Підсилювальна система з компенсацією нелінійних спотворень

1. Підсилювальна система з компенсацією нелінійних спотворень, яка включає головний підсилювач, ви хід якого є ви ходом підсилювальної системи, і пристрій компенсації нелінійних спотворень, котрий включає перший канал передачі сигналів, до складу якого входить фазовий коректор, другий канал передачі сигналів, до складу якого входить допоміжний підсилювач, яка відрізняється тим, що додатково введено третій канал передачі сигналів, до складу якого входить амплітуднофазовий коректор, четвертий канал передачі сигналів, до складу якого входить підсилювач спотворень, трьохканальний подільник потужності, вхід котрого є входом підсилювальної системи, а перший, другий та третій виходи якого приєднані до входів, відповідно, першого, другого та третього 29088 співвідношення коефіцієнтів передачі подільника і суматора потужності обрані такими, що на вході суматора потужності амплітуда сигналу, що надходить від фазового коректора більша від амплітуди сигналу, що надходить від допоміжного підсилювача. Параметри фазового коректора обрані такими, що фази названих сигналів на виході суматора різняться, приблизно, на p радіан. Через суматор потужності на вхід головного підсилювача надходять також компоненти нелінійних спотворень, створені допоміжним підсилювачем, які включають як гармоніки сигналу, так і комбінаційні складові. Завдяки тому, що головний підсилювач є спільним підсилювачем як для сигналу, так і для компонентів нелінійних спотворень, створених допоміжним підсилювачем, а сигнали, які надходять від допоміжного підсилювача і від фазового коректора на вході головного підсилювача знаходяться в протифазі, відповідні компоненти нелінійних спотворень, створених головним підсилювачем і нелінійних спотворень, що надійшли від допоміжного підсилювача, на виході головного підсилювача також знаходяться в протифазі. Регулюючи амплітуди компонент нелінійних спотворень, що надходять від допоміжного підсилювача за допомогою, наприклад, вибору коефіцієнта передачі з першого входу на вихід суматора потужності, можна досягти практично повної компенсації нелінійних спотворень, які виникли в головному підсилювачі. Як видно з наведеного вище опису, від допоміжного підсилювача на вхід головного підсилювача надходять не лише компоненти нелінійних спотворень, а також і сигнал, від дії якого ці спотворення виникли. Наявність названого сигналу призводить до зниження коефіцієнта корисної дії підсилювальної системи. Це пов'язане, по-перше, з тим, що потужність такого сигналу може на порядок або і на кілька порядків перевищувати сумарну потужність всіх компонентів нелінійних спотворень. Таким чином, допоміжний підсилювач повинен розвивати і, відповідно, споживати від джерела живлення досить велику потужність. По-друге, названий сигнал складається в протифазі з сигналом, який надходить від фазового коректора, що призводить до зменшення потужності останнього, а, отже, і до зниження коефіцієнта корисної дії підсилювальної системи. В основу винаходу поставлено задачу в підсилювальній системі з компенсацією нелінійних спотворень шляхом введення додаткових каналів передачі сигналів забезпечити підвищення коефіцієнта корисної дії системи. Поставлена задача досягається тим, що в підсилювальну систему з компенсацією нелінійних спотворень, яка включає головний підсилювач, вихід якого є виходом підсилювальної системи, і пристрій компенсації нелінійних спотворень, котрий включає перший канал передачі сигналів, до складу якого входить фазовий коректор, другий канал передачі сигналів, до складу якого входить допоміжний підсилювач, згідно з винаходом додатково введено третій канал передачі сигналів, до складу якого входить амплітудно-фазовий коректор, четвертий канал передачі сигналів, до складу якого входить підсилювач спотворень, триканальний подільник потужності, вхід котрого є входом підсилювальної системи, а перший, другий та тре тій виходи якого приєднані до входів, відповідно, першого, другого та третього каналів, перший суматор потужності, до першого і другого входів котрого приєднані виходи, відповідно, другого і третього каналів, а вихід першого суматора потужності приєднаний до входу четвертого каналу, др угий суматор потужності, до першого і другого входів котрого приєднані виходи, відповідно, першого і четвертого каналів, а вихід другого суматора потужності приєднаний до входу головного підсилювача. Крім того, в окремих випадках, триканальний подільник потужності може бути виконаний як каскадне з'єднання двох двоканальних подільників потужності, кожен з яких є мостовим пристроєм. Також і перший та другий суматори потужності можуть бути виконані як мостові пристрої. Амплітудно-фазовий коректор в окремих випадках може бути виконаний у вигляді підсилювача, котрий є однаковим з допоміжним підсилювачем. Завдяки введенню третього каналу передачі сигналів, на вході першого суматора потужності залишаються тільки компоненти нелінійних спотворень, які потім підсилюються в четвертому каналі передачі сигналів за допомогою підсилювача