ES2206053A1 - Combinador de potencia. - Google Patents

Abstract

Combinador de potencia. Comprende "n" amplificadores (V{sub,1}- V{sub,n}) para incrementar la potencia aplicada a una carga (R{sub,L}), se caracteriza porque se combina la potencia de cada amplificador por medio de un transformador de forma que la relación de transformación total entre cada amplificador y la carga sea tal que la impedancia vista por cada amplificador sea igual a la impedancia de la carga para la que fue optimizado su funcionamiento. La invención es aplicable en sistemas de comunicaciones en los que se requiera obtener una mayor cobertura.

Description

Combinador de potencia.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva consiste en un combinador de potencia que tiene por objeto incrementar la potencia aplicada a una carga por un amplificador de salida o ``Line Driver'' sin incrementar distorsión.

La invención es aplicable en sistemas de comunicaciones en los que se desea alcanzar una mayor cobertura.

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica, cuando se desea que un sistema de comunicaciones tenga mayor cobertura, se emplean combinadores de potencia, que básicamente están constituidos por la combinación de varios amplificadores que permiten incrementar la potencia de señal que se inyecta en el canal de comunicaciones.

Existen varios métodos para incrementar la potencia de inyección en el estado de la técnica, siendo el más similar al dispositivo de la invención el combinador denominado Wilkinson, el cual está dotado de tres puertos y realiza la combinación de potencia de dos amplificadores.

El combinador Wilkinson es un combinador adaptado en impedancia, con lo que presenta impedancias iguales vistas desde cualquiera de los puertos que se analice, lo que implica la aparición de una resistencia en el circuito, de modo que cuando se combina la potencia de varios dispositivos parte de la potencia se disipa en esta resistencia, lo cual supone un importante inconveniente para aplicaciones de comunicación. Otro inconveniente es que no existe diseño del combinador Wilkinson para ser empleado con amplificadores diferenciales.

También cabe señalar que en el estado de la técnica es conocido el incremento de potencia a base de la colocación de múltiples amplificadores en paralelo, lo que provoca que se consiga el objetivo de incrementar la potencia final, pero todo ello a costa de una mayor distorsión.

Descripción de la invención

Para lograr el objetivo, la invención ha desarrollado un nuevo combinador de potencia que permite incrementar múltiples veces la potencia inyectada en una carga sin incremento de la distorsión para lo que se combina la potencia de cada amplificador mediante un transformador de forma que la relación de transformación total entre cada amplificador y la carga sea tal que la impedancia vista por cada amplificador sea igual a la impedancia de carga para la que fue optimizado su funcionamiento, de modo que se consigue incrementar la potencia final entregada a la carga sin incremento de la distorsión, resultando ventajoso este hecho.

En una realización de la invención el combinador está caracterizado porque ante cada amplificador se sitúa un transformador de modo que los secundarios de los transformadores se conectan en serie.

En caso de que la relación de transformación de los transformadores no sea práctica para que los amplificadores se sitúen en su carga óptima, es decir que no existan transformadores comerciales con la relación de transformación necesaria, se sitúa al menos otro transformador entre los transformadores anteriores indicados y la carga.

En otra realización de la invención en la que se desee mejorar el balanceo global del circuito, se sitúa un transformador ante cada amplificador, entre cada dos secundarios conectados en serie de estos transformadores comprende un nuevo transformador, esto es, se utilizan en cascada varios transformadores de dos en dos, de los cuales se van balanceando los secundarios.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve enunciado de las figuras

Figura 1.- Representa esquemáticamente una fuente de tensión que modela a un amplificador que se aplica a una carga R_L a través de un transformador T.

Figura 2.- Muestra una gráfica de la degradación de potencia de salida que se produce cuando un amplificador atraviesa el punto de compresión a 1dB.

Figura 3.- Representa un posible ejemplo de realización de la invención, en la que además se muestra la impedancia vista por cada uno de los amplificadores o fuentes.

Figura 4.- Representa otro posible ejemplo de realización de la invención, en la que los amplificadores se conectan al primario de un solo transformador para realizar la combinación de potencia.

Figura 5.- Representa otro posible ejemplo de realización de la invención en el que se emplean en cascada varios combinadores para mejorar el balanceo.

Descripción de varios ejemplos de realización de la invención

Seguidamente se realiza una descripción de varios ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

Como ha sido comentado en el apartado de ``antecedentes de la invención'', el objetivo perseguido por la presente invención, consiste en aumentar el nivel de potencia de la señal a la salida, sin que se produzca un incremento de la distorsión.

En el caso en el que se disponga de una fuente de tensión V a la que se aplica una carga R_{L} a través de un transformador T tal y como aparece en la figura 1, la potencia aplicada a la carga será:

P=\frac{V^{2}}{R_{L}}

En el caso que nos ocupa la fuente de tensión V modela al amplificador de salida o ``Line Driver'' del sistema de comunicaciones (no representado en las figuras), y está diseñado para entregar la máxima potencia a la carga R_{L}.

