Д.К. Нгуен1

1 Московский технический университет связи и информатики (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Перспективные высокоэффективные ключевые передатчики с разделением составляющих при работе с OFDM-сигналами (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) на узкополосную нагрузку (электрически короткую антенну) требуют согласования с антенной цепью с коэффициентом стоячей волны (КСВ) не хуже 1,05 в полосе частот усиливаемого сигнала. На сегодняшний день снижение требований к полосе пропускания антенны для передатчика с разделением составляющих является актуальной задачей. Для ее решения была разработана имитационная модель для исследования работы ключевых высокочастотных (ВЧ) усилителей мощности с раздельным усилением составляющих на узкополосную нагрузку.

Цель. На основе разработанной ранее модели ключевого передатчика с разделением составляющих провести анализ эффективности различных аппаратных методов снижения требований к полосе пропускания узкополосной антенны.

Результаты. Проведен анализ аппаратных методов снижения чувствительности передатчика с раздельным усилением составляющих к КСВ (полосе пропускания) резонансной антенны, который показал, что демпфирующая цепь совместно с двусторонне нагруженным фильтром нижних частот (ФНЧ) тракта огибающей позволяет снизить требования к КСВ антенны до максимального значения 1,22, при этом допустимая полоса пропускания антенны уменьшается до пяти полос сигнала. Предложен фильтр высокой частоты (ФВЧ), который совместно с двусторонне нагруженным ФНЧ тракта огибающей образует диплексер и позволяет снизить требования к КСВ антенны до максимального значения 1,47 с уменьшением допустимой полосы пропускания антенны до 2,5 полос сигнала. Показано, что многофазная широтно-импульсная модуляция (ШИМ) при использовании односторонне нагруженного ФНЧ 2-го порядка и установке в ячейках ВЧ-тракта режекторов 2-й гармоники рабочей частоты дает возможность работать на антенны с полосой пропускания до половины полосы сигнала. Выявлен недостаток представленного метода, заключающийся в необходимости установки узкополосных режекторов, блокирующих цепь питания каждой ВЧ-ячейки по 2-й гармонике, что обуславливает изготовление передатчика на фиксированную рабочую частоту.

Практическая значимость. Применение предложенного ФВЧ-диплексера позволяет расширить допустимый КСВ узкополосной антенны в полосе сигнала с исходного значения 1,05 до 1,47.

Нгуен Д.К. Методы снижения требований к полосе пропускания антенны для передатчика с разделением составляющих // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 9. С. 96-112. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202309-09

