автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Исследование и разработка ключевых усилителей мощности для высокоэффективного СЧ передатчика цифрового радиовещания

На правах рукописи

Алипов Антон Сергеевич

Исследование и разработка ключевых усилителей мощности для высокоэффективного СЧ передатчика цифрового радиовещания

Специальность 05.12.13 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском техническом университете связи и информатики

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Козырев Виктор Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитриков Владимир Федорович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Извольский Андрей Алексеевич

Ведущая организация: ОАО «Научно-производственный комплекс «Научно-

исследовательский институт дальней радиосвязи» (ОАО «НПК «НИИДАР»)

Защита состоится 7 декабря 2006 г. в 13 часов на заседании

диссертационного совета К 219.001.03 в Московском техническом университете

связи И информатики по адресу: 111024, Москва, ул. Авиамоторная, д. 8а, ауд. А-455

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского технического университета связи и информатики

2006 г.

Вр. и. о. ученого секретаря диссертационного совета

Попова А. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современный уровень технологий цифровой обработки сигналов позволяет коренным образом повысить качество и расширить содержание услуг радиовещания путем перехода от аналогового к цифровому радиовещанию. Переход на цифровое вещание особенно актуален для диапазонов 114, СЧ и ВЧ, где позволяет значительно улучшить качество приема, а также увеличить частотную и энергетическую эффективность систем радиовещания. Одно из основных направлений развития сети эфирного радиовещания в Российской Федерации на ближайший период - это внедрение вещания стандарта БЯМ.

В ряду первостепенных задач, которые необходимо решать при внедрении цифрового радиовещания, стоит подготовка радиопередающих устройств для работы в режиме БЛМ, поскольку далеко не каждый существующий АМ радиопередатчик без значительных доработок способен работать в таком режиме и обеспечивать при этом характеристики излучаемого сигнала в соответствии с нормами. По экономическим соображениям при разработке мер по переходу к цифровому вещанию в первую очередь рассматриваются варианты модернизации существующих АМ передатчиков. Большинство их построено на лампах, и по этой и другим причинам они имеют промышленный КПД не более 40%. Перевод этих передатчиков в режим цифрового радиовещания, в зависимости от их структурной схемы, связан с различными проблемами, но главное, что в ламповых передатчиках, даже выполненных по схеме с анодной (анодно-экранной) модуляцией, принципиально крайне затруднительно получить средний КПД более 60%, в то время как КПД транзисторных передатчиков может быть много выше. Кроме того, большинство эксплуатируемых АМ передатчиков выработало срок амортизации. В связи с этим возникает острая необходимость создания нового поколения транзисторных передатчиков, обладающих существенно лучшими энергетическими и эксплуатационными характеристиками.

При создании новых передатчиков для цифрового вещания как на структурном, так и на схемотехническом уровнях следует применять современные решения, позволяющие улучшить энергетическую эффективность передатчика при поддержании требуемых качественных показателей. Поскольку промышленный КПД передатчика определяется в основном КПД его оконечных устройств, то проблема во многом сводится к поиску методов энергетического совершенствования оконечных усилителей мощности (УМ) передатчиков, где, в свою очередь, основная часть потерь, как правило, связана с рассеянием мощности в электронных приборах.

Современным подходом к увеличению промышленного КПД является построение передатчиков цифрового радиовещания по методу раздельного усиления (методу Кана) на основе высокоэффективных ключевых УМ. Среди работ, посвященных исследованию ключевых УМ, следует отметить труды И. А. Попова, А. Д. Артыма, В. Б. Козырева, В. Ф. Дмитрикова (Россия), Н. Сокала, Ф. Рааба,

М. Казимирчука (США), Ш. Мори (Япония).

В настоящее время средний промышленный КПД передатчиков диапазона СЧ с ключевыми УМ составляет в режиме БКМ не более 75%. Одним из факторов, ограничивающих энергетическую эффективность многих ключевых УМ (классов Б, Б) на средних частотах и выше, являются коммутативные потери, связанные с наличием выходных емкостей транзисторов. Эти потери пропорциональны частоте, и с ее ростом ведут к значительному снижению КПД УМ, а также вынуждают недоиспользовать транзисторы по мощности. Поэтому исключение коммутативных потерь является важным ресурсом повышения энергетической эффективности ключевого УМ и передатчика в целом.

Известным ключевым усилителям без коммутативных потерь класса Е свойственны существенные недостатки: слабое использование транзисторов по мощности, узкодиапазонностъ. В связи с этим использовать их в вещательных СЧ передатчиках невыгодно. В работе исследуется другая группа ключевых УМ без коммутативных потерь - усилители классов РЕ и БЕ. По особенностям схемотехнического построения и режима работы они занимают промежуточное положение между усилителями классов Б и Б, с одной стороны, и класса Е, с другой стороны. Логично предположить, что по своим характеристикам данные УМ также занимают промежуточное положение между УМ классов Р и Б и класса Е, сочетая их достоинства и компенсируя недостатки. Соответственно, может представлять интерес их внедрение в мощную радиопередающую технику диапазона СЧ с целью повышения ее энергетической эффективности. Этим определяется актуальность исследования усилителей мощности классов РЕ и БЕ применительно к использованию в широкодиапазонных В1Ш передатчиках, которое предпринято в диссертации.

Цель диссертации - определение возможности повышения энергетической эффективности СЧ передатчиков стандарта Б1*М путем построения их оконечных каскадов на основе ключевых усилителей мощности классов РЕ и БЕ, развитие теории работы и методов построения этих УМ.

Задачи исследования заключаются в следующем.

1. Сравнительный обзор известных ключевых УМ. Определение усилителей, подлежащих дальнейшему исследованию.

2. Теоретический анализ работы УМ классов РЕ и БЕ: определение временных зависимостей токов и напряжений, нахождение электрических и энергетических характеристик. Сравнение усилителей между собой и с ключевыми УМ других классов по частотно-мощностным свойствам. Разработка единой методики расчета исследуемых УМ.

3. Исследование диапазонных свойств рассматриваемых УМ, разработка рекомендаций по их проектированию для работы в диапазоне частот. Исследование их нагрузочных характеристик. Исследование модуляционных характеристик усилителей при стоковой АМ, необходимое с позиций применения их в передатчиках, построенных по архитектуре с раздельным усилением.

4. Компьютерное моделирование передатчика с раздельным усилением, оконечный каскад которого построен на основе одного из исследуемых УМ, при работе с DR.N1 сигналом. Оценка энергетических и качественных характеристик передатчика.

5. Экспериментальная проверка результатов теоретического анализа и адекватности компьютерного моделирования.

Методы исследования. Для решения перечисленных задач использованы: аналитические методы теории электрических цепей, основанные на аппарате математического анализа и теории дифференциальных уравнений, численные методы решения систем нелинейных уравнений и регрессии, реализованные в математических программных пакетах, методы имитационного компьютерного моделирования на схемотехническом и функциональном уровнях, натурный эксперимент. Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработана новая классификация ключевых УМ;

- предложены новые ключевые УМ класса БЕ с резистивной нагрузкой;

- выполнен теоретический анализ работы всех четырех УМ классов БЕ и БЕ с единых позиций, получены аналитические и табличные зависимости, описывающие электрические и энергетические характеристики этих усилителей;

- определены закономерности изменения электрических и энергетических характеристик УМ классов ЕЕ и БЕ в диапазоне частот, предложены идея и схема реализации широкодиапазонного формирующего контура;

- показано влияние величины недокрытия на нагрузочные характеристики усилителей мощности классов БЕ и БЕ, а также на линейность амплитудной и неравномерность фазоамплитудной модуляционной характеристики этих УМ при стоковой амплитудной модуляции.

Основные положения, выносимые на защиту:

- для повышения энергетической эффективности транзисторных СЧ передатчиков стандарта БИМ, построенных по методу Кана, целесообразно применять ключевые УМ классов РЕ и БЕ, сочетающие в себе преимущества усилителей классов Р, Б и класса Е;

- за счет исключения коммутативных потерь, достигаемого посредством работы с недокрытиями и введения в выходную цепь формирующей индуктивности, усилители мощности классов БЕ и БЕ превосходят по КПД и по высокочастотности усилители соответственно классов ГиО. По сравнению же с усилителями класса Е они являются менее высокочастотными, но в полтора-два раза более мощными;

- усилители мощности класса РЕ значительно более широкодиапазонные, чем усилители класса Е. Для расширения рабочего диапазона частот усилителя класса БЕ следует использовать предложенный широкодиапазонный формирующий контур;

- увеличение относительного недокрытия ведет в УМ классов РЕ и БЕ к улучшению нагрузочных характеристик, но одновременно к ухудшению модуляционных характеристик при стоковой АМ;

- динамическая регулировка напряжения смещения на затворах транзисторов по предложенному закону позволяет в исследуемых усилителях значительно снизить амплитудно-фазовую конверсию при стоковой АМ;

- классифицировать ключевые УМ целесообразно по критерию идеализированных форм импульсов тока ключа и напряжения на ключе.

Личный вклад. Все исследования и результаты, изложенные в диссертации, проведены и получены автором лично, за исключением классификации ключевых УМ, которая разработана в сотрудничестве с В. Б. Козыревым (МТУСИ). Практическая ценность диссертации заключается в следующем:

- табулированы коэффициенты, характеризующие режим работы выходной цепи УМ классов РЕ и БЕ, и разработана единая методика расчета этих усилителей;

- проведено сравнение УМ классов БЕ и БЕ по частотно-мощностным свойствам с ключевыми УМ других классов, и определена частотно-мощностная область, в которой целесообразно их использование;

- предложен широкодиапазонный формирующий контур для УМ класса БЕ, дающий возможность работы в диапазоне частот с коэффициентом перекрытия до 1,8 при сохранении приемлемых энергетических показателей;

- сформулированы рекомендации по проектированию УМ классов БЕ и БЕ для работы в диапазоне частот, при рассогласовании нагрузки, при стоковой АМ;

- обоснована целесообразность применения усилителей мощности классов БЕ и БЕ в СЧ БИМ передатчиках, построенных по методу Кана.

Результаты диссертации могут использоваться при разработке высокоэффективных устройств усиления мощности диапазонов СЧ и ВЧ, в первую очередь оконечных каскадов радиовещательных и связных передатчиков сигналов с различными видами модуляции (в том числе сигналов стандарта Б1Ш). Ряд результатов работы подтвержден экспериментально при испытаниях макета УМ класса БЕ.

Реализация результатов работы. Отдельные полученные в диссертации результаты использованы при разработке радиопередающей техники в Научном центре МТУСИ, что подтверждено актом о внедрении в НИР.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на научных сессиях РНТОРЭС им. А. С. Попова в 2003, 2005 и 2006 гг., на научно-технических семинарах МНТОРЭС им. А. С. Попова в 2003, 2005 и 2006 гг., на научных конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ в 2002, 2004 - 2006 гг.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в десяти работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Она включает 203 страницы машинописного текста, содержит 80 рисунков, 26 таблиц и 4 приложения. В библиографию включены 128 отечественных и зарубежных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность работы, указываются цель и задачи исследования с перечислением рассматриваемых вопросов по главам, приводятся основные положения, выносимые на защиту, объем и структура диссертации, сведения об апробации, опубликовании и внедрении основных результатов работы.

В первой главе проводится сравнительный обзор известных ключевых УМ. Рассматриваются схемы и разновидности режимов работы усилителей, энергетические и частотные свойства, особенности работы при рассогласовании нагрузки, конструктивные достоинства и недостатки.

Обзор показал, что перспективными для использования в качестве оконечного каскада вещательного СЧ передатчика являются двухтактные ключевые усилители с переключением напряжения без коммутативных потерь - усилители класса БЕ (рис. 1,а, б). По особенностям построения и режима работы они занимают промежуточное положение между двухтактными усилителями с переключением напряжения класса Р и усилителями класса Е. В отличие от класса Б, транзисторы работают с недокрытиями, то есть имеются интервалы времени, когда оба они одновременно закрыты. В выходную цепь УМ вводится дополнительная индуктивность, вместе с суммарной выходной емкостью двух транзисторов образующая формирующий контур (ФК), Г-образный на рис. 1,а или параллельный на рис. 1,6. В результате, аналогично классу Е, включение транзисторов происходит при нулевых напряжении на стоке и токе стока, и при отсутствии коммутативных потерь («переключение при нулевых напряжении и токе» - ПННТ).

