Устройство и способ объединенного линейного усиления мощности

Устройство и способ объединенного линейного усиления мощности

Реферат

 

Изобретения относятся к усилению высокого уровня мощности множества линейных усилителей мощности. Устройство объединенного линейного усиления мощности (ОЛУМ) содержит модуль 100 делителя мощности, который имеет каналы, выполненные на микрополосковых (МП) линиях и подсоединенные соответственно между одним входным выводом и множеством выходных выводов, и радиочастотные (РЧ) коммутаторы, соединенные соответственно с каждым выходным выводом, для деления мощности входного РЧ сигнала и выдачи разделенной мощности на выходные выводы, модуль 300 сумматора мощности, который имеет каналы, выполненные на МП линиях и подсоединенные соответственно между множеством входных выводов и одним выходным выводом, и РЧ коммутаторы, соединенные соответственно с каждым входным выводом, для объединения мощности входного РЧ сигнала и выдачи суммарной мощности; и множество линейных усилителей мощности (ЛУМ) 200 с системой линеаризации в виде предыскажения и прямой связи, которые соответственно подсоединены между выходными выводами модуля 100 и входными выводами модуля 300 для линейного усиления мощности РЧ сигнала, разделенной в модуле 100 и для выдачи линейно усиленного сигнала на модуль 300. После возникновения отказа по меньшей мере в одном из ЛУМ, для отключения канала, связанного с указанным по меньшей мере одним из ЛУМ, выключают РЧ коммутатор, связанный с ним, в модуле 100 и модуле 300, при этом соответствующий РЧ сигнал отражается назад к общей выходной для модуля 300 и общей входной для модуля 100 точкам. Технический результат: уменьшение потери мощности усиливаемых сигналов. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к усилителям и способам усиления высокого уровня мощности, в частности к устройству, обеспечивающему возможность объединения выходных сигналов множества линейных усилителей мощности и выдачи объединенных выходных сигналов, а также к соответствующему способу.

Предшествующий уровень техники В общем случае усилители высокой мощности (УВМ) должны вводиться в цифровые мобильные системы связи для усиления и передачи радиочастотного (РЧ) сигнала. Для того чтобы усиливать их выходные сигналы до максимального уровня мощности, такие УВМ в типовом случае работают вблизи их области насыщения, которая имеет нелинейные характеристики. Однако если более двух несущих колебаний, т.е. колебания на множестве несущих, подаются и усиливаются с помощью УВМ, то нелинейные характеристики вблизи области насыщения приводят к нежелательным сигналам интермодуляционных искажений (ИМИ) и иным формам искажений сигналов и/или потерь.

Таким образом, хотя входной РЧ сигнал может быть снижен на несколько дБ для обеспечения усиления в линейной области, тем самым снижая уровень шума или составляющих ИМИ, одновременно возникает проблема снижения выходной мощности. В случае, когда в УВМ для компенсации нелинейных характеристик вблизи области насыщения используется линеаризатор, то можно существенно снизить сигнал ИМИ, который при обычных условиях генерировался бы при усилении колебания на множестве несущих в области насыщения. Усилитель, который использует линеаризатор в усилителе мощности, как описано выше, называется линейным усилителем мощности (ЛУМ).

Таким образом, поскольку составляющая интермодуляционных искажений, как указано выше, вызывает снижение качества передачи, являясь источником шума, сигнал ИМИ линейного усилителя мощности, используемого для мобильной системы связи, например системы множественного доступа с кодовым разделением (МДКР) каналов, должен быть около -45 дБ по шкале С шумомера (дБс) в рабочей полосе и -60 дБс вне ее. Обычно при выходной мощности линейного усилителя мощности класса А, равной 1 дБ, сигнал ИМИ 3-го порядка становится равным примерно -20 дБс. Следовательно, выходной сигнал линейного усилителя мощности должен быть уменьшен примерно на 20 дБс для получения сигнала ИМИ около -60 дБс в линейном усилителе мощности класса А. При подаче на него входного сигнала с множеством несущих, выходной сигнал должен быть снижен примерно на 80 дБс с учетом максимального значения на выходе. Т.е. линейный усилитель мощности класса А, рассчитанный на выходную мощность 12 Вт, должен вырабатывать среднюю выходную мощность около 20 Вт. Поскольку затруднительно осуществить снижение выходной мощности линейного усилителя мощности, то обычно желательно обеспечить линейный усилитель мощности с заданными линейными характеристиками за счет использования линеаризатора с линейным усилителем мощности класса AB, имеющим высокий кпд по мощности.

