RU51807U1

RU51807U1 - MULTI-CHANNEL BROADBAND AMPLIFIER

Info

Publication number: RU51807U1
Application number: RU2005133661/22U
Authority: RU
Inventors: Павел Львович Асович; Виталий Семенович Гутин; Сергей Александрович Жуков; Сергей Борисович Шостакович
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Экспериментально-исследовательский центр "ДИСКОН"
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2006-02-27

Abstract

Полезная модель представляет собой многоканальное усилительное устройство, на входе которого включено каскадное соединение частотно-разделительного устройства и входного фазового коммутатора, к i-му выходу которого (i=1,....,N) через i-ый усилитель подключен i-ый вход выходного фазового коммутатора, i-ый выход которого через последовательное соединение полосового фильтра i-го канала, делителя мощности i-го канала и выходной линии задержки i-го канала подключен к одному из входов сумматора i-го канала, к другому входу которого через i-ый полосовой усилитель подключен выход блока сравнения i-го канала, один из входов которого подключен ко второму выходу делителя мощности i-гo канала, а другой вход -подключен через входную линию задержки i-гo канала к i-му выходу частотно-разделительного устройства и к i-му входу входного фазового коммутатора, причем выход сумматора i-гo канала подключен к i-му входу частотно-суммирующего устройства.The utility model is a multichannel amplifier device, at the input of which a cascade connection of the frequency separation device and the input phase switch is connected, to the i-th output of which (i = 1, ...., N) the i-th amplifier is connected the input of the output phase switch, the i-th output of which through the serial connection of the band-pass filter of the i-th channel, the power divider of the i-th channel and the output delay line of the i-th channel is connected to one of the inputs of the adder of the i-th channel, to the other input of which i-th strip the amplifier is connected to the output of the comparison unit of the i-th channel, one of the inputs of which is connected to the second output of the power divider of the i-th channel, and the other input is connected through the input delay line of the i-th channel to the i-th output of the frequency-separation device and to i -th input of the input phase switch, and the output of the adder of the i-th channel is connected to the i-th input of the frequency-summing device.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в различных широкополосных усилительных системах, например, в качестве оконечного усилительного каскада связных или телевизионных передатчиков, работающих в полосах частот, перекрывающих несколько октав, в измерительных усилителях и т.п.The utility model relates to radio engineering and can be used in various broadband amplifier systems, for example, as a terminal amplifier stage of connected or television transmitters operating in frequency bands that span several octaves, in measuring amplifiers, etc.

В системах такого рода большую опасность представляют нелинейности амплитудных характеристик усилительных трактов, вызывающие появление специфических помех. Так, в многоканальных наземных или спутниковых радиолиниях с частотным уплотнением единого широкополосного ствола парциальными каналами нелинейность передающего тракта приводит к возникновению интермодуляционных и межканальных помех, что приводит к снижению качества передачи сигналов в радиолиниях вплоть до полной потери их работоспособности. Подобные явления могут иметь место и в других радиотехнических системах.In systems of this kind, nonlinearities in the amplitude characteristics of amplifying paths, causing the appearance of specific interference, pose a great danger. So, in multichannel terrestrial or satellite radio links with frequency multiplexing of a single broadband trunk by partial channels, the nonlinearity of the transmitting path leads to intermodulation and interchannel interference, which leads to a decrease in the quality of signal transmission in radio links up to a complete loss of their performance. Similar phenomena can occur in other radio engineering systems.

Для снижения интермодуляционных искажений в широкополосных усилителях высокой мощности используются различные методы линеаризации, которые отличаются друг от друга степенью коррекции интермодуляционных искажений, стоимостью и полосой пропускания. В настоящее время наиболее широко используются такие методы линеаризации, как предыскажения, обратная связь по огибающей и связь вперед. Усилитель со связью вперед обеспечивает наибольшую полосу частот (>25 МГц) и степень подавления интермодуляционных искажений (от 30 до 35 дБ).To reduce intermodulation distortion in high-power broadband amplifiers, various linearization methods are used, which differ from each other in the degree of correction of intermodulation distortion, cost and bandwidth. Currently, linearization methods such as predistortion, envelope feedback, and forward communication are most widely used. The forward coupled amplifier provides the largest frequency band (> 25 MHz) and the degree of suppression of intermodulation distortion (30 to 35 dB).

