RU2797571C1 - Method for constructing linear power amplifiers for microwave frequencies and a device for its implementation - Google Patents
Method for constructing linear power amplifiers for microwave frequencies and a device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797571C1 RU2797571C1 RU2023102197A RU2023102197A RU2797571C1 RU 2797571 C1 RU2797571 C1 RU 2797571C1 RU 2023102197 A RU2023102197 A RU 2023102197A RU 2023102197 A RU2023102197 A RU 2023102197A RU 2797571 C1 RU2797571 C1 RU 2797571C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- power amplifiers
- linear
- power
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Заявленная группа изобретений используется в радиотехнике, радиолокации и системах связи, в частности, относится к способу построения линейных усилителей мощности сверхвысоких частот (СВЧ) диапазона и устройству для его реализации.The claimed group of inventions is used in radio engineering, radar and communication systems, in particular, relates to a method for constructing linear microwave power amplifiers and a device for its implementation.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению, выбранного в качестве прототипа, является способ линейного усиления сигнала по мощности и устройство его реализации по патенту на изобретение RU 2721935, основанном на цифро-аналоговом преобразовании входного сигнала, модуляции им высокочастотного сигнала, усилении, ответвлении усиленного сигнала и его демодуляции, аналого-цифровом преобразовании демодулированного сигнала, согласно изобретению перед цифро-аналоговым преобразованием входного сигнала формируют его спектр и спектр цифрового демодулированного сигнала, определяют их разность, инвертируют разность спектров и смешивают со спектром входного сигнала. Устройство усиления мощности с компенсацией нелинейных искажений от известных отличается тем, что дополнительно введены последовательно соединенные формирователь спектра демодулированного сигнала, блок вычитания спектров, формирователь инверсного спектра, блок сложения спектров, блок формирования сигнала, выход которого соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), а также формирователь спектра входного сигнала, вход которого является входом устройства, первый выход соединен с первым входом ЦАП, а второй выход - с объединенными входами блока сложения и блока вычитания спектровThe closest in technical essence to the claimed invention, selected as a prototype, is a method for linear amplification of a signal in terms of power and a device for its implementation according to the patent for invention RU 2721935, based on digital-to-analog conversion of the input signal, modulation of a high-frequency signal, amplification, branch of the amplified signal and its demodulation, analog-to-digital conversion of the demodulated signal, according to the invention, before digital-to-analog conversion of the input signal, its spectrum and the spectrum of the digital demodulated signal are formed, their difference is determined, the difference of the spectra is inverted and mixed with the spectrum of the input signal. The power amplification device with non-linear distortion compensation differs from the known ones in that a demodulated signal spectrum shaper, a spectrum subtractor, an inverse spectrum shaper, a spectrum addition unit, a signal conditioning unit are additionally connected in series, the output of which is connected to the second input of a digital-to-analog converter (DAC ), as well as an input signal spectrum shaper, the input of which is the input of the device, the first output is connected to the first input of the DAC, and the second output is connected to the combined inputs of the addition block and the spectrum subtraction block
Основным недостатком, как способа, так и устройства является зависимость линейных характеристик выходного сигнала от качества формирования сигнала предыскажения ввиду возможного несоответствия нелинейных искажений, полученных на выходе усилителя мощности и сигнала предыскажения, подаваемого на его вход. Таким образом, эффективность линеаризации усилителя мощности может быть существенно снижена.The main disadvantage of both the method and the device is the dependence of the linear characteristics of the output signal on the quality of the pre-distortion signal due to the possible discrepancy between the nonlinear distortions obtained at the output of the power amplifier and the pre-distortion signal applied to its input. Thus, the linearization efficiency of the power amplifier can be significantly reduced.
Задачей заявленной группы изобретений является устранение недостатков прототипа. Техническим результатом - повышение эксплуатационных и тактико-технических характеристик радиотехнических систем, использующих многочастотные и широкополосные сигналы и снижение уровня интермодуляционных искажений различных порядков.The task of the claimed group of inventions is to eliminate the shortcomings of the prototype. The technical result is an increase in the operational and performance characteristics of radio engineering systems using multi-frequency and broadband signals and a decrease in the level of intermodulation distortion of various orders.