г-Н

1ГГ г?

а)

б)

л-н

с,

в)

Г)

Рис. 1

Дополнительно к известным УМ класса БЕ с фильтровой нагрузкой автором предложены два новых УМ с резистивной нагрузкой — класса БЕ (рис. 1,в, г). Принцип их построения и работы сходен с УМ класса БЕ, а важной особенностью является то, что с увеличением недокрытия КПД по первой гармонике быстро растет, приближаясь к КПД усилителей класса БЕ. Таким образом, основной недостаток ключевых УМ с резистивной нагрузкой в значительной степени устраняется. При использовании усилителя класса БЕ в качестве оконечного каскада передатчика его нагрузкой служит вилка фильтров (диплексер) ФНЧ и ФВЧ (или ПФ и РФ), входной импеданс которой — постоянный и резистивный на всех гармониках рабочей частоты. Мощность высших гармоник рассеивается в балластной нагрузке диплек-сера, либо рекуперируется в мощность постоянного тока.

Обоснованное в главе 1 предположение о том, что рассматриваемые УМ могут иметь рад преимуществ перед классом Е, таких как меньшие пик-факторы напряжения и тока, лучшие нагрузочные характеристики, позволило выделить их как наиболее перспективные по совокупности показателей для использования в качестве оконечных каскадов вещательных СЧ передатчиков. В то же время из усилителей, показанных на рис. 1, к настоящему времени был исследован лишь УМ на рис. 1,а. Исходя из этого сформулированы задачи дальнейших исследований.

В главе 1 рассмотрен также вопрос о классификации ключевых УМ, актуальный ввиду большого их разнообразия. Показано, что существующая классификация, поскольку формировалась во многом хаотично, является неполной и имеет методологические недостатки, приводящие к терминологической путанице. В качестве критерия классификации предложены идеализированные формы импульсов тока ключа и напряжения на ключе. На базе этого критерия разработана новая, более стройная классификация (см. таблицу), в которой, что важно, использованы прежние средства обозначения - то же количество букв латинского алфавита и понятие «инверсных» классов. Выделено пять основных классов ключевых УМ: Б, Б, Рнш, Е и Ешш. Исходя из этого присвоены обозначения классам гибридных УМ: БЕ, РЕ,

(РЕ)ИНВ, ЕИНвЕ.

Во второй главе выполняется теоретический анализ работы усилителей классов РЕ и БЕ с использованием простой модели транзистора в виде параллельного соединения ключа и выходной емкости (при анализе энергетических характеристик в модель дополнительно вводятся омические сопротивления). Посредством решения дифференциальных уравнений, описывающих работу эквивалентных схем выходных цепей исследуемых УМ, определяются временные зависимости токов и напряжений. Затем при помощи гармонического анализа находятся интегральные коэффициенты, характеризующие режим работы УМ, в функции от относительного недокрытия т3 (в градусах), которое является основным параметром режима. Это: нормированные (относительно сопротивления нагрузки) реактанс индуктивности и проводимость емкости ФК; коэффициенты разложения импульсов тока стока в ряд Фурье по постоянной составляющей и синфазной составляющей первой гармоники,

пик-факторы по напряжению и по току, а также, для усилителей класса БЕ, относительный уровень первой гармоники в нагрузке. Показано, что с ростом т3 относительная мощность высших гармоник в нагрузке усилителей класса БЕ снижается (особенно быстро — в УМ с Г-образным ФК),

Таблица

Новая классификация ключевых УМ

Класс УМ . По старой классификации

Б Одно- и двухтактные УМ класса Б с резистивной нагрузкой

Б Двухтактные УМ класса Б с переключением напряжения и фильтровой нагрузкой и однотактные ключевые УМ класса Р

к * инв Двухтактные УМ класса Б с переключением тока и фильтровой нагрузкой и однотактные ключевые УМ класса Ринв

Е Одно- и двухтактные УМ класса Е

Еинв Однотактные УМ класса Е с шунтирующей индуктивностью

БЕ Не были описаны в литературе

РЕ УМ класса БЕ с переключением напряжения и фильтровой нагрузкой

(РЕ)иНВ УМ класса БЕ с переключением тока и фильтровой нагрузкой

РинвЕ Одно- и двухтактные УМ класса ЕР

На основе полученных результатов для четырех УМ определены зависимости требуемого недокрытия от безразмерного параметра шСЕ2си/Рь учитывающего величины, задаваемые при проектировании: рабочую угловую частоту ю, эффективную выходную емкость транзистора С, среднее значение напряжения сток-исток Еси (равное половине напряжения питания), мощность первой гармоники в нагрузке Р( (рис. 2).

90

60

30

РЕг-обр ЪЕ

ГЕпар

0,2

0,4 „1

0,6

0,8

®СЕ СИ/Р, Рис.2

Далее в главе 2 проанализированы энергетические характеристики исследуемых УМ, в том числе КПД выходной цепи по первой гармонике т|1 и коэффициент использования транзисторов по мощности первой гармоники С,\. Построены их графики в зависимости от параметра шСЕгси мате/Р*| (рис. 3). Здесь Еси макс - пиковое напряжение сток-исток, Р*1 - мощность в нагрузке в расчете на один транзистор, готк -остаточное сопротивление открытого транзистора. Аналогичные графики построены для двухтактного УМ класса Б и трех однотактных схем УМ класса Е с фильтровой нагрузкой. Это позволило провести сравнение УМ классов БЕ и БЕ по час-тотно-мощностным свойствам между собой и с ключевыми УМ других классов, определить частотно-мощностную область, в которой целесообразно их применение. Сделан вывод о том, что УМ классов БЕ и БЕ менее высокочастотные, чем усилители класса Е, но более мощные (до полутора и двух раз соответственно). Применять их целесообразно при 0,5 < оСЕ2си Мш«/Р*1 < 4...5. На более высоких частотах и (или) при меньших мощностях следует переходить к использованию УМ класса Е, а в области более низких частот - использовать УМ класса Б, как более мощный и широкодиапазонный.

Рис.3

Анализ показал, что два УМ класса БЕ по многим характеристикам сходны. Напротив, два УМ класса БЕ почти по всем характеристикам различаются, причем УМ с параллельным ФК значительно уступает усилителю с Г-образным, не имея видимых преимуществ.

На основе проведенного анализа сформулирована единая методика расчета выходной цепи исследуемых усилителей, содержащая ссылки на формулы, графики и таблицы главы 2. В завершение в главе 2 кратко рассмотрены способы и практические проблемы возбуждения данных УМ.

Третья глава посвящена компьютерному моделированию рассматриваемых

усилителей на схемотехническом уровне в программе MicroCAP 7. Моделируются двухтактные каскады мощностью 3 кВт, построенные на МДП-транзисторах IRFPS38N60L. Здесь и далее используются модели транзисторов, предоставляемые производителем - фирмой International Rectifier.

Вначале для проверки теоретических результатов главы 2 проводится моделирование работы усилителей в режиме ГГННТ на различных частотах радиовещательного СЧ диапазона 525... 1705 кГц. Получено хорошее совпадение результатов моделирования с теоретическими. Показано, что в УМ класса DE с Г-образным ФК увеличение относительного недокрытия примерно до 60° с одновременным включением параллельно выходу транзисторов дополнительной внешней емкости ФК позволяет максимизировать КПД выходной цепи по первой гармонике, доведя его практически до значения, наблюдаемого в усилителях класса FE. Вывод главы 2 о том, что использование УМ класса DE с параллельным ФК нецелесообразно, подтвердился, и поэтому далее этот УМ не рассматривается. Дополнительно проведено моделирование обычного двухтактного УМ класса F (той же мощности, на тех же частотах), и подтверждено, что переход от класса F к классу FE или DE позволяет за счет исключения коммутативных потерь существенно повысить КПД выходной цепи или при том же КПД увеличить выходную мощность.

Далее методом компьютерного моделирования исследуются диапазонные, нагрузочные и модуляционные характеристики УМ классов FE и DE, теоретический анализ которых затруднен. При исследовании диапазонных характеристик рассмотрена работа усилителей без перестройки параметров ФК как во всем радиовещательном СЧ диапазоне с коэффициентом перекрытия Kf = 3,2, так и с разбиением его на два поддиапазона с Kf = 1,8. Последний случай соответствует использованию в качестве выходной фильтрующей системы СЧ передатчика двух переключаемых неперестраиваемых фильтров (или диплексеров), в состав которых входит и индуктивность ФК.

УМ класса FE с Г-образным ФК, исходя из минимизации роста потерь в транзисторах в диапазоне частот, следует проектировать на верхнюю частоту диапазона. В этом случае он допускает работу при Kf = 3,2. Рост потерь в транзисторах по диапазону составил здесь 10%, а неравномерность выходной мощности - 0,8 дБ. В свою очередь, использование УМ класса FE с параллельным ФК целесообразно только при Kf < 1,8, так как в нем гораздо сильнее растут потери в транзисторах (при Kf = 1,8 - в 1,4... 1,6 раза). Проектировать его следует на частоту, несколько большую, чем средняя частота диапазона. Достоинством этого УМ является крайне малая неравномерность выходной мощности (здесь 0,1 дБ).

Диапазонные свойства УМ класса DE хуже, чем усилителей класса FE. Для их улучшения предложен широкодиапазонный ФК (ШФК, рис. 4). Идея такого формирующего контура, проектируемого на Kf = 1,8, состоит в том, что на каждой частоте его входной импеданс по первой гармонике ZBX(ra) близок к необходимому входному импедансу узкодиапазонного (как бы «перестраиваемого») ФК. Результа-

ты моделирования УМ класса БЕ с дополнительной внешней емкостью и двумя переключаемыми широкодиапазонными ФК в диапазоне 525... 1705 кГц: неравномерность выходной мощности 0,6 дБ, КПД выходной цепи по первой гармонике не менее 94%.

Таким образом, показано, что диапазонные характеристики исследуемых усилителей значительно лучше, чем усилителей класса Е.

Моделирование нагрузочных характеристик усилителей проведено для двух значений КБВ нагрузки (0,7 и 0,5) и на двух крайних частотах радиовещательного диапазона. Последнее позволило оценить влияние недокрытия на нагрузочные характеристики, так как его величина меняется в диапазоне частот. Импеданс нагрузки УМ изменялся по окружностям фиксированных КБВН. Для каждого УМ построены нормированные (относительно значений при отсутствии рассогласования) нагрузочные характеристики мощности в нагрузке, потерь в транзисторе и в индуктивности ФК, пикового значения тока стока. Результаты моделирования обобщены в виде кривых (основные из них даны на рис. 5), показывающих, как меняются экстремальные значения нормированных характеристик усилителей в зависимости от ,КБВ„. При рассогласовании значительно растут потери на стоке транзистора Рсрас, поэтому УМ следует проектировать с запасом по рассеиваемой мощности. Определить необходимый для того или иного УМ запас позволяют графики зависимостей ^срао макс от КБВН. По нагрузочным характеристикам рассеиваемой мощности усилитель класса БЕ значительно превосходит усилители класса РЕ: при КБВН < 0,6...0,7 и т3 < 20...300 рост потерь в несколько раз меньше.

Как видно из рис. 5, чем больше недокрытие, тем меньше рост потерь при рассогласовании (особенно сильно данный эффект проявляется в усилителях класса РЕ). Это означает, что усилители классов РЕ и БЕ имеют заведомо лучшие нагрузочные характеристики рассеиваемой мощности, чем соответствующие им усилители ПНФ классов РиБ, ибо последние можно трактовать как УМ классов РЕ и БЕ с нулевым недокрытием.