В настоящее время линейный усилитель, используемый для вышеупомянутых цифровых мобильных систем связи, требует, чтобы УВМ имел очень высокую выходную мощность. Соответственно, широко известен обычный способ объединения выходов множества линейных усилителей низкого уровня мощности для усиления РЧ сигналов до требуемого выходного уровня (см., например, "Planar Electrically Symmetric n-way Hybrid Power Dividers/Combiners", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.MTT-28, No.6, June 1980, PP.555-563).

При таком обычном способе объединения в качестве n-канальных сумматоров РЧ мощности используют n-канальные сумматоры Уинкинсона и n-канальные сумматоры радиального типа. Обычно n-канальные сумматоры Уинкинсона выполняются на четвертьволновых отрезках линии передачи и резисторах, а n-канальные сумматоры радиального типа выполняются на полуволновых и четвертьволновых отрезках линии передачи.

В случае, когда вышеуказанные n-канальные сумматоры РЧ мощности объединяют n источников мощности, имеющих одни и те же характеристики по амплитуде и по фазе, выходная мощность снижается соответственно числу вышедших из строя усилителей мощности. Иными словами, в случае отказа m усилителей мощности в УВМ, использующем n усилителей мощности (где m меньше, чем n), мощность суммарного усиленного сигнала, полученного на выходе, пропорциональна числу вышедших из строя усилителей мощности. Чем больше число вышедших из строя усилителей мощности, тем значительнее снижается выходная мощность, определяемая как - 20(log(l-m/n) дБ. В данном случае n обозначает число усилителей мощности, a m обозначает число вышедших из строя усилителей мощности. При отказе даже одного усилителя мощности в РЧ УВМ, имеющем малое число усилителей мощности, предназначенных для суммирования их мощностей, в таком РЧ УВМ возникнут проблемы в обеспечении его кпд усиления. Таким образом, возникает проблема, состоящая в том, что такой усилитель становится весьма неэффективным сумматором мощности. В результате в случае, когда РЧ УВМ выполняется на РЧ усилителях низкого уровня мощности, то такой УВМ не должен иметь неисправных усилителей.

Аналогичным образом, когда желательно объединить выходы n линейных усилителей путем использования вышеуказанного n-канального усилителя мощности, мощность принимаемого РЧ сигнала делится на n, разделенная мощность усиливается соответственно n линейными усилителями мощности, и усиленные сигналы вновь объединяются и выдаются на выход. В этом случае при возникновении отказа в любом линейном усилителе мощности, входящем в состав сумматора мощности, такой отказавший усилитель мощности отрицательно влияет на общий выходной сигнал сумматора мощности. Кроме того, такой отказ отрицательно влияет на общий выходной сигнал передатчика. Соответственно, было бы желательным иметь возможность определять состояние линейных усилителей мощности до начала операции усиления, чтобы обнаруживать состояние отказа любого из таких усилителей.

Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является создание устройств и способов для объединения выходов множества линейных усилителей мощности и предотвращения потери сигналов.

Также задачей настоящего изобретения является создание объединенного линейного устройства усиления мощности, включающего в себя множество линейных усилителей мощности, и соответствующего способа, в соответствии с которыми после возникновения состояния отказа по меньшей мере для одного из множества линейных усилителей мощности (ЛУМ) в объединенном линейном устройстве усиления мощности выполняются следующие этапы: отключение по меньшей мере одного линейного усилителя, для которого обнаружено состояние отказа; равномерное разделение мощности сигнала, которая в противном случае подавалась бы на вышедший из строя линейный усилитель мощности, среди нормально работающих линейных усилителей мощности; и выдача стабильной мощности с этих усилителей.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание объединенного линейного устройства усиления мощности, включающего в себя делитель мощности, множество линейных усилителей мощности и сумматор мощности, устройство для диагностики индивидуального состояния каждого из линейных усилителей мощности и, после обнаружения состояния отказа по меньшей мере одного усилителя, для генерирования индикации отказа соответствующего линейного усилителя мощности и обеспечения индикации, внешней для устройства.

