ES2214596T3 - Amplificadores de radiofrecuencia. - Google Patents
Amplificadores de radiofrecuencia.Info
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- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
Abstract
UN CIRCUITO AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA INCLUYE UN AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA (10) QUE TIENE UN CIRCUITO DE LINEALIZACION (14) PARA LINEALIZAR, SUSTANCIALMENTE, EL AMPLIFICADOR A TRAVES DE UN RANGO OPERATIVO LINEAL. UN CIRCUITO DE PREPROCESAMIENTO (20) TIENE SU SALIDA ACOPLADA A LA ENTRADA DEL AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA, Y ESTA OPERATIVO PARA SUJETAR LA MAGNITUD DE LA SEÑAL DE ENTRADA EN UN VALOR PREDETERMINADO EN LO ALTO DEL RANGO OPERATIVO LINEAL DEL AMPLIFICADOR DE RADIOFRECUENCIA. ESTO REDUCE LA DISTORSION DE LA FASE, LA CUAL TIENE LUGAR CUANDO LA SEÑAL DE ENTRADA CRUZA LA REGION NO LINEAL POR ENCIMA DEL RANGO OPERATIVO LINEAL DEL AMPLIFICADOR DE RF.
Description
Amplificadores de radiofrecuencia.
La presente invención se refiere a amplificadores
de radiofrecuencia, y particularmente a un amplificador de
radiofrecuencia del tipo que se linealiza empleando un método de
realimentación.
Los amplificadores de radiofrecuencia (RF) se
emplean con fines de difusión, para generar señales de transmisión
con fines de difusión de radio y televisión, así como para otras
aplicaciones de radiofrecuencia. Es deseable, para una fidelidad de
la transmisión y para reducir transmisiones interferentes no
deseadas, que el amplificador sea lineal, es decir, que la señal de
salida tenga una amplitud que varíe linealmente con la amplitud de
la señal de entrada, y que no se introduzca ninguna distorsión de
fase.
Para mejorar esta linealidad de la señal de
salida en relación con la señal de entrada se conoce la
linealización del amplificador. Esto puede realizarse mediante
cualquiera de diversas técnicas conocidas, empleando por ejemplo un
bucle de realimentación. Dos métodos conocidos de realimentación
son, por ejemplo, los métodos de bucle cartesiano y de bucle polar.
El uso de tales bucles tiene como resultado un amplificador más
lineal.
Sin embargo, la linealidad sólo se obtiene para
niveles de señal de entrada hasta un cierto punto. Más allá de este
punto, puede producirse una sobrecarga repentina, que resultaría en
general en una distorsión importante de amplitud y de fase de la
envolvente de la señal pasa a través del amplificador.
Con referencia a la figura 1 de los dibujos
adjuntos, que es un diagrama vectorial de
amplitud-fase, se supone que la intención de una
señal de entrada con una amplitud y una fase dadas es producir un
vector X de salida. Si la señal de entrada es tal que excede el
punto límite de linealidad del amplificador, entonces la señal de
salida obtenida no es el vector X, sino más bien es un vector Y. El
vector X no se produce debido a la distorsión de amplitud y de fase
introducida por el amplificador una vez que se ha sobrepasado la
parte lineal de su acción. El error total en amplitud y fase está
representado por el vector Z. Este es un error importante.
El documento
US-A-5.327.101 describe un limitador
de distorsión para limitar la cantidad de distorsión de un
amplificador inversor. Un comparador produce un impulso cuando un
nivel de señal en una entrada inversora del amplificador inversor
sobrepasa un nivel de tensión de referencia. El impulso carga un
condensador. Cuando la carga del condensador es lo suficiente como
para elevar la tensión de puerta de un transistor de efecto de campo
(FET) de unión por encima de un corte, el FET deriva la señal de
entrada para reducir su nivel. Las características de distorsión
pueden controlarse empleando un divisor de tensión para ajustar la
tensión en el FET. Una tensión de polarización en la puerta del FET
mantiene al FET apagado cuando el amplificador inversor no está
recortando.