В главе 3 проведено моделирование модуляционных характеристик рассмат-

риваемых усилителей при стоковой АМ. Его результаты важны применительно к построению передатчиков с раздельным усилением. Моделирование выполнено на двух крайних частотах радиовещательного СЧ диапазона, для определения влияния величины недокрытия на нелинейность амплитудной характеристики (АХ) и амплитудно-фазовую конверсию в усилителях мощности, р р "р

1 макс* х 1 мин с рас макс

Рис. 5

Здесь выявился главный недостаток исследуемых УМ - большие, чем в классе F, нелинейность АХ и неравномерность фазоамплитудной характеристики (ФАХ). Оба этих показателя растут с увеличением недокрытия. Так, неравномерность ФАХ на частоте 525 кГц при х3 = 25...31° в трех УМ составила ôç = 19...24°, а на частоте 1705 кГц при т3 = 43...54° - уже 5ф = 33...46°. Наименьшие значения нелинейности АХ и неравномерности ФАХ имеет УМ класса DE, а наибольшие -УМ класса FE с Г-образным ФК.

Для использования рассматриваемых УМ в вещательных передатчиках, где предъявляются жесткие требования к уровню внеполосных излучений, очевидна необходимость специальных мер по снижению неравномерности ФАХ.

В четвертой главе с помощью программы System View проводится компьютерное моделирование (на функциональном уровне) СЧ DRM передатчика, построенного по методу Кана, с УМ класса FE в оконечном каскаде. Его пиковая выходная мощность - 1 кВт. Цель моделирования - проверка возможности получения высокого среднего КПД передатчика при поддержании требуемых качественных показателей.

Сначала УМ рассчитывается по методике главы 2 и рекомендациям главы 3 (с учетом возможности работы в диапазоне частот и при рассогласовании нагрузки), и проводится моделирование его модуляционных характеристик в программе MicroCAP. Полученные АХ и ФАХ используются затем в модели передатчика.

Амплитудная модуляционная характеристика УМ достаточно линейна, а для выравнивания ФАХ используется динамическая регулировка напряжения смещения на затворах транзисторов. Предложенная характеристика регулирования (зависимость напряжения смещения Есм от напряжения питания Еп) состоит из двух ветвей. Правая ветвь описывается зависимостью Eou(En) = Е"мЛ/Е„ - Е'п /^¡EnurM - Е'п , а левая - зависимостью ЕСМ(ЕП) = E^fl-(Е„/Е^ )2). Здесь Е^= 0,1ЕП макс, Епор - пороговое напряжение транзистора, а значение Е*м подбирается эмпирически из соображений минимизации неравномерности ФАХ в области напряжений питания Еп > Е'п. Характеристика полностью определяется значениями Е„ иша, Епор, Е'„, Е"„, из которых при переключении поддиапазонов меняется только значение Е"м. Применение предложенной характеристики регулирования в рассматриваемом моделировании позволило снизить неравномерность ФАХ в диапазоне Еп = 10...500 В с 46° до 13°, при этом нелинейность АХ также уменьшилась.

При моделировании передатчика Кана из рассмотрения исключен ШИМ-тракт огибающей, проблемы построения которого не являются предметом диссертации. Таким образом, по сути, моделируется только процесс стоковой AM в усилителе класса FE. В качестве входного воздействия используется (считывается из файла) фрагмент реального DRM сигнала с полосой ПРЧ = 9 кГц, который формируется с помощью программы Dream 1.2.4, разработанной в Технологическом университете Дармштадта (Германия). Сигнал из файла поступает на группу блоков, обеспечивающих вычисление сигналов огибающей и фазы. Амплитудная нелинейность и аплитудно-фазовая конверсия в усилителе мощности моделируются отдельными блоками, реализующими аппроксимацию полученных ранее характеристик (АХ и ФАХ) рациональными функциями. Искаженные сигналы огибающей и фазы поступают на перемножитель, в котором реконструируется DRM сигнал. Уровень внеполосных излучений оценивается по спектральной плотности энергии сигнала на выходе модели, коэффициент ошибок модуляции вычисляется в программе Dream после записи выходного сигнала в файл. Средний КПД передатчика вычисляется непосредственно в модели с использованием АХ, а также определенной на этапе схемотехнического "моделирования модуляционной характеристики полной потребляемой мощности, которая аппроксимируется кусочно-линейно.

В результате моделирования средний КПД передатчика на частоте 1 ,б МГц составил 96,0%. Если условно принять КПД узлов передатчика, опущенных в данной модели, а именно выходной фильтрующей системы и мощного усилителя огибающей на выходе ШИМ-тракта, равными 0,95, то среднее значение промышленного КПД составит 87%. Обзор современных зарубежных СЧ DRM передатчиков, построенных по методу Кана с использованием ключевых УМ, показывает, что они имеют средний промышленный КПД около 75%. Таким образом, даже с учетом некоторых дополнительных потерь при суммировании мощности усилительных мо-

дулей в рассмотренных современных передатчиках (в моделируемом передатчике вся мощность снимается с одного модуля), можно утверждать, что применение УМ класса БЕ позволяет повысить средний КПД передатчика Кана в режиме О ИМ на величину до 5...7%. При использовании УМ класса БЕ выигрыш по КПД в диапазоне СЧ будет несколько ниже, вследствие того, что З...6% мощности непроизводительно теряется в балластной нагрузке диплексера в виде высших гармоник. Увеличить выигрыш в КПД здесь можно, применив их рекуперацию.

Коэффициент ошибок модуляции выходного сигнала передатчика был получен равным 34,3 дБ при требовании норм не менее 30 дБ. Регулировка Есм обеспечила значительное снижение уровня внеполосных излучений: вблизи полезного спектра выигрыш достигал 13 дБ. Однако в диапазоне отстроек от центральной частоты сигнала на (1,3...3,4)ПРч уровень внеполосных излучений все же превышал 1раницу частотной маски на величины до 3 дБ. Следовательно, даже без учета тех источников нелинейных искажений, которые опущены в модели (задержка в тракте огибающей, ограничение полосы огибающей и др.), вещательный СЧ передатчик с раздельным усилением на основе УМ класса БЕ требует дополнительных мер по линеаризации. Из известных методов линеаризации предпочтительным представляется использование декартова контура обратной связи, которое дает возможность снизить уровень внеполосных излучений на 20...25 дБ. Соответственно, удовлетворение требований на качественные характеристики передатчика будет обеспечено. Кроме того, в передатчиках с раздельным усилением для снижения нелинейных искажений обычно предусматриваются еще и дополнительные предыскажения в возбудителе, например, введение задержки сигнала фазы, компенсирующей задержку сигнала огибающей в выходном ФНЧ тракта ШИМ.

Таким образом, использование УМ классов БЕ и БЕ в СЧ передатчиках цифрового радиовещания возможно и целесообразно, так как позволяет значительно снизить мощность, рассеиваемую в транзисторах, и увеличить средний промышленный КПД передатчика, а обеспечение надлежащего уровня внеполосных излучений при помощи современных средств и методов линеаризации не составит особенных трудностей.

Пятая глава посвящена описанию натурных испытаний разработанного автором макета УМ класса БЕ с параллельным ФК, с пиковой выходной мощностью 90 Вт. Эксперимент подтвердил практическую пригодность методики расчета УМ, разработанной в главе 2, и ряд основных выводов диссертации.

В отличие от схем, рассмотренных в главах 2-4, экспериментальный макет реализован по схеме с параллельным питанием транзисторов, с целью исследовать особенности работы такой схемы в классе БЕ. Во многих практических случаях она предпочтительнее схемы с последовательным питанием, поскольку истоки обоих транзисторов соединены с общей точкой схемы, вследствие чего упрощается возбуждение УМ. Однако паразитные индуктивности выходного трансформатора вызывают появление перенапряжений на стоках транзисторов, вынуждая недоисполь-

зевать последние по напряжению. Как следствие, значительно снижается выходная мощность УМ. Для ослабления этого эффекта выходной трансформатор макета изготовлен по особой конструкции — первичная обмотка выполнена на отрезке полос-кового кабеля, а режим короткого замыкания по четным гармоникам реализован путем перекрестного включения проводников кабеля, В результате размах выбросов напряжений на стоках был снижен с 55 до 15%.

При работе макета в режиме класса Б на частоте 1,6 МГц были получены следующие результаты. В расчетной точке Е„ = 7,9 В при выходной мощности 9 Вт КПД выходной цепи т] = 91,5%, в диапазоне Еп = 4...25,3 В г| = 87,2...94,9%. Нелинейность АХ и неравномерность ФАХ на верхних 42 дБ динамического диапазона напряжений питания соответственно е = 2,8%, 5ср = 7,4°. В классе БЕ при Е„ = 7,9 В КПД составил 94,0%, а в диапазоне Еп = 4...26,5 В - 93,9...95,4%. На верхних 42 дБ динамического диапазона нелинейность АХ в = 6,3%, неравномерность ФАХ — 70,5°. При регулировке напряжения смещения на затворах согласно главе 4 нелинейность АХ снизилась до 2,7%, а неравномерность ФАХ - до 24,8°.

Эксперимент подтвердил, что при переходе от класса Б к классу БЕ увеличивается КПД выходной цепи УМ, но ухудшаются модуляционные характеристики. Также подтвердилась возможность значительного улучшения модуляционных характеристик путем регулировки смещения на затворах согласно главе 4.

Параллельно натурному эксперименту проводилось компьютерное моделирование макета с целью определить степень отклонения результатов моделирования от экспериментальных. Сравнение показало достаточную адекватность моделирования. Тем самым косвенно подтверждены результаты главы 3, полученные именно путем моделирования.

В Заключении обобщены основные результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведен сравнительный обзор ключевых усилителей мощности различных классов, по результатам которого разработана новая классификация ключевых УМ, методологически более стройная, чем существующая.

2. Предложены новые ключевые УМ класса БЕ с резистивной нагрузкой. Из двух возможных схем этих УМ практически выгодным может быть использование усилителя с Г-образным ФК. Главной его особенностью является то, что с увеличением относительного недокрытия КПД по первой гармонике растет, быстро приближаясь к КПД усилителей с фильтровой нагрузкой. В то же время по ряду показателей (нагрузочные, модуляционные характеристики) данный УМ оказывается лучше, чем усилители класса БЕ.

3. На основании обзора усилители классов РЕ и БЕ выделены как перспективные для повышения энергетической эффективности вещательных СЧ передатчиков. С единых позиций выполнен теоретический анализ работы этих четырех УМ

в режиме ПН HT, при этом трех из них - впервые. Результаты анализа доведены до доступных формул, основные зависимости, характеризующие работу УМ, сведены в графики и таблицы. Разработана единая методика расчета выходной цепи данных усилителей мощности.

Проведено сравнение УМ классов FE и DE по частотно-мощностным свойствам между собой и с ключевыми УМ других классов. Определено, что частотно-мощностная область, в которой целесообразно их использование, характеризуется значениями параметра соСЕ2сямакс/Р*1 = 0.5...5. За счет исключения коммутативных потерь эти усилители имеют лучший КПД, чем УМ классов D и F. По сравнению с усилителями класса Е они являются менее высокочастотными, но более мощными (до полутора и двух раз соответственно).

4. Определены закономерности изменения электрических и энергетических характеристик УМ классов FE и DE в диапазоне частот. Усилители класса FE являются гораздо более широкодиапазонными, чем УМ класса Е, допуская работу без перестройки ФК при Kf не менее 1,8. Для поддержания высоких энергетических показателей УМ класса DE в диапазоне частот с Kf до 1,8 предложен широкодиапазонный ФК.

5. Определены закономерности изменения электрических и энергетических характеристик УМ классов FE и DE при рассогласовании нагрузки. Емкостное рассогласование гораздо более нежелательно, чем индуктивное, так как при нем возникают большие коммутативные потери. Построены графики, показывающие изменение экстремальных значений основных показателей УМ в зависимости от КБВя и позволяющие при проектировании УМ оценить необходимый запас по этим показателям.