Для достижения указанных результатов настоящего изобретения один из вариантов осуществления устройства объединенного линейного усиления мощности согласно изобретению содержит: модуль делителя мощности, который имеет каналы, подсоединенные соответственно между одним входным выводом и множеством выходных выводов, и коммутаторы, соединенные соответственно с каждым выходным выводом, для деления мощности входного РЧ сигнала и выдачи разделенной мощности на выходные выводы; модуль сумматора мощности, который имеет каналы, подсоединенные соответственно между множеством входных выводов и одним выходным выводом, и коммутаторы, соединенные соответственно с каждым входным выводом, для объединения мощности входного РЧ сигнала и выдачи суммарной мощности: и множество линейных усилителей мощности, которые соответственно подсоединены между выходными выводами модуля делителя мощности и входными выводами модуля сумматора мощности, для линейного усиления мощности РЧ сигнала, разделенной в модуле делителя мощности, и для выдачи линейно усиленного сигнала на модуль сумматора мощности, а после возникновения отказа по меньшей мере в одном из линейных усилителей мощности отключение канала, связанного с указанным по меньшей мере одним из линейных усилителей мощности, путем отключения коммутатора, связанного с ним, в модуле сумматора мощности и в модуле делителя мощности.

Эти и иные задачи, признаки и преимущества изобретения поясняются в последующем детальном описании вариантов осуществления изобретения, иллюстрируемых чертежами, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые или сходные компоненты.

Краткое описание чертежей Фиг. 1 - блок-схема возможного варианта осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности, соответствующего изобретению; Фиг. 2 - блок-схема возможного варианта осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности для суммирования выходов четырех линейных усилителей мощности соответственно изобретению; Фиг. 3 - блок-схема возможного варианта осуществления линейного усилителя мощности для использования в объединенном устройстве линейного усиления мощности по фиг. 1 или 2; Фиг. 4 - блок-схема возможного варианта осуществления блока предыскажения, показанного на фиг.3; Фиг. 5 - блок-схема возможного варианта осуществления блока автоматического управления уровнем, показанного на фиг. 4; Фиг. 6 - блок-схема возможного варианта осуществления блока определения мощности, показанного на фиг. 5; Фиг. 7A - 7g - графическое представление характеристик спектра сигнала, иллюстрирующее работу варианта осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности согласно изобретению; Фиг. 8 - блок-схема возможного варианта осуществления детектора сигнала по фиг. 3; Фиг. 9 - блок-схема возможного варианта осуществления детектора сигнализации по фиг. 3; Фиг. 10 - блок-схема возможного варианта осуществления контроллера по фиг. 3; Фиг. 11A - 11g - блок-схемы алгоритма работы объединенного устройства линейного усиления мощности согласно изобретению; Фиг. 12A -12G - блок-схемы алгоритма работы другого варианта объединенного устройства линейного усиления мощности согласно изобретению.

Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения В последующем описании приведены детальные сведения для пояснения изобретения. Однако специалисту в данной области техники должно быть ясно, что изобретение может быть реализовано без таких конкретных деталей. Детальное описание известных функций и устройств опущено в целях обеспечения большей наглядности в описании сущности изобретения.

На фиг. 1 представлена блок-схема возможного варианта осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности, соответствующего изобретению. Объединенное устройство 10 линейного усиления мощности, соответствующее изобретению, содержит модуль 100 делителя мощности, предназначенный для деления мощности вводимых РЧ сигналов. Объединенное устройство 10 линейного усиления мощности, соответствующее изобретению, также содержит модуль 200 линейных усилителей мощности (ЛУМ), связанный с модулем 100 делителя мощности, для усиления каждого из соответствующих РЧ сигналов. Число усилителей в модуле 200 соответствует числу разделенных РЧ сигналов. Устройство усиления, соответствующее изобретению, также содержит модуль 300 сумматора мощности, связанный с модулем 200 усилителей, для суммирования и выдачи на выход выходных сигналов модуля 200 ЛУМ.

На фиг. 2 представлена блок-схема возможного варианта осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности для суммирования выходов четырех линейных усилителей мощности соответственно изобретению. Данный вариант имеет структуру 4-канального объединенного устройства линейного усиления мощности, использующего четыре ЛУМ, от ЛУМ1 до ЛУМ 4, соответственно настоящему изобретению. Следует иметь в виду, что 4-канальное устройство показано только для примера, и в объем изобретения входят n-канальные объединенные устройства линейного усиления мощности.