Технический результат достигается за счет того, что в способе построения линейных усилителей мощности сверхвысоких частот диапазона осуществляют перенос многочастотного сигнала в область низких частот с последующим выделением каждой составляющей сигнала, линейным усилением до уровня, обеспечивающего компенсацию потери преобразования в преобразователе частоты и полосовом фильтре, осуществляют обратный перенос в область высоких частот, линейным усилением и суммированием для получения результирующего выходного сигнала.The technical result is achieved due to the fact that in the method of constructing linear power amplifiers of microwave frequencies of the range, a multi-frequency signal is transferred to the low-frequency region, followed by the selection of each component of the signal, linear amplification to a level that compensates for the loss of conversion in the frequency converter and the band-pass filter, the reverse transfer to the high frequency region, linear gain and summation to obtain the resulting output signal.
Также технический результат достигается за счет того, что устройство построения линейных усилителей мощности сверхвысоких частот диапазона состоит из преобразователя частоты, на первый вход которого поступает информационный сигнал мощностью Рвх., а на второй вход сигнал гетеродина частотой fгет., выход преобразователя частоты соединен с входом n-канального делителя мощности, выходы делителя мощности соединены с входами полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров соединены с входами усилителей мощности, выходы усилителей мощности соединены с входами преобразователей частоты, выходы которых соединены с входами усилителей мощности, выходы которых соединены с входами n-канального сумматора мощности, при этом на выходе сумматора мощности образуется результирующий выходной сигнал.Also, the technical result is achieved due to the fact that the device for constructing linear power amplifiers for ultrahigh frequencies of the range consists of a frequency converter, the first input of which receives an information signal with a power P in ., and the second input receives a local oscillator signal with a frequency f het. , the output of the frequency converter is connected to the input of an n-channel power divider, the outputs of the power divider are connected to the inputs of band-pass filters, the outputs of band-pass filters are connected to the inputs of power amplifiers, the outputs of power amplifiers are connected to the inputs of frequency converters, the outputs of which are connected to the inputs of power amplifiers, the outputs of which are connected to the inputs of the n-channel power adder, and the resulting output signal is formed at the output of the power adder.
Заявленная группа изобретений характеризуется схематичными изображениями.The claimed group of inventions is characterized by schematic representations.
На фиг. 1. показан пример построения устройства, реализующего предлагаемый способ.In FIG. 1. shows an example of building a device that implements the proposed method.
На фиг. 2 показан спектр сигнала на входе усилителя мощности.In FIG. 2 shows the spectrum of the signal at the input of the power amplifier.
На фиг. 3 показан спектр сигнала после преобразователя частоты.In FIG. 3 shows the spectrum of the signal after the frequency converter.
На фиг. 4 показан спектр сигнала после полосовых фильтров.In FIG. 4 shows the spectrum of the signal after the band pass filters.
На фиг. 5 показан спектр сигнала после выходного усилителя мощности.In FIG. 5 shows the signal spectrum after the output power amplifier.
На фиг. 6 показан спектр результирующего выходного сигнала.In FIG. 6 shows the spectrum of the resulting output signal.
Пример построения устройств, реализующего предлагаемый способ, показан на фиг. 1.An example of building a device that implements the proposed method is shown in Fig. 1.
Устройство состоит из преобразователя частоты 1, на первый вход которого поступает информационный сигнал мощностью Рвх, а на второй вход сигнал гетеродина частотой fгет.. Выход преобразователя частоты 1 соединен с входом n-канального делителя мощности 2. Выходы делителя мощности 2 соединены с входами полосовых фильтров 3.1 - 3.n. Выходы полосовых фильтров соединены с входами усилителей мощности 4.1 - 4.n. Выходы усилителей мощности соединены с входами преобразователей частоты 5.1 - 5.n, выходы которых соединены с входами усилителей мощности 6.1 - 6.n, выходы которых соединены с входами n-канального сумматора мощности 7. На выходе сумматора мощности образуется результирующий выходной сигнал.The device consists of a
Исходный многочастотный сигнал с мощностью Рвх поступает на вход преобразователя частоты ПрЧ1, где смешивается с сигналом гетеродина с частотой fгет., и переносится в область низких частот.Далее происходит деление сигнала с последующим выделением каждой составляющей многочастотного сигнала с помощью полосовых фильтров Ф1 - Фn. Усилители У1-Уn предназначены для компенсации потерь в преобразователе частоты и полосовых фильтрах. С помощью преобразователей частоты ПрЧ2 - ПрЧn происходит обратный перенос каждой составляющей в область высоких частот, являющихся рабочими частотами усилителя мощности, усиление в выходных каскадах Увых.1 - Увых.1 для получения требуемого уровня выходной мощности, и суммирование для получения результирующего выходного сигнала.The original multi-frequency signal with a power P in is fed to the input of the frequency converter PFC 1 where it is mixed with the local oscillator signal with a frequency f het. , and is transferred to the low-frequency region. Next, the signal is divided, followed by the selection of each component of the multi-frequency signal using band-pass filters Ф 1 - Ф n. Amplifiers U 1 -U n are designed to compensate for losses in the frequency converter and bandpass filters. With the help of frequency converters PrCh 2 - PrCh n , each component is transferred back to the high-frequency region, which are the operating frequencies of the power amplifier, amplification in the output stages U out.1 - U out.1 to obtain the required output power level, and summation to obtain the resulting output signal.
