CN112332783A - 一种超线性低噪声短波放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超线性低噪声短波放大器，包括D/A转换电路模块、耦合模块、乘法器、滤波器、放大器、衰减模块和预失真模块，所述D/A转换电路模块的输出端与乘法器的其中一个输入端电性连接，所述乘法器的其中一个输出端与放大器的输入端相接从而获取外界的短波信号，所述乘法器的另一个输出端与滤波器电性连接，所述预失真模块的输出端电性连接于放大器，所述放大器的其中一个输出端电性连接于耦合模块。本发明提供的一种超线性低噪声短波放大器，与传统的技术相比，本发明以通过改变外部控制模块所发送的增益控制数据，即可实时调整短波信号的信号强度，满足广播系统的需求；采用预失真技术来补偿放大器放大过程中产生的失真。

Description

一种超线性低噪声短波放大器
技术领域
本发明属于短波通信技术领域，更具体地说，尤其涉及一种超线性低噪声短波放大器。
背景技术
随着短波通信技术的发展,线性调制技术得到越来越多的应用,对于发射接收系统的线性度要求也越来越高，短波通信使用的频带为1.5MHz-30MHz,这么宽的工作频带内信号的二三阶分量仍然处于工作频带内,无法使用滤波器等手段滤除,因此作为发射接收设备中主要部件的放大器,它的线性度很大程度上就决定了通信系统性能的好坏，该项目对目前国内外采用较多的几种放大器线性化技术进行分析与研究,最终采用负反馈技术和平衡电路技术,设计实现了一种工作于1.5MHz-30MHz全频段的超线性度宽带放大器，实测结果表明,我公司设计的这一宽带放大器的输出二阶交截点达到102dBm(双音输出17dBm，频率间隔100K)；输出三阶交截点达到58dBm(双音输出17dBm，频率间隔100K)，目前国内高频段的窄带线性放大器一般三阶交截点大概为39dBm左右,同频段短波放大器的二三阶交截点分别72dBm和38dBm；
现有的放大器由于晶体管、二极管、磁芯等器件都具有非线性，当两个或两个以上的信号进入此些器件所组成的通信电路时，将会产生交叉调制，产生的失真信号在宽带系统中很容易落在带内或其它相邻信道，且它们无法用滤波器等外围设备消除，这将使频谱扩展并干扰其他信道通信，这不仅仅削弱自身信号强度而且使得频谱的利用率大大降低，随着颏谱资源日益紧张，信道的高要求使系统对器件的线性要求也日渐提高，因此，我们提出一种超线性低噪声短波放大器。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种超线性低噪声短波放大器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种超线性低噪声短波放大器，包括：D/A转换电路模块、耦合模块、乘法器、滤波器、放大器、衰减模块和预失真模块，所述D/A转换电路模块的输出端与乘法器的其中一个输入端电性连接，所述乘法器的其中一个输出端与放大器的输入端相接从而获取外界的短波信号，所述乘法器的另一个输出端与滤波器电性连接，所述预失真模块的输出端电性连接于放大器，所述放大器的其中一个输出端电性连接于耦合模块，所述耦合模块的一个输出端电性连接衰减模块，所述放大器的另一个输出端电性连接于衰减模块。
优选的，所述本短波放大器还包括延迟电路，所述耦合器用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路，另一路经预失真模块1传至放大器进行放大输出。
优选的，所述乘法器电路采用芯片AD835，短波信号从所述芯片AD835的Y1脚输入，所述D/A转换电路输出的电平从X1脚输入，所述芯片AD835的Z脚经电阻R1接地，放大器具有-5V电平和+5V电平，芯片AD835的-VSS脚经电感L3连接至-5V电平，并经滤波电容C12、C13接地；芯片AD835的+VCC脚经电感L4连接至5V电平，并经滤波电容C15、C16接地。
优选的，所述滤波器包括电感L5、电容C17、C18，所述电容C17、C18的一端接地，另一端分别连接到电感L5的两端。
优选的，所述衰减模块具体设置为衰减器，且所述衰减器的信号输入端的功率为P1，而输出端得功率为P2，所述衰减器的功率衰减量为A(dB)；若P1、P2以分贝毫瓦(dBm)表示，则两端功率间的关系为：
P2(dBm)＝P1(dBm)－A(dB)
所述衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度，衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定，衰减量用分贝作单位，便于整机指标计算。
优选的，所述滤波器通带的频率f0计算公式为：
f0＝(f1+f2)/2，
其中，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点；
所述滤波器频谱宽度BW计算公式为：
BW＝(f2-f1)
其中，f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。
优选的，所述预失真模块具体采用预失真器，本短波放大器整体增益函数计算公式为：
H(，)：D(，)xP(，)＝常数C
其中，D(，)为预失真器的增益函数为；P(，)为放大器的增益函数；H(，)为整体增益函数。
