Линеаризатор
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
В сигналов обработке линеаризаторы представляют собой электронные схемы , которые улучшают нелинейное поведение усилителей для повышения эффективности и максимальной выходной мощности .
Создание схем с инвертированным поведением усилителя — один из способов реализации этой концепции. Эти схемы противодействуют нелинейностям усилителя и минимизируют искажения сигнала. Это увеличивает линейный рабочий диапазон вплоть до насыщения (максимальной выходной мощности) усилителя. Линеаризованные усилители имеют значительно более высокий КПД при улучшенном качестве сигнала. Существуют различные концепции линеаризации усилителя, включая линеаризацию до и после искажений, а также линеаризацию с обратной связью . Чаще всего используется линеаризация до искажений.
Функция, выполняемая линеаризатором по отношению к усилителю, очень похожа на функцию очков по отношению к глазу. Глаз искажает увиденное изображение; очки предварительно искажают изображение. Когда эти два искажения объединяются, в результате получается четкое изображение. Для близоруких очки должны предварительно искажать изображение в одну сторону. Для дальнозорких изображение необходимо предварительно исказить в обратную сторону. [1]
Функциональность линеаризаторов предыскажений
[ редактировать ]Нелинейность возникает в усилителях из-за уменьшения усиления и изменения фазы при работе вблизи насыщения. Такое поведение обычно называют сжатием усиления или фазы. Линеаризатор предыскажений предназначен для компенсации этих изменений. Результирующее поведение обычно называют усилением или фазовым расширением.
Линеаризатор предварительного искажения работает, создавая искажение сигнала (амплитуда и фаза), которое является дополнением к искажению сигнала, свойственному усилителю высокой мощности. Сигнал, подлежащий усилению, сначала проходит через линеаризатор, искажая сигнал без потери усиления. Искаженный сигнал затем подается на мощный усилитель для усиления. Искажения, присущие мощному усилителю, сводят на нет искажения, вносимые линеаризатором, создавая передаточную характеристику, близкую к линейной. [2]
На рисунке 1 показано усиление (коэффициент усиления) в зависимости от входной мощности. Сжатие усиления усилителя начинается выше определенного уровня входной мощности (красная кривая). Путем добавления линеаризатора предыскажений (синяя кривая) перед усилителем эффект сжатия усиления компенсируется до определенного уровня мощности (зеленая кривая). Точка, в которой усиление всей системы начинает падать, перемещается на более высокий уровень мощности, тем самым увеличивая линейный рабочий диапазон. На практике уровень линейной выходной мощности усилителя существенно возрастает (до четырех раз).
Увеличенный линейный рабочий диапазон также показан на рисунке 2 (голубая область). На диаграмме показано соотношение между входной и выходной мощностью усилителя с линеаризатором предыскажений и без него. Пунктирная линия показывает выходную мощность усилителя как функцию входной мощности в логарифмическом масштабе. На этой иллюстрации сжатие показано как отклонение от идеальной линии в 45°. Усилитель с линеаризатором предыскажений (сплошная линия) отклоняется от идеальной линии при гораздо более высоком уровне мощности. Голубая область иллюстрирует улучшенный диапазон линейной рабочей мощности, полученный за счет добавления линеаризатора предыскажений.
Преимущества линеаризаторов предыскажений
[ редактировать ]Линеаризаторы предыскажений работают в области малого сигнала и лишь незначительно увеличивают потребляемую мощность постоянного тока системы. Можно выделить дополнительные преимущества, в том числе:
- Небольшая занимаемая площадь, малый вес.
- Низкая стоимость решения по сравнению с использованием усилителя большей мощности в аналогичном линейном рабочем диапазоне.
- Снижение воздействия на окружающую среду за счет повышения эффективности.
- Возможна модернизация
- Возможна настройка на различные типы усилителей
- Высокая надежность
Типичные свойства линеаризатора предыскажений
[ редактировать ]- Размеры: Зависят от конструкции, в пределах нескольких см.
- Вес: от 20 до 200 г в зависимости от характеристик.
- Частоты: от 1 до 50 ГГц с различной полосой пропускания.
- Уровни расширения:
- Усиление: до 10 дБ, в зависимости от характеристик усилителя
- Фаза: до 60°
Приложения
[ редактировать ]Линеаризаторы предпочтительно применяются в усилителях большой мощности с использованием электронных ламп (ламп бегущей волны, клистронов, магнетронных трубок) или твердотельных усилителей (GaN, GaAs, Si). Эти системы используются в приложениях широкополосной передачи голоса и данных, включая спутниковую связь, широкополосный Интернет или телевидение HD/3D. Эти приложения требуют высокого качества сигнала. Оптимизация характеристик усилителя позволяет идеально использовать доступную мощность и приводит к экономии энергии до 50%.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кац, Аллен (29 апреля 2002 г.). «Основная информация о линеаризаторе» (PDF) . Линеаризатор Технолоджи, Инк . Проверено 1 октября 2015 г.
- ^ Кац, Аллен (29 апреля 2002 г.). «Расширенная информация о линеаризаторе» (PDF) . Линеаризатор Технолоджи, Инк . Проверено 1 октября 2015 г.