Si se requiere que el amplificador entregue más potencia que la potencia para la que fue diseñado, se le pide más ganancia y, como consecuencia, el amplificador comienza a funcionar en la zona más allá del punto de compresión a 1dB (P_{1dB}), tal y como se muestra en la figura 2, lo que significa que comienza a distorsionar. Además es posible que el amplificador no pueda dar más ganancia por sus propias limitaciones constructivas. En cualquier caso es deseable entregar más potencia a la carga sin entrar en la zona de funcionamiento que supere el punto de compresión a 1dB (P_{1dB}) del amplificador, es decir en la zona en la que distorsiona.

La solución propuesta por la invención consiste en combinar la potencia entregada por ``n'' amplificadores V_{1}-V_{n}. Esto puede realizarse con un único transformador de múltiples devanados a cuyos primarios se conectan los amplificadores V_{1}-V_{n}, y cuyo secundario S_{1} se conecta a la carga R_{L} tal y como muestra la figura 4, o de forma que cada amplificador V_{1}-V_{n} está conectado a un transformador T_{1}-T_{n} respectivamente, tal y como se muestra en la figura 3, cuyos secundarios están conectados en serie y a su vez el conjunto de los mismos está conectado a otro transformador T_{0} a través del cual se efectúa la conexión del conjunto a la carga R_{L}.

En este circuito cada uno de los amplificadores se representa por una fuente que ofrece una cierta tensión V_{i} y que está entregando la potencia para la que fue optimizado, de manera que la potencia que entrega cada uno de los amplificadores es:

P_{i}=\frac{V^{2}_{i}}{Z_{i}}

La relación de transformación de T_{1}-T_{n} combinada con la de T_{0}, es tal que cada amplificador está funcionando en su punto óptimo de carga, o lo que es lo mismo, que la impedancia Z_{1}-Z_{n} vista por cada amplificador T_{1}-T_{n} es igual a la carga óptima, para la que fue diseñado, tal y como se muestra en la figura 3.

De esta forma se consigue entregar mayor potencia a la carga final R_{L} sin incurrir en distorsión adicional en los amplificadores. Un caso particular se produce en el caso en el que la relación de transformación de los transformadores es de uno a uno, es decir T_{i} = 1:1 donde i \in [1, n], corresponde al número de transformador y fuente, siendo n el número total de transformadores y fuentes.

En este caso la relación de transformación del transformador de carga T_{0} es la siguiente:

T_{o} = \sqrt{n}:1

y la tensión aplicada a la carga R_{L} será:

V_{L} = V_{i}\cdot\sqrt{n}

por lo que la potencia aplicada a la carga en este caso es:

\[P = \frac{(V_{i}\cdot\sqrt{n})^{2}}{R_{L}}
= n\cdot\frac{V^{2}_{i}}{R_{L}} =  n\cdot P_{i}\]

De tal forma que se ha conseguido incrementar ``n'' veces la potencia en la carga R_{L}, teniendo todos los amplificadores lejos de la zona de compresión a 1dB.

En la figura 5 se muestra otro ejemplo de realización en el que se emplean cuatro transformadores T_{1}-T_{4} cuyos secundarios se conectan en serie dos a dos y a su vez se conectan a un transformador T_{x1}, T_{x2} respectivamente a través de los cuales se efectúa la conexión al transformador T_{0}, de forma que en este ejemplo de realización se ha balanceado el circuito utilizando varios combinadores en cascada de dos en dos, que en el ejemplo de realización está constituido por un lado mediante los transformadores T_{1}, T_{2} y por otro mediante los transformadores T_{3}, T_{4}, realizándose en ambos casos el balanceo mediante el secundario.

En el ejemplo se utilizan T_{1}-T_{4} pero se pueden utilizar cualquier número par de transformadores T_{1}-T_{n} y en general el número de transformadores T_{x} es T_{xn/2}, siendo ``n'' el número de transformadores.

Claims (4)

1. Combinador de potencia, que comprende ``n'' amplificadores (V_{1}-V_{n}) para incrementar la potencia aplicada a una carga R_{L}, se caracteriza porque se combina la potencia de cada amplificador (V_{1}-V_{n}) por medio de un transformador de forma que la relación de transformación total entre cada amplificador y la carga (R_{L}) sea tal que la impedancia vista por cada amplificador sea igual a la impedancia de la carga (Z_{1}-Z_{n}) para la que fue optimizado su funcionamiento.

2. Combinador de potencia, según reivindicación 1, caracterizado porque ante cada amplificador (V_{1}- V_{n}) comprende un transformador (T_{1}-T_{n}) de modo que los secundarios de los transformadores se conectan en serie.

3. Combinador de potencia, según reivindicación 2, caracterizado porque se sitúa un transformador (T_{0}) ante la carga (R_{L}) del combinador de potencia.

4. Combinador de potencia, según reivindicación 2, caracterizado porque ante cada amplificador (V_{1}- V_{n}) comprende un transformador (T_{1}-T_{n}) y entre cada dos secundarios de los transformadores (T_{1}-T_{n}) conectados en serie, comprende un transformador (T_{x1}-T_{xn/2}) para mejorar el balanceo.