Как показано на фиг.2, канал передачи TI1 подсоединен между входным выводом устройства усиления, соответствующего изобретению, и точкой NI. Каналы передачи TI21 - TI31 подсоединены последовательно между точкой NI и коммутатором SWI1. Каналы передачи TI22 - TI32 подсоединены последовательно между точкой NI и коммутатором SWI2. Каналы передачи TI23 - TI33 подсоединены последовательно между точкой NI и коммутатором SWI3. Каналы передачи NI24 - TI34 подсоединены последовательно между точкой NI и коммутатором SWI4. Коммутаторы SWI1 - SWI4 соответственно соединены с входными выводами соответствующих ЛУМ1- ЛУМ4. Управление переключением коммутаторов SWI1 - SWI4 обеспечивается соответствующими ЛУМ1-ЛУМ4, как будет пояснено ниже. Характеристический импеданс канала передачи TI1 равен Z1, характеристические импедансы каналов передачи TI21- TI24, соединенных параллельно точке NI, равны друг другу и равны Z1, а характеристические импедансы каналов передачи TI31- TI34 равны друг другу и равны Z3. Кроме того, все каналы передачи TIl, TI21- TI24, TI31- TI34 модуля 100 делителя мощности предпочтительно являются четвертьволновыми ( /4) и могут быть выполнены как микрополосковые линии на тефлоновой подложке. Коммутаторы SWI1 - SWI4, функционирующие как РЧ переключатели, могут представлять собой коммутаторы модели "MMS-12-F-PC", выпускаемые компанией К & L Co., Ltd (США). Коммутаторы SWI1 - SWI4, могут представлять собой составную часть модуля делителя мощности или быть отдельными от нее.

Что касается модуля 200 сумматора мощности, показанного на фиг. 2, то ЛУМ1 - ЛУМ 4 этого модуля подсоединены между коммутаторами SWI1 - SWI4 и коммутаторами SWO1 - SWO4. Каналы передачи ТO31 и ТO21 подсоединены последовательно между коммутатором SWO1 и точкой NO. Каналы передачи ТO32 и ТO22 подсоединены последовательно между коммутатором SWO2 и точкой NO. Каналы передачи TО33 - TO23 подсоединены последовательно между коммутатором SWO3 и точкой NO. Каналы передачи ТO34 - ТO24 подсоединены последовательно между коммутатором SWO4 и точкой NO. Линия передачи ТO1 соединена с выходным выводом устройства усиления, соответствующего изобретению, и с точкой NO. Характеристический импеданс линии передачи ТO1 равен Z1, характеристические импедансы каналов передачи ТO21 - ТO24, соединенных параллельно точке NO, равны друг другу и равны Z1, а характеристические импедансы каналов передачи ТO31 - ТO34 равны друг другу и равны Z3. Кроме того, все каналы передачи TO1, ТO21 - ТO24, ТO31 - ТO34 модуля 300 делителя мощности предпочтительно являются четвертьволновыми ( /4) и могут быть выполнены как микрополосковые линии на тефлоновой подложке. Коммутаторы SWO1 - SWO4, функционирующие как РЧ переключатели, могут представлять собой коммутаторы модели "MMS-12-F-PC", выпускаемые компанией К & L Co., Ltd (США). Коммутаторы SWO1 - SWO4, могут представлять собой составную часть модуля делителя мощности или быть отдельными от нее.

Что касается модуля 200 сумматора мощности, показанного на фиг. 2, то ЛУМ1 - ЛУМ4 этого модуля подсоединены между коммутаторами SWI1 - SWI4 и коммутаторами SWO1 - SWO4. Каждый из ЛУМ1-ЛУМ4 выполняет функцию самокалибровки, при которой проверяется их рабочее состояние с регулярными интервалами, и если обнаружен отказ в одном из ЛУМ1-ЛУМ4, то соответствующий входной коммутатор SWI_n и выходной коммутатор SWO_n размыкается. Отключение более чем одного вышедшего из строя усилителя также входит в объем настоящего изобретения.

В варианте осуществления объединенного устройства линейного усиления мощности по фиг. 2 модуль 100 делителя мощности и модуль 300 сумматора мощности имеют взаимно обратную структуру и функцию. Таким образом, предпочтительный режим осуществления изобретения будет рассмотрен на примере модуля 100 делителя мощности.

Сначала, когда коммутаторы SWI1 - SWI4 включены (замкнуты), входной РЧ сигнал Rf₁ подается в точку NI, поступая по линии передачи TI1. В данном случае, поскольку нет коммутаторов, разомкнутых относительно точки NI, то мощность входного РЧ сигнала, прикладываемая к точке NI, равномерно делится между четырьмя каналами и подается на соответствующие ЛУМ1 - ЛУМ 4. ЛУМ1 - ЛУМ 4 линейно усиливают разделенные РЧ сигналы и соответственно выдают усиленные выходные сигналы. Затем модуль 300 суммирования мощности суммирует РЧ сигналы, усиливаемые и выдаваемые с линейных усилителей ЛУМ1 - ЛУМ4.