Нагрузочные характеристики улучшаются с ростом недокрытия, и поэтому УМ классов FE и DE заведомо превосходят в этом смысле усилители классов F и D. Усилители класса FE работоспособны при КБВН не менее 0,6...0,7; при бблыних рассогласованиях следует переходить к использованию УМ класса DE, допускающего работу с КБВН вплоть до 0,5.

6. При работе в режиме стоковой АМ усилители классов FE и DE имеют ббльшие нелинейность АХ и неравномерность ФАХ, чем УМ классов F и D. Эти параметры растут с увеличением недокрытия. При использовании УМ класса FE или DE в качестве оконечных каскадов вещательных передатчиков, построенных по методу Кана, необходимы специальные меры по выравниванию ФАХ, например, регулировка напряжения смещения на затворах транзисторов. Предложена характеристика регулирования, позволяющая значительно уменьшить неравномерность ФАХ.

7. Показана возможность и целесообразность использования усилителей классов FE и DE в качестве оконечных каскадов СЧ DRM передатчиков с раздельным усилением. Промышленный КПД передатчика с УМ класса FE может быть на 5...7% выше, чем в существующих вещательных СЧ передатчиках на основе клю-

чевых УМ. В случае использования УМ класса DE энергетический выигрыш будет меньше, но этот УМ имеет лучшие нагрузочные и модуляционные характеристики. Для получения уровня внеполосных излучений в соответствии с нормами, помимо мер частного характера (например, регулировки смещения на затворах) нужно применять внешнюю линеаризацию УМ, например, вводить декартов контур обратной связи.

Результаты теоретического анализа, компьютерного моделирования и натурного эксперимента показали возможность существенного повышения энергетической эффективности радиовещательных передатчиков диапазона СЧ стандарта DRM при сохранении требуемых качественных показателей за счет использования в них ключевых УМ класса FE или DE.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Алипов А.С., Козырев В.Б. Ключевой генератор класса DE с параллельным формирующим контуром // Радиотехника. - 2005. — № 11. — С. 104-109.

2. Алипов А.С., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор класса DE с Г-образным формирующим контуром // Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» от 22.05.01 №2187 —св. 2001. —С. 100-114.

3. Алипов А.С., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор класса EF с параллельным формирующим контуром // Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» от 10.06.02 № 2210 - св. 2002. - С. 71-92.

4. Alipov A., Kozyrev V. Push/pull class-DE switching power amplifier // 2002 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. - 2002. - Vol. 3. - P. 16351638.

5. Алипов A.C., Козырев В.Б. Новый подход к классификации усилителей мощно. сти // Труды LVIII научной сессии, посвященной Дню радио. — М.: Изд. журнала

«Радиотехника», 2003 - Т. 1. - С. 166-168.

6. Alipov A., Sokolov V., Kozyrev V. Class-DE power amplifiers with resistive load // 2nd IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications (ICCASC 2004), Moscow, 2004.

7. Алипов A.C., Козырев В.Б. Новая классификация транзисторных усилителей мощности // Труды LX научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: Изд. журнала «Радиотехника», 2005. —Т. 2. — С. 101—104.

8. Алипов А.С. Исследование работы ключевых генераторов класса DE // Труды МТУСИ: сборник статей. - М.: МТУСИ, 2005. - С. 33-43.

9. Алипов А.С. Свойства усилителей мощности классов FE и DE при рассогласовании нагрузки // Труды LX3 научной сессии, посвященной Дню радио. - М.: Изд. журнала «Радиотехника», 2006. - С. 222-224.

10. Алипов А.С. Модуляционные характеристики усилителей мощности классов FE и DE И Труды МТУСИ: сборник статей. - М.: МТУСИ, 2006. - С. 90-95.

Подписано в печать 23.10.06. Формат 60x84 1/16.Усл.п.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 812

ООО «11-й ФОРМАТ». 115230, Москва, Варшавское ш., 36.

СПИСОК АББРЕВИАТУР

ВВЕДЕНИЕ.

1. КЛЮЧЕВЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ РАДИОПЕРЕДАТЧИКОВ.

1.1. Вводные замечания

1.2. Схемы ключевых усилителей мощности

1.2.1. Общие замечания.

1.2.2. УМ класса D с резистивной нагрузкой.

1.2.3. УМ класса D с фильтровой нагрузкой

1.2.4. Ключевые УМ классов F и FHHB

1.2.5. УМ класса Е

1.2.6. УМ с формами колебаний, обратными классу Е. 1.2.7. УМ класса DE с фильтровой нагрузкой.

1.2.8. УМ класса DE с резистивной нагрузкой.

1.2.9. УМ класса EF.

1.3. Новая классификация ключевых усилителей мощности.

1.4. Выводы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЕЙ КЛАССОВ FE И DE.

2.1. Вводные замечания

2.2. Модель МДП-транзистора.

2.3. Временные зависимости токов и напряжений в выходной цепи.

2.4. Параметры режима работы усилителей

2.4.1. Нормированные параметры формирующего контура

2.4.2. Коэффициенты разложения импульсов напряжения и тока в ряд Фурье.

2.4.3. Относительная мощность первой гармоники в нагрузке

2.4.4. Определение длительности интервала недокрытия.

2.5. Энергетические характеристики выходной цепи.

2.5.1. КПД выходной цепи.

2.5.2. Коэффициенты использования транзисторов.

2.5.3. Сравнительная оценка частотно-мощностных свойств усилителей

2.5.4. Частотные ограничения, обусловленные возрастанием максимального и среднеквадратического тока стока

2.6. Порядок расчета выходной цепи усилителей.

2.7. Входные цепи усилителей

2.7.1. Требования к входной цепи.

2.7.2. Возбуждение прямоугольными импульсами напряжения

2.7.3. Возбуждение гармоническим напряжением.

2.8. Выводы

3. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ КЛАССОВ FE И DE

3.1. Вводные замечания

3.2. Моделирование работы усилителей классов FE и DE в режиме ПННТ.

3.3. Моделирование работы усилителей классов FE и DE в диапазоне частот.

3.4. Исследование нагрузочных характеристик усилителей классов FE и DE.

3.5. Исследование модуляционных характеристик усилителей классов FE и DE.

3.6. Выводы.

4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЧ ПЕРЕДАТЧИКА ЦИФРОВОГО РАДИОВЕЩАНИЯ С УСИЛИТЕЛЕМ КЛАССА FE В ОКОНЕЧНОМ КАСКАДЕ

4.1. Вводные замечания

4.2. Усилитель мощности передатчика

4.2.1. Выбор и расчет УМ.

4.2.2. Коррекция неравномерности фазоамплитудной характеристики УМ.;.

4.2.3. Результаты моделирования УМ.

4.3. Моделирование передатчика Кана

4.3.1. Модель передатчика.

4.3.2. КПД передатчика.

4.3.3. Качественные характеристики передатчика.

4.4. Выводы

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

КЛАССА FE.

5.1 Вводные замечания

5.2. Описание экспериментального макета.

5.3. Расчет усилителя

5.4. Схема эксперимента.

5.5. Компьютерная модель макета.

5.6. Результаты эксперимента

5.6.1. Исследуемые характеристики

5.6.2. Работа УМ класса FE при расчетном недокрытии.

5.6.3. Работа УМ класса FE с регулировкой смещения

5.6.4. Работа УМ класса F.

5.6.5. Сравнение результатов эксперимента и моделирования.

5.7. Выводы

Современный уровень развития технологий цифровой обработки сигналов позволяет коренным образом повысить качество и расширить содержание услуг радиовещания путем перехода от традиционного аналогового к цифровому радиовещанию (ЦРВ).

Переход на ЦРВ особенно актуален для диапазонов НЧ, СЧ и ВЧ. Эти частотные диапазоны привлекательны для использования в радиовещании вследствие благоприятных особенностей распространения радиоволн [6], обеспечивающих большие зоны охвата. Так, в диапазоне СЧ и в вещательной (коротковолновой) части диапазона НЧ радиус действия передающих станций составляет в дневное время несколько сотен километров, а в ночное время за счет возрастания напряженности поля пространственной волны увеличивается до 2.3 тыс. км. В диапазоне ВЧ вследствие многократного последовательного отражения радиоволн от ионосферы и Земли радиус действия станций достигает тысяч километров.

Аналоговое вещание в указанных диапазонах имеет существенные недостатки различного характера. Первый недостаток - это невысокое качество приема. Диапазоны НЧ и СЧ характеризуются значительными атмосферными и промышленными помехами, а диапазон ВЧ - глубокими замираниями из-за многолучевости распространения [6, 7]. Это не позволяет обеспечить на приемной стороне высококачественное звучание и делает неэффективной трансляцию художественных передач.

Вторым недостатком аналогового вещания в диапазонах НЧ - ВЧ является небогатое содержание услуг - незначительное число передаваемых программ, обусловленное ограниченностью частотного ресурса, и невозможность реализовать все более востребованные потребителями сервисы передачи данных.

Наконец, третьим недостатком является частотная и энергетическая неэффективность используемого способа передачи вещательных сигналов, а именно двухполосной амплитудной модуляции (AM). В то время как вся информация о модулирующем сигнале содержится в одной боковой полосе спектра AM сигнала, передача двух боковых полос и несущей (класс излучения АЗЕ) означает, во-первых, вдвое менее эффективное использование частотного ресурса и, во-вторых, примерно в 4,4 раза большие энергозатраты на питание передатчика по сравнению с передачей сигнала однополосной амплитудной модуляции с подавленной несущей (ОМ, класс излучения J3E) [10].

Для повышения частотной и энергетической эффективности систем радиовещания в диапазонах СЧ и ВЧ на международном уровне планировался переход от AM к ОМ вещанию. При этом, так как обычные AM приемники с детектором огибающей не способны принимать ОМ сигнал, то предполагалось провести этот переход поэтапно: сперва внедрить вещание с одной боковой полосой и несущей, подавленной на 6 дБ (класс НЗЕ), что позволило бы принимать такие сигналы на традиционные AM приемники, затем увеличить подавление несущей до 12 дБ (класс R3E), и, наконец, когда население будет в полной мере снабжено массовыми дешевыми приемниками с синхронными детекторами и автоподстройкой частоты, ввести вещание в классе J3E. Согласно этим планам, внедрение ОМ вещания растягивалось на десятки лет, не решая, однако, при этом проблем качества и содержания радиовещательных услуг. В результате появление более привлекательной альтернативы в виде ЦРВ сняло вопрос о переходе на аналоговое ОМ вещание.

Для построения систем ЦРВ в диапазонах НЧ, СЧ и ВЧ Европейским институтом стандартизации в области электросвязи утвержден в качестве европейского стандарта [2], а Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) рекомендован [3] формат «Всемирного цифрового радио» (Digital radio mondiale - DRM). В «Концепции развития телерадиовещания в России на период 2006 - 2015 годов» [1] внедрение ЦРВ стандарта DRM в Российской Федерации обозначено как одно из основных направлений развития сети эфирного радиовещания.

Переход на ЦРВ (далее имеем в виду вещание стандарта DRM) позволяет эффективно решить вышеуказанные проблемы аналогового AM вещания [8]. Защищенность системы вещания от внутриканальных помех и помех по соседнему каналу повышается посредством использования в цифровом тракте методов защиты от ошибок, как-то помехоустойчивое канальное кодирование и перемежение. Важно, что при снижении отношения сигнал/помеха на входе приемника (вплоть до некоторого порогового значения) субъективно воспринимаемое качество звучания, в отличие от аналогового вещания, не ухудшается. Возможность работы в условиях селективных (по времени и по частоте) замираний обеспечивается путем формирования сигнала ЦРВ по методу ортогонального частотного разделения (ОЧР) [8] (англ. OFDM - orthogonal frequency division multiplexing).