спотворень. Незважаючи на те, що в склад підсилювальної системи відповідно до винаходу, крім допоміжного підсилювача, входить також і підсилювач спотворень, потужність, яку розвиває і, відповідно, споживає від джерела живлення як допоміжний підсилювач, так і підсилювач спотворень, принаймні на порядок менша, ніж потужність, яку розвиває і, відповідно, споживає від джерела живлення допоміжний підсилювач в відомій підсилювальній системі з компенсацією нелінійних спотворень. Потужність, яку розвиває допоміжний підсилювач, є малою завдяки тому, що компоненти нелінійних спотворень, створені цим підсилювачем, підсилюються до необхідного рівня підсилювачем спотворень. Потужність, яку розвиває підсилювач спотворень, є малою завдяки тому, що він підсилює лише компоненти нелінійних спотворень. Нарешті, завдяки тому, що з виходу підсилювача спотворень на вхід головного підсилювача через другий суматор потужності надходять лише компоненти нелінійних спотворень, зменшуються втрати сигналу, який надходить на вхід головного підсилювача від фазового коректора. Таким чином, наведені вище фактори забезпечують підвищення коефіцієнта корисної дії підсилювальної системи. На фіг. 1 зображена структурна схема підсилювальної системи з компенсацією нелінійних спотворень згідно з винаходом. На фіг. 2 зображена структурна схема одного з можливих варіантів виконання триканального подільника потужності. Підсилювальна система з компенсацією нелінійних спотворень (фіг. 1) має в своєму складі триканальний подільник потужності 1, перший канал передачі сигналів, який включає фазовий коректор 2, другий канал передачі сигналів, який включає допоміжний підсилювач 3, третій канал передачі сигналів, який включає амплітудно-фазовий коректор 4, перший суматор потужності 5, четвертий канал передачі сигналів, який включає підси 2 29088 лювач спотворень 6, другий суматор потужності 7, головний підсилювач 8. Триканальний подільник потужності 1 може бути виконаний, зокрема, як з'єднання двох двоканальних подільників потужності 9 і 10 (фіг. 2), при якому один із виходів першого двоканального подільника потужності 9 з'єднаний зі входом другого двоканального подільника потужності 10. При цьому кожен з двоканальних подільників потужності бажано виконати як мостовий пристрій. Це може бути мостовий пристрій на відрізках ліній передачі, мостовий пристрій на зв'язаних лініях, мостовий пристрій на елементах з зосередженими параметрами, мостовий пристрій з використанням високочастотних трансформаторів або мостовий пристрій іншого типу з тих, які описані, наприклад, в: Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В.Заенцев, В.Н. Катушкина, Е.Е. Лондон, З.И. Модель / Под ред. З.И. Моделя. - М.: Сов. радио, 1980. Перший суматор потужності 5 і другий суматор потужності 7 також краще виконати як мостовий пристрій одного з названих вище типів. Виконання подільника потужності 1 і суматорів потужності 5 і 7 як мостових пристроїв зменшує вплив розузгодження входів і виходів підсилювачів 4, 6 і 8 на ефективність компенсації нелінійних спотворень, а також попереджує можливість виникнення самозбудження в підсилювальній системі. Який тип мостового пристрою краще використати в конкретному випадку виконання підсилювальної системи залежить від багатьох факторів, таких, зокрема як частота і потужність сигналу, розміри, ціна системи. Фазовий коректор 2 має таку фазочастотну характеристику, при якій різниця ефективної довжини по шляху 1-2-7 і ефективної електричної довжини по шляху 1-3-5-6-7 дорівнює, приблизно, p радіан в робочому діапазоні частот підсилювальної системи. Якщо відносна ширина робочого діапазону частот підсилювальної системи невелика, як фазовий коректор 2 може бути використаний відрізок лінії передачі, який має необхідну електричну довжину. При великій відносній ширині робочого діапазону частот підсилювальної системи як фазовий коректор 2 може бути використанийфазозсувний пристрій такого, наприклад, типу, який описаний в а. с. СРСР № 1264251 МПК Н01Р1/18, опубл.15.10.1986. Амплітудно-фазовий коректор 4 має таку фазочастотну характеристику, при якій різниця ефективної електричної довжини по шляху 1-3-5 і ефективної електричної довжини по шляху 1-4-5 дорівнює, приблизно, p радіан в робочому діапазоні частот підсилювальної системи. Крім того, амплітудно-фазовий коректор 4 має таку амплітудночастотну характеристику, при якій коефіцієнти передачі сигналів по шляху 1-3-5 і по шляху 1-4-5 приблизно однакові в робочому діапазоні частот підсилювальної системи. Якщо відносна ширина робочого діапазону частот підсилювальної системи невелика, як амплітудно-фазовий коректор 4 може бути використаний відрізок лінії передачі, який має необхідну електричну довжину. При великій відносній ширині робочого діапазону частот підсилювальної системи як амплітудно-фазовий коректор 4 може бути використаний, наприклад, фільтр низьких частот. Як амплітудно-фазовий коректор 4 може бути використаний також підсилювач, який виконаний однаковим з допоміжним підсилювачем 3. При цьому суттєво, щоб допоміжний підсилювач, котрий є джерелом