Однако если какой-либо из коммутаторов SWI1 - SWI4 размыкается вследствие обнаруженного состояния отказа какого-либо из усилителей, то соответствующий канал исключается из операции усиления. Например, если коммутатор SWI1 отключен усилителем ЛУМ1, как будет пояснено ниже, то каналы передачи TI21-TI31, соединенные с коммутатором SWI1, размыкаются по отношению к точке NI. Таким образом, общая длина каналов передачи TI21-TI31 становится равной половине длины волны на центральной частоте, после того как коммутатор SWI1 будет разомкнут, поскольку каналы передачи TI21-TI31 являются четвертьволновыми. Поэтому при отключении коммутатора SWI1 радиочастотный сигнал полностью отражается и возвращается к точке NI, не обуславливая никаких потерь РЧ сигнала.

Пусть коммутаторы SWI1 - SWI4 включены, мощность РЧ сигнала в точке NI равномерно разделена и подана на ЛУМ1-ЛУМ4. Амплитуда и фаза РЧ сигналов, проходящих через каналы передачи, должна регулироваться, если возможно, одинаковым образом. Поэтому импеданс является бесконечным при условии, что амплитуда и фаза каждого введенного сигнала соответственно равны между собой, так что между входными выводами обеспечена хорошая развязка. По этой причине разделенные по мощности сигналы могут быть переданы на выходные выводы без потерь мощности. Следует иметь в виду, что значения характеристического импеданса каналов передачи Z1, Z2, Z3 должны быть установлены надлежащим образом на значения, зависящие от рабочей частоты и числа введенных сигналов, чтобы удовлетворялось условие Z1 Z2 Z3.

В результате, если ни один из ЛУМ1-ЛУМ4 не воспринимает состояния отказа, то они обеспечивают замкнутое состояние коммутаторов SWI1 - SWI4 и SWO1 - SWO4. При этом модуль 100 делителя мощности делит мощность входного РЧ сигнала RFi на четыре канала и подает разделенные сигналы мощности на ЛУМ1-ЛУМ4. ЛУМ1-ЛУМ4 линейно усиливают РЧ сигналы, соответственно поданные в четыре канала, и выдают их на выходе. Модуль 300 сумматора мощности объединяет мощность сигналов, усиленных и выданных на выходы ЛУМ1-ЛУМ4 и выдает конечный усиленный сигнал RF_o.

Поэтому после генерирования состояния отказа для любого одного или нескольких линейных усилителей мощности ЛУМ_n (где n - число отдельных ЛУМ), соответствующие ЛУМ размыкают соответствующие коммутаторы модуля 100 делителя мощности и модуля 300 сумматора мощности, препятствуя подаче сигнала на соответствующий связанный с ними усилитель. Поскольку модуль 100 делителя мощности и модуль 300 сумматора мощности равномерно делят и суммируют мощность сигнала, подаваемую на соответствующий ЛУМ из n ЛУМ, которые работают нормально (без обнаружения отказа), мощность выходного сигнала устройства 10, соответствующего изобретению, поддерживается постоянной.

Здесь, поскольку настоящее изобретение требует использования многоканального усилителя для одновременного усиления множества РЧ сигналов, которые могут отличаться один от другого, ЛУМ1-ЛУМ4 главным образом используются в цифровой мобильной системе связи. Таким образом, ЛУМ выполняет функцию восприятия и контроля шумов интермодуляционных искажений линейной схемы компенсации, чтобы снизить искажение сигнала из-за нелинейной рабочей характеристики усилителя и шумов паразитных сигналов, обусловленных интермодуляционными искажениями, формируемыми при усилении различных сигналов с использованием одного усилителя.

Аналогичным образом после генерирования сигнала состояния отказа усилителя при выполнении операции линейного усиления ЛУМ1-ЛУМ4 воспринимают указанный генерированный сигнал, диагностируют состояние отказа и, при определении невозможности выполнения функции усиления, отключают соответствующие коммутаторы SWI_n и SWO_n.

В последующем описании пояснение операции самодиагностики (самотестирования) рабочего состояния и состояния отказа ЛУМ будет осуществлено со ссылками на фиг. 3-11.