На фиг. 2-6 представлены результаты моделирования, поясняющие работу устройства, реализующего предлагаемый способ. Тип входного сигнала - многочастотный с тремя поднесущими (выбран для примера). На фиг. 2 представлен спектр сигнала на входе усилителя мощности.In FIG. Figures 2-6 show simulation results explaining the operation of the device that implements the proposed method. Input signal type - multi-frequency with three subcarriers (selected for example). In FIG. 2 shows the spectrum of the signal at the input of the power amplifier.
Спектр сигнала после преобразователя частоты ПрЧ1 представлен на фиг. 3.The spectrum of the signal after the frequency converter PFC 1 is shown in Fig. 3.
Наблюдается появление в спектре сигнала нелинейных искажений, образовавшихся после прохождения многочастотного сигнала через преобразователь частоты, что является следствием нелинейности данного типа устройств. Максимальный уровень нелинейных искажений - не более 25,3 дБн. После деления сигнала и прохождения через полосовые фильтры низкой частоты, происходит выделение каждой составляющей многочастотного сигнала.There is an appearance in the signal spectrum of nonlinear distortions formed after the passage of a multi-frequency signal through a frequency converter, which is a consequence of the nonlinearity of this type of device. The maximum level of non-linear distortion - no more than 25.3 dBc. After dividing the signal and passing through low-pass bandpass filters, each component of the multi-frequency signal is isolated.
На фиг. 4 представлен спектр сигнала после вышеуказанных преобразований (показана одна поднесущая, спектр сигнала для остальных поднесущих выглядит аналогично).In FIG. 4 shows the signal spectrum after the above transformations (one subcarrier is shown, the signal spectrum for the remaining subcarriers looks similar).
Далее происходит усиление каждой поднесущей в выходных усилителях Увых.1 - Увых.n, обеспечивающих линейное усиление до требуемого уровня мощности. Для каждой поднесущей предусмотрен свой канал усиления, что исключает возможность появления нелинейных искажений, в том числе интермодуляционных. Спектр сигнала после выходных усилителей представлен на фиг. 5 (показана одна поднесущая, спектр сигнала для остальных поднесущих выглядит аналогично).Then there is the amplification of each subcarrier in the output amplifiers Y vy.1 - Y vyh.n providing linear amplification to the required power level. Each subcarrier has its own amplification channel, which eliminates the possibility of non-linear distortions, including intermodulation. The signal spectrum after the output amplifiers is shown in Fig. 5 (one subcarrier is shown, the signal spectrum for other subcarriers looks similar).
После выходных усилителей происходит суммирование всех поднесущих для получения результирующего выходного сигнала. Спектр результирующего выходного сигнала представлен на фиг. 6.After the output amplifiers, all subcarriers are summed to obtain the resulting output signal. The spectrum of the resulting output signal is shown in FIG. 6.
При этом уровень нелинейных искажений составляет более 50 дБн, что является подтверждением работоспособности предложенного способа построения линейных усилителей мощности. Также стоит отметить тот факт, что предложенный способ не предполагает использования обратных, либо прямых связей, с наличием аттенюаторов и фазовращателей, которые используются в схемах линеаризации, так как указанные типы связей чувствительны к разбросу параметров входящих в них элементов и требуют практически прецизионного согласования для обеспечения корректной работы всей схемы линеаризации. Также предлагаемый способ исключает использование цифровых устройств для формирования сигналов предыскажений, что значительно упрощает схемотехнику устройств, реализующих предложенный способ, и существенно повышает их эффективность.At the same time, the level of non-linear distortions is more than 50 dBc, which confirms the efficiency of the proposed method for constructing linear power amplifiers. It is also worth noting that the proposed method does not involve the use of reverse or direct connections, with the presence of attenuators and phase shifters that are used in linearization circuits, since these types of connections are sensitive to the spread of the parameters of their constituent elements and require almost precise matching to ensure correct operation of the entire linearization scheme. Also, the proposed method eliminates the use of digital devices for generating pre-distortion signals, which greatly simplifies the circuitry of devices that implement the proposed method and significantly increases their efficiency.
