RU134376U1

RU134376U1 - SOLID POWER AMPLIFIER

Info

Publication number: RU134376U1
Application number: RU2013107758/08U
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Котов
Original assignee: Александр Петрович Котов
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2013-11-10

Abstract

Твердотельный усилитель мощности, выполненный с возможностью питания от единого источника постоянного тока и содержащий предварительный усилитель, подключенный к делителю мощности параллельного типа с N секций, N выходов которого соединены с входами n каналов усиления, выходы каналов усиления подключены к сумматору мощности, отличающийся тем, что каналы усиления содержат перед усилителями линии задержки, выполненные с возможностью сдвига фазы усиливаемого в каналах сигнала на определенную для каждого канала величину, а после усиления сигнал поступает на линии задержки, выполненные с возможностью фазирования сигнала перед сумматором, при этом сумматор и делитель мощности параллельного типа с N секций на четвертьволновых отрезках линии с синфазным режимом возбуждения и заземленным развязывающим резистором.A solid-state power amplifier, configured to be powered from a single DC source and containing a pre-amplifier connected to a parallel type power divider with N sections, N outputs of which are connected to inputs of n gain channels, outputs of the gain channels are connected to a power adder, characterized in that amplification channels contain delay lines in front of the amplifiers, which are capable of shifting the phase of the signal amplified in the channels by a value determined for each channel, and after amplification the signal enters the delay lines, made with the possibility of phasing the signal in front of the adder, while the adder and the power divider are of parallel type with N sections on quarter-wave segments of the line with common mode excitation and a grounded decoupling resistor.

Description

Полезная модель относится к технике полупроводниковых устройств, а именно к усилителям высокой частоты на полупроводниковых приборах, и может быть использовано в радиопередающих устройствах сверхвысоких частот.The utility model relates to the technique of semiconductor devices, namely to high-frequency amplifiers on semiconductor devices, and can be used in microwave transmitting devices.

Современное состояние полупроводниковой техники не обеспечивает получение высоких уровней мощности в СВЧ диапазоне волн в одноканальных усилителях мощности. В связи с этим широкое распространение получили твердотельные многоканальные усилители СВЧ диапазона волн с суммированием высокочастотной мощности.The current state of semiconductor technology does not provide high power levels in the microwave wavelength range in single-channel power amplifiers. In this regard, widespread solid-state multi-channel amplifiers of the microwave wave range with the summation of high-frequency power.

Известен твердотельный усилитель мощности (книга «СВЧ полупроводниковые передатчики». Каганов В.И. Издательство - М.: Радио и связь, 1981 г. Стр.6, 7 рис.1.2), содержащий предварительный усилитель, делители мощности, усилители, и сумматор мощности. Недостатком такого твердотельного усилителя мощности является увеличение пикового потребления тока от единого источника питания, в случае применения нечетного количества усилительных каналов.A solid-state power amplifier is known (the book "Microwave Semiconductor Transmitters". Kaganov VI, Publisher - M .: Radio and Communications, 1981, pp. 6, 7, Fig. 1.2), containing a preliminary amplifier, power dividers, amplifiers, and an adder power. The disadvantage of this solid-state power amplifier is the increase in peak current consumption from a single power source, in the case of an odd number of amplifier channels.

Известен также твердотельный усилитель мощности (патент RU №2343625 С1, МПК H03F 3/19, опубл. 10.01.2009), содержащий предварительный усилитель, микрополосковый делитель мощности с элементами коррекции фазы, усилители канала, волноводный сумматор, детектор. Известное устройство по своему назначению и технической сущности является наиболее близким к предлагаемому устройству и поэтому выбрано за прототип. Недостатком прототипа является увеличение пикового потребления тока твердотельным усилителем мощности от единого источника питания, в случае применения нечетного количества усилительных каналов.Also known is a solid-state power amplifier (patent RU No. 2343625 C1, IPC H03F 3/19, publ. 10.01.2009) containing a preamplifier, microstrip power divider with phase correction elements, channel amplifiers, waveguide adder, detector. The known device for its purpose and technical essence is the closest to the proposed device and therefore is selected as a prototype. The disadvantage of the prototype is the increase in peak current consumption by a solid-state power amplifier from a single power source, in the case of an odd number of amplifier channels.

Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является создание твердотельного усилителя в СВЧ диапазоне волн с суммированием высокочастотной мощности с улучшенными техническими характеристиками.The problem that this utility model is aimed at is the creation of a solid-state amplifier in the microwave range of waves with the summation of high-frequency power with improved technical characteristics.