ЛУМ1-ЛУМ4 могут содержать систему линеаризации для исключения составляющих интермодуляционных искажений в выходном сигнале усилителя мощности с использованием пилот-сигнала; систему предыскажения для генерирования составляющей предыскажения во входном сигнале и подавления составляющей интермодуляционного искажения в выходном сигнале усилителя мощности; систему отрицательной обратной связи для обеспечения обратной связи по составляющей интермодуляционного искажения и подавления составляющей интермодуляционного искажения в выходном сигнале усилителя мощности; и систему прямой связи для выделения только составляющей интермодуляционного искажения, суммирования выходного сигнала усилителя мощности с противоположной фазой и подавления составляющей интермодуляционного искажения. Далее предполагается, что ЛУМ1- ЛУМ4, согласно изобретению, используют систему, объединяющую в себе систему предыскажения и систему прямой связи.

На фиг. 3 представлена блок-схема возможного варианта осуществления линейного усилителя мощности (одного из множества ЛУМ модуля 200) для использования в объединенном устройстве линейного усиления мощности по фиг. 1 или 2. В этом варианте ЛУМ использует систему предыскажения и систему прямой связи, как отмечено выше.

Согласно фиг. 3, первый переменный аттенюатор 211 управляет ослаблением усиления подаваемого на него РЧ сигнала посредством сигнала управления ослаблением ATT1, выдаваемого контроллером 237. Первый переменный фазовращатель 212, подсоединенный для приема выходного сигнала первого переменного аттенюатора 211, управляет фазой подаваемого на него РЧ сигнала посредством сигнала управления фазой PIC1 с выхода контроллера 237.

Блок предыскажения 213 принимает РЧ сигнал, определяет вероятные гармоники как составляющую интермодуляционного искажения, которая должна генерироваться в УВМ 214, и генерирует сигнал предыскажения для компенсации составляющей интермодуляционного искажения. УВМ 214 усиливает РЧ сигнал с выхода блока предыскажения 213 и выдает усиленный сигнал мощности. Второй блок задержки 215 получает сигнал с УВМ 214, задерживает его и выдает входной РЧ сигнал в момент времени, когда прикладывается сигнал составляющей интермодуляционного искажения. Вышеописанная структура образует основной канал линейного усилителя мощности ЛУМ_n согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Делитель мощности 216 делит РЧ сигнал, подаваемый в основной канал, и выдает разделенный РЧ сигнал. В качестве делителя мощности 216 можно использовать направленный ответвитель. Первый блок задержки 217 компенсирует время задержки РЧ сигнала, которое возникает в процессе предыскажения и усиления в основном канале. Делитель мощности 218 размещен на выходном выводе УВМ 214 и делит выходной сигнал УВМ 214. Подобно делителю мощности 215, в качестве делителя мощности 218 можно использовать направленлый ответвитель. Компенсатор 219 сигнала получает РЧ сигнал с выхода первого блока задержки 217 и усиленный РЧ сигнал с выхода УВМ 214. Компенсатор 219 сигнала вычитает РЧ сигнал с выхода первого блока задержки 217 из усиленного РЧ сигнала с выхода УВМ 214, тем самым получая сигнал интермодуляции, формируемый в процессе усиления мощности. В данном варианте осуществления изобретения компенсатор 219 сигнала выполнен как блок вычитания.

Второй переменный аттенюатор 220 получает сигнал составляющей интермодуляционного искажения с выхода блока 219 компенсации и регулирует усиление в сигнале интермодуляционного искажения с помощью сигнала ATT2 регулировки ослабления, выдаваемого контроллером 237. Второй фазовращатель 221, подсоединенный для приема выходного сигнала первого переменного аттенюатора 220, управляет фазой подаваемого на него сигнала интермодуляционного искажения посредством сигнала управления фазой PIC2 с выхода контроллера 237. Усилитель сигнала ошибки 222 усиливает сигнал интермодуляционного искажения с выхода второго фазовращателя 221 и выдает усиленный сигнал интермодуляционного искажения. Ответвитель 223 ответвляет выходной сигнал усилителя сигнала ошибки 222 на выходной вывод второго блока задержки 215. Направленный ответвитель может быть использован в качестве ответвителя 223 сигнала.

В варианте, описанном выше, во вспомогательном канале генерируется сигнал, предназначенный для подавления сигнала интермодуляционного искажения, генерируемого в процессе усиления мощности в основном канале.

Делитель мощности 231, расположенный у входного вывода ЛУМ_n, делит входной РЧ сигнал и выдает первый сигнал SF1. Делитель мощности 232, расположенный у выходного вывода УВМ 214, делит усиленный выходной РЧ сигнал и выдает второй сигнал SF2. Делитель мощности 233, расположенный у выходного вывода компенсатора сигнала 219, делит сигнал интермодуляционного искажения, полученный в компенсаторе сигнала 219, и выдает третий сигнал SF3. Делитель мощности 234, расположенный у выходного вывода ЛУМ_n, делит выходной РЧ сигнал и выдает четвертый сигнал SF4. Делители мощности 231 - 234 могут представлять собой направленные ответвители. Селектор сигнала 235 получает вышеуказанные сигналы SF1-SF4 с выходов делителей мощности 231-234 и селективно выдает сигнал SF, который соответственно отрегулирован первым сигналом селекции SEL1 (данные управления переключением) с выхода контроллера 237.