优选的，所述耦合模块基体采用光电耦合器，且所述光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF＝0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小；当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。
优选的，所述光电耦合器的耦合度于插损之间具有耦合度的绝对值越大，插损的绝对值越小的关系；
若，耦合度(dB)＝耦合端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure BDA0002694450060000031
插损(dB)＝输出端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure BDA0002694450060000032
那么，耦合器的插损和耦合度的关系可以表示为：
10(耦合度/10)+10(插损/10)＝1
其中，耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值；插损是输出端口与输入端口的功率之比。
本发明的技术效果和优点：本发明提供的一种超线性低噪声短波放大器，与传统的技术相比，本发明以通过改变外部控制模块所发送的增益控制数据，即可实时调整短波信号的信号强度，满足广播系统的需求；采用预失真技术来补偿放大器放大过程中产生的失真。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的高通滤波器电路图；
图3为本发明的乘法器电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种超线性低噪声短波放大器，包括：D/A转换电路模块、耦合模块、乘法器、滤波器、放大器、衰减模块和预失真模块，D/A转换电路模块的输出端与乘法器的其中一个输入端电性连接，乘法器的其中一个输出端与放大器的输入端相接从而获取外界的短波信号，乘法器的另一个输出端与滤波器电性连接，预失真模块的输出端电性连接于放大器，放大器输出端电性连接于耦合模块，耦合模块的一个输出端电性连接衰减模块，放大器的另一个输出端电性连接于衰减模块；
作为具体的实时方案，本短波放大器还包括延迟电路，耦合器用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路，另一路经预失真模块1传至放大器进行放大输出；放大器的非线性特性将会随着它的静态工作点的改变而改变，通过改变晶体管的直流工作状态即使用功率回退能改善放大器的线性度，功率每回退1dB放大器三阶交调截点提高2dB，功率回退方法不需要任何外围电路，结构简单。
滤波器包括电感L5、电容C17、C18，电容C17、C18的一端接地，另一端分别连接到电感L5的两端；
衰减模块具体设置为衰减器，且衰减器的信号输入端的功率为P1，而输出端得功率为P2，衰减器的功率衰减量为A(dB)；若P1、P2以分贝毫瓦(dBm)表示，则两端功率间的关系为：
P2(dBm)＝P1(dBm)－A(dB)
其中衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度，衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定，衰减量用分贝作单位，便于整机指标计算；
预失真模块具体采用预失真器，本短波放大器整体增益函数计算公式为：
H(，)：D(，)xP(，)＝常数C
其中，D(，)为预失真器的增益函数为；P(，)为放大器的增益函数；H(，)为整体增益函数；
耦合模块基体采用光电耦合器，且光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF＝0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小；当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关，光电耦合器的耦合度于插损之间具有耦合度的绝对值越大，插损的绝对值越小的关系；
若，耦合度(dB)＝耦合端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure BDA0002694450060000051
插损(dB)＝输出端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure BDA0002694450060000052
那么，耦合器的插损和耦合度的关系可以表示为：
Figure BDA0002694450060000053
其中，耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值；插损是输出端口与输入端口的功率之比；
该超线性低噪声短波放大器项目规格指标：
频率范围：1.5MHz-30MHz；增益：20dB；输入输出驻波：≤1.3；噪声系数：≤4dB；输入P-1压缩点：≥+10dBm；输出二阶：≥102dBm(双音输出17dBm，频率间隔100K)；输出三阶：≥58dBm(双音输出17dBm，频率间隔100K)阻抗特性：50Ω；工作电压：+12-28V；工作电流：≤0.6A@+24V；工作温度：-40℃-+75℃；存储温度：-55℃-+70℃；射频输入接口：N-50JF；射频输出接口：N-50kF；电源接口：穿心电容；外形尺寸：63mm×84mm×22mm；
如图2所示，滤波器通带的频率f0计算公式为：
f0＝(f1+f2)/2，