Известно устройство, использующее принцип связи вперед (J.S.Кеnnеy, A.Leke, "Design Consideration for Multicamer CDMA Base Station Power Amplifier". Microwave Journal, vol. 42, №2, February 1999, pp.76-86). В усилительном тракте со связью вперед, (английское название «feed forward», в отличие от «feedback» - «обратная связь»), входной неискаженный сигнал через делитель мощности поступает на вход основного усилителя и линию задержки. Часть выходного сигнала основного усилителя, выделенная в направленном ответвителе, подается на один вход схемы сравнения, на другой вход которой подается задержанный в основной линии задержки входной сигнал. В схеме сравнения сравниваются неискаженный сигнал с выхода линии задержки и сигнал с выхода направленного ответвителя, содержащий, помимо полезных составляющих, нелинейные искажения и шумы основного усилителя. Выделенные в схеме сравнения искажения усиливаются вспомогательным усилителем и поступают на выходной сумматор мощности, где складываются в противофазе с задержанным в дополнительной A device is known that uses the forward coupling principle (J.S. Kenney, A. Leke, "Design Consideration for Multicamer CDMA Base Station Power Amplifier". Microwave Journal, vol. 42, No. 2, February 1999, pp. 76-86). In the amplifier path with forward coupling (the English name is “feed forward”, in contrast to “feedback” - “feedback”), the input undistorted signal through the power divider is fed to the input of the main amplifier and the delay line. A part of the output signal of the main amplifier, allocated in the directional coupler, is fed to one input of the comparison circuit, to the other input of which an input signal delayed in the main delay line is supplied. The comparison circuit compares the undistorted signal from the output of the delay line and the signal from the output of the directional coupler, which contains, in addition to useful components, non-linear distortions and noise of the main amplifier. Distortions highlighted in the comparison scheme are amplified by an auxiliary amplifier and fed to the output power adder, where they are added in antiphase with a delay in the additional

линии задержки сигналом основного усилителя на выходе направленного ответвителя. При равенстве коэффициента деления направленного ответвителя коэффициенту усиления вспомогательного усилителя и правильном выборе амплитудно- и фазо-частотных характеристик линий задержки можно добиться полного отсутствия искажений в сигнале на выходе выходного сумматора мощности.delay line signal of the main amplifier at the output of the directional coupler. If the directional coupler division factor is equal to the gain of the auxiliary amplifier and the correct choice of the amplitude and phase-frequency characteristics of the delay lines is achieved, there can be a complete absence of distortion in the signal at the output of the output power adder.

Основным недостатком устройств со связью вперед является необходимость обеспечения высокой степени идентичности коэффициентов передачи усилителей и соответствующих линий задержки во всей полосе рабочих частот. Невыполнение этих требований приводит к ощутимому снижению степени уменьшения нелинейных искажений и к резкому ухудшению энергетических характеристик всего тракта.The main disadvantage of forward coupled devices is the need to ensure a high degree of identity of the transmission coefficients of the amplifiers and the corresponding delay lines in the entire operating frequency band. Failure to comply with these requirements leads to a noticeable decrease in the degree of reduction of non-linear distortions and to a sharp deterioration in the energy characteristics of the entire path.

Известно также устройство (Широкополосные радиопередающие устройства/Под ред. О.В.Алексеева. - М.: Связь, 1978), которое позволяет существенно уменьшить уровень высших гармоник широкополосных усилителей и представляет собой многоканальное схемное решение с фазовой коммутацией.A device is also known (Broadband radio transmitting devices / Edited by O.V. Alekseev. - M .: Communication, 1978), which can significantly reduce the level of higher harmonics of broadband amplifiers and is a multi-channel circuit solution with phase switching.