нелінійних створень, працював в нелінійній зоні своїх характеристик вхід/ви хід, а підсилювач, який виконує роль амплітудно-фазового коректора 4 - в лінійній зоні своїх характеристик вхід/ви хід. Це досягається завдяки тому, що коефіцієнти передачі подільника 1 обрані такими, що сигнал, який поступає на вхід допоміжного підсилювача 3, на 10-20 ДБ більший, ніж сигнал, який поступає на вхід підсилювача, який виконує роль амплітудно-фазового коректора 4. Рівність коефіцієнтів передачі по шляху 1-3-5 і по шляху 1-4-5 досягається в цьому випадку завдяки відповідному вибору коефіцієнтів передачі з першого та другого входів на ви хід першого суматора потужності 5 або завдяки розміщенню аттенюатора на виході допоміжного підсилювача 3. Підсилювальна система працює таким чином. Вхідний сигнал ділиться подільником потужності 1 на три сигнали. Перший сигнал, амплітуда якого, як правило, найбільша, поширюється вздовж першого каналу і через фазовий коректор, який входить до його складу, і другий суматор потужності надходить на вхід головного підсилювача, два інші сигнали з другого та третього виходів подільника потужності 1 надходять на входи, відповідно, другого та третього каналів. Допоміжний підсилювач 3, який входить до складу др угого каналу, як було сказано вище, працює в нелінійній зоні своїх характеристик вхід/ви хід, тому на його виході, крім сигналу, присутні також компоненти нелінійних спотворень. Амплітудно-фазовий коректор 4, який входить до складу третього каналу, передає сигнал на вхід першого суматора потужності 5 без нелінійних спотворень. Завдяки тому, що різниця ефективної електричної довжини по шляху 1-4-5 дорівнює, приблизно, p радіан, а коефіцієнти передачі сигналів по цих шляхах, приблизно, однакові, амплітуда результуючого си гналу на ви ході першого суматора потужності 5 близька до нуля і на вхід підсилювача спотворень 6 поступають лише компоненти нелінійних спотворень. Підсилені підсилювачем спотворень 6, компоненти нелінійних спотворень через другий суматор потужності 7 надходять на вхід головного підсилювача 8. Таким чином, на вхід головного підсилювача 8 надходять: сигнал, який прийшов із входу підсилювальної системи крізь перший канал і компоненти нелінійних спотворень, створені допоміжним підсилювачем 3 і підсилені підсилювачем спотворень 6. Завдяки тому, що головний підсилювач 8 є спільним підсилювачем як для сигналу, так і для компонент нелінійних спотворень, створених допоміжним підсилювачем 3, а також завдяки тому, що, як було сказано вище, різниця ефективної електричної довжини по шляху 1-2-7 і ефективної електричної довжини по шляху 1-3-5-6-7 дорівнює, приблизно, p радіан, відповідні компоненти нелінійних спотворень, створених головним підсилювачем 8 і тих, які надійшли від допоміжного підсилювача 3, на виході головного підсилювача 8 знаходяться в протифазі. Коефіцієнти підсилення підсилювача спотворень 6 і коефіцієнт передачі з другого входу на вихід другого суматора потужності 7 підібрані 3 29088 так, що амплітуди компонент нелінійних спотворень, створених головним підсилювачем 8 і амплітуди відповідних компонент нелінійних спотворень, що надійшли від першого допоміжного підсилювача 3, на виході головного підсилювача 8 рівні. Таким чином, нелінійні спотворення анулюються і з виходу головного підсилювача 8 в навантаження надходить неспотворений сигнал. Завдяки тому, що компоненти нелінійних спотворень, створені допоміжним підсилювачем 3, підсилюються до необхідного рівня підсилювачем спотворень 6, допоміжний підсилювач 3 є малопотужним підсилювачем і, відповідно, малою є потужність, яку він споживає від джерела живлення. Підсилювач спотворень 6 є малопотужним і, відповідно, споживає малу потужність від джерела живлення, завдяки тому, що він підсилює тільки компоненти нелінійних спотворень. Оскільки допоміжний підсилювач 3 є малопотужним, потужність сигналу, яку необхідно подати на його вхід для того, щоб він працював в нелінійній зоні своїх характеристик вхід/вихід, є малою. Завдяки цьому малими є втрати сигналу при передачі його із входу подільника потужності 1 на його перший вихід. Крім того, оскільки з виходу підсилювача спотворень 6 на вхід головного підсилювача 8 через другий суматор потужності 7 надходять тільки компоненти нелінійних спотворень, зменшуються втрати сигналу при передачі його з першого входу на вихід др угого суматора потужності 7. Перелічені фактори забезпечують підвищення коефіцієнта корисної дії підсилювальної системи. Для точної настройки амплітуд і фаз компонент нелінійних спотворень, створених допоміжним підсилювачем, з метою більш ефективної компенсації нелінійних спотворень, які виникли в головному підсилювачі, в склад четвертого каналу можуть бути включені змінний аттенюатор і змінний фазозсувний пристрій. Для точної настройки амплітудних і фазових співвідношень передачі сигналів по шляху 1-3-5 і по шляху 1-4-5 в склад другого і/або третього каналів також можуть бути включені змінний аттенюатор і змінний фазозсувний пристрій. Фіг. 1 4 29088 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5