其中，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点；
滤波器频谱宽度BW计算公式为：
BW＝(f2-f1)
其中，f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准；
如图3所示，乘法器电路采用芯片AD835，短波信号从芯片AD835的Y1脚输入，D/A转换电路输出的电平从X1脚输入，芯片AD835的Z脚经电阻R1接地，放大器具有-5V电平和+5V电平，芯片AD835的-VSS脚经电感L3连接至-5V电平，并经滤波电容C12、C13接地；芯片AD835的+VCC脚经电感L4连接至5V电平，并经滤波电容C15、C16接地。
综上所述：本发明提供的一种超线性低噪声短波放大器，与传统的技术相比，本发明以通过改变外部控制模块所发送的增益控制数据，即可实时调整短波信号的信号强度，满足广播系统的需求；采用预失真技术来补偿放大器放大过程中产生的失真。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超线性低噪声短波放大器，包括：D/A转换电路模块、耦合模块、乘法器、滤波器、放大器、衰减模块和预失真模块，其特征在于：所述D/A转换电路模块的输出端与乘法器的其中一个输入端电性连接，所述乘法器的其中一个输出端与放大器的输入端相接从而获取外界的短波信号，所述乘法器的另一个输出端与滤波器电性连接，所述预失真模块的输出端电性连接于放大器，所述放大器的其中一个输出端电性连接于耦合模块，所述耦合模块的一个输出端电性连接衰减模块，所述放大器的另一个输出端电性连接于衰减模块。
2.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述本短波放大器还包括延迟电路，所述耦合器用于将输入主信号分成两路信号，一路输入到延迟电路，另一路经预失真模块1传至放大器进行放大输出。
3.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述乘法器电路采用芯片AD835，短波信号从所述芯片AD835的Y1脚输入，所述D/A转换电路输出的电平从X1脚输入，所述芯片AD835的Z脚经电阻R1接地，放大器具有-5V电平和+5V电平，芯片AD835的-VSS脚经电感L3连接至-5V电平，并经滤波电容C12、C13接地；芯片AD835的+VCC脚经电感L4连接至5V电平，并经滤波电容C15、C16接地。
4.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述滤波器包括电感L5、电容C17、C18，所述电容C17、C18的一端接地，另一端分别连接到电感L5的两端。
5.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述衰减模块具体设置为衰减器，且所述衰减器的信号输入端的功率为P1，而输出端得功率为P2，所述衰减器的功率衰减量为A(dB)；若P1、P2以分贝毫瓦(dBm)表示，则两端功率间的关系为：
P2(dBm)＝P1(dBm)－A(dB)
所述衰减量描述功率通过衰减器后功率的变小程度，衰减量的大小由构成衰减器的材料和结构确定，衰减量用分贝作单位，便于整机指标计算。
6.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述滤波器通带的频率f0计算公式为：
f0＝(f1+f2)/2，
其中，f1、f2为带通或带阻滤波器左、右相对下降1dB或3dB边频点；
所述滤波器频谱宽度BW计算公式为：
BW＝(f2-f1)
其中，f1、f2为以中心频率f0处插入损耗为基准。
7.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述预失真模块具体采用预失真器，本短波放大器整体增益函数计算公式为：
H(，)：D(，)xP(，)＝常数C
其中，D(，)为预失真器的增益函数为；P(，)为放大器的增益函数；H(，)为整体增益函数。
8.根据权利要求1所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述耦合模块基体采用光电耦合器，且所述光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF＝0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小；当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。
9.根据权利要求8所述的一种超线性低噪声短波放大器，其特征在于：所述光电耦合器的耦合度于插损之间具有耦合度的绝对值越大，插损的绝对值越小的关系；
若，耦合度(dB)＝耦合端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure FDA0002694450050000031
插损(dB)＝输出端口功率(dBm)-输入端口功率
Figure FDA0002694450050000032
那么，耦合器的插损和耦合度的关系可以表示为：
Figure FDA0002694450050000033
其中，耦合度是耦合端口与输入端口的功率之比，以dB表示的话，一般是负值；插损是输出端口与输入端口的功率之比。
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