Детектор сигнала 236 определяет индикацию интенсивности принятого сигнала (ИИПС) для сигнала SF с выхода селектора сигнала 235 посредством данных управления PCD, которые выдаются контроллером 237, и выдает сигнал ИИПС, который преобразуется в постоянный ток. Контроллер 237 генерирует первый сигнал селекции SEL1 для селекции сигнала SF, относящегося к селектору сигнала 235, и данные управления PCD для определения частоты для определения сигнала ИИПС для сигнала SF, выделенного детектором сигнала 236.

Детектор тревоги 238 обнаруживает состояние наличия/отсутствия состояния отказа ЛУМ_n и выдает обнаруженный результат. Детектор тревоги 238 содержит детекторы, обеспечивающие обнаружение различных состояний тревоги, например состояние переоценки потребляемой мощности (ППМ), состояние высокой температуры (ТЕМП), состояние коэффициента стоячей волны (КСВ), состояние отказа источника питания по постоянному току (ОИП), состояние отказа контура (ОК), состояние пониженной мощности питания (ПМП), состояние отказа вентилятора (ВЕНТ) линейного усилителя мощности ЛУМ_n. Кроме того, детектор тревоги 238 выбирает соответствующий сигнал детектирования ADT посредством второго сигнала селекции SEL2 контроллера 237 и выдает выбранный сигнал детектирования ADT, указывающий состояние отказа ЛУМ_n, на контроллер 237.

Соответственно, контролер 237 управляет всеми операциями ЛУМ, диагностирует состояние ЛУМ и отключает канал сигнала, подаваемого на ЛУМ_n, после обнаружения состояния отказа для данного конкретного ЛУМ_n.

В связи с операцией выполнения функции управления линейным усилителем мощности (ЛУМ_n), контроллер 237 анализирует значение сигнала ИИПС, выданного детектором сигнала 236, и генерирует сигналы управления ослаблением ATT1 - ATT3, а также сигналы управления фазой PIC1 - PIC3. Указанные сигналы осуществляют управление соответствующими переменными аттенюаторами и соответствующим переменными фазовращателями для регулировки усиления и фазы сигнала SF соответственно результату анализа контроллера 237. Во-первых, если выбран выходной сигнал УВМ 214 (выходной сигнал делителя мощности 232), то контроллер 237 контролирует сигнал детектора 236, определяет сигналы ИИПС гармоник входного РЧ сигнала и принимает решение о величине сигналов ИИПС, генерируя при этом сигнал управления ослаблением ATT3 и сигнал управления фазой PIC3, причем каждый сигнал предназначен соответственно для регулировки ослабления и фазы сигнала интермодуляционного искажения с выхода блока предыскажения 213. Во-вторых, если выбран выходной сигнал компенсатора сигнала 219 (выходной сигнал делителя мощности 233), то контроллер 237 контролирует детектор сигнала 236, определяет сигналы ИИПС РЧ сигнала, содержащегося в скомпенсированном сигнале интермодуляционного искажения, и принимает решение о величине сигналов ИИПС, генерируя при этом сигнал управления ослаблением ATT1 и сигнал управления фазой PIC1, причем каждый сигнал предназначен соответственно для регулировки ослабления и фазы РЧ сигнала, поданного на входной вывод ЛУМ. В-третьих, когда выбран конечный усиленный сигнал (выходной сигнал в делителе 234), то контроллер 237 контролирует детектор сигнала 236, определяет сигналы ИИПС для сигналов интермодуляционных искажений, содержащихся в конечном выходном сигнале, и принимает решение о величине сигналов ИИПС, генерируя при этом сигнал управления ослаблением ATT2 и сигнал управления фазой PIC2, причем каждый сигнал предназначен соответственно для регулировки ослабления и фазы РЧ сигнала интермодуляционного искажения, выданного компенсатором сигнала 219.

