А.О. Пергушев1, В.А. Сороцкий2

1,2 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (Санкт-Петербург, Россия)

1 pergushev.aleksey@mail.ru; 2 sorotsky@mail.spbstu.ru

Постановка проблемы. Метод усиления сигналов с высоким пик-фактором, основанный на комбинированном применении методов автоматической регулировки напряжения питания и дефазирования, позволяет значительно расширить полосу пропускания ключевого усилителя мощности (комбинированный УМ). При этом модуляционный источник питания реализует требуемый динамический диапазон сигнала в соответствии с методом Кана, но при существенно более узкой полосе пропускания и, соответственно, более низкой частоте опорного напряжения широтно-импульсной модуляции (ШИМ), что влечет за собой увеличение его КПД. Решение главной задачи – расширение полосы пропускания УМ – должен обеспечить канал дефазирования, энергетические характеристики которого также можно улучшить, поскольку динамический диапазон сигнала, усиливаемого в этом канале, становится намного меньше.

Цель. Исследовать спектральные и энергетические характеристики УМ, реализованного на основе комбинированного применения методов автоматической регулировки напряжения питания и дефазирования.

Результаты. В ходе исследования определены параметры оптимального режима работы УМ, при которых достигается максимальный КПД и снижается уровень нелинейных искажений. Установлено, что уровень внеполосных искажений в выходном сигнале комбинированного УМ не более чем на 10 дБ больше, чем в сигнале усилителя по методу Кана, но на 10-15 дБ ниже, чем в усилителе на основе метода дефазирования. Показано, что при расширении полосы пропускания комбинированного УМ в 4-5 раз уровень паразитных внеполосных спектральных составляющих может увеличиваться на 10-20 дБ, а максимум КПД и минимум спектральных искажений при этом достигается при полосе пропускания формирователя низкочастотной (НЧ) огибающей в составе комбинированного усилителя, равной четверти от полосы частот, занимаемой усиливаемым сигналом. Рекомендовано для снижения внеполосных искажений использовать предыскажение сигналов.

Практическая значимость. Полученные спектральные и энергетические характеристики комбинированного УМ могут быть полезны при разработке трансмиттеров для систем связи и телекоммуникаций.

1. Пергушев А.О., Сороцкий В.А. Расширение полосы пропускания усилителей мощности сигналов с высоким пик фактором // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 3. С. 24−31. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202503-03.
2. Zhancang Wang. Envelope tracking power amplifiers for wireless communications. Boston-London: Artech House. 2014. 343 p.
3. Kazimierczuk M.K. RF power amlifiers. Third edition. U.S.: Wiley. 2015. 658 p.
4. Иванюшкин Р.Ю., Козырев В.Б. и др. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / Под общ. ред. Р.Ю. Иванюшкина. М.: Горячая линия – Телеком. 2021. 1200 с.
5. Mamdouh A., Mohamed M.A., Hussien F.A.-L., Mohieldin A.N. Efficient supply modulator for wide-band envelope elimination and restoration power amplifiers // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2020. V. 67. Р. 9-13.
6. Bolotov A.O., Kholyukov R.G., Varlamov O.V. EER power amplifier modulator efficiency improvement using PWM with additional sigma-delta modulation // 2018Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications. 2018. Р. 1-4.
7. Liu X., Zhang H., Mok P. K.T., Luong H.C. A Multi-Loop-Controlled AC-coupling supply modulator with a mode-switching CMOS PA in an EER system with envelope shaping // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2019. V. 54. Р. 1553-1563.
8. Afanasyev P., Grebennikov A.V., Farrell R., Dooley J. Analysis and design of outphasing transmitter using class-E power amplifiers with shunt capacitances and shunt filters // IEEE Access. 2020. V. 8. Р. 208879-208891.
9. Cappello T.A., Florian C., Barton T.W., Litchfield M., Popovic Z.B. Multi-level supply-modulated Chireix outphasing for LTE signals // 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS). 2017. Р. 1846-1849.
10. Chung S.W., Ma R., Teo K.H., Parsons K. Outphasing multi-level RF-PWM signals for inter-band carrier aggregation in digital transmitters // 2015 IEEE Radio and Wireless Symposium (RWS). 2015. Р. 212-214.
11. Nghe C.T., Maassen D., Boeck G., Guan J., Aref A., Negra R. 160 W peak highly linear multilevel outphasing transmitter // Proc. 46th Eur. Microw. Conf. (EuMC). Oct. 2016. Р. 1091-1094.
12. Kayyil A.V., Qiao B., Allstot D. A digitally configurable outphasing switched-capacitor-based RF transmitter // 2023 IEEE 66th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS). August 2023. Р. 6-9.
13. Beltran R., Raab F.H., Velazquez A. HF outphasing transmitter using class‑E power amplifiers // Proc. IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig. 2009. Р. 757‑760.
14. Zhang X., Larson L.E., Asbeck P. Design of linear RF outphasing power amplifiers. MA, Boston: Artech House. 2003.