Полезная модель направлена на уменьшение пикового значения потребления тока от источника питания и улучшение линейности твердотельного усилителя мощности СВЧ диапазона. Указанный технический результат достигается тем, что N усилителей объединяются в единую схему, способом, позволяющим равномерно распределить потребление тока N усилителями в течение одного периода несущей частоты усиливаемого волнового сигнала и как следствие, уменьшить искажения передаваемого сигнала связанные с перегрузкой источника питания усилителей каналов. Одновременно снижаются требования, предъявляемые к, единому для всех каналов усиления, источнику тока.The utility model is aimed at reducing the peak value of current consumption from the power source and improving the linearity of the solid-state microwave power amplifier. The specified technical result is achieved by the fact that N amplifiers are combined into a single circuit, in a way that evenly distributes the current consumption of N amplifiers for one period of the carrier frequency of the amplified wave signal and, as a result, reduces the distortion of the transmitted signal associated with overloading the power source of the channel amplifiers. At the same time, the requirements for a single current source for all gain channels are reduced.

Поставленная задача решается тем, что в твердотельный усилитель мощности, содержащий предварительный усилитель, вход которого является входом усилителя, а выход соединен с входом делителя мощности 1/N, выходы которого соединены с N каналами усиления, каждый из которых на входе имеет фазовый корректор, выход которого соединен с входом дефазирующей линии задержки, с выхода которой сигнал поступает на усилитель канала, выход которого соединен с фазирующей усиленный сигнал линией задержки, выход которой соединен с входом сумматора мощности N/1, с выхода которого сигнал поступает на выход твердотельного усилителя мощности.The problem is solved in that in a solid-state power amplifier containing a pre-amplifier, the input of which is the input of the amplifier, and the output is connected to the input of the power divider 1 / N, the outputs of which are connected to N amplification channels, each of which has a phase corrector at the input, the output which is connected to the input of the dephasing delay line, from the output of which the signal is fed to the channel amplifier, the output of which is connected to the phasing amplified signal by the delay line, the output of which is connected to the input of the power adder N / 1, the output of which the signal is fed to the output of a solid-state power amplifier.

Поставленная задача решается также тем, что:The problem is also solved by the fact that:

В каналах усиления после фазового корректора установлена, дефазирующая усиливаемый в каналах усиления сигнал, линия задержки, которая выполнена увеличением конструктивно необходимой длины соединительного коаксиального кабеля между фазовым корректором и усилителем канала на величину l), которую находим из соотношения:In the amplification channels, after the phase corrector, a delayed signal is defined that is being amplified in the amplification channels, a delay line, which is made by increasing the structurally necessary length of the connecting coaxial cable between the phase corrector and the channel amplifier by l), which we find from the relation:

L₁=nλ/N,L ₁ = nλ / N,

где n - порядковый номер линии усиления;where n is the serial number of the gain line;

λ - длина волны несущей частоты в волноводе;λ is the wavelength of the carrier frequency in the waveguide;

N - количество каналов усиления;N is the number of gain channels;

длину волны несущей частоты в волноводе λ находим из соотношенияthe carrier wavelength in the waveguide λ is found from the relation

λ=cv/f,λ = cv / f,

где с - скорость света в вакууме;where c is the speed of light in vacuum;

v - коэффициент укорочения, который например, для волновода с полиэтиленовым наполнителем равен 0,66;v is the shortening coefficient, which, for example, for a waveguide with polyethylene filler is 0.66;

f - частота несущей;f is the carrier frequency;

v - коэффициент укорочения длины волны в волноводе;v is the coefficient of shortening the wavelength in the waveguide;

каналы усиления перед сумматором содержат фазирующую линию задержки, которая выполнена, увеличением конструктивно необходимой длины соединительного коаксиального кабеля между усилителем и сумматором на величину L₂, которую находим из соотношения:amplification channels in front of the adder contain a phasing delay line, which is performed by increasing the structurally necessary length of the connecting coaxial cable between the amplifier and the adder by the value L ₂ , which is found from the relation:

L₂=(N-n)λ/N;L ₂ = (Nn) λ / N;

сумматор и делитель мощности параллельного типа с N секций на четвертьволновых отрезках линии с синфазным режимом возбуждения и заземленным развязывающим резистором (книга «Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний» / В.В.Заенцев, В.М.Катушкина, С.Е.Лондон, З.И.Модель; Под ред. З.И.Моделя. - М: Советское радио, 1980. Рис.8.1б, стр.115).parallel type adder and power divider with N sections on quarter-wave line segments with in-phase excitation mode and a grounded decoupling resistor (book “Devices for adding and distributing high-frequency oscillation powers” / V.V. Zaentsev, V.M. Katushkina, S.E. London , Z.I. Model; Edited by Z.I. Model. - M: Soviet Radio, 1980. Fig. 8.1b, p. 115).

