РАДИОПЕРЕДАТЧИК С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ МОДУЛЯТОРОМ Российский патент 1994 года по МПК H04B1/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в вещательных и связных радиопередатчиках.

Целью изобретения является уменьшение нелинейных искажений выходных сигналов.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема радиопередатчика с широтно-импульсным модулятором; на фиг. 2 - статические модуляционные характеристики.

Радиопередатчик с широтно-импульсным модулятором (ШИМ) содержит формирователь 1 импульсов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), лампу 2 модулятора, диод 3, первый выпрямитель 4, первый сетевой трансформатор 5, ламповый оконечный радиочастотный каскад 6, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 7, второй выпрямитель 8, второй сетевой трансформатор 9, преобразователь 10 постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы, импульсный трансформатор 11, третий выпрямитель 12, нагрузку 13, сумматор 14, источник 15 положительного смещения, сеть 16 переменного тока.

Радиопередатчик с ШИМ работает следующим образом.

Модулирующее напряжение Uмод суммируется в сумматоре 14 с положительным смещением Δ1 от источника 15 положительного смещения и поступает на вход формирователя 1 импульсов, с выхода которого импульсы, длительность которых изменяется в соответствии с мгновенным значением сигнала на входе формирователя 1 подаются на управляющую сетку лампы модулятора 2. Сетевой трансформатор 5 и выпрямитель 4 осуществляют питание лампы модулятора от сети переменного тока 16, ФHЧ 7 выделяет из ШИМ-импульсов на аноде лампы модулятора 2 составляющую, изменяющуюся в соответствии с модулирующим сигналом, которая модулирует анодное напряжение лампового оконечного радиочастотного каскада 6. Диод 3 замыкает постоянную составляющую тока лампового оконечного каскада в моменты времени, когда лампа 2 модулятора заперта.

Преобразователь 10, импульсный трансформатор 11 и третий выпрямитель 12 служит для гальванической развязки нагрузки 13, а также для трансформации сопротивления реальной нагрузки R в нужную величину R' в выходной цепи модулятора (на фиг. 1 показана пунктиром). Постоянная составляющая тока лампового оконечного каскада I_о, пропорциональная модулирующему сигналу, протекая через сопротивление R' (через второй выпрямитель 8 этот ток замыкаться не может вследствие вентильного характера его выходного сопротивления), создает на нем падение напряжения U_н = I_oR'. Для нормальной работы предлагаемой схемы должно выполняться условие
UHat_max ≅ Δ2, (1) где U_нmax = I_omax R'; UHat_нmax - нормированное значение;
U_нmax; I_omax - максимальное значение I_о.

При нарушении условия (1) в определенной степени исказится конечный участок модуляционной характеристики. Чтобы этого избежать, можно либо несколько недоиспользовать передатчик с ШИМ по мощности, снизив мощность в пиковой точке модуляции, либо подключить дополнительные потребители энергии, уменьшив тем самым величину R'.

Мощность, потребляемая полезной нагрузкой, пропорциональна величине (Δ 2)²/R', причем недостающая часть мощности потребляется от второго выпрямителя 8, который поддерживает на своих зажимах напряжение Δ2, смещая на эту величину модуляционную характеристику (см. фиг. 2). Питается второй выпрямитель 8 от сети 16 через второй сетевой трансформатор 9. Преобразователь 10 формирует прямоугольное напряжение формы "меандр" (т. е. напряжение со скважностью, равной 2) амплитудой Δ2 , которое изменяется импульсным трансформатором 11 до требуемой величины и после выпрямления выпрямителя 12 поступает в нагрузку 13.

Величина нелинейного начального участка модуляционной характеристики при использовании в ШИМ-модуляторе современных мощных ламп составляет около 2% , т. е. если выходное напряжение анодного выпрямителя 4 равно 20. . . 30 кВ, то напряжения на выходе второго выпрямителя 8 (и соответственно на входе преобразователя 10) должно быть порядка 400-600 В. Поэтому преобразователь 10 может быть изготовлен на полупроводниковых приборах (транзисторах или тиристорах). При этом для обеспечения требуемой мощности преобразователя (единицы киловатт) можно использовать либо параллельное включение полупроводниковых приборов в плечах преобразователя, либо параллельное включение нескольких преобразовательных ячеек.

