IT8320437A1

IT8320437A1 - Predistorsore attivo per la compensazione della linearita'

Info

Publication number: IT8320437A1
Application number: IT1983A20437A
Authority: IT
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1982-04-05
Filing date: 1983-04-01
Publication date: 1984-10-01
Also published as: JPS58186207A; GB2117991A; IT1173662B; US4453133A; DE3312030A1; IT8320437A0; FR2524733A1; CA1191215A; AU1258483A

Description

"PREDISTORSORE ATTIVO PER LA COMPENSAZIONE DELLA LINEARIT?

RIASSUNTO

Un amplificatore di larga banda utilizza componenti di predistorsione sviluppati tramite un dispositivo amplificatore (14) simile al dispositivo amplificatore di potenza (15) per fornire linearizzazione efficace per ridurre sostanzialmente tutti i prodotti di distorsione di inframodulazione; Poich? la compensazione ? fornita all'ingresso dell'amplificatore di potenza, la necessit? di avere un combinatore di segnali di uscita risulta eliminata, per cui all'uscita ? disponibile la potenza totale. Il rendimento ? pure migliorato poich? l?amplificatore di predistorsione (14 ) che funziona in base al segnale di ingresso, deve semplicemente essere cost intuito da un amplificatore di tensione. E' illustrato un circuito di retroazione opzionale (27? 26, 32, 31 , 28) il quale pu? essere impiegato per ridurre ulteriormente le non linearit?, se necessario.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda la compensazione di linearit? impiegata per ridurre la distorsione negli amplificatori. Pi? particolarmente, l'invenzione riguarda tecniche di alimentazione diretta in amplificatori di larga banda impieganti tipi simili di dispositivi di amplificazione.

Varie tecniche di compensazione della distorsione sono state concepite per migliorare le prestazioni degli amplificatori. Fra queste vi sono la alimentazione diretta od in avanti (feedforward)c e la retroazione (feedback). Le disposizioni di alimentazione diretta convenzionali richiedono duplica -zione degli amplificatori di potenza, ciascuno in un percorso di segnale, i quali sono combinati all'uscita; la duplicazione degli amplificatori determina spreco di potenza mentre le perdite incontrate a causa della combinazione di segnali all'uscita, riducono l'uscita effettiva dello amplificatore. La retroazione, d'altro canto, riduce la distorsione alle spese del guadagno, richiedendo spesso ulteriori stadi di amplificazione per produrre l'uscita desiderata.

In talune applicazioni, piuttosto che in altre, come ad esempio ripetitori per satelliti, tali riduzioni rappresentano gravi inconvenienti.

Pi importanza principale sono circuiti compatti con basso consumo d? potenza e peso minimo, per l'impiego in satelliti. Un altro aspetto ? costituito dal fatto che i circuiti nei satelliti sono tipicamente fatti funzionare ad alti livelli per ottenere elevati livelli d? uscita per la potenza totale assorbita, cosa questa che sfortunatamente tende ad esacerbare l'effetto delle non linearit??

A causa della domanda sempre crescente relativa alla quantit? di informazione da trasmettere, ? altamente desiderabile il potere avere a disposizione amplificatori lineari con caratteristiche di banda passante larga. Attualmente, i risponditori funzionanti in bande designate in un ripetitore di satellite devono essere in grado di impedire distorsione da inframodulazione od interferenza multi percorsi fra i segnali ricevuti che vengono amplificati e ridiretti verso le stazioni a terra. Una simile soluzione ? costosa dal punto di vista della perdite dell'efficienza della larghezza di banda a causa della richiesta spaziatura fra bande designate e del peso delle varie stazioni nei demultiplatori dei filtri impiegati in tale soluzione.

Un'altra tecnica di linearizzazione ? nota come compensazione a predistorsione , in cui componenti di predistorsione vengono aggiunte al segnale di ingresso per fornire interferenza distruttiva fra le componenti di predistorsione ed un ordine selezionato della distorsione introdotta dall'amplificatore durante il processo di amplificazione. Le disposizioni convenzionali , tuttavia, utilizzano tipicamente circuiteria passiva (ad esempio disposizioni a diodi) nel dispositivo di predistorsione, che riduce la distorsione simulando parzialmente le caratteristiche di distorsione dell 'amplificatore attivo. In realt?, una grande porzione del segnale di ingresso ? richiesta per fornire i livelli di segnale sufficienti per far funzionare il dispositivo di predistorsione prima dell'amplificazione per generare un ordine particolare di componenti di distorsione. Di consegu?nza, il fattore di guadagno o amplificazione viene ridotto per migliorare le prestazioni per l'ordine di distorsione selezionato.

