эффективности незначительно и составляет не более 3дБ.