А.В. Шуваев1, А.В. Башкиров2
1,2 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, Россия)
Постановка проблемы. Современные передатчики должны усиливать и передавать сложные сигналы с одновременной частотной и фазовой модуляцией. В течение последних десяти лет наблюдается очень быстрое развитие беспроводной связи наряду с ростом числа частотных диапазонов, которые должны поддерживаться в беспроводном радиоэлектронном устройстве. В современных системах связи широко применяется высокочастотный (ВЧ) усилитель мощности (УМ) класса D, которому приходится поддерживать все большее число частотных диапазонов и режимов работы. Современные проектировщики обычно решают эту задачу простым увеличением числа УМ, каждый из которых охватывает несколько смежных частотных полос. Этот метод подходит для систем передачи 2G− 4G, так как диапазон частот этих систем меньше 3 ГГц. Однако с повсеместным внедрением 5G и активной разработкой 6G не только число полос частот продолжает увеличиваться, но и диапазон частот расширяется до гораздо более высоких диапазонов (6, 30, 60 ГГц и т.д.). Поэтому возникает необходимость повышения таких критически важных характеристик усилителей высокой частоты (УВЧ), как коэффициент полезного действия, выходная мощность, линейность и пропускная способность. Однако названные характеристики часто являются взаимоисключающими (повышение одних показателей приводит к снижению других), поэтому необходимо разработать метод оценки важности тех или иных параметров.
Цель. Разработать метод повышения основных технических характеристик УВЧ класса D.
Результаты. Проведены исследования, в результате которых определена одна из основных характеристик УМ − линейность, так как стремление к высокой эффективности и высокой выходной мощности возможно только после выполнения требования линейности. Рассмотрена важность линейности, обусловленная не только тем фактом, что она будет искажать сигналы базовой полосы, но и требованиями к излучению Международных комиссий по связи. Установлено, что линейность УМ может быть улучшена простым снижением выходной мощности, но при этом эффективность слива уменьшится. Проанализирован УМ класса D, в котором транзисторы перегружены до жесткого насыщения. Показано, что проблема нелинейности может быть решена с помощью современной технологии LINC (Linear Amplification using Nonlinear Components − линейное усиление с использованием нелинейных компонентов), получившая в настоящее время широкое распространение.
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании современных УМ высокой частоты класса D для достижения высоких технических и эксплуатационных характеристик.
Шуваев А.В., Башкиров А.В. Методы повышения основных характеристик усилителей высокой частоты класса D // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 6. С. 62−66. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202106-11
- Cripps S. RF power amplifiers for wireless communications. Artech House. 2006.
- Grebennikov A., Sokal N.O., Franco M.J. Switch mode RF and microwave power amplifiers. Academic Press. 2012.
- Cripps S.C. Advanced techniques in RF power amplifier design. Artech House. 2002.