Питание усилителя мощности осуществляется от единого источника тока.The power amplifier is powered by a single current source.

Новая совокупность существенных признаков заявляемого усилителя позволяет равномерно рассредоточить начальные фазы усиливаемого сигнала в каналах усиления, что уменьшает уровень пиков потребляемого от общего источника тока, и фазировать усиленные сигналы перед сумматором N/1. При этом снижается пиковое потребление тока от источника питания и уменьшаются искажения усиливаемого сигнала, связанные с перегрузкой источника питания по току.A new set of essential features of the claimed amplifier allows you to evenly disperse the initial phase of the amplified signal in the amplification channels, which reduces the level of peaks consumed from a common current source, and to phase the amplified signals in front of the adder N / 1. This reduces the peak current consumption from the power source and reduces the distortion of the amplified signal associated with overloading the power source by current.

Из известного уровня техники не выявлено технических решений, которым присущи все приведенные в формуле существенные признаки. Поэтому можно считать, что предлагаемое устройство соответствует критерию патентоспособности «новизна».From the prior art there are no technical solutions that are inherent in all the essential features given in the formula. Therefore, we can assume that the proposed device meets the patentability criterion of "novelty."

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены структурные электрические схемы:The invention is illustrated by drawings, which represent structural electrical circuits:

на фиг.1 - твердотельного усилителя мощности;figure 1 - solid-state power amplifier;

на фиг.2 - канала усиления.figure 2 - channel amplification.

Твердотельный усилитель мощности работает следующим образом.Solid-state power amplifier operates as follows.

На вход предварительного усилителя (1), состоящего из нескольких каскадов усиления, выполненных на полевых транзисторах по схеме с общим истоком, поступает сигнал СВЧ, усиливается и подается на вход делителя мощности (2) параллельного типа на четвертьволновых отрезках линий параллельного типа, выходы которого соединены с N каналами усиления.The input of the pre-amplifier (1), consisting of several amplification stages performed on field-effect transistors according to a common source circuit, receives a microwave signal, is amplified and fed to the input of a parallel-type power divider (2) on quarter-wave segments of parallel-type lines, the outputs of which are connected with N gain channels.

Каждый из N каналов усиления имеет возможность изменения фазовой длины фазовым корректором (3).Each of the N amplification channels has the ability to change the phase length with a phase corrector (3).

В каналах усиления сигналы дефазируются линиями задержки (4) на определенные для каждого промежутки времени, усиливаются усилителем канала (5) на мощном полевом транзисторе и поступает на линии задержки (6), выравнивающие фазы перед сумматором мощности (7) как показано на фигуре 2.In the amplification channels, the signals are dephased by delay lines (4) for specific time intervals, amplified by the channel amplifier (5) on a powerful field-effect transistor and fed to the delay lines (6), which equalize the phases in front of the power adder (7) as shown in figure 2.

Питается твердотельный усилитель мощности от единого источника постоянного тока (8).A solid-state power amplifier is powered from a single DC source (8).

В результате дефазирования сигнала, поступающего на усилители каналов (5), потребляемый от единого источника (8) постоянный ток распределяется равномерно в течение каждого периода несущей частоты усиливаемого сигнала.As a result of the dephasing of the signal supplied to the channel amplifiers (5), the direct current consumed from a single source (8) is distributed evenly during each period of the carrier frequency of the amplified signal.

Claims

A solid-state power amplifier, configured to be powered from a single DC source and containing a pre-amplifier connected to a parallel type power divider with N sections, N outputs of which are connected to inputs of n gain channels, outputs of the gain channels are connected to a power adder, characterized in that amplification channels contain delay lines in front of the amplifiers, which are capable of shifting the phase of the signal amplified in the channels by a value determined for each channel, and after amplification the signal enters the delay lines, made with the possibility of phasing the signal in front of the adder, while the adder and the power divider are of parallel type with N sections on quarter-wave segments of the line with common mode excitation and a grounded decoupling resistor.