El documento
US-A-4.462.001 describe un aparato
para linealizar las características de transferencia de un
amplificador de alta potencia mediante la corrección de la señal
antes de su modulación.
Un linealizador de banda base incluye un
atenuador de amplitud que recibe la señal de banda base y atenúa su
amplitud en función de la característica de transferencia del
amplificador de alta potencia, y un circuito de rotación de fases
que recibe la señal de banda base atenuada y gira su ángulo de fase
en función de la característica de transferencia del amplitud de
alta potencia. El linealizador de banda base puede incluir además un
detector para determinar el nivel de potencia de la señal de banda
base a fin de controlar el atenuador y el circuito de sucesión de
fases.
La presente invención se define en la
reivindicación 1 adjunta, a la que debería hacerse ahora referencia.
En las reivindicaciones dependientes se prevén características
ventajosas. A continuación, se describen realizaciones preferidas de
la invención con referencia a los dibujos.
La presente invención ha constatado que pueden
darse situaciones en las que se desee permitir que la señal cruce a
la región no lineal durante una cierta proporción del tiempo, y en
estas situaciones la distorsión de la señal puede reducirse
recortando con antelación la envolvente de la señal de entrada antes
de su aplicación por el amplificador.
En las realizaciones preferidas descritas
seguidamente, la distorsión de la señal se reduce al recortar con
precisión la envolvente de la señal de entrada hasta un punto justo
por debajo de donde se produce la sobrecarga súbita en el
amplificador. El resultado de esta introducción intencionada de
recorte, que normalmente se consideraría poco deseable, es la
reducción sustancial de la distorsión de fase.
La invención se describirá más detalladamente, a
título de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:
la figura 1 (descrita anteriormente) ilustra en
un diagrama vectorial el error vectorial introducido en un
amplificador de RF conocido que emplea un método de linealización
por realimentación cuando se hace funcionar por encima de su región
lineal;
la figura 2 ilustra un diagrama vectorial
correspondiente para un amplificador que realiza la invención;
la figura 3 es un diagrama de bloques de circuito
para un amplificador analógico según la invención; y
la figura 4 es un diagrama de bloques de circuito
para un amplificador digital modificado según la invención.
La figura 2 es un diagrama vectorial de
amplitud-fase, correspondiente a la figura 1, para
un amplificador que utiliza un método de recorte con antelación
según la invención. Mediante la operación de recorte, el vector de
salida se reduce a un nuevo valor Y'. El error Z' total es ahora
considerablemente menor que el error Z anterior, lo que da lugar a
una menor distorsión de la señal.
En la figura 3 se muestra una primera realización
de la invención, la cual funciona con señales analógicas. El
amplificador 10 de RF recibe la salida procedente de un mezclador
12, que combina, de manera bien conocida, una señal de IF
(frecuencia intermedia) con una señal procedente de un oscilador de
RF. El amplificador es linealizado por un bucle 14 de
realimentación, mostrado esquemáticamente en la figura. El
amplificador de RF viene precedido por un circuito 20 recortador o
de tratamiento previo, que recorta la magnitud de la señal de
entrada de FI al mezclador a un valor límite predeterminado que se
escoge en el extremo superior del intervalo lineal del amplificador
10.
El circuito 20 recortador tiene una entrada 22
para recibir la entrada de señal de FI, a la que está conectado un
circuito 24 de ganancia variable. La salida del circuito de ganancia
variable, o bloque de ganancia variable, se aplica al circuito 26
amplificador de FI principal. La salida del circuito 26 amplificador
de FI se aplica al mezclador 12. Una parte de la salida del circuito
amplificador de FI se desvía, tal como se muestra en 28, y se aplica
a un detector 30 de envolventes, mostrado de manera ilustrativa como
un diodo. La salida del detector 30 de envolventes se aplica a un
circuito 32 de control automático de nivel (ALC) de acción rápida,
cuya salida se aplica a una entrada de control del circuito 24 de
ganancia variable. El circuito 32 de control automático de nivel
compara la salida del detector 30 de envolventes con un umbral
aplicado en 34. Por tanto, el circuito 32 ALC sólo actúa si la señal
sobrepasa un umbral predeterminado, pero si la señal únicamente
rebasa el umbral en un grado muy pequeño, el circuito ALC reduce
rápidamente la ganancia de la señal a fin de evitar que la señal
crezca adicionalmente. De esta manera, se limita el valor máximo de
la envolvente. El circuito 24 de ganancia variable reacciona lo
suficientemente rápido a la salida del circuito 32 ALC como para
influir en el nivel instantáneo de la señal, y no sólo en el nivel
medio de la señal.