Bench? questi inconvenienti siano particolarmente sentiti nelle applicazioni in satelliti, un amplificatore in grado di superare tali problemi presenter? vantaggi intrinsechi che sono grandemente benefici in una variet? di altre applicazioni in cui sono desiderabili elevata linearit? e caratteristiche di grande banda passante. Ad esempio, applicazioni ti? piche possono includere sistemi radio a microonde e sistemi di trasmissione a "banda laterale singola.

In linea generale, la presente invenzione assume la forma di un dispositivo compensatore a predistorsione impiegante un amplificatore di tensione per produrre componenti di distorsione che sono combinate in relazione di ampiezza e fase appropriate con il segnale d'ingresso di un amplificatore di potenza per linearizzare il suo funzionamento.

Secondo taluni degli ulteriori aspetti dell'invenzione, l'amplificatore di tensione ? selezionato per avere caratteristiche di ingresso-uscita, ritardo e fase simili a quelle dell'amplificatore di potenza. Prendendo la differenza fra una porzione dell*uscita e dell'ingresso dell'amplificatore di tensione, sono prodotte componenti di distorsione per l'aggiunta al segnale d'ingresso dell'amplificatore di potenza per ottenere compensazione della linearit?. Entrambi gli amplificatori possono assumere ad esempio la forma di un tubo ad onde propaganti si od un transistor ad effetto di campo. ;Secondo alcuni degli ulteriori aspetti dell'invenzione, ? utilizzato un anello di retroazione opzionale per fornire un'ulteriore riduzione nella distorsione prodotta da leggere variazioni fra le caratteristiche degli amplificatori di tensione e potenza, nell'anello, la differenza fra una porzione del segnale di uscita e del segnale d'ingresso ? pure sommata al segnale d'ingresso dell'amplificatore di potenza per correggerne il funzionamento. A causa del ritardo addizionale dell'anello di retroazione in tale variante, la larghezza di banda sar? alquanto limitata. ;Nel disegno: ;la figura 1 e uno schema circuitale realizzato secondo la tecnica di compensazione di alimentazione diretta dell 'invenzione, e ;la figura 2 rappresenta pure uno schema circuitale dell'invenzione, in cui ? impiegata una disposizione di retroazione opzionale. ;La figura 1 ? uno schema circuitale previsto per fornire compensazione a predistorsione, secondo l'invenzione, per l'amplificatore di potenza principale 15? Il segnale d'ingresso ? applicato all'amplificatore 15 attraverso un divisore di segnale 11 , il ritardo 12 ed il dispositivo combinatore di segnale 13? Una delle altre due componenti del segnale di ingresso dal divisore di segnale 11 pilota l'amplificatore di tensione 14? L'uscita rimanente del divisore di segnale 11 ? ritenuta dal ritardo 16 prima dell'applicazione al dispositivo combinatore di segnale 17, L'altro ingresso del combinatore di segnale 17 ? una porzione dell'uscita dell'amplificatore 14 fornita dall'accoppiatore 20 attraverso 1 'attenuatore regolabile 21? L'accoppiatore 20 ? terminato ad impedenza mediante il carico 18. ;L 'unico scopo dell'amplificatore 14 ? quello di generare il medesimo tipo di componenti di distorsione che sono prodotte dalla non linearit dell?amplificatore 15? Bench? l'amplificatore 14 sia un preamplificatore od amplificatore di tensione, esso ? scelto per avere caratteristiche di trasferimento o simili a quelle dell'amplificatore 15. Perci?, le caratteristiche ingresso? uscita, di ritaxdo e di fase dei due amplificatori dovranno essere simili. La somiglianza delle caratteristiche degli amplificatori ? pi? tipicamente ottenuta quando ? impiegata la medesima tecnica di fabbricazione per realizzare entrambi i dispositivi. Il combinatore 17 di segnali preleva la differenza fra una versione ritardata del segnale d'ingresso ed una porzione del segnale di uscita dell'amplificatore 14 che ? regolata per avere la medesima ampiezza impiegando l 'attenuatore 21. La uscita del combinatore di segnale 17 produce in tal modo solo le componenti di distorsione attribuite alla distorsione di non linearit? introdotta con l'amplificatore 14. L'uscita delle componenti di distorsione dal combinatore di segnali 17 viene regolata in ampiezza tramite l'attenuatore 22. La fase relativa fra la componente di distorsione ed il segnale d'ingresso al divisore 11 di segnale ? regolata tramite il ritardo 12* Il segnale d'ingresso predistorto dell'amplificatore 15 viene prodotto mediante la uscita del combinatore di segnale 13. Quando le componenti di distorsione prodotte dall'amplificatore 14 sono regolate per avere la fase e l'ampiezza appropriatet ? ottenuta compensazione a predistorsione per l'amplificatore 15. Perci?, quando l'amplificatore 15 aumenta l'ampiezza del proprio segnale d'ingresso primario, la presenza delle componenti di distorsione applicate al suo ingresso serve per annullare le componenti di distorsione che sono normalmente prodotte dalla non linearit? dell'amplificatore 15? Di conseguenza, grazie a questa disposizione circuitale, il segnale di uscita dell'amplificatore 15 ? una riproduzione pi? fedele del segnale di ingresso applicato al divisore di segnale 11, cosa questa che ? dovuta alla correzione della non linearit? presente nell'amplificatore 15. L'amplificatore 14, che serve principalmente da amplificatore di tensione, ? cos? in grado di correggere o linearizzare le prestazioni di un amplificatore di potenza di uscita come ad esempio l'amplificatore 15. Perci?, il circuito assorbe una potenza minima e ? disponibile per l'utilizzazione virtualmente la piena uscita dell'amplificatore 15

Si deve notare che dal punto di vista di avere una larga banda ? importante che la lunghezza effettiva del percorso elettrico dal divisore di segnale 11 al combinatore di segnale 17 attraverso l'amplificatore 14, l'accoppiatore 20 e l'attenuatore 21 abbia ad essere uguale alla lunghezza del percorso elettrico fra il divisore di segnali 11 ed il combinatore 17 attraverso il ritardo 16. Inoltre, la lunghezza del percorso elettrico dal combinatore 17, quando sommata alla lunghezza del percorso elettrico dal combinatore 17 al combinatore 13 attraverso l?attenuatore 22 dovr? essere uguale alla lunghezza del percorso elettrico dal combinatore 17 al combinatore 13 attraverso il percorso di ritardo 12.

La figura 2 impiega compensazione di retroazione in aggiunga a compensazione di predistorsione. Numeri di riferimento uguali nelle figure del disegno sono utilizzati per identificare componenti elettrici uguali. In figura 1 ? stato fatto il presupposto che il preamplificatore e l?amplificatore di potenza abbiano caratteristiche di trasferimento simili, la qual cosa ? valida quando sono utilizzati tubi ad onde propagantesi, klystron, transistor ad effetto di campo e simili costruiti in maniera simile? Tuttavia, la disposizione di figura 2 rimuove dinamicamente qualsiasi distorsione residua prodotta dalle piccole differenze fra le caratteristiche operative dell'amplificatore di tensione di bassa potenza e dell'amplificatore di alta potenza.

Una delle differenze fra le figure 1 e 2 consiste nel fatto che il divisore di segnali 11 fornisce un'uscita addizionale. Il comparatore di segnale 26 riceve questo segnalo attraverso il ritardo regolabile 27 ed una. porzione del segnale di uscita dell?amplificatore di potenza 15. Quest?ultimo ingresso ? ottenuto dall?uscita dell'amplificatore di potenza attraverso il divisore di segnale od accoppiatore direzionale 28 e l'attenuatore 31 ? I due segnali d?ingresso al comparatore 26 sono regolati in maniera appropriata per coincidere in ampiezza ed essere sfasati di 180? in modo tale che l'unica uscita del comparatore 26 consiste nella distorsione. Tale distorsione ? accoppiata all'ingresso dell'amplificatore 15 attraverso l'attenuatore regolabile 32 ed un ingresso addizionale del combinatore di segnale 13. Poich? questo anello di retroazione opera in base ad un effetto residuo dovuto all'annullamento incompleto che ha come conseguenza segnali di retroazione di basso livello, l 'anello di retroazione pu? - essere facilmente implementato. Perci?, pu? non essere necessario che i componenti dell?anello di retroazione abbiano ad operare entro un ampio intervallo dinamico, e la larghezza di banda disponibile sar? sufficiente per il contenuto in frequenza del segnale interessato.