Частота преобразования в преобразователе 10 выбирается исходя из приемлемых величин масс импульсного трансформатора 11 и сглаживающего фильтра, входящего в состав выпрямителя 12, а также допустимого уровня коммутационных потерь в полупроводниковых ключах преобразователя 10. Оптимальное значение частоты преобразования обычно находится в пределах единиц-десятков килогерц.

Из фиг. 1 видно, что катоды ламп 2,3,6 передатчиков находятся под различным потенциалом относительно земли. Поэтому для питания нитей накала этих ламп в соответствии с изобретением импульсный трансформатор 11 должен иметь несколько вторичных обмоток, каждая из которых через соответствующий выпрямитель (например, выпрямитель 12), соединена со своей нагрузкой.

Изобретение позволяет питать и постоянно подключенные потребители переменного тока, если такие есть в наличии. Такие потребители могут подключаться ко вторичным обмоткам импульсного трансформатора 11 через фильтры низкой частоты, при этом частота преобразователя 10 должна соответствовать частоте потребителей либо питаться от отдельных преобразователей напряжения, входы которых подключаются параллельно входу преобразователя 10.

На фиг. 1 преобразователь 10 включен в катодную цепь лампового оконечного радиочастотного каскада 6, однако возможно и его включение в анодную цепь.

В настоящее время известен целый ряд схем передатчиков с однотактными последовательными ШИМ-модуляторами, которые аналогичны по принципу действия и отличаются способом заземления катодов ламп модулятора и оконечного каскада. Предлагаемое техническое решение может быть реализовано во всех указанных схемах.

Использование изобретения также возможно в мощном многоканальном ШИМ-модуляторе, если в нем применено последовательное суммирование выходных напряжений каналов, так как в этом случае придется столкнуться с теми же проблемами, что и в однотактном ШИМ-модуляторе.

Отметим также, что питание нитей накала ламп передатчика постоянным током в соответствии с предлагаемым техническим решением снижает фон переменного тока в выходном сигнале передатчика.

Описанный выше алгоритм функционирования приводит к уменьшению нелинейных искажений при сохранении высокого КПД. (56) Зарубежные радиопередающие устройства под ред. Г. А. Зейтленка, А. Е. Рыжкова, М. : Радио и связь, 1989. с. 21-26.

Сущность изобретения: радиопередатчик с широтно-импульсным модулятором (ШИМ) содержит формирователь 1 импульсов с ШИМ, лампу 2 модулятора, диод 3, первый, второй, третий выпрямители 4,8,12, первый , второй сетевые трансформаторы 5,9, ламповый оконечный радиочастотный каскад 6, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 7, преобразователь 10 постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы, импульсный трансформатор 11, нагрузку 13, сумматор 14, источник 15 положительного смещения и сеть 16 переменного тока. Функционирование упомянутых блоков таково, что позволяет снизить нелинейные искажения выходных сигналов. 2 ил.

РАДИОПЕРЕДАТЧИК С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ МОДУЛЯТОРОМ, содержащий формирователь импульсов с широтно-импульсной модуляцией, выход которого подключен к управляющей сетке лампы модулятора, катод которой заземлен, а анод которой соединен с анодом лампы диода и входом фильтра низкой частоты, первый выпрямитель, вход которого через первый сетевой трансформатор подключен к выходу сети переменного тока, ламповый оконечный каскад, анодная цепь которого соединена с катодом диода и с положительной выходной шиной первого выпрямителя, отрицательная шина которого подключена к общей шине, а также нагрузку, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейных искажений выходных сигналов, введен второй выпрямитель, который включен последовательно с ламповым оконечным радиочастотным каскадом, последовательно соединенные преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы, импульсный трансформатор и третий выпрямитель, выход которого подключен к нагрузке, которая выполнена в виде нагрузки с постоянными параметрами, последовательно соединенные источник положительного смещения и сумматор, другой вход которого является входом модулирующего сигнала, а выход которого соединен с входом формирователя импульсов с широтно-импульсной модуляцией, при этом вход второго выпрямителя подключен к сети переменного тока через введенный второй сетевой трансформатор, положительная выходная шина второго выпрямителя подключена к катодной цепи лампового оконечного радиочастотного каскада, отрицательная шина второго выпрямителя соединена с выходом фильтра низкой частоты, а вход преобразователя постоянного напряжения в переменное напряжение прямоугольной формы подключен параллельно выходу второго выпрямителя.