Устойчивая работа системы ЦРВ в условиях многолучевого приема важна еще и для построения одночастотных сетей синхронного вещания [7, 8], которым присущи экономичное использование частотного ресурса, высокая надежность, а также энергетический выигрыш: за счет явления «сетевого усиления» [8] суммарная мощность передатчиков синхронной сети оказывается меньше мощности одного передатчика, обеспечивающего на границах той же территории такую же напряженность поля. Эффективность реализации таких сетей при аналоговом вещании ухудшается специфическими интерференционными искажениями, ограничивающими по площади зону хорошего приема до 60.70 % обслуживаемой территории [7]. В [1] отмечается, что создание синхронных сетей в Российской Федерации является на современном этапе одним из наиболее эффективных способов совершенствования радиовещания.

Цифровое радиовещание позволяет как ввести принципиально новые услуги, связанные с передачей данных, так и увеличить число традиционных услуг, передавая в той же полосе радиоканала несколько программ. Последнее возможно благодаря использованию цифровых методов аудиокомпрессии. Наконец, отсутствие энергозатрат на передачу информационно бесполезных составляющих спектра сигнала и более высокая помехоустойчивость систем ЦРВ приводят к существенному увеличению энергетической эффективности систем цифрового вещания по сравнению с аналоговым.

Одной из первостепенных задач, которые необходимо решать при внедрении ЦРВ, является подготовка радиопередающих устройств для работы в режиме DRM вещания, поскольку далеко не каждый существующий AM радиопередатчик без значительных доработок способен, во-первых, вообще работать в таком режиме, и, во-вторых, обеспечивать при этом характеристики излучаемого сигнала в соответствии с нормами [4, 5]. Дороговизна радиопередающих устройств заставляет при разработке мер по переходу к ЦРВ в первую очередь рассматривать варианты модернизации существующих AM передатчиков. В зависимости от их архитектуры, их перевод в режим ЦРВ связан с различными проблемами. Как правило, структурно они выполнены либо по схеме усиления модулированных колебаний [10], либо по схеме с анодной (анодно-экранной) модуляцией.

В первом случае, когда AM сигнал формируется на низком уровне мощности в возбудителе передатчика, перевод последнего в режим ЦРВ сводится просто к замене возбудителя, так как весь тракт усиления мощности в принципе линеен по отношению к сигналу, хотя могут потребоваться также меры по дополнительной линеаризации [97].

Во втором случае, когда процесс AM осуществляется в виде анодной модуляции в оконечном каскаде передатчика, при переводе последнего на ЦРВ возникает необходимость более сложных доработок. На вход тракта РЧ подается радиочастотный фазомоду-лированный сигнал с постоянной амплитудой, содержащий информацию о мгновенной фазе передаваемого DRM сигнала. На вход тракта 34 подается низкочастотный сигнал огибающей DRM сигнала. В оконечном каскаде сигнал фазы модулируется по амплитуде сигналом огибающей; тем самым формируется передаваемый DRM сигнал. Сигналы огибающей и фазы создаются ЦРВ возбудителем. Таким образом, фактически передатчик оказывается построенным по архитектуре с раздельным усилением (метод Кана) [10]. При этом возникают трудности получения малых нелинейных искажений передаваемого сигнала. Главной из них является проблема обеспечения достаточно широкой полосы пропускания тракта огибающей, которая должна быть не менее чем в 2,5. .5 раз шире полосы радиоканала [69 - 74]. Обычная ширина полосы сигнала DRM - 9 кГц, при работе в удвоенной полосе это значение возрастает до 18 кГц [2]. Таким образом, полоса пропускания тракта огибающей должна составлять 23.45 кГц в стандартном режиме и 45.90 кГц в режиме удвоенной полосы. В то же время тракты 34 аналоговых передатчиков рассматриваемых диапазонов рассчитаны на работу в полосе всего 10 кГц. Поэтому требуется замена мощных модулирующих устройств на более широкополосные.

При всей экономической привлекательности модернизации эксплуатируемых в Российской Федерации AM передатчиков (затраты на это в 2.2,5 раз ниже, чем на закупку новых отечественных аналогов [1]) необходимо учитывать, что они крайне изношены. Около 80% передатчиков диапазонов НЧ - ВЧ отработали более 25 лет, и срок их амортизации превышен в 2 - 3 раза [1]. Кроме того, большинство передатчиков построены на устаревших лампах (триодах), и по этой и другим причинам имеют низкий промышленный КПД - не более 40% [1]. В связи с этим возникает острая необходимость создания нового поколения транзисторных передатчиков, обладающих существенно лучшими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. Разработка современных твердо тельных цифровых радиовещательных передающих устройств должна стать одним из основных направлений проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области цифрового телерадиовещания [1].

Среди принципов, которыми необходимо руководствоваться при создании новых передатчиков для ЦРВ, не последнее место занимает применение как на структурном, так и на схемотехническом уровнях современных технических решений, позволяющих улучшить энергетическую эффективность передатчика при сохранении приемлемых качественных показателей. Повышение КПД передатчика позволяет не только снизить расходы на электроэнергию (которые составляют около 70% всех затрат на его эксплуатацию [1]), но и уменьшить размеры, массу и сложность устройства за счет упрощения системы охлаждения, а также улучшить показатели надежности. Поскольку промышленный КПД передатчика определяется в основном КПД его оконечных устройств [10], то проблема во многом сводится к поиску методов энергетического совершенствования оконечных усилителей мощности (УМ) передатчиков, где, в свою очередь, основная часть потерь, как правило, связана с рассеянием мощности в электронных приборах (ЭП).

Радикальным способом решения задачи является применение в УМ ключевых режимов работы, когда ЭП практически находится попеременно только в двух состояниях -либо полностью открыт, либо закрыт, - что достигается увеличением амплитуды возбуждающего колебания. В идеальном случае, когда сопротивление ЭП в открытом состоянии стремится к нулю, а в закрытом - к бесконечности, и отсутствуют паразитные реактивности, мощность в нем вообще не рассеивается, поскольку в любой момент времени либо напряжение на ЭП, либо ток через него равны нулю. Таким образом, перевод УМ в ключевой режим позволяет повысить его КПД, а в отдельных случаях - и выходную мощность, так как последняя может быть ограничена в первую очередь именно рассеянием мощности в ЭП.

Ключевые УМ могут работать с колебаниями, имеющими постоянную амплитуду, например с частотной (ЧМ) или с широтно-импульсной (ШИМ) модуляцией, а также они пригодны для осуществления амплитудной модуляции на выходном электроде ЭП. Колебания с изменяющейся во времени амплитудой (как например колебание с ОЧР) в ключевых УМ усиливать невозможно, так как ЭП работает в режиме двустороннего ограничения по входу. Поэтому, чтобы использовать ключевые УМ для повышения энергетической эффективности передатчиков подобных сигналов, применяют особые архитектурные решения, в которых формируются некоторые колебания с постоянной амплитудой, усиливаемые с высоким КПД в ключевых УМ, а затем из них с помощью операции перемножения (амплитудной модуляции), суммирования или фильтрации (ре)конструируется искомое излучаемое колебание. К таким техническим решениям относятся методы раздельного усиления (Кана) [10], дефазирования (Ширекса) [12, 14], ступенчато-импульсной модуляции (СИМ) [90, 92], импульсной модуляции на радиочастоте [82, 83].

При всей теоретической выгоде использования ключевых УМ до недавнего времени они не находили широкого применения в радиовещательных передатчиках, причиной чему было главным образом несовершенство ЭП. Электровакуумные триоды и тетроды оказались непригодными для работы в ключевом режиме в силу их принципиально высокого сопротивления в открытом состоянии, тяжелого теплового режима по управляющей (в триодах) или экранирующей (в тетродах) сетке, а также относительно больших межэлектродных емкостей, не позволяющих осуществлять ключевое усиление на частотах выше единиц МГц. Твердотельная же технология в первые десятилетия своего развития не позволяла создать одновременно малоинерционные и мощные приборы, на которых практически выгодно было бы строить ключевые УМ вещательных передатчиков. Кроме того, полевые транзисторы (ПТ) с управляющим переходом и, впоследствии, МДП-транзисторы (МДПТ) с длинным каналом [9] имели слишком большое сопротивление в открытом состоянии, что делало их перевод в ключевой режим энергетически малоэффективным.

Сегодня указанные недостатки технологии транзисторов преодолены в такой степени, что позволяют строить ключевые каскады мощностью от единиц кВт в диапазонах НЧ и СЧ до сотен мВт в диапазоне СВЧ. При этом наиболее предпочтительными приборами являются МДПТ с коротким каналом, которые, хотя несколько уступают биполярным транзисторам (БТ) по частотным свойствам в силу больших межэлектродных емкостей, но зато имеют гораздо более высокое входное сопротивление и допускают работу при более существенном рассогласовании нагрузки УМ [11]. В диапазонах УВЧ и СВЧ ключевые УМ строятся также на МЕП-транзисторах. Принимая во внимание указанные обстоятельства, в настоящей работе будем рассматривать УМ на МДПТ, хотя, учитывая известную аналогию между ними и БТ, большинство полученных результатов может быть экстраполировано и на УМ, построенные на основе БТ.

Совершенствование технологии транзисторов привело в последние 10-15 лет к возрастанию интереса к ключевым УМ, к поиску возможно более совершенных схемотехнических решений в этой области, к лавинообразному возрастанию числа соответствующих научных публикаций. Родоначальниками отечественной школы специалистов по ключевым УМ были И. А. Попов и А. Д. Артым. Среди современных ученых, внесших наиболее значительный вклад в теорию ключевых УМ, следует отметить таких специалистов как Ф. Рааб, Н. Сокал, М. Казимирчук (США), Ш. Мори (Япония), В. Б. Козырев, В. Ф. Дмитриков (Россия).

Основной проблемой, стоящей перед теорией ключевых УМ, является трудность создания такого усилителя, который бы обладал одновременно хорошими частотными (высокочастотность, широкодиапазонность) и мощностными свойствами. Так как ключевой УМ имеет высокий КПД, то его выходная мощность ограничена не только рассеянием мощности в ЭП, которое сравнительно невелико, но и предельно допустимыми значениями выходных напряжения и тока ЭП (например, в МДПТ - напряжения сток-исток и тока стока). Отсюда следует, что чем ниже пик-факторы напряжения Пе и тока Пь равные отношениям максимальных значений напряжения Еси Макс и тока 1с макс к средним, тем лучше транзистор используется по мощности, то есть тем большую мощность с него можно снять при том же напряжении питания и токе, потребляемом от источника питания (ИП). Для оценки мощностных свойств УМ удобен коэффициент использования по мощности

С = Р;/(Еи№0=1/(ПеП1), где Р*н - мощность в нагрузке в расчете на один транзистор.

Исторически ранее прочих были предложены [22] двухтактные ключевые УМ класса D с фильтровой нагрузкой. Они имеют хороший коэффициент использования С, = 0,159 [13] и принципиально широкодиапазонны: допустимый коэффициент перекрытия по частоте Kf ограничен в них лишь соображениями проектирования выходного фильтра. Однако такие УМ при построении на биполярных транзисторах не допускают работы при КБВ нагрузки менее 0,7 [13]. Поэтому до появления мощных МДПТ они не находили практического применения в передатчиках.

Разработанные несколько позже УМ класса D с резистивной нагрузкой [18], несмотря на существенные потери мощности высших гармоник и, как следствие, значительно меньший КПД по первой гармонике [13], быстро нашли применение в радиопередатчиках как сигналов амплитудной и частотной телеграфии (например, отечественный передатчик «Муссон»), так, позднее, и ОМ сигналов [13]. Это произошло благодаря их хорошим нагрузочным характеристикам с возможностью эффективной работы при КБВН вплоть до 0,5, максимально высокому использованию транзисторов по мощности (С, = 0,25), а также широкодиапазонности.