Bench? l'invenzione, fornisca vantaggi molto desiderabili per applicazioni in satelliti, ? nuovamente sottolineato il fatto che i benefici ottenuti consentiranno agli esperti del ramo di utilizzare l'invenzione vantaggiosamente in varie altre applicazioni. Inoltre, modifiche delle forme di realizzazione illustrative risulteranno evidenti agli esperti del ramo, per l'attuazione dei principi inventivi. Ad esempio, in talune applicazioni, le caratteristiche operative di dispositivi diversi, come ad esempio klystron e tubi a onde propagantesi possono essere sufficientemente prossime da fornire linearizzazione adeguata. Bench? le forme di realizzazione dell'invenzione siano state illustrate impiegando componenti regolabili, relazioni di

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Amplificatore per segnali di onde elettromagnetiche comprendente un amplificatore di potenza (15) ed un amplificatore ausiliare (14), in cui la distorsione introdotta dall'amplificatore di potenza viene compensata impiegando un amplificatore ausuliare, caratterizzato dal fatto che l'amplificatore ausiliare (14) ? un amplificatore di tensione avente caratteristiche di ritardo ingresso-uscita e di fase e sono simili a quelle dell'amplificartore di potenza, e che l'amplificatore ausiliare genera componenti di distorsione che sono combinate in relazione di ampiezza e fase rispetto al segnale d'ingresso dell'amplificatore di potenza cos? da fornire compensazione a predistorsione per linearizzare il funzionamento dell'amplificatore.

2. Amplificatore secondo la riv. 1 , caratterizzato dal fatto che detto amplificatore di potenza e detto amplificatore ausiliare comprendono il medesimo tipo di dispositivi amplificatori.

3 Amplificatore secondo la riv. 1, caratterizzato inoltre da un primo combinatore di segnali (17) collegato per ricevere l'uscita di detto amplificatore ausiliare ed una porzione del segnale d'ingresso per produrre un segnale d'uscita rappresentativo della differenza algebrica fra i suoi due ingressi, il primo combinatore di segnali atto a produrre tua 'uscita delle componenti di distorsione introdotte dalla non linearit? di detto amplificatore ausiliare atto a generare un segnale in grado di fornire compensazione a predistorsione in detto amplificatore di potenza.

4. Amplificatore secondo la riv. 3, caratterizzato inoltre dal fatto che detti mezzi di attenuazione (22) e detti mezzi di sfasamento (12) sono accoppiati per ricevere l'uscita del primo combinatore di segnali (17) ed una uscita di detto divisore di segnali (1 1 ) per regolare 1 'ampiezza e la fase del segnale all'amplificatore di potenza (15) per effettuare linearizzazione delle caratteristiche di funzionamento di detto amplificatore di potenza.

5.Amplificatore secondo la riv .4 in cui detto amplificatore di potenza e detto amplificatore ausiliare comprendono entrambi dispositivi amplificato? ri a .transistor ad effetto di campo

6. Amplificatore secondo la riv. 4t in cui detto amplificatore di potenza e detto amplificatore ausiliare comprendono entrambi dispositivi amplificatori a tubi ad onde propagantisi

7 . Amplificatore secondo la riv. 3, caratterizzato inoltre da un secondo combinatore di segnali (26) accoppiato per ricevere una porzione del segnale df ingresso e tuia porzione del segnale d'uscita di detto amplificatore di potenza (15) per produrre un segnale di retroazione per l'ingresso di detto amplificatore di potenza per fornire ulteriore lineari zzarzione delle sue caratteristiche di funzionamento.

8. Amplificatore secondo la riv. 7? iu cui mezzi attenuatori (31 ) e mezzi divisori di fase (27) sono collegati al secondo combinatore di segnali (26) per fornire una porzione del segnale di uscita dall'amplificatore di potenza, che ? rappresentativa della sua non- linearit? regolata in ampiezza di fase per migliorare la linearizzazione dell?amplificatore di potenza (15). .