La figura 4 ilustra una segunda realización de la
invención, diseñada para el uso con señales digitales. En este caso,
como es bien conocido, existen dos señales I y Q que llevan los
componentes de señal complejos en cuadratura y en fase. Por tanto,
hay dos canales de señal paralelos a través del amplificador 40,
mostrado esquemáticamente. El amplificador 40 tiene un circuito de
linealización (no mostrado) asociado con él. El recortador 42 previo
tiene dos entradas 44, 46 para recibir las señales I y Q,
respectivamente. Las señales de entrada tienen una velocidad de
muestreo de M muestras por segundo, y se aplican primero a unos
interpoladores 48, 50 (up-sampler), los cuales
incrementan la velocidad de muestreo por un factor N. Normalmente, N
puede ser 2 ó 4. La interpolación garantiza que pueda tener lugar un
recorte previo preciso.
Las salidas de los interpoladores se aplican a
uno respectivo de dos amplificadores 52, 54 multiplicadores y
también a un circuito 56 de cálculo. En el circuito 56 de cálculo,
dos elevadores 58, 60 al cuadrado proporcionan los cuadrados de los
valores de las señales I y Q, y un circuito combinador, en forma de
sumador 62, recibe las salidas de los elevadores al cuadrado y suma
la una a la otra. Por tanto, el sumador 62, que constituye la salida
del circuito 56 de cálculo, aporta una salida representativa de la
suma de los cuadrados de los componentes complejos de la señal de
entrada, a saber: (I^{2} + Q^{2}).
El valor calculado de la magnitud obtenida de
esta manera en el circuito 56 de cálculo, que representa el cuadrado
de la magnitud, se aplica a continuación a una tabla 64 de consulta
(LUT) en forma de memoria de sólo lectura (ROM). La salida de la LUT
64 se aplica a la otra entrada de cada uno de los multiplicadores
52, 54 como coeficiente de multiplicación.
La tabla 64 de consulta aporta coeficientes fijos
a los multiplicadores 52, 54 en el intervalo lineal del amplificador
40. Por encima del intervalo lineal, los coeficientes se reducen a
fin de limitar la magnitud de la salida compleja hasta un máximo
predeterminado, es decir, la salida lineal máxima del amplificador
40. Los valores requeridos para la tabla de consulta pueden
calcularse a partir de los parámetros de circuito o pueden hallarse
empíricamente. La operación es tal que si el valor calculado
sobrepasa un umbral predeterminado, entonces los valores de I y Q a
los que se ha dado salida del recortador 42 previo se reducen de
escala al mismo grado. Por tanto, se limita el valor máximo de la
envolvente de la señal.
La señal aplicada a la tabla 64 de consulta
representa el cuadrado de la magnitud de la señal. Podría ser
posible hallar la raíz cuadrada de éste, pero no hay porqué, ya que
la tabla de consulta puede construirse para permitir esto
automáticamente. En principio, la tabla de consulta podría recibir
las salidas de los interpoladores 48, 50 directamente y también
podría implementar el cálculo conseguido por el circuito 56 de
cálculo, pero en este caso, podría precisarse una tabla de consulta
grande, poco práctica.
Pueden realizarse diversas otras modificaciones
en relación a los circuitos descritos. Por ejemplo, mientras que el
recorte del circuito analógico de la figura 3 se ha descrito como
teniendo lugar en la frecuencia FI, aquél podría llevarse a cabo a
la propia frecuencia RF o a la banda base. La implementación digital
puede conseguirse en software en vez de en hardware, en cuyo caso la
figura 4 debería considerarse un diagrama de flujo en lugar de un
diagrama de bloques de hardware.
