Проблема усиления ОПС

Однополосный сигнал, снимаемый с блока формирования ОПС, имеет весьма малую мощность и подлежит усилению.

Ранее было показано, что однополосный сигнал с подавленной несущей частотой характеризуется теми же параметрами, что и модулирующий сигнал, т.е. эффективным и пиковым значениями, пик-фактором, шириной занимаемой полосы частот. Единственное отличие заключается в различных значениях средней частоты заполнения. Приведем примеры математического описания модулирующего и однополосного сигнала типа А3J

;

.

Математическое описание ОПС говорит о том, что однополосный сигнал следует отнести к сигналам с комбинированной амплитудно-фазовой модуляцией. Передаваемая информация распределена между меняющейся амплитудой ВЧ сигнала и его меняющейся фазой Между изменениями амплитуды и фазы имеет место определенная взаимосвязь. Нарушение этой взаимосвязи недопустимо, т.к. приводит к резкому росту нелинейных искажений в передаваемом сообщении и даже полной потере информации.

Динамический диапазон изменения амплитуд ОПС весьма широк - от 0 до I_{m пик}, а в частотном плане огибающая амплитуд однополосного сигнала содержит составляющие с частотами близкими к нулю.

Все сказанное говорит о том, что построить высококачественный усилитель ОПС достаточно трудно.

1. Усилитель ОПС должен быть линейным. Линейность усилителя ОПС должна достигаться за счет линейности всех его составных частей. Не допускается компенсации нелинейности одной составной части усилителя нелинейностью другой его составной части.

2. Источники питания и смещения усилителя ОПС должны обладать очень малым внутренним сопротивлением, поскольку присутствующие в токах спектральные составляющих огибающей амплитуд ОПС с частотами близкими к нулю не могут быть эффективно отфильтрованы никакими фильтрами по питанию. Поэтому наличие внутреннего сопротивления источников может привести к появлению перекрестной межкаскадной паразитной АМ и искажению передаваемого сообщения.

Линейность усилителя ОПС проверяется двухсигнальным методом. На вход усилителя подают два высокочастотных сигнала с одинаковой амплитудой и частотами и с разносом . Сигнал, снимаемый с выхода усилителя ОПС, анализируется с помощью спектроанализатора на предмет появления дополнительных частот. Сказанное демонстрируется рисунком.

Коэффициент нелинейных искажений, который имеет место в усилителе ОПС, рассчитывается по формуле

.

Рекомендации по построению усилителя ОПС

Усилители ОПС это, как правило, многокаскадное устройство. Последний каскад является ВУМ, который работает на оконечную нагрузку. Энергетика ВУМ и первого предварительного усилителя оказывают наиболее сильное влияние на энергетические показатели передатчика однополосного сигнала. Все другие предшествующие каскады маломощны.

Наиболее предпочтительным классом работы маломощных каскадов усиления является линейный класс работы в пределах линейных участков проходной характеристики АЭ. Достоинством линейного класса работы каскадов усиления является максимальный коэффициент усиления по мощности. Это сокращает число каскадов в усилителе ОПС и, следовательно, число возможных нелинейностей. Следует заметить, что с увеличением уровней сигналов проявление нелинейности реальных АЭ всегда усиливается. Это обостряется также нелинейными зависимостями входной и выходной емкостей транзисторов, которые определяются нелинейными вольт-фарадными зависимостями p-n переходов.

Выходной усилитель мощности стараются поставить в энергетически более выгодный класс. Таким классом является класс «В». По напряженности режим максимальной мощности ВУМ должен быть недонапряженным и не доходить до критического режима не менее чем на 30%. Если такой меры недостаточно, в ВУМ и ПУМ может использоваться класс «А».

Большую проблему создает меняющийся по амплитуде входной сигнал. При большом динамическом диапазоне амплитуд ОПС даже небольшая нелинейность каскадов усиления вызывает конверсию АМ в паразитную ФМ. Паразитная фазовая модуляция, присоединяясь к полезной информативной части ФМ однополосного сигнала, резко увеличивает уровень нелинейных искажений на выходе усилителя. Поэтому при формировании ОПС часто используются ограничители пик фактора. Это делается за счет амплитудных ограничителей, которые подрезают пики модулирующего сигнала.

Уменьшить динамический диапазон амплитуд можно также за счет использования немодулированного пилот сигнала или полностью не подавленной несущей (применение ОПС типа А3А и А3H). Это приводит к уменьшению информативной части излучаемой передатчиком мощности, но одновременно позволяет снизить уровень нелинейных искажений на выходе передатчика ОПС.

Практика показывает, что наиболее качественными усилителями ОПС являются ламповые усилители. При работе ламповых усилителей без токов управляющей сетки устраняются многие неприятные моменты, свойственные полупроводниковым усилителям.

Все сказанное говорит о том, что усилители ОПС и передатчики в целом имеют невысокий промышленный КПД (менее 40%). Поэтому было предложено ряд методов построения усилителя ОПС, позволяющих повысить КПД передатчиков однополосного сигнала.

Метод Кана

Структурная схема построения усилителя по методу Кана представлен на рисунке.

Достоинством этого метода построения усилителя ОПС является возможность получения более высокого промышленного КПБ передатчика однополосного сигнала за счет выполнения блоков УВЧ, УПТ и амплитудного модулятора с высоким электронным КПД.

К недостаткам можно отнести необходимость формирования исходного ОПС на рабочей частоте передатчика, а также выполнение амплитудного ограничителя и амплитудного детектора на рабочей частоте передатчика. Кроме того, в блоках УВЧ и УПТ имеют место не совмещающиеся задержки сигналов, которые могут привести к появлению больших нелинейных искажений передаваемого сообщения.

Метод Верзунова

При построении усилителя ОПС формирование исходного ОПС по методу Верзунова осуществляется на относительно низкой промежуточной частоте . На этой же частоте работают амплитудный и фазовый детекторы, амплитудный ограничитель. Выходной ОПС формируется на рабочей частоте с помощью ГУН синтезатора и амплитудного модулятора. С энергетической точки зрения метод Верзунова не уступает методу Кана.

Недостатками метода Верзунова являются следующие обстоятельства:

1. Не совмещающиеся задержки сигналов по амплитудному и частотному каналам. Это приводит к появлению больших нелинейных искажений после выполнения операции синтеза ОПС.

2. Дополнительные искажения, возникающие в фазовом детекторе и частотном модуляторе частотного канала устройства.

Недопустимо большие искажения не позволили методам Кана и Верзуновы найти широкое применение в передатчиках с однополосной модуляцией. В конце прошлого века одной английской фирмой был предложен метод построения усилителя ОПС, опирающийся на метод Кана, но отличающегося от последнего тем, что сформированный повторно ОПС с помощью частичного ответвления снова возвращается ко входу усилителя и сравнивается с помощью синхронных детекторов с исходным качественным ОПС. Обнаруженное расхождение вводится в систему усилителя как ошибка, которая устраняет расхождение. Построенные по этому методу однополосные передатчики оказались более качественными и нашли свое применение в системах связи.

Дата добавления: 2015-07-24