Такой подход предполагает разбиение всего частотного диапазона усилительного тракта на N поддиапазонов (первый с перекрытием по частоте - 2, остальные - 3), каждому из которых соответствует свой канал входного и выходного частотно-разделительных устройств (ЧРУ₁ и ЧРУ₂). Поэтому для заданной частоты входного сигнала отклик появляется только на одном из выходов ЧРУ₁.This approach involves dividing the entire frequency range of the amplification path into N subbands (the first with frequency overlap - 2, the others - 3), each of which has its own channel of input and output frequency separation devices (HR ₁ and HR ₂ ). Therefore, for a given frequency of the input signal, the response appears only on one of the outputs of the adjustable frequency drive ₁ .

Известное многоканальное широкополосное усилительное устройство содержит последовательное соединенные входное частотно-разделительное устройство, имеющее N выходов, первый фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, второй фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, выходное частотно-суммирующее устройство, имеющее N входов, а также N усилителей, включенных между соответствующими N выходами первого фазового коммутатора и соответствующими N входами второго фазового коммутатора.The known multichannel broadband amplifying device comprises a serial connected input frequency separation device having N outputs, a first phase switch having N inputs and N outputs, a second phase switch having N inputs and N outputs, an output frequency summing device having N inputs, as well as N amplifiers connected between the corresponding N outputs of the first phase switch and the corresponding N inputs of the second phase switch.

Фазовый коммутатор ФK₁ формирует тот или иной вектор синфазно-противофазного возбуждения усилителей (OУ₁-ОУ_N) в зависимости от номера входа, на который поступает сигнал с ЧРУ₁. Выходные сигналы первой и нечетных высших гармоник каждого из усилителей, пройдя через выходной фазовый коммутатор ФК₂, поступают на вход ЧРУ₂, имеющий тот же номер, что и номер выхода ЧРУ₁. Естественно, все нечетные высшие гармоники окажутся за полосой пропускания соответствующего канала и будут отфильтрованы. Сигналы четных гармоник, создавая синфазный вектор возбуждения ФК₂, поступают на первый вход ЧРУ₂ и также отфильтровываются. Следовательно, в сигнале на выходе всего устройства высшие гармоники отсутствуют.The phase switch FC ₁ generates one or another vector of in-phase antiphase excitation of amplifiers (OU ₁ -OU _N ) depending on the number of the input to which the signal from the frequency-converting unit ₁ arrives. The output signals of the first and odd higher harmonics of each of the amplifiers, passing through the output phase switch FC ₂ , are fed to the input of the switch ₂ , which has the same number as the output number of the switch ₁ . Naturally, all the odd higher harmonics will be behind the bandwidth of the corresponding channel and will be filtered out. The signals of even harmonics, creating a common-mode excitation vector of FC ₂ , are fed to the first input of the CRO ₂ and are also filtered out. Therefore, there are no higher harmonics in the signal at the output of the entire device.

Однако уровень подавления высших гармоник помимо фильтрующих свойств ЧРУ₂существенно зависит от степени взаимной электрической развязки входов мощного мостового фазового коммутатора ФК₂, обеспечение которой значительно усложняет реализацию всего устройства в целом.However, the level of suppression of higher harmonics, in addition to the filtering properties of the variable frequency drive _2, significantly depends on the degree of mutual electrical isolation of the inputs of the FC ₂ high-power bridge phase switch, which significantly complicates the implementation of the entire device.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в создании многоканального широкополосного усилительного устройства с уменьшенным уровнем нелинейных искажений.The technical problem solved by the proposed utility model is to create a multichannel broadband amplifier device with a reduced level of non-linear distortion.