Claims (14)
1. Circuito amplificador de radiofrecuencia, que
comprende:
un amplificador (10, 40) de radiofrecuencia para
recibir una señal de entrada por su entrada y proporcionar una señal
de salida amplificada por su salida, y que tiene un circuito (14) de
linealización para linealizar sustancialmente el amplificador en un
intervalo de funcionamiento lineal; y
un circuito (20, 42) de tratamiento previo
separado del circuito (14) de linealización, cuya salida está
acoplada a la entrada del amplificador de radiofrecuencia, y que
incluye un circuito de recorte apto para recortar sustancialmente la
magnitud de la señal de entrada hasta un valor predeterminado justo
por debajo de la parte superior del intervalo de funcionamiento
lineal del amplificador de radiofrecuencia.
2. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 1, en el que el circuito de linealización
comprende un circuito de realimentación.
3. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 2, en el que el circuito de realimentación es un
circuito de bucle cartesiano o polar.
4. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el circuito de tratamiento
previo es efectivo para reducir la distorsión de fase en la salida
del amplificador de radiofrecuencia.
5. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el amplificador
funciona con señales analógicas.
6. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 5, que incluye un circuito (12) mezclador acoplado
entre el circuito de tratamiento previo y el amplificador de
radiofrecuencia, y en el que el circuito de tratamiento previo
funciona a una frecuencia intermedia (FI).
7. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 5 ó 6, en el que el circuito de tratamiento previo
comprende un amplificador (24, 26) de ganancia variable en el
trayecto de la señal y un circuito (30, 32, 34) de control
automático de nivel sensible a la señal aplicada al amplificador de
radiofrecuencia, para comparar la señal con un umbral (34) y
proporcionar una señal de control para el amplificador de ganancia
variable en dependencia del mismo.
8. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
la reivindicación 5, 6 ó 7, en el que el circuito de control
automático de nivel es un circuito (32) de acción rápida y el
circuito de ganancia variable actúa lo suficientemente rápido como
para influir en el nivel instantáneo de la señal.
9. Circuito amplificador de radiofrecuencia según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el amplificador
funciona con señales digitales.
10. Circuito amplificador de radiofrecuencia
según la reivindicación 9, en el que el circuito (56) de tratamiento
previo es apto para calcular la suma de los cuadrados de los
componentes en fase y en cuadratura de la señal digital.
11. Circuito amplificador de radiofrecuencia
según la reivindicación 9 ó 10, que incluye unos medios (48, 50) de
interpolación acoplados a la entrada del circuito de tratamiento
previo para incrementar la velocidad de muestreo de los componentes
de la señal de entrada.
12. Circuito amplificador de radiofrecuencia
según la reivindicación 9, 10 u 11, en el que el circuito de
tratamiento previo incluye unos amplificadores (52, 54) para los
componentes en fase y en cuadratura de la señal de entrada, y un
medio (64) de tabla de consulta cuya salida controla los
amplificadores en el circuito de tratamiento previo.
13. Método de amplificación de radiofrecuencia,
que comprende las etapas siguientes:
proporcionar un amplificador (10, 40) de
radiofrecuencia;
linealizar sustancialmente el amplificador en un
intervalo de funcionamiento lineal del mismo;
recortar sustancialmente la magnitud de una señal
de entrada hasta un valor predeterminado justo por debajo de la
parte superior del intervalo de funcionamiento lineal del
amplificador de radiofrecuencia, antes de aplicarla al amplificador
de radiofrecuencia;
recibir la señal de entrada recortada por la
entrada del amplificador; y
proporcionar una señal amplificada por la salida
del amplificador de radiofrecuencia,
en el que las etapas de linealización y de
recorte están separadas.
14. Método para evitar sustancialmente los
efectos de distorsión de fase en una señal de radiofrecuencia, que
comprende amplificar la señal de radiofrecuencia según el método de
la reivindicación 13.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB9626930A GB2320827B (en) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | Radio-frequency amplifiers |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=10805045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES97310546T Expired - Lifetime ES2214596T3 (es) | 1996-12-24 | 1997-12-23 | Amplificadores de radiofrecuencia. |
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