ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ Российский патент 2009 года по МПК H03C1/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках.

Серьезным недостатком существующих широкополосных усилителей мощности по сравнению с узкополосными усилителями резонансного типа является относительно высокий уровень гармоник основной несущей частоты. Это обусловлено шириной рабочего диапазона этих усилителей, у которых верхняя частота диапазона превышает нижнюю более чем в 2 раза. В коротковолновом диапазоне используются широкополосные усилители с рабочими частотами от 1,5 до 30,0 МГц (например, радиопередатчик Р-638). В этом случае при работе на частоте 2 МГц в спектре сигнала на выходе усилителя находятся гармоники с частотами 4 МГц, 6 МГц, 8 МГц и т.д. до 30 МГц, для которых усилитель прозрачен.

Для ослабления паразитного излучения на гармониках в широкополосных радиопередатчиках необходимо использовать переключаемые фильтры гармоник. Следует отметить, что проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных средств продолжает оставаться острой и поэтому борьба с паразитными излучениями радиопередатчиков актуальна.

Известны различные широкополосные усилители мощности, например, А.С. № 4782643 СССР, H03F 1/42 от 8.12.89, патент № 811168 Австралия, H03F 3/68 от 20.12.91.

Известен широкополосный усилитель мощности, патент № 735221 США, H03F 1/14 от 24.07.91, содержащий усилительный элемент и схему регулирования напряжения смещения.

Недостатком как аналогов, так и прототипа является наличие гармоник несущей частоты в полосе рабочего диапазона широкополосных усилителей.

Целью изобретения является исключение паразитного излучения на гармониках в диапазоне рабочих частот на выходе широкополосного усилителя мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный усилитель мощности, содержащий усилительный элемент и схему регулирования напряжения смещения, дополнительно включены генератор прямоугольных тактовых импульсов с постоянной частотой следования импульсов, усилитель мощности тактовых импульсов с амплитудной коллекторной (анодной) модуляцией, фильтр нижних частот с частотой среза, соответствующей верхней частоте рабочего диапазона широкополосного усилителя, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с 1-ым входом усилителя мощности, 2-ой вход усилителя мощности служит для подключения возбудителя, выход усилителя мощности соединен с входом фильтра нижних частот, к выходу которого подключается нагрузка широкополосного усилителя.

Структурная схема устройства изображена на чертеже.

Устройство состоит из следующих функциональных блоков:

1 - генератор прямоугольных тактовых импульсов постоянной частоты;

2 - усилитель мощности тактовых импульсов с коллекторной (анодной) модуляцией;

3 - фильтр нижних частот.

Работа схемы осуществляется следующим образом. Генератор тактовых импульсов генерирует импульсы прямоугольной формы и амплитуды с постоянной частотой следования импульсов, превышающей максимальную частоту рабочего диапазона не менее чем в 2 раза в соответствии с теоремой Котельникова по дискретизации функций (см., например, Самойло К.А. Радиотехнические цепи и сигналы. Москва, Радио и связь, 1982). Импульсы тактовой частоты подаются на 1-ый вход усилителя мощности. На 2-ой вход усилителя подаются сигналы от возбудителя на одной из рабочих частот из рабочего диапазона широкополосного усилителя. Сигнал от возбудителя подается на модулирующий каскад усилителя для осуществления амплитудной коллекторной (анодной) модуляции. При амплитудной модуляции модулированное колебание имеет вид (см., например, Харкевич А.А. Спектры и анализ. Москва, ГИТТЛ, 1957):

u(t)=U₀×[1+m×f₁(t)]×f₂(t),

где: f₁(t) - модулирующая функция, сигнал от возбудителя;

f₂(t) - модулируемая функция, сигнал генератора тактовых импульсов;

m - индекс модуляции.

В качестве примера рассмотрим случай, когда сигнал от возбудителя имеет вид f₁(t)=cosΩt, а сигнал от генератора тактовых импульсов

В этом случае функция u(t) имеет вид:

Как видно из выражения для u(t) в спектре есть сигнал несущей частоты возбудителя (второе слагаемое) и нет сигналов с частотами 2Ω, 3Ω, 4Ω…, т.е. отсутствуют гармоники несущей частоты возбудителя Ω. Третье слагаемое это гармоники тактовой частоты ϖ₀. Четвертое слагаемое это колебания с частотами kϖ₀±Ω, результат перемножения cosΩt×coskϖ₀t.

Таким образом, на выходе усилителя мощности достаточно иметь один неперестраиваемый фильтр нижних частот с частотой среза, соответствующей максимальной частоте рабочего диапазона широкополоснолго усилителя Ω_мах, чтобы подавить паразитные спектральные составляющие с частотами kϖ₀ и kϖ₀±Ω.

Предлагаемая схема широкополосного усилителя мощности исключает паразитные излучения радиопередатчика на гармониках несущей частоты, исключая при этом необходимость иметь в радиопередатчике коммутируемые фильтры гармоник, что особенно важно для радиолиний с частотной адаптацией, требующей быстрого и частого переключения этих фильтров.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано в широкополосных радиопередатчиках. Достигаемым техническим результатом является исключение из спектра сигнала на выходе широкополосного усилителя паразитного излучения на гармониках несущей частоты. Применение такой схемы позволит исключить использование на выходе широкополосного усилителя коммутируемых фильтров гармоник, что существенно упростит задачу реализации радиолиний с адаптацией по частоте, требующей быстрой и частой коммутации фильтров гармоник. 1 ил.

Широкополосный усилитель мощности, содержащий усилительный элемент, схему регулирования напряжения смещения, генератор прямоугольных тактовых импульсов с постоянной частотой следования импульсов, усилитель мощности тактовых импульсов с амплитудной анодной модуляцией, фильтр нижних частот с частотой среза соответствующей верхней частоте рабочего диапазона широкополосного усилителя, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход усилителя мощности служит для подключения возбудителя, выход усилителя мощности соединен со входом фильтра нижних частот, к выходу которого подключается нагрузка широкополосного усилителя, отличающийся тем, что частота следования прямоугольных тактовых импульсов превышает максимальную частоту рабочего диапазона не менее чем в два раза.