1. Козырев В.Б., Лаврушенков В.Г., Леонов В.П. и др. Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме / Под ред. И.А. Попова. М.: Радио и связь. 1985.
2. Varlamov O.V., Gromorushkin V.N. High efficiency power amplifier for IoT applications: RF path // 2020 Systems of Signals
   Generating and Processing in the Field of on Board Communications. 2020. С. 9078651. DOI: 10.1109/IEEECONF48371.2020.9078651.
3. Grebennikov A., Franco M.J. Switchmode RF and Microwave Power Amplifiers. Academic Press: London England. 2021.
4. Chireix H. High power outphasing modulation // Proceedings of the IRE. 1935. № 23. Р. 1370–1392.
5. Kahn L.R. Single-Sideband Transmission by Envelope Elimination and Restoration // Proceedings of the IRE. July 1952. V. 40.
   № 7. Р. 803−806. DOI: 10.1109/JRPROC.1952.273844.
6. Варламов О.В., Нгуен Д.К., Грычкин С.Е. Комбинирование синтетических методов высокоэффективного высокочастотного усиления // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2021. Т. 15. № 9. С. 11−16. DOI: 10.36724/2072-8735-2021-15-9-11-16.
7. Varlamov O., Nguyen D.C., Grebennikov A. Broadband and efficient envelope amplifier for envelope elimination and restoration/envelope tracking higher-efficiency power amplifiers // Sensors. 2022. Т. 22. № 23. С. 9173. DOI: 10.3390/s22239173.
8. Варламов О.В. Построение мощных широкополосных усилителей постоянного тока модуляционного тракта передатчиков с раздельным усилением составляющих // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2022. Т. 16. № 11. С. 4−14. DOI: 10.36724/2072-8735-2022-16-11-4-14.
9. Варламов О.В. Максимальная мощность коммутируемого p-i-n диодами антенно-согласующего устройства диапазона ВЧ при рассогласовании нагрузки // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2020. Т. 14. № 10. С. 26−32. DOI: 10.36724/2072-8735-2020-14-10-26-32.
10. Varlamov O.V. Power Capacity of HF Automatic Antenna Tuner Switched by PIN Diodes under Load Mismatch Conditions // 2020 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Svetlogorsk (Russia). 2020. Р. 1−5. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO49631.2020.9166046.
11. Varlamov O.V., Gromorushkin V.N. Class D Switching Power Amplifier with a Filter under Load Mismatch Conditions // 2020 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). Saint-Petersburg (Russia). 2020. Р. 1−6. DOI: 10.1109/WECONF48837.2020.9131508.
12. Gromorushkin V.N., Varlamov O.V. Experimental Studies of the Envelope Elimination and Restoration HF Power Amplifier Characteristics with Broadband Unmatched Load // 2021 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Kaliningrad (Russia). 2021. Р. 1−4. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO51390.2021.9488387.
13. Gromorushkin V.N., Varlamov O.V., Dolgopyatova A.V., Voronkov A.A. Operation Problems of the EER Transmitter with Narrowband Antenna // 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow (Russia). 2019. Р. 1−5. DOI: 10.1109/SOSG.2019.8706736.
14. Varlamov O.V., Grebennikov A. Experimental Studies of Envelope Elimination and Restoration HF Power Amplifier Characteristics with Narrowband Matched Load // 2022 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). Arkhangelsk (Russia). 2022. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO55067.2022.9840873.
15. Varlamov O.V., Stroganova E.P. Frequency extension circuit for EER transmitters operating with electrically short antennas // 2018 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow (Russia). 2018. Р. 1−5.
    DOI: 10.1109/SOSG.2018.8350577.
16. Нгуен Д.К., Варламов О.В. Имитационная модель для исследования работы ключевых ВЧ-усилителей мощности с раздельным усилением составляющих на узкополосную нагрузку // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2022. Т. 14. № 2. С. 10−18. DOI: 10.36724/2409-5419-2022-14-2-10-18.
17. Nguyen D.C., Varlamov O.V. Simulation Model for Switching Mode Envelope Elimination and Restoration RF Power Amplifiers Research // 2022 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO).
    Arkhangelsk (Russia). 2022. DOI: 10.1109/SYNCHROINFO55067.2022.9840917.
18. Нгуен Д.К., Варламов О.В. Зависимость уровня искажений выходного сигнала передатчика современных телекоммуникационных сигналов с разделением составляющих от параметров фильтра тракта огибающей // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Т. 17. № 2. С. 12−26. DOI: 10.36724/2072-8735-2023-17-2-12-26.
19. Varlamov O.V. Multiphase PWM characteristics in the EER transmitter envelope path. 2021 International Conference on Engi-neering Management of Communication and Technology (EMCTECH). Vienna (Austria). Р. 1−5. 2021.
    DOI: 10.1109/EMCTECH53459.2021.9619166.
20. Nautel J1000 1,000 Watt AM Broadcast Transmitter. Repair Manual. Issue 5.0, 10 May 2016. https://www.manualslib.com/down-load/1279856/Nautel-J1000.html (accessed on 08.01.2023).
21. ETSI EN 302 245 V2.1.1 (2018-06) Transmitting equipment for the Digital Radio Mondiale (DRM) sound broadcasting service; Harmonised Standard for access to radio spectrum.
22. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. М.: Радио и связь. 1983. 752 с.
23. Брюханов Ю.А., Красавин К.А. Нелинейные искажения сигналов в мощных выходных усилителях // Радиотехника. 2019.
    Т. 83. № 8 (11). С. 28-37. DOI: 10.18127/j00338486-201908(11)-04.
24. Брюханов Ю.А., Красавин К.С. Искажения сигналов с угловой модуляцией в мощных выходных усилителях // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 9. С. 86-94. DOI: 10.18127/j00338486-202109-08.