К сожалению, УМ класса D низкочастотны: всем им (кроме схемы с переключением тока и фильтровой нагрузкой, имеющей другие серьезные недостатки - см. ниже п. 1.2.3) присущи коммутативные потери (КП) мощности [10, 13], обусловленные перезарядом выходных емкостей транзисторов через сами транзисторы в моменты их открывания. Поскольку КП пропорциональны рабочей частоте, то они ограничивают область применения УМ класса D на современных транзисторах (как МДПТ, так и БТ) устройствами диапазонов до ВЧ, причем для мощных МДПТ с вертикальной структурой частотное ограничение наступает уже на 1. .2 МГц [11].

Проблема исключения КП решена в ключевых УМ класса Е, схема и режим работы которых таковы, что к моменту включения транзистора напряжение сток-исток (то есть на выходной емкости) оказывается равным нулю. Соответственно в этот момент энергия в выходной емкости также равна нулю, и КП нет. Это достигается включением в выходную цепь УМ дополнительного, так называемого формирующего LC-контура (ФК), частью которого является и сама выходная емкость транзистора. УМ класса Е могут быть весьма высокочастотными, известны экспериментальные усилители, работающие на частотах до 10 ГГц [33]. Однако величина Kf не превышает здесь 1,2. 1,3, а транзисторы плохо используются по мощности (С, < 0,1) вследствие больших значений Пн и П|.

Ключевые УМ классов F и FHHB («F инверсный») [11, 25] технологически непригодны для использования в диапазонах НЧ - ВЧ, так как в них используются четвертьволновые отрезки длинных линий, которые на таких частотах имеют неприемлемо большие геометрические размеры.

В 1975 г. С. А. Жуковым и В. Б. Козыревым [40], и значительно позднее независимо от них и друг от друга несколькими зарубежными учеными [41, 46] был предложен двухтактный ключевой УМ с фильтровой нагрузкой, призванный соединить преимущества УМ класса D с переключением напряжения и фильтровой нагрузкой (хорошее использование транзисторов по напряжению и по мощности, бестрансформаторное и бездроссельное построение выходной цепи) и УМ класса Е (отсутствие КП). В отличие от УМ класса D, транзисторы здесь работают с недокрытиями, то есть имеются интервалы времени, в которые оба они одновременно закрыты. Схема аналогична схеме УМ класса D, с той разницей, что в выходную цепь последовательно с фильтровой нагрузкой вводится дополнительная индуктивность. Вместе с выходными емкостями транзисторов она образует ФК, переходный процесс в котором определяет форму импульсов напряжения сток-исток на интервалах недокрытия. Включение транзисторов происходит при нулевом напряжении на них, и КП отсутствуют. Как по схемотехническому построению, так и по форме импульсов тока и напряжения данный УМ занимает промежуточное положение между УМ классов D и Е. Поэтому в зарубежной литературе он получил название УМ класса DE [42, 44, 47].

Логично предположить, что по частотным и мощностным свойствам УМ класса DE также занимает промежуточное положение между УМ классов D и Е, и таким образом привлекателен для построения мощных устройств (в том числе вещательных передатчиков), работающих именно в диапазоне СЧ. В самом деле, на более низких частотах КП пренебрежимо малы, и целесообразно использовать УМ класса D, как более мощные и широкодиапазонные. А в верхней части диапазона ВЧ мощные УМ класса DE становятся сложны в практической реализации из-за трудностей компенсации влияния паразитных емкостей и индуктивностей двухтактных схем [21, 58], и для построения мощных высокоэффективных устройств более подходят уже однотактные схемы класса Е.

Исторически получилось так, что УМ класса DE исследовался применительно к использованию в преобразователях напряжения и промышленных генераторах. Не только неизвестно о случаях использования УМ класса DE в радиопередатчиках, но и практически отсутствуют научные публикации, посвященные этому вопросу. Однако из общих соображений очевидно, что УМ класса DE подходят для повышения энергетической эффективности вещательных СЧ радиопередатчиков. Средний промышленный КПД современных твердотельных СЧ AM передатчиков даже с ключевыми УМ класса D в оконечных каскадах составляет 70.80%, а в режиме DRM вещания он еще меньше, так как сигнал стандарта DRM имеет больший пик-фактор. Не последнюю роль в том, что КПД не очень высок, играет наличие КП. Так как КП пропорциональны не только рабочей частоте, но и величине выходной емкости транзистора, а также квадрату напряжения питания [И], то они тем более существенны, что в УМ передатчиков используются высоковольтные и имеющие значительные межэлектродные емкости транзисторы. Поэтому возможность исключения КП в УМ класса DE является важным ресурсом повышения КПД вещательных СЧ передатчиков. При этом в таких УМ транзисторы лучше используются по мощности, чем в классе Е, следовательно, заданная выходная мощность передатчика может быть получена с меньшего числа транзисторов.

Таким образом, усилители класса DE представляют собой объект актуального исследования, которое и предпринято в настоящей работе.

Цель исследования - определение возможности повышения энергетической эффективности СЧ передатчиков стандарта DRM путем построения их оконечных каскадов на основе ключевых усилителей мощности классов FE и DE, развитие теории работы и методов построения этих УМ.

Задачи исследования заключаются в следующем. Первой задачей является сравнительный обзор известных ключевых усилителей, которому посвящена гл. 1. Он позволяет, во-первых, сделать предварительные выводы о месте усилителей класса DE в технике усиления мощности, выделив их как технологию, перспективную для построения высокоэффективных СЧ передатчиков. Во-вторых, он дает возможность определить возможные схемы УМ класса DE, подлежащие дальнейшему исследованию. В настоящее время в литературе рассматривается только одна схема - с фильтровой нагрузкой и последовательной индуктивностью. Однако по аналогии с другими ключевыми УМ (которая становится ясной из обзора), реализуемы и иные схемы УМ класса DE - схема с фильтровой нагрузкой и параллельной индуктивностью, предложенная В. Н. Громорушкиным (МТУСИ), но теоретически не исследованная и не опубликованная, и схемы с резистивной нагрузкой, предлагаемые в настоящей работе.

Кроме того, систематизированный обзор ключевых УМ предоставляет возможность решить задачу упорядочения их классификации. Как показано в гл. 1, в отсутствие четких критериев классификация ключевых УМ исторически велась во многом хаотично и поэтому методологически нестройна. Это приводит к терминологической путанице и, как следствие, весьма затрудняет понимание различных ключевых УМ. В § 1.3 предлагается критерий и на его основе разрабатывается новая., более стройная классификация. В частности, усилителям класса DE с фильтровой нагрузкой присваивается обозначение класса FE, а УМ класса DE с резистивной нагрузкой сохраняют наименование*.

Следующей задачей исследования является теоретический анализ всех четырех исследуемых УМ с единых позиций, так как до настоящего времени теоретически исследован только УМ с фильтровой нагрузкой и последовательной индуктивностью. Из решения дифференциальных уравнений, описывающих работу схем, находятся временные зависимости токов и напряжений в выходной цепи. Затем при помощи гармонического анализа табулируются интегральные коэффициенты, характеризующие параметры и характеристики схем при различных значениях относительной длительности интервалов недокры-тия. Наконец, анализируются энергетические характеристики усилителей. Конечным результатом является разработка единой методики расчета УМ классов FE и DE. По итогам теоретического анализа проводится сравнение усилителей между собой и с ключевыми УМ других классов по частотно-мощностным свойствам.

Далее, применительно к использованию УМ классов FE и DE в вещательных СЧ передатчиках, необходимо исследовать их диапазонные свойства, нагрузочные характеристики и модуляционные характеристики при стоковой AM. Эти задачи решаются в гл. 3 путем компьютерного моделирования на схемотехническом уровне.

Этими новыми обозначениями пользуемся далее во Введении.

Затем по итогам гл. 2 и 3 выбирается и рассчитывается один из исследуемых УМ, наиболее подходящий для использования в СЧ передатчике ЦРВ. Проводится компьютерное моделирование передатчика Кана с выбранным УМ на функциональном уровне. При моделировании используется фрагмент реального DRM сигнала. Результатом этого этапа работы (гл. 4) является оценка целесообразности использования УМ класса FE или DE для повышения энергетической эффективности СЧ передатчиков цифрового вещания. При этом для определенности рассматривается передатчик небольшой мощности (1 кВт в пиковой точке), какие могут использоваться в сетях синхронного радиовещания.

Заключительным этапом исследования является натурный эксперимент, которому посвящена гл. 5. Реализован и испытан макет УМ класса FE с выходной мощностью 90 Вт в пиковой точке. В результате подтверждена практическая пригодность методики проектирования, предложенной в гл. 2, проверен ряд выводов и рекомендаций гл. 2 - 4, а также, что особенно важно, подтверждена адекватность компьютерного моделирования УМ, на использовании которого основаны результаты гл. 3 и 4.

Научная новизна диссертации состоит в следующем:

- разработана новая классификация ключевых УМ;

- предложены новые ключевые УМ класса DE с резистивной нагрузкой;

- проведен анализ работы всех четырех УМ классов FE и DE с единых позиций, и табулированы коэффициенты, характеризующие режим работы их выходной цепи;

- проведено сравнение УМ классов FE и DE по частотно-мощностным свойствам с ключевыми УМ других классов, определена частотно-мощностная область, в которой целесообразно их использование.

- определены закономерности изменения электрических и энергетических характеристик УМ классов FE и DE в диапазоне частот;

- предложен широкодиапазонный формирующий контур для УМ класса DE, дающий возможность работы в диапазоне частот с коэффициентом перекрытия до 1,8 при сохранении приемлемых энергетических показателей;

- определены закономерности изменения электрических и энергетических показателей УМ классов FE и DE при рассогласовании нагрузки по окружностям фиксированных значений КБВ, показано влияние величины недокрытия на нагрузочные характеристики;

- показано влияние величины недокрытия на линейность амплитудной и неравномерность фазоамплитудной модуляционной характеристики УМ классов FE и DE при стоковой AM;

- для коррекции фазоамплитудной характеристики УМ классов FE и DE предложено регулировать напряжение смещения на затворах транзисторов по специальному закону;

- обоснована целесообразность применения усилителей мощности классов FE и DE в СЧ DRM передатчиках, построенных по методу Кана.

Все указанные результаты получены автором лично, за исключением классификации ключевых УМ, которая разработана в сотрудничестве с проф. В. Б. Козыревым. Основные положения, выносимые на защиту:

- для повышения энергетической эффективности транзисторных СЧ передатчиков стандарта DRM, построенных по методу Кана, целесообразно применять ключевые УМ классов FE и DE, сочетающие в себе преимущества усилителей классов F, D и класса Е;

- за счет исключения коммутативных потерь, достигаемого посредством работы с недо-крытиями и введения в выходную цепь формирующей индуктивности, усилители мощности классов FE и DE превосходят по КПД и по высокочастотности усилители соответственно классов F и D. По сравнению же с усилителями класса Е они являются менее высокочастотными, но в полтора-два раза более мощными;

- усилители мощности класса FE значительно более широкодиапазонные, чем усилители класса Е. Для расширения рабочего диапазона частот усилителя класса DE следует использовать предложенный широкодиапазонный формирующий контур;

- увеличение относительного недокрытия ведет в УМ классов FE и DE к улучшению нагрузочных характеристик, но одновременно к ухудшению модуляционных характеристик при стоковой AM;

- динамическая регулировка напряжения смещения на затворах транзисторов по предложенному закону позволяет в исследуемых усилителях значительно снизить амплитудно-фазовую конверсию при стоковой AM;

- классифицировать ключевые УМ целесообразно по критерию идеализированных форм импульсов тока ключа и напряжения на ключе.

Практическая ценность диссертации заключается в том, что разработанные методика расчета и рекомендации по проектированию усилителей классов FE и DE могут использоваться при разработке высокоэффективных устройств усиления мощности диапазонов СЧ и ВЧ, в первую очередь оконечных каскадов радиовещательных и связных передатчиков сигналов с различными видами модуляции. Ряд основных результатов диссертации подтвержден экспериментально при испытаниях макета УМ класса FE.

Отдельные полученные в работе результаты использованы при разработке новой радиопередающей техники в МТУСИ, что подтверждено актом (стр. 203).

