-
Защита и стабилизация параметров мощных усилителей
Обеспечение нормальной работы мощных высокочастотных усилителей связано с решением целого ряда проблем:
-
Мощные транзисторные усилители очень чувствительны к рассогласованию нагрузки. Нормальные требования к согласованию нагрузки (антенно-фидерного тракта) обычно ограничивают КСВ<1.5. В то же время входной импеданс антенны персональных и автомобильных радиостанций может сильно изменяться в процессе эксплуатации. Мощные выходные усилители базовых радиостанций, как правило, работают на стабильные стационарные антенны, но и эти усилители нуждаются в защите на случай обрыва в антенно-фидерном тракте или разрушения антенны.
-
Мощные усилители работают в очень напряженных тепловых режимах. Предельно маленькие габариты персональных радиостанций и невозможность использования развитых теплоотводов может привести к недопустимо высокой температуре корпуса микросхемы усилителя. Проблема перегрева существует и для автомобильных радиостанций, т.к. эти радиостанции очень часто устанавливаются в закрытые, плохо вентилируемые отсеки.
-
Выход из строя мощного усилителя может привести к недопустимому увеличению тока потребления (при коротком замыкании в микросхеме). Длительный недопустимо высокий ток потребления, в свою очередь, приводит к быстрой разрядке аккумуляторов или выходу их из строя.
-
В целом ряде случаев необходимо оперативное изменение выходной мощности передатчика. Например, оперативное управление мощностью абонентских радиостанций совершенно необходимо в системах связи с сигналом с расширенным спектром (DSSS) для уравнивания величины сигналов от всех абонентских радиостанций в месте расположение приемника базовой станции. Управление мощность передатчиков используется и в транкинговых системах с целью экономии источников питания абонентских радиостанций.
Следовательно, в общем случае для обеспечения нормальной работы усилителей мощности необходимо обеспечить защиту усилителя от рассогласования антенно-фидерного тракта, защиту усилителя от перегрева, защиту источника питания от недопустимо высокого тока потребления и оперативное изменение выходной мощности.
Общая функциональная схема защиты усилителя мощности показана на рис.7.3.
Усилитель
мощности
Датчик
падающей/отраженной
мощности
ВЧ сигнал
к антенне
к вентилятору
Датчик
температуры Датчик
тока потребления Буферный
усилитель
Питание
Микропроцессор
Рис.7.3 Функциональная схема защиты усилителя мощности
Стандартная микросхема датчика тока потребления содержит прецизионный операционный усилитель и измерительное сопротивление. Выходное напряжение ОУ, пропорциональное току через измерительное сопротивление, поступает на АЦП микропроцессора. Существующие микросхемы измеряют токи потребления до 1 А на встроенном измерительном резисторе и до 20 А при внешнем измерительном сопротивлении.
Микросхема датчика температуры выдает аналоговое калиброванное напряжение, пропорциональное температуре корпуса микросхемы в диапазоне температур от –80 до +150 С. Отдельные микросхемы включают в себя двухпороговую схему сравнения с программируемыми величинами порогов. На АЦП микропроцессора может поступать или непосредственно аналоговое напряжение, или цифровые сигналы превышения/не превышения порогов.
Датчик падающей/отраженной мощности реализован в виде микросхемы для относительно небольшого абсолютного уровня измеряемых мощностей (до 10 дБм) и небольшого динамического диапазона мощностей (до 40 дБ). Микросхема содержит направленный ответвитель и амплитудные детекторы в каналах падающей и отраженной волны. Калиброванные аналоговые сигналы, пропорциональные величине падающей и отраженной мощности, поступают на микропроцессор.
Микропроцессор анализирует состояние всех датчиков и выдает сигналы управления мощностью на буферный усилитель следующих ситуациях:
-
изменение уровня входной мощности по требованию центрального процессора
-
уменьшения уровня выходной мощности при перегреве микросхемы усилителя мощности и (или) включении вентилятора
-
отключения источника питания при избыточно высоком уровне потребляемого тока
-
отключение или уменьшение уровня входной мощности при рассогласовании в антенно-фидерном тракте