Поставленная задача достигается следующим образом. Полезная модель, так же как и известное устройство, содержит последовательное соединенные входное частотно-разделительное устройство, имеющее N выходов, первый фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, второй фазовый коммутатор, имеющий N входов и N выходов, и N усилителей, включенных между соответствующими N выходами первого фазового коммутатора и соответствующими N входами второго фазового коммутатора, а также частотно-суммирующее устройство, имеющее N входов. Но в отличие от известного устройства в предлагаемой полезной модели введены последовательно соединенные i-й полосовой фильтр, i-й делитель мощности, i-я линия задержки и i-й сумматор, где i=1,2,...,N, последовательно соединенные i-я дополнительная линия задержки, i-й блок сравнения и i-й полосовой усилитель, где i=1,2,...,N, причем вход i-го полосового фильтра соединен с i-м выходом второго фазового коммутатора, вход i-й дополнительной линии задержки соединен с i-м выходом входного частотно-разделительного устройства, выход i-го полосового усилителя соединен с вторым входом i-гo сумматора, выход которого соединен с i-м входом выходного частотно-суммирующего устройства, где i=1,2,...,N.The task is achieved as follows. The utility model, as well as the known device, contains a series-connected input frequency separation device having N outputs, a first phase switch having N inputs and N outputs, a second phase switch having N inputs and N outputs, and N amplifiers included between the corresponding N outputs of the first phase switch and the corresponding N inputs of the second phase switch, as well as a frequency-summing device having N inputs. But unlike the known device, the proposed utility model introduced the i-th bandpass filter, the i-th power divider, the i-th delay line and the i-th adder, where i = 1,2, ..., N, in series connected i-th additional delay line, i-th comparison unit and i-th band amplifier, where i = 1,2, ..., N, and the input of the i-th band filter is connected to the i-th output of the second phase switch, the input of the i-th additional delay line is connected to the i-th output of the input frequency separation device, the output of the i-th band amplifier is connected is connected with the second input of the i-th adder, the output of which is connected to the i-th input of the output frequency-summing device, where i = 1,2, ..., N.

На чертеже представлена электрическая структурная схема многоканального широкополосного усилительного устройства.The drawing shows an electrical block diagram of a multi-channel broadband amplifier device.

Полезная модель представляет собой многоканальное усилительное устройство, на входе которого включено каскадное соединение частотно-разделительного устройства 1 (ЧРУ1) и входного фазового коммутатора 2 (ФК2), к i-му входу которого (i=1,...,N) подключен вход дополнительной линии задержки i-гo канала 3 (ЛЗ3), а к i-му выходу через i-ый усилитель 4 (У4) подключен i-ый вход выходного фазового коммутатора 5 (ФК5), i-ый выход которого через полосовой фильтр i-гo канала 6 (ПФ6) подсоединен к входу делителя мощности i-гo канала 7 (ДМ7), к одному из выходов которого подключен один из входов блока сравнения i-гo канала 8 (БС8), выход которого через i-ый полосовой усилитель 9 (ПУ9) подключен к одному из входов сумматора i-гo канала 10 (СУ10), к другому входу которого подключен выход линии задержки i-гo канала 11 (ЛЗ11), а к The utility model is a multichannel amplifying device, at the input of which a cascade connection of the frequency separation device 1 (CHRU1) and the input phase switch 2 (FC2) is included, to the i-th input of which (i = 1, ..., N) the input is connected additional delay line of the i-th channel 3 (LZ3), and the i-th input of the output phase switch 5 (FC5) is connected to the i-th output through the i-th amplifier 4 (U4), the i-th output of which through the band-pass filter i- channel 6 (PF6) is connected to the input of the power divider of channel i of channel 7 (DM7), to one of the outputs of which one of the inputs of the comparison block of the i-th channel 8 (BS8) is connected, the output of which through the i-th band amplifier 9 (ПУ9) is connected to one of the inputs of the adder of the i-th channel 10 (СУ10), the output of the delay line is connected to the other input i-th channel 11 (LZ11), and to

выходу подключен i-ый вход частотно-суммирующего устройства 12 (ЧСУ12), причем выход дополнительной линии задержки i-го канала 3 (ЛЗ3) подключен ко второму входу блока сравнения i-гo канала 8 (БС8), а второй выход делителя мощности i-го канала 7 (ДМ7) соединен к входу линии задержки i-гo канала 11 (ЛЗ11).the output is connected to the i-th input of the frequency-summing device 12 (ChSU12), and the output of the additional delay line of the i-th channel 3 (LZ3) is connected to the second input of the comparison unit of the i-th channel 8 (BS8), and the second output of the power divider i- channel 7 (DM7) is connected to the input of the delay line of the i-th channel 11 (LZ11).

