Лекция 17 - Конспекты (1095386)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ГЛАВА 10СИСТЕМЫ И УСТРОЙСТВА АДАПТИВНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСоставитель:к.т.н. Родин М.В.Москва – 2017Электропитание РЭАГлава 10СОДЕРЖАНИЕ10.1 Введение ........................................................................................................... 310.2 Радиосистемы с адаптивным электропитанием ........................................ 410.3 Структуры устройств адаптивного электропитания ............................. 162Электропитание РЭАГлава 1010.1 ВведениеВ настоящее время во всём мире активно развиваются сети цифровоготелевидения и радиовещания (DVB-C2, DVB-T2, DRM+), мобильной связи(WCDMA, LTE), широкополосного доступа в Интернет (Wi-Fi, WiMAX).Внедрение цифровых стандартов взамен аналоговых позволяет существенноповысить качество услуг, предоставляемых конечному потребителю (скоростьпередачи данных и т.

д.), обеспечить значительно более экономноеиспользование радиочастотного спектра, увеличить зону покрытия. Однако привнедренииимодернизациицифровыхтелекоммуникационныхсистемвозникает целый ряд специфических проблем касательно построения ихпередающих устройств (ПУ).Традиционно в аналоговом радиовещании использовали сигналы счастотной модуляцией, амплитуда которых постоянна. Это позволяло строитьПУ, использующие нелинейные режимы усиления мощности и потомуимеющиедостаточновысокиевысокийэнергетическиекоэффициентпоказатели.полезногоЭтообеспечиваетдействия(КПД),таккакиотносительно простую реализацию систем охлаждения мощных каскадовусиления.В современных цифровых телекоммуникационных системах применяютпреимущественно сигналы с частотным мультиплексированием (OFDMсигналы).

OFDM-cигнал представляет собой совокупность многих поднесущих,промодулированных методами квадратурной модуляции (QPSK, QAM-16,QAM-64 и т. д.). Данный тип сигнала характеризуется переменной огибающейи высоким значением пик-фактора (отношения пикового значения мощности кэффективному – power factor). Это означает, что к усилителям мощности (УМ)сигналов с переменной огибающей предъявляют высокие требования по частилинейности амплитудной и равномерности фазо-амплитудной характеристик(ФАХ).

Следовательно, в таких УМ необходимо применять линейные режимы3Электропитание РЭАГлава 10работы, отличающиеся низкой энергетической эффективностью. Помимо этого,при построении УМ должны использоваться высоколинейные усилительныеприборы, стоимость которых значительно превышает стоимость усилительныхприборов, использующихся при построении нелинейных трактов усиления.Учитывая, что 1% мощности рассеяния в мировом масштабе приходится,как раз, на телекоммуникационные радиосистемы, можно утверждать, чтопроблема повышения энергетической эффективности ПУ указанных системявляется актуальной.Кроме того, повышение энергетической эффективности ПУ позволитпродлить время работы портативных радиоэлектронных средств с автономнымэлектропитанием.10.2 Радиосистемы с адаптивным электропитаниемВ настоящее время существуют различные методы, направленные наповышение энергетической эффективности УМ при усилении сигналов снепостоянной огибающей.

К числу наиболее эффективных методов относят:-методЛ.Кана(сраздельнымусилениемогибающейифазомодулированного заполнения);- метод дефазирования;- метод автоматической регулировки режима (АРР) по электропитанию.Отличительной особенностью этих методов является непрерывнаяподстройканапряженияэлектропитанияУМдляобеспеченияегомаксимального КПД. Устройство, позволяющее непрерывно подстраиватьнапряжение,называютмодуляторомэлектропитанияилиисточникомэлектропитания (ИЭП) с динамическим управлением выходным напряжением(адаптивным ИЭП). В зарубежной терминологии применяют термины "dynamicpower supplies" (DPS), "tracking supply" или "supply modulator".

Структурысистем электропитания традиционного УМ и УМ с динамическим управлениемнапряжением электропитания представлены на рисунке 10.1.4Электропитание РЭАГлава 10а)б)Рисунок 10.1 – Системы электропитания УМ без (а) и с динамическим (б)управлением напряжением электропитанияА. Метод Л. КанаМетод Л. Кана был предложен в середине XX в.

В англоязычнойлитературе этот метод называют Envelope Elimination and Restoration (EER) –подавление и восстановление огибающей. Также данный метод часто называютполярной модуляцией (polar modulation). В его основе лежит тот факт, чтоамплитудно-фазо-модулированныйсигнал(АФМсигнал)можетбытьпредставлен в виде произведения огибающей и радиочастотного сигнала спеременной фазой:S  t   A  t  cos 0t    t   ,(10.1)где A(t) – огибающая; ω0 – частота несущей; θ(t) – начальная фаза сигнала S(t),изменяющаяся во времени.Радиочастотный сигнал является ФМ сигналом, несущим информацию омгновенной фазе исходного передаваемого сигнала.