Что касается операции диагностики и контроля состояния ЛУМ_n, контроллер 237 выдает второй сигнал селекции SEL2 с регулярными интервалами на детектор тревоги 238, последовательно вводит продетектированные сигналы в детектор тревоги 238, проверяет состояние введенных продетектированных сигналов и обнаруживает наличие/отсутствие состояния отказа ЛУМ_n. В этот момент при наличии отказа контроллер 237 запускает соответствующий таймер тревоги и генерирует сигнал управления переключением SWC для отключения РЧ коммутаторов модуля 100 делителя мощности и модуля 300 сумматора мощности и при устранении отказа устанавливает значение таймера тревоги на соответствующее время установки. Таким образом, канал, содержащий ЛУМ, для которого обнаружено состояние отказа, отключается и не участвует в работе устройства 10 усиления, соответствующего изобретению.

Ниже поясняется операция линейного усиления РЧ входного сигнала RF_i, принимаемого на входе ЛУМ_n. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, как показано на фиг. 3, ЛУМ_n исключает сигнал интермодуляционного искажения, который может возникнуть в процессе усиления, посредством использования системы предыскажения и системы прямой связи. В вышеописанном варианте осуществления изобретения блок предыскажений 213 сначала выполняет функцию удаления сигнала интермодуляционного искажения, который выдается на УВМ 214. Чтобы выполнить эту функцию, блок предыскажений 213 определяет гармоники, которые могут генерироваться при усилении в УВМ 214, и таким образом подстраивает фазу гармоник перед вводом сигнала в УВМ 214, чтобы гармоники, реально генерируемые в УВМ 214, компенсировались. Т.е. блок предыскажения генерирует гармоники в противофазе к ожидаемым для генерирования в усилителе 214, так что при подаче на усилитель 214 гармоники компенсируются.

Однако следует иметь в виду, что даже при использовании системы предыскажения, описанной выше, не всегда возможно полностью исключить сигнал интермодуляционных искажений, генерируемый в ЛУМ. В результате ЛУМ, соответствующий изобретению, сначала подавляет сигнал интермодуляционных искажений в блоке предыскажения 213, а затем подавляет сигнал интермодуляционного искажения путем адаптации системы прямой связи. ЛУМ, использующий систему прямой связи, компенсирует РЧ сигнал на выходе УВМ 214, выделяет сигнал интермодуляционного искажения и ответвляет выделенный сигнал интермодуляционного искажения в ответвитель 233, компенсируя тем самым составляющую сигнал интермодуляционного искажения. Поэтому при использовании такой системы прямой связи искажение, связанное с сигналом интермодуляционного искажения, содержащимся в сигнале (RF_out), усиленном и поданном на выходной вывод ЛУМ, может быть подавлено, так что на выходе может быть получен чистый усиленный РЧ сигнал (RF_out).

Соответственно в одном из вариантов осуществления ЛУМ_n согласно изобретению сначала осуществляется подавление сигнала интермодуляционного искажения, генерируемого в процессе усиления в УВМ 214, с использованием системы предыскажения, а потом подавляется остаточный сигнал интермодуляционного искажения, проходящий на выход УВМ 214, за счет использования системы прямой связи. Здесь следует иметь в виду, что приведенное пояснение операции подавления сигнала интермодуляционного искажения за счет использования системы прямой связи, как осуществляемой после операции подавления сигнала интермодуляционного искажения с использованием системы предыскажения является одним из возможных вариантов осуществления. Реально операция с использованием системы прямой связи может быть выполнена перед операцией системы предыскажения.

На фиг. 7A-7G показаны характеристики спектров сигнала, поясняющие работу устройства линейного усиления мощности согласно изобретению, показанного на фиг. 3, причем для примера используются две частоты. На фиг. 7A показан входной РЧ сигнал. На фиг. 7B показаны гармоники РЧ сигнала, генерируемые в генераторе гармоник 314 (фиг. 4). На фиг. 7C показан сигнал, величина гармоник которого может подстраиваться с помощью переменного аттенюатора 315 (фиг. 4) в блоке предыскажения 213, а фаза которого может регулироваться для обеспечения противофазности при подаче на вход УВМ 214 с помощью фазовращателя 316 (фиг. 4). На фиг. 7D показан усиленный РЧ сигнал, содержащий сигнал интермодуляционного искажения, полученный усилением сигнала предыскажения по фиг. 7C, поданного на УВМ 214. На фиг. 7E показан сигнал интермодуляционного искажения, выделенный путем компенсации сигнальной составляющей, как иллюстрируется фиг. 7C, при усилении РЧ сигнала по фиг. 7A, в компенсаторе сигнала 219. Фиг. 7F иллюстрирует сигнал, в котором величина сигнала интермодуляционного искажения по фиг. 7Е регулируется, а фаза противоположна фазе вых