Основные результаты диссертации опубликованы в десяти работах [110 - 119], были представлены и обсуждались на конференциях [113, 115, 118, 120 - 125] и семинарах [126-128].

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений. Ее объем составляет 203 с.

5.7. Выводы

Реализован и испытан экспериментальный макет УМ класса FE с параллельным ФК по схеме с параллельным питанием транзисторов. УМ имеет КПД выходной цепи 94% при выходной мощности 8,19 Вт и 94,3% при мощности 90 Вт. В расчетной точке наблюдается режим работы, близкий к ПННТ, что подтверждает практическую пригодность методики расчета, предложенной в гл. 2. В то же время подтвердился вывод гл. 3 о том, что при сравнительно больших недокрытиях расчет по методике дает заниженные значения потерь в транзисторах. В результате при проектировании УМ невысокой мощности, как в данной главе, расчетное значение КПД оказывается заметно завышенным.

Выигрыш в КПД выходной цепи по сравнению с УМ класса F составил в расчетной точке 2,5%, что близко к результату компьютерного моделирования (2,4%). Малое значение выигрыша в данном случае обусловлено низким напряжением питания и, как следствие, недостаточно большой долей КП в общих потерях мощности в УМ класса F. Отсюда следует, что на СЧ усилители класса FE (DE) имеет смысл использовать при средней мощности ориентировочно не ниже 30.50 Вт.

Эффективная реализация УМ ПНФ класса FE или F по схеме с параллельным питанием транзисторов возможна с использованием комбинированного выходного трансформатора, первичная обмотка которого выполнена на отрезке длинной линии. Применение обычного трансформатора с магнитной связью неприемлемо из-за возникновения паразитного колебательного процесса, обусловленного недостаточно сильной связью между первичными полуобмотками. Это ведет к снижению КПД, а главное, вынуждает значительно недоиспользовать транзисторы по мощности во избежание пробоя.

Экспериментально подтверждены выводы гл. 3 о том, что модуляционные характеристики (при стоковой AM) в классе FE значительно хуже, чем в классе F. В рассмотренном макете нелинейность амплитудной MX в классе FE на верхних 42 дБ динамического диапазона составила 6,3% против 2,8% в классе F, а неравномерность ФАХ в той же области ДД - 70,5° против 7,4° в классе F.

Подтверждена эффективность предложенного в гл. 4 способа выравнивания ФАХ УМ класса FE путем регулировки напряжения смещения на затворах. При этом оказалось, что помимо коррекции ФАХ, предложенная характеристика регулирования позволяет еще и линеаризовать амплитудную MX. В результате амплитудная нелинейность сведена до уровня класса F, а неравномерность ФАХ снижена на величину около 50°.

Вместе с тем, учитывая резкий проигрыш в линейности в УМ классов FE (DE) по сравнению с УМ ПНФ класса F, в дальнейшем представляется интересным исследование субоптимальных режимов работы первых, когда путем уменьшения относительной длительности недокрытия (то есть отклонения от ПННТ) достигалось бы улучшение линейности за счет некоторого допустимого снижения КПД.

Показано, что результаты компьютерного моделирования УМ класса FE в программе MicroCAP с использованием моделей транзисторов, предоставляемых их производителем, фирмой International Rectifier, хорошо совпадают с экспериментальными практически во всем диапазоне напряжений питания, и только в области малых Еп < 0,ЗЕпор степень соответствия неудовлетворительная. Таким образом, основные результаты и выводы, полученные в гл. 3, 4 на основании моделирования, представляются вполне адекватными.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе показана возможность и целесообразность повышения энергетической эффективности СЧ радиопередатчиков ЦРВ путем применения в них ключевых УМ классов FE и DE. Проведено комплексное исследование этих УМ, разработана единая методика их расчета, и даны рекомендации по их проектированию.

Предложена новая классификация ключевых УМ по критерию идеализированных форм выходных колебаний транзистора. Обладая методологической стройностью, она, как ожидается, будет способствовать устранению терминологической путаницы и лучшему пониманию различных ключевых УМ.

Выделено четыре типа двухтактных ключевых усилителей с переключением напряжения без КП: два - с фильтровой нагрузкой (усилители класса FE) и два - с резистивной нагрузкой (усилители класса DE). При этом УМ класса FE с параллельным ФК теоретически исследован в настоящей работе впервые, а усилители класса DE не только исследованы, но и предложены впервые. Главной особенностью последних является то, с ростом величины недокрытия содержание высших гармоник в токе нагрузки падает. Таким образом, известный недостаток ключевых УМ с резистивной нагрузкой, ограничивающий их применение в оконечных каскадах передатчиков, устраняется.

Во всех четырех УМ классов FE и DE для исключения КП реализуется режим ПННТ. Параметры выходной цепи и моменты переключения транзисторов, выбираемые для достижения ПННТ, в четырех УМ различны, поэтому их электрические, энергетические и качественные характеристики не совпадают. Для каждого УМ проведен анализ работы выходной цепи в режиме ПННТ. Он показал, что два УМ класса FE по электрическим и энергетическим характеристикам близки. Напротив, электрические и энергетические характеристики двух УМ класса DE существенно отличаются.

УМ класса DE с Г-образным ФК имеет электронный КПД такой же, как усилители класса FE. Кроме того, на относительно низких частотах коэффициент использования транзисторов по первой гармонике здесь выше, чем в классе FE. Таким образом, данный УМ потенциально является самым мощным из всех усилителей с ФК. КПД по первой гармонике г|] в этом УМ по мере возрастания относительного недокрытия т3 приближается к КПД усилителей класса FE. Максимизировать г|| можно, устанавливая т3 ~ 60° и одновременно включая дополнительную внешнюю емкость параллельно выходу транзисторов.

УМ класса DE с параллельным ФК оказался наихудшим среди исследуемых: он имеет самый низкий КПД по первой гармонике, существенно большие пиковое и средне-квадратическое значения тока стока. Какие-либо видимые преимущества у него отсутствуют, и его использование не имеет смысла.

Проведенный теоретический анализ дал возможность сравнить усилители классов

FE и DE между собой и с другими УМ по частотно-мощностным свойствам, что сделано впервые. Показано, что в качестве оконечных каскадов передатчиков их целесообразно

2 * применять при 0,5 < соСЕ ои макс/Р 1 < 4.5. В области меньших частот и больших мощностей следует использовать УМ ПНФ класса D, а при больших значениях параметра юСЕ2си макс/Р* 1 предпочтительнее однотактные усилители класса Е.

С единых позиций при помощи компьютерного моделирования исследованы диапазонные, нагрузочные и модуляционные характеристики усилителей классов FE и DE. Соответствующие результаты получены автором также впервые.

В отличие от УМ класса Е, исследуемые УМ допускают работу в достаточно широком диапазоне частот при сохранении приемлемых энергетических характеристик. Наиболее широкодиапазонным является УМ класса FE с Г-образным ФК, сохраняющий высокий КПД и малую неравномерность выходной мощности при коэффициенте перекрытия по частоте Kf = 3. УМ того же класса с параллельным ФК имеет более резкий рост потерь в диапазоне частот и применим при Kf < 1,8.2. Его достоинством является крайне малая неравномерность выходной мощности. УМ класса DE с Г-образным ФК имеет худшие диапазонные характеристики, чем усилители класса FE. Для устранения этого недостатка предложена схема с широкодиапазонным ФК, обеспечивающим работу с Kf не менее 1,8.

Таким образом, показано, что исследуемые усилители можно использовать в качестве оконечных УМ широкодиапазонных передатчиков, выходные фильтрующие системы которых выполняются в виде переключаемых фильтров с Kf < 1,6. 1,8.

Моделирование нагрузочных характеристик усилителей позволило оценить степень и характер изменения энергетических и электрических показателей УМ при рассогласовании нагрузки. Емкостное рассогласование является гораздо более нежелательным, чем индуктивное, так как при этом возникают КП, приводящие к резкому росту потерь в транзисторе. Во избежание выхода транзисторов из строя при рассогласованиях усилители следует проектировать со значительным недоиспользованием по полезной мощности.

Показано, что повышение т3 ведет к снижению роста потерь в транзисторе, причем тем более существенному, чем меньше КБВН. Это означает, что УМ классов FE и DE имеют заведомо лучшие нагрузочные характеристики, чем соответствующие им УМ классов F и D. При КБВН < 0,7 и т3 < 35.40° в УМ класса DE рост потерь в транзисторе в несколько раз меньше, чем в классе FE, и это является его значительньм преимуществом.

Моделирование работы усилителей классов FE и DE при стоковой AM выявило главный их недостаток - большую нелинейность по сравнению с усилителями классов F и

D. Как амплитудная нелинейность, так и АФК во всех исследованных УМ резко возрастают при увеличении т3. При этом наиболее линейным является УМ класса DE. Для повышения линейности УМ классов FE и DE при стоковой AM предложена динамическая регулировка напряжения смещения на затворах транзисторов, позволяющая значительно снизить неравномерность модуляционной ФАХ и, соответственно, уровень внеполосных излучений передатчика. В дальнейшем представляет интерес исследование субоптимального режима работы УМ классов FE и DE, когда путем некоторого отклонения от ПННТ достигалось бы улучшение линейности за счет небольшого снижения КПД.

Из трех УМ классов FE и DE нельзя выделить какой-либо один, опережающий другие по всем основным характеристикам. Выбор одного из них определяется конкретными требованиями того или иного приложения, и может быть компромиссным.

Для проверки целесообразности применения исследуемых УМ в СЧ передатчиках ЦРВ проведено компьютерное функциональное моделирование оконечного каскада передатчика, построенного по методу Кана. Средний КПД УМ класса FE на частоте 1,6 МГц при работе с вещательным DRM сигналом составил 96%. Возможное повышение среднего промышленного КПД СЧ передатчиков небольшой мощности (единицы-десятки кВт в пиковой точке) за счет использования в них УМ классов FE или DE автор оценивает в 5.7%.

Отрицательным результатом моделирования передатчика стало то, что выходной сигнал не удовлетворял требованиям на внеполосные излучения (даже без учета некоторых существенных источников нелинейных искажений в архитектуре Кана), превышая границу частотной маски на величины до 3 дБ. Эффективно решить эту проблему позволят современные технологии линеаризации УМ, в частности применение декартова контура обратной связи.

Экспериментальное исследование УМ класса FE с параллельным ФК подтвердило результаты гл. 2-4. Кроме того, в целом подтверждена адекватность компьютерного моделирования экспериментального макета. Это означает, что выводы гл. 3 и 4, основанные на компьютерном моделировании, но непосредственно в ходе эксперимента не проверенные, также являются вполне адекватными.

Обобщая результаты исследования, подчеркнем еще раз достоинства УМ классов FE и DE: более высокий КПД, чем в УМ ПНФ класса F, лучшее использование транзисторов по мощности и значительно большая широкодиапазонность, чем в УМ класса Е, лучшие нагрузочные характеристики, чем в УМ классов Е и F. Это делает усилители классов FE и DE привлекательными для использования в качестве оконечных каскадов передатчиков, работающих не только в диапазоне СЧ, но и в нижней и средней части диапазона ВЧ.

В силу указанных преимуществ применение ключевых УМ классов FE и DE может быть эффективным не только в радиопередатчиках, но и в преобразователях напряжения, в электронных генераторах для управления плазмой, в установках индукционного нагрева и др., то есть во всех тех приложениях, где приоритетом является получение с транзистора возможно более высокой выходной мощности с наименьшими энергетическими потерями. Особенно интересны здесь усилители класса DE, так как перечисленные приложения, в отличие от оконечных каскадов передатчиков, не требуют строго гармонической формы тока в нагрузке.

1. Концепция развития телерадиовещания в России на период 2006 2015 годов. - Министерство культуры и массовых коммуникаций Российской Федерации, 2005. -http://www.mkmk.ru/datadocs/concep2006-2015.zip.

