-
Мощные линеаризованные усилители
Мощные линеаризованные усилители составляют специальный и быстро развивающийся класс современных усилителей мощности. Их необходимость вызвана двумя причинами – использованием линейных методов модуляции в системах связи третьего поколения и необходимостью многоканального усиления сигнала в базовых радиостанциях сотовой и транкинговой связи.
Ранее уже неоднократно отмечалось, что линейные методы связи характеризуются самым высоким коэффициентом использования спектра частот. Вместе с тем внутренняя АМ, присущая этим методам модуляции, требует использования линейных (или линеаризованных) усилителей мощности.
В сетях связи, использующих угловую модуляцию несущей частоты, сигнал в каждом отдельном канале имеет постоянную огибающую. Однако суммарный сигнал в многоканальных базовых станциях уже имеет внутреннюю АМ, величина которой пропорциональна количеству каналов. Очевидно, что для правильного усиления суммарного сигнала следует использовать усилители в линейном режиме.
Существует два основных метода построения высоколинейных мощных усилителей - feedforward и predistorter.
Функциональная схема усилителя мощности типа feedforward показана на рис.7.4. Входной сигнал поступает на направленный ответвитель 1. Предполагается, что входной сигнал является эталонным и не содержит никаких побочных спектральных составляющих (во всяком случае, их величина удовлетворяет требованиям электромагнитной совместимости).
Усилитель мощности Направленный ответвитель
1
Вычитатель сигналов Направленный ответвитель
2 Линия задержки
1
Линия задержки
2
Сумматор Усилитель ошибки
Рис.7.4. Функциональная схема усилителя типа feedforward
Основная часть
сигнала
поступает в усилитель мощности, меньшая
часть
– на линию задержки 1, величина задержки
в которой равна задержке сигнала в
усилителе мощности. Усиленный и
задержанный на время
в линейном усилителе сигнал
7.7
содержит
паразитные комбинационные
составляющие, генерированные усилителем
вследствие недостаточной линейности
или если усилитель преднамеренно
установлен а режим АВ для повышения КПД
усиления. Усиленный сигнал делится в
направленном ответвителе 2, причем
большая его часть, пропорциональная
поступает в линию задержки 2, а меньшая,
пропорциональная
–
на схему вычитания.
На второй вход схемы вычитания поступает опорный сигнал с линии задержки 1. Очевидно, что при равенстве усиления и задержки выходной разностный сигнал схемы вычитания будет содержать только комбинационные составляющие, которые генерированы в линейном усилителе:
7.8
Разностный сигнал 7.8 усиливается, инвертируется, задерживается в усилителе ошибки и поступает на сумматор. Сигнал с выхода усилителя мощности, задержанный в линии задержки 2 на время прохождения сигнала ошибки через инвертирующий усилитель ошибки, также поступает на сумматор. Выходной сигнал сумматора равен:
7.9
При выполнении условия
7.10
выходной
сигнал не будет содержать комбинационных
составляющих, пропорциональных
и равен:
7.11
Реально всегда
можно полагать, что в направленных
ответвителях в побочный канал уходит
очень небольшая доля мощности, не
имеющая значения для главного канала,
т.е.
и условия баланса feedforward усилителя
упрощаются:
7.12
При типичной величине коэффициента усиления мощного линейного усилителя +30 дБ первый ответвитель имеет направленность –10 дБ, второй –40 дБ, усилитель ошибки имеет коэффициент усиления +10.
Усилитель ошибки имеет значительно меньший, чем главный усилитель коэффициент усиления и усиливает намного меньший по уровню сигнал (только комбинационные составляющие). Поэтому генерацией собственных комбинационных составляющих усилителем ошибки можно пренебречь.
Функциональная схема усилителя predistorter показана на рис.7.5. Вычитатель сигналов, как и в схеме усилителя feedforward рис.7.4, обеспечивает вычитание полезного сигнала и обеспечивает почти чистый сигнал ошибки, пропорциональный комбинационным частотам, генерированным в главном усилителе мощности.
Сигнал ошибки с выхода вычитателя поступает на генератор предискажений. Этот генератор, реализованный на нелинейном аналоговом элементе или в цифровом виде, генерирует предискажения, которые при введении их на вход главного усилителя через сумматор минимизируют выходные искажения.
Направленный
ответвитель Сумматор Главный
усилитель Направленный
ответвитель Генератор предискажений Линия задержки Вычитатель сигналов
Рис.7.5. Функциональная схема усилителя predistorter
Анализ сигнала ошибки и работа генератора предискажений не так просты и понятны, как работа элементов усилителя feedforward. Кроме того, реально в схеме predistorter можно компенсировать только искажения третьего порядка и отчасти пятого из-за сложности правильной генерации амплитуд и фаз предискажений высокого порядка. Однако эти проблемы вполне соизмеримы с проблемами реализации мощной линии задержки с малыми потерями в усилителе feedforward и дополнительном потреблении мощности усилителем ошибки.