Выделение каждой составляющей многочастотного сигнала позволяет избежать появления нелинейных искажений, в том числе интермодуляционных, различных порядков, т.к. линейное усиление одночастотных сигналов не приводит к образованию нелинейных искажений, в том числе интермодуляционных.The selection of each component of a multi-frequency signal makes it possible to avoid the appearance of non-linear distortions, including intermodulation, of various orders, since linear amplification of single-frequency signals does not lead to the formation of non-linear distortions, including intermodulation.
Технический результат изобретения достигается за счет выделения каждой составляющей многочастотного сигнала, и дальнейшего усиления уже одночастотных сигналов с последующим суммированием для получения результирующего выходного сигнала. Таким образом, уровень нелинейных искажений различных порядков, в том числе интермодуляционных, минимален, что подтверждается результатами моделирования.The technical result of the invention is achieved by isolating each component of a multi-frequency signal, and further amplifying already single-frequency signals, followed by summation to obtain the resulting output signal. Thus, the level of non-linear distortions of various orders, including intermodulation, is minimal, which is confirmed by the simulation results.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797571C1 true RU2797571C1 (en) | 2023-06-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568314C2 (en) * | 2012-10-19 | 2015-11-20 | Александр Яковлевич Богданов | Amplifier and correction of amplitude-frequency response |
| RU170673U1 (en) * | 2016-12-07 | 2017-05-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | MULTI-CHANNEL ANALOGUE AMPLIFIER FOR ELECTROENCEPHALOGRAPHY |
| RU2721935C1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-05-25 | АО "Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы" | Method of linear signal amplification by power and device for implementation thereof |
| US20210384874A1 (en) * | 2020-06-06 | 2021-12-09 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Floating inverter amplifier device |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2568314C2 (en) * | 2012-10-19 | 2015-11-20 | Александр Яковлевич Богданов | Amplifier and correction of amplitude-frequency response |
| RU170673U1 (en) * | 2016-12-07 | 2017-05-03 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | MULTI-CHANNEL ANALOGUE AMPLIFIER FOR ELECTROENCEPHALOGRAPHY |
| RU2721935C1 (en) * | 2019-07-11 | 2020-05-25 | АО "Научно-технический центр радиоэлектронной борьбы" | Method of linear signal amplification by power and device for implementation thereof |
| US20210384874A1 (en) * | 2020-06-06 | 2021-12-09 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Floating inverter amplifier device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7042283B2 (en) | High-efficiency linear power amplifier | |
| US6552634B1 (en) | Wideband, minimum-rating filters and multicouplers for power amplifiers | |
| EP1562285B1 (en) | Multi-band predistorter using power series representation | |
| US7539464B2 (en) | Power series type predistorter for multi-frequency bands operation | |
| US3755754A (en) | Predistortion compensation for a microwave amplifier | |
| US6922552B2 (en) | Linearization method and signal processing device | |
| EP0899870A1 (en) | Apparatus and method for pre-distortion correction of a power amplifier | |
| JP3360464B2 (en) | Feed forward amplifier | |
| US6242978B1 (en) | Method and apparatus for linearizing an amplifier | |
| US6757338B1 (en) | Predistortion linearizer using even order intermodulation components | |
| Jang et al. | Linearity Improvement of Power Amplifier Using Modulation of Low Frequency IMD Signals | |
| JP3452865B2 (en) | Transmission power amplifier | |
| US20040222849A1 (en) | Multiport amplifying apparatus using digital quadrature baseband hybrid circuit for each hybrid in input hybrid network | |
| RU2797571C1 (en) | Method for constructing linear power amplifiers for microwave frequencies and a device for its implementation | |
| JP2002506305A (en) | Precompensator | |
| KR100353709B1 (en) | Apparatus and method for linearization of individual order control predistortion of intermodulation signals | |
| JP3412594B2 (en) | Distortion compensation circuit | |
| JP3645120B2 (en) | Amplifier distortion compensation | |
| US6683917B1 (en) | Base band signal processing circuit capable of improving both noise characteristic and distortion characteristic | |
| Zhu et al. | Suppressing transmitter intermodulations with channelized active noise elimination (CANE) | |
| RU2178946C2 (en) | Nonlinear distortion corrector | |
| RU197110U1 (en) | Power Amplifier Distortion Corrector | |
| GB2069275A (en) | HF power amplifier | |
| JP3467670B2 (en) | Distortion compensation circuit | |
| RU2692966C1 (en) | Analogue pre-distortion linearizer for power amplifier |