Огибающая представляетсобой мгновенную амплитуду модулирующего сигнала.В настоящее время применяют схему реализации метода Кана сиспользованием цифровых методов обработки сигнала. Структурная схема5Электропитание РЭАГлава 10современного УМ, построенного по схеме Л. Кана, представлена на рисунке10.2.Рисунок 10.2 – Структура УМ, выполненного по методу Л.

КанаЦСП – цифровой сигнальный процессор; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;DDS – блок прямого цифрового синтеза; УМ – усилитель мощностиПринцип действия схемы Л.Кана заключается в следующем. В цифровомсигнальном процессоре (ЦСП) каждому символу цифрового транспортногопотока ставится в соответствие синфазная I(t) и квадратурная Q(t) компоненты.После этого в ЦСП из компонент I(t) и Q(t) математически вычисляетсяогибающая A(t) и фаза φ(t), т.е. происходит переход от декартовогопредставления сигнального вектора к полярному:A  t   I 2  t   Q2  t  ,(10.2) Q t    t   arctg .It(10.3)Составляющая φ(t), несущая информацию о мгновенной фазе, поступаетна цифровой вход управления фазой блока прямого цифрового синтеза (DDS –directdigitalsynthesis).Навыходеблокаформируетсяаналоговыйфазомодулированный сигнал (с постоянной амплитудой), который усиливаетсяс помощью усилителя, работающего в граничном или слабоперенапряженномрежиме класса С, или же с помощью высокоэффективного ключевого6Электропитание РЭАГлава 10усилителя D, E или F класса (если это позволяют частотные свойстваключевого УМ).Составляющая A(t), несущая информацию о мгновенной амплитуде,пройдя через ЦАП, усиливается в низкочастотном (НЧ) тракте, как правило, сприменением широтно-импульсной (ШИМ) модуляции и высокоэффективногоШИМ-регулятора, построенного на базе усилителя, работающего в классе D.Однако возможно применение и линейного регулятора напряжения.Обе составляющие поступают в перемножитель, где производитсяамплитуднаямодуляциямодулирующего сигналанавысокомуровневыступает сигналмощности.НЧ тракта, аВкачествев качествемодулируемого выступает сигнал высокочастотного (ВЧ) тракта.Достоинства у данного метода следующие:- возможность применения во всех усилительных трактах транзисторов иламп с нелинейными характеристиками, которые гораздо дешевле приборов слинейными характеристиками;- высокий КПД (до 85% в определённых диапазонах частот), которыйдостигается за счёт применения энергетически эффективных режимовусилителей в ВЧ и НЧ трактах.К недостаткам метода Кана можно отнести:- разное время распространения сигнала в трактах НЧ и ВЧ;-наличиепаразитнойамплитудно-фазовойконверсии(АФК)вперемножителе.Разное время распространения сигнала в трактах влечет за собойнесинхронность воздействия на перемножитель двух компонент (т.е.

временны́ езадержки). Из-за этого в спектре выходного сигнала появляются нежелательныепродукты интермодуляции. Уровень продуктов интермодуляции будет темвыше, чем больше ширина полосы частот сигнала. С несинхронностьюсигналов в трактах борются программным способом с помощью введения7Электропитание РЭАГлава 10задержек в ЦСП, которые позволяют выровнять время распространения двухсигналов.АФК представляет собой негативное явление, которое заключается в том,что с изменением амплитуды входного сигнала изменяется и сдвиг по фаземежду входным и выходным сигналами (т.е. происходит паразитная фазоваямодуляция, приводящая к неравномерности ФАХ, что крайне отрицательносказываетсянакачествевыходногосигнала,приводякнелинейнымискажениям и расширению спектра сигнала).

Для компенсации АФКиспользуют различные нелинейные фазовые корректоры, в том числеадаптивные.Б. Метод АРР по электропитаниюВпервые метод АРР по электропитанию был предложен применительно коднополоснымПУсоветскимиспециалистамиБ.М.РассадинымиК.С. Полянским-Майковым в 1953 г. Дальнейшее развитие этот метод получилв работах В.М. Розова и В.Ф. Кузьмина (1969 г.), которыми было предложенокак полное плавное регулирование напряжения электропитания, так и неполноерегулирование с начальным порогом, а также дискретное (ступенчатое)регулирование.Большой вклад в развитие данного метода в 70-80-е гг.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций