704_Mikushin_A.V._Skhemotekhnika_mobil'nykh_radiostantsij_

ния). Диоды D1 и D2 защищают выходной каскад от перенапряжения. Фильтр, выделяющий из ШИМ звуковой сигнал собран на индуктивности L1 и конденсаторе C8. Емкости C1 и C9 являются разделительными.

2.4.2. Усилитель класса E

Усилитель класса E представляет собой усилитель, работающий в ключевом режиме. В отечественной литературе не производится разделения ключевого режима на различные классы, однако, учитывая существенные различия работы транзистора в ключевом режиме на низких и высоких частотах, мы будем придерживаться зарубежной классификации. Один из вариантов классификации усилителей мощности радиосигнала в зарубежной литературе приведен на рисунке 2.194.

Рисунок 2.194. Классы усилителей

На вход транзистора, работающего в ключевом режиме, подается высокочастотный сигнал, полезная информация в котором содержится в его частоте и фазе. Амплитудная модуляция в нем отсутствует, поэтому усилители класса E в основном подходят только усиления сигналов с угловой модуляцией, таких как F3E, G3E для аналоговых сигналов или F1D, G1D (виды модуляцииb GMSK, MSK, FFSK) для цифровых видов модуляции. Ввести амплитудную составляющую модуляции можно, изменяя напряжение питания этих усилителей в DCDC преобразователях.

Основным недостатком усилителя класса D, работающего на высоких частотах является снижение к.п.д. из-за влияния выходной емкости транзистора и паразитных емкостей печатной платы. В усилителях класса E эти емкости включаются в состав схемы усилителя. Упрощенная схема усилительного каскада, работающего по данному принципу, приведена на рисунке 2.195

201

Для понимания принципов работы удобнее пользоваться упрощенной схемой, поэтому так же как и в предыдущем случае составим функциональную схему. Она приведена на рисунке 2.199.

Рисунок 2.199. Функциональная схема идеализированного усилителя класса E

Собственно усилитель образуется электронным ключом S, индуктивностью L и конденсатором CP. При этом элементы L0 и C0 образуют колебательный контур, который настроен на первую гармонику полезного сигнала. Он пропускает на выход синусоидальный ток, который протекает по сопротивлению нагрузки RL. Временная диаграмма этого тока приведена на рисунке 2.200.

Рисунок 2.200. Временная диаграмма тока, протекающего через последовательный контур и нагрузку RН

При работе ключа S часть периода ток будет протекать через ключ, а часть через конденсатор CP. В результате токи, показанные на рисунках 2.197 и 2.200, просуммируются и ток, протекающий через ключ S будет выглядеть так, как показано на рисунке 2.201.

204

случае достаточно к синусоидальному напряжению полезного сигнала добавить третью гармонику, как это показано на рисунке 2.203.

Рисунок 2.203. Суммирование нечетных гармоник напряжения на стоке полевого транзистора

Учитывая, что в спектре тока транзистора, работающего при угле отсечки 90°, присутствует третья гармоника входного сигнала, достаточно просто выделить ее. Обычно третья гармоника выделяется при помощи параллельного контура, работающего как заграждающий фильтр (фильтр-пробка). Типовая принципиальная схема усилителя класса F приведена на рисунке 2.204.

Рисунок 2.204. Принципиальная схема усилителя класса F

В приведенной на рисунке 2.204 схеме индуктивность L1 и конденсатор C2 образуют схему согласования сопротивления. Напряжение смещения, необходимое для реализации угла отсечки 90°, подается на затвор транзистора через дроссель L2. Напряжение питания на сток полевого транзистора подается через дроссель L3. Усилитель класса F реализуется за счет настройки контура L4C5 на третью гармонику усиливаемого сигнала. Параллельный контур L5C6 настроен на частоту усиливаемого сигнала.

206

В области высоких частот вместо параллельного контура в усилителях класса F применяются четверть волновые полосковые линии передачи, настроенные на третью гармонику полезного сигнала. Они обеспечивают параллельный резонанс не только на третьей гармонике, но и на пятой, седьмой и т.д. гармониках. В результате форма напряжения на стоке транзистора становится почти прямоугольной. Упрощенная схема такого усилителя мощности приведена на рисунке 2.205.

Рисунок 2.205. Упрощенная схема усилителя мощности класса F с последовательной четверть волновой линией передачи

Временные диаграммы напряжения и тока на стоке транзистора в усилителе класса F приведены на рисунке 2.206.

Рисунок 2.206. Временные диаграммы тока и напряжения на стоке полевого транзистора

207

Как видно из этих графиков, напряжение и ток практически не пересекаются. В результате при максимальном значении мощности выходного сигнала, когда напряжение на стоке транзистора практически равно нулю, мощность практически не рассеивается и почти полностью преобразуется в полезный сигнал.

В усилителях класса F так же как и в усилителях класса B коэффициент полезного действия сильно зависит от уровня выходного (а, значит, и входного) сигнала. Максимальное значение получается при предельных уровнях мощности. Типовая зависимость к.п.д. и коэффициента усиления показаны на графиках, приведенных на рисунке 2.207.

Рисунок 2.207. Типовая зависимость к.п.д. усилителя класса F и его коэффициента усиления от уровня входного сигнала

Обратите внимание на зависимость коэффициента усиления от входного сигнала. Из графика видно, что усилитель класса F обладает существенной нелинейностью, поэтому в цифровых передатчиках чаще всего используется одна из схем линеаризации выходного сигнала.

208

3. РЕАЛИЗАЦИЯ УЗЛОВ ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКОВ РАДИОСИГНАЛОВ В ЦИФРОВОМ ВИДЕ

Традиционно радиосигналы получались аналоговыми методами при помощи специализированных генераторов синусоидального сигнала и аналоговых смесителей. Однако в последнее время радиосигналы все чаще начинают формировать непосредственно в цифровом виде и только затем они преобразуются в аналоговую форму. Это обусловлено высокой повторяемостью характеристик цифровых устройств, и возможностью избежать влияния паразитных связей между блоками, входящими в состав разрабатываемого устройства. Отсутствие паразитных связей между внутренними блоками цифрового устройства, в свою очередь, ведет к возможности получить более высокие характеристики радиоприемных устройств и формируемых радиосигналов.

В настоящее время применяются в основном два подхода формирования радиосигналов в цифровой форме. Первый способ – это формирование квадратурных компонент сигнала I и Q в полосе частот от 0 до fв с последующим переносом этих сигналов на несущую или промежуточную частоту при помощи аналоговых или цифровых умножителей. Такие устройства получили название квадратурные модуляторы. В иностранной литературе такие устройства получили название "Up converter".

Второй способ формирования сигнала заключается в непосредственной генерации синусоидального сигнала цифровыми методами. При таком способе формирования сигнала предусматривается возможность изменения амплитуды, частоты или фазы радиосигнала. Такие устройства обычно называются полярными модуляторами. В иностранной литературе устройства непосредственной генерации сигнала получили название схем прямого цифрового синтеза – DDS.

При цифровом формировании радиосигнала по методу прямого цифрового синтеза аналоговый сигнал получается на выходе аналого-цифрового преобразователя. Форма генерируемого таким способом аналогового сигнала определяется цифровыми кодами, подаваемыми на вход аналого-цифрового преобразователя.

Цифровые коды отсчетов полезного сигнала можно хранить в постоянном запоминающем устройстве. Выдавать их на выход ПЗУ можно, последовательно перебирая все возможные комбинации на его адресных входах. Таким способом можно сформировать на выходе цифрового устройства любую форму выходного сигнала.

3.1. Особенности цифровой обработки сигналов

Известно, что представляющие интерес для потребителя сигналы, представляющие звуковую, телеметрическую или видеоинформацию не могут быть переданы по радиоканалу в непосредственном виде. Эти сигналы приходится преобразовывать к виду, наилучшим образом подходящему для передачи по одному из доступных каналов или для записи на какой либо материальный носитель.

209

Главная цель обработки сигналов при их приеме или считывании заключается в необходимости извлечения содержащейся в них информации. Эта информация обычно заключена в амплитуде сигнала, его частоте или спектральном составе, в фазе или в относительных временных зависимостях нескольких сигналов.

При использовании цифровой обработки сигналов в связи аналоговая звуковая или видео информация сначала при помощи аналого-цифрового преобразователя преобразуется в цифровую форму, затем этот цифровой сигнал передается по цифровой линии связи.

Одной из задач обработки сигналов является сжатие полосы частот передаваемого сигнала без существенной потери информации. В высокоскоростных модемах и системах мобильной связи с этой целью широко используются алгоритмы устранения избыточности (сжатия) данных.

Промышленные системы управления используют информацию, полученную от датчиков системы сбора данных для выработки соответствующих сигналов, воздействующих на управляемый процесс.

Внекоторых случаях в сигнале, содержащем информацию, присутствует шум, и основной целью обработки сигнала является восстановление сигнала в первоначальном виде. Для выполнения этой задачи часто используются такие методы, как фильтрация, автокорреляция, свертка и т.д. Причем эти функции могут быть реализованы как в аналоговой, так и в цифровой форме.

Обратите внимание, что как системы обработки сигналов, так и системы управления (контроллеры) подразумевают использование аналого-цифровых преобразователей (АЦП), цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), датчиков, устройств формирования сигнала. При этом в радиоприемных и радиопередающих устройствах в качестве обрабатывающих устройств могут применяться программируемые логические схемы, специализированные интегральные микросхемы или сигнальные процессоры.

3.1.1.Основные блоки микросхем цифровой обработки сигналов

Внастоящее время получили распространение схемы, в которых выходной сигнал формируется непосредственно в цифровой форме. Затем этот сигнал преобразуется в аналоговую форму при помощи цифро-аналогового преобразователя. В составе этих микросхем широко используются сумматоры, умножители и цифровые фильтры. Изучение устройств прямого цифрового синтеза начнём с простейшего устройства обработки цифровых сигналов – двоичного сумматора.

Двоичные сумматоры.

Важным элементом цифровых устройств, выполняющих арифметическую обработку цифровой информации, является сумматор. Таблицу истинности полного одноразрядного двоичного сумматора можно получить из правил арифметического суммирования двоичных чисел. В обозначении входов и выходов полного сумматора использовано следующее правило: в качестве входов

210