Многоканальное широкополосное усилительное устройство работает следующим образом. Широкополосный входной сигнал разделяется на N смежных частотных полос и поступает на входы первого фазового коммутатора 2, который передает каждую частотную полосу одновременно на входы всех усилителей 4. Сигналы усиливаются в усилителях 4 и через второй фазовый коммутатор 5 поступают на входы полосовых фильтров 6. Причем на входе соответствующего полосового фильтра 6 появляется сигнал в соответствующей полосе этого фильтра. Далее выходные сигналы полосовых фильтров 6 поступают на вход выходного частотно-суммирующего устройства 12, на выходе которого восстанавливается форма неискаженного входного сигнала.Multichannel broadband amplifier device operates as follows. The broadband input signal is divided into N adjacent frequency bands and fed to the inputs of the first phase switch 2, which transmits each frequency band simultaneously to the inputs of all amplifiers 4. The signals are amplified in amplifiers 4 and through the second phase switch 5 are fed to the inputs of bandpass filters 6. Moreover, the input of the corresponding band-pass filter 6, a signal appears in the corresponding band of this filter. Next, the output signals of the bandpass filters 6 are fed to the input of the output frequency-summing device 12, the output of which restores the shape of the undistorted input signal.

Использование в устройстве первого и второго фазовых коммутаторов позволяет увеличить мощность в нагрузке в N раз по сравнению с мощностью, формируемой одним усилителем 4.The use of the first and second phase switches in the device allows to increase the power in the load by N times compared with the power generated by one amplifier 4.

Благодаря введению в устройство делителей мощности 7, блоков сравнения 8 полосовых усилителей 9, сумматоров 10, линий задержки 11 и дополнительной линии задержки 3 обеспечивается подавление нелинейных искажений, возникающих в усилителях 4, за счет формирования соответствующего компенсирующего сигнала на втором входе сумматоров 10.Thanks to the introduction of power dividers 7, comparison units 8 of strip amplifiers 9, adders 10, delay lines 11 and an additional delay line 3, the nonlinear distortions arising in amplifiers 4 are suppressed due to the formation of the corresponding compensating signal at the second input of adders 10.

Особенностью устройства является работа схем компенсации нелинейных искажений не во всей полосе устройства, а только в единичной полосе одного канала частотно-разделительного устройства. Благодаря уменьшению полосы пропускания схем связи вперед, компенсирующих нелинейные искажения, повышается точность их работы и, соответственно, снижается уровень нелинейных искажений устройства.A feature of the device is the operation of compensation schemes for non-linear distortions not in the entire band of the device, but only in the unit band of one channel of the frequency separation device. By reducing the bandwidth of the forward communication circuits that compensate for non-linear distortions, their accuracy increases and, accordingly, the level of non-linear distortions of the device decreases.

Claims

A multichannel broadband amplifier device comprising a series-connected input frequency separation device having N outputs, a first phase switch having N inputs and N outputs, a second phase switch having N inputs and N outputs, and N amplifiers connected between the respective N outputs of the first phase switch and the corresponding N inputs of the second phase switch, as well as a frequency-summing device having N inputs, characterized in that, in order to reduce non-linear distortion, ith bandpass filter, ith power divider, ith delay line and ith adder are connected in series, where i = 1, 2, ..., N, i-th additional delay line is connected in series, i- the comparison block and the i-th band amplifier, where i = 1, 2, ..., N, and the input of the i-th band filter is connected to the i-th output of the second phase switch, the input of the i-th additional delay line is connected to i -th output of the input frequency separation device, the output of the i-th band amplifier is connected to the second input of the i-th adder, the output of which is connected to the i-th input ohm-frequency output of the adder, where i = 1, 2, ..., N.