2. Digital Radio Mondiale (DRM); System Specification. ETSI ES 201 980 V2.1.1. European

3. Telecommunications Standards Institute. 2004. - 183 pp.

4. System for digital sound broadcasting in the broadcasting bands below 30 MHz. ITU-R BS. 1514-1. International Telecommunication Union, 2001.

5. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн / Под ред. Г.А. Ерохина.

6. М.: Радио и связь, 2004. 491 с.

7. Радиовещание и электроакустика / Под ред. Ю.А. Ковалгина. М.: Радио и связь, 2002.792 с.

8. Рихтер С.Г. Цифровое радиовещание. М.: Горячая линия - Телеком, 2004. - 352 с.

9. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника / Под ред. Н. Д. Федорова. М.:

10. Радио и связь, 2002. 560 с.

11. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.

12. Проектирование радиопередатчиков / Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 2000. - 656 с.

13. Повышение эффективности мощных радиопередающих устройств / Под ред. А.Д. Ар-тыма. М.: Радио и связь, 1987. - 176 с.

14. Транзисторные генераторы гармонических колебаний в ключевом режиме / Под ред. И.А. Попова. М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.

15. X. Zhang, L.E. Larson, P.M. Asbeck. Design of linear RF outphasing power amplifiers. -Boston: Artech House, 2003. 213 pp.

16. Козырев В.Б., Попов И,А. Транзисторные генераторы гармонических колебаний // Радиотехника. 1971. - Т. 26, № 11.-С. 90- 103.

17. Raab F.H. et al. Power amplifiers and transmitters for RF and microwave // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002. - Vol. 50, № 3. - P. 814-826.

18. Raab F.H. Class-E, class-C, and class-F power amplifiers based upon a finite number of harmonics // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. - Vol. 49, № 8.-P. 1462-1468.

19. Rogers J.D., Wormser J.J. Solid-state high-power low frequency telemetry transmitters // Proceedings of the National electronics conference, Chicago, 1966. Vol. 22. - P. 1.

20. Решетников B.B. Определение коммутативных потерь мощности в ключевых генераторах на мощных МДП-транзисторах // Широкополосные радиотехнические цепи и устройства ВЧ и СВЧ. Межвузовский сборник научных трудов. 1987. - Новосибирск: НЭТИ. - С. 54-60.

21. Громорушкин В.Н. Повышение КПД ключевых усилителей мощности // Широкополосные радиотехнические цепи и устройства ВЧ и СВЧ. Межвузовский сборник научных трудов. 1987. - Новосибирск: НЭТИ. - С. 60-63.

22. Baxandall Р.J. Transistor sine-wave LC oscillators, some general considerations and new development // Proceedings of the IEE, pt. B. 1959. - Vol. 106. - Pp. 748-758.

23. Kobayashi H., Hinrichs J.M., and Asbeck P.M. Current-mode class-D power amplifiers for high-efficiency RF applications // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. -2001. Vol. 49, № 12. - P. 2480-2485.

24. Гамаюнов B.B. Исследование работы двухтактного ключевого генератора класса Ринверсный на полевых транзисторах. Магистерская диссертация. М., МТУ СИ, 2003.

25. Raab F.H. FET power amplifier boosts transmitter efficiency // Electronics. 1976. - Vol. 49, №6.-P. 122-126.

26. Беличенко C.A. Высокоэффективный УМ для однополосного передатчика. Сб. Полупроводниковая электроника в технике связи. Вып. 25. - М.: Связь, 1985. - С. 50-55.

27. Raab F.H. Maximum efficiency and output of class-F power amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. - Vol. 49, № 6. - P. 1162-1166.

28. Груздев B.B. К расчету параметров контура однотактного ключевого генератора // Труды МЭИС. Вып. 2. - М.: МЭИС, 1969. - С. 124-128.

29. Козырев В.Б. Однотактный ключевой генератор с фильтрующим контуром // Сб. Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. Вып. 8. - М.: Связь, 1971. С. 152-166.

30. Бруевич А.Н. Об оптимальных параметрах ключевого генератора с фильтрующим контуром // Сб. Полупроводниковая электроника в технике связи. Вып. 17. - М.: Связь, 1977.-С. 43-48.

31. Козырев В.Б., Шкварин В.В. Оптимальный режим однотактного ключевого генератора с формирующим контуром // Радиотехника. 1982. - Т. 37, № 10. - С. 90-93.

32. Davis J.F. and Rutledge D.B. A low-cost class-E power amplifier with sine-wave drive // 1998 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1998. - Vol. 2. - P. 1113-1116.

33. Mader T.B. and Popovic Z.B. A 10 GHz High-Efficiency Active Antenna // 1999 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 1999. - Vol. 2. - P. 663-666.

34. Martin A.L. and Mortazawi A. A class-E power amplifier based on an extended resonance technique // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2000. - Vol. 48, № l.-P. 93-97.

35. Raab F.H. Electronically tunable class-E power amplifier // 2001 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. -2001. Vol. 3. - P. 1513-1516.

36. Kozyrev V.B. Class E amplifiers with a parallel filtering circuit // Proceedings of 2004 IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications, Moscow, 2004 (CDROM). 8.pdf. - 4 pp.

37. Царьков А.Г. Исследование транзисторных ключевых генераторов с формирующим контуром (генераторов класса Е) в оптимальном режиме. Магистерская диссертация. -М„ МТУСИ, 2004.

38. Telegdy A., Molnar В., and Sokal N.O. Class-Ем switching-mode tuned power amplifier -high efficiency with slow-switching transistor // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. - Vol. 51, № 6. - P. 1662-1676.

39. Kazimierczuk M. Class E tuned power amplifier with shunt inductor // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1981. - Vol. 16, № 1. - P. 2-7.

40. Жуков C.A., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор без коммутативных потерь // Полупроводниковые приборы в технике электросвязи. Вып. 15. - М.: Связь, 1975.-С. 95-107.

41. Czarkowski D. and Kazimierczuk М.К. Simulation and experimental results for Class D series resonant inverter // Proceedings of 1992 IEEE International Telecommunications Energy Conference. 1992. - P. 153-159.

42. Kazimierczuk M.K. and Szaraniec W. Class D-E resonant dc/dc converter // IEEE Transactions on Aerospace Electronic Systems. 1993. - Vol. 29, № 7. - Pp. 963-976.

43. El-Hamamsy S.A. Design of high-efficiency RF class-D power amplifier // IEEE Transactions on Power Electronics. 1994. - Vol. 9, № 3. - P. 297-308.

44. Hamill D.C. Impedance plane analysis of class DE amplifier // Electronics Letters 1994. -Vol. 30,№23.-P. 1905-1906.

45. Hamill D.C. Half-Bridge Class-DE Rectifier // Electronics Letters 1995. - Vol. 31, № 22. -P. 1885-1886.

46. Koizumi H., Fujii M., Shinoda K., Suetsugu Т., and Mori S. Phase controlled class DE inverter // Proceedings of 1995 IEEE International Telecommunications Energy Conference.1995.-P. 86-92.

47. Koizumi H., Suetsugu Т., Fujii M., Shinoda K., Mori S., and Ikeda K. Class DE high-efficiency tuned power amplifer // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I.1996.-Vol. 43, № 1,- P. 51-60.

48. Koizumi H., Fujii M., Suetsugu Т., Mori S. New resonant DC/DC converter with class DE inverter and Class E rectifier // Journal of Circuits, Systems and Computers. 1996. - Vol. 5, №4.-P. 559-574.

49. Hamill D.C. Class DE inverters and rectifiers for DC-DC converter // Proceedings of IEEE 1996 Power Electronics Specialist Conference, Baveno. 1996. - P. 854-860.

50. Shinoda K., Matsuo M., Suetsugu T. and Mori S. PWM control scheme of resonant dc/dc converter with class DE inverter and class E rectifier. // Proceedings of 1996 IEEE International Telecommunications Energy Conference. 1996 - P. 829-832.

51. Hintea S., Simion E., Festila L. Radio frequency link used in partially-implanted auditory prosthesis // Proceedings of the Third IEEE International Conference on Electronics, Circuits, and Systems, Rodos, 1996. Vol. 2. - P. 1142-1146.

52. Matsuo M., Suetsugu Т., Sasase I. and Mori S. Resonant DC/DC converter using class DE oscillator // Proceedings of 1997 IEEE International Telecommunications Energy Conference. -1997.-P. 544-549.

53. Shinoda K., Suetsugu Т., Matsuo M., and Mori S. Idealized operation of Class DE amplifier and frequency multipliers // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I. 1998. -Vol. 45, №1.-P. 34-40.

54. Suetsugu T. Dynamic analysis of frequency control and synchronous control of DC-DC converter consisted of class DE amplifier and class D synchronous rectifier // Proceedings of IEEE 1998 Power Electronics Specialists Conference. 1998. - P. 394-400.

55. Matsuo M., Sekiya H., Koizumi H., Suetsugu Т., Mori S. and Sasase I. AC/AC converterwith class DE tuned power oscillator // Proceedings of 1998 IEEE International Telecommunications Energy Conference. 1998. - P. 685-691.

56. Hintea S. and Mihu I.P. Class DE amplifiers and their medical applications // Proceedings of the 6th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipments, Brasov, 1998.-Vol. 3.-P. 697-702.

57. Albulet M. An exact analysis of class-DE amplifier at any output Q // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I. 1999. - Vol. 46, № 10. - P. 1228-1239.

58. De Vries I.D. High power and high frequency class-DE inverters. Ph. D. thesis. University of Cape Town, 1999. - 110 pp.

59. Sekiya H., Matsuo M., Koizumi H., Mori S., and Sasase I. New control scheme for class DE inverter by varying driving signals // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2000. -Vol. 47, №6.-P. 1237-1248.

60. Grzesik В., Kaczmarczyk Z., Kasprzak M. 1 MHz sinusoidal gate driver for Class DE inverter operating with variable load and frequency // Proceedings of IEEE 2000 Power Electronics Specialists Conference. 2000. - Vol. 2. - P. 817-822.

61. Matsuo M., Sekiya H., Suetsugu Т., Shinoda K., and Mori S. Design of a high-efficiency class DE tuned power oscillator // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I. 2000. -Vol. 47, № 11.-P. 1645-1649.

62. Oshikawa S., Sekiya H., Lu J., and Yahagi T. Design of class DE amplifier with any output Q, any duty Ratio and switch on resistance // Proceedings of IEEE 2003 International Symposium on Circuits and Systems. 2003. - Vol. 3. - P. 280-283.

63. Sekiya H., Koizumi H., Mori S., Sasase I., Lu J., and Yahagi T. FM/PWM control scheme in class DE inverter // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part I. 2004. - Vol. 51, № 7.-P. 1250-1260.

64. Matsuo M., Suetsugu Т., Mori S., Sasase I. Class DE current-source parallel resonant inverter // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1999. - Vol. 46, № 2. - P. 242-248.

65. Kee S.D., Aoki I., and Rutledge D. 7-MHz, 1.1-kW demonstration of the new E/F2,0ddswitching amplifier class // 2001 MTT-S International Microwave Symposium Digest. -2001.-Vol.3.-P. 1505-1508.

66. Kee S.D., Aoki I., Hajimiri A., and Rutledge D. The class-E/F family of ZVS switching amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. - Vol. 51, № 6. -P. 1677-1690.

67. Raab F.H. Intermodulation distortion in Kahn-technique transmitters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1996. - Vol. 44, № 12. - P. 2273-2278.

68. Liu W., Lau J., and Cheng R.S. Considerations on applying OFDM in a highly efficient power amplifier // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part II. 1999 - Vol. 46, № 11.-P. 1329-1336.

69. Rudolph D. Out-of-band emissions of digital transmissions using Kahn EER technique // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002. - Vol. 50, № 8. - P. 1979-1983.

70. Rudolph D. Kahn EER technique with single-carrier digital modulations // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. - Vol. 51, № 2. - P. 548-552.

71. Wang Y. An improved Kahn transmitter architecture based on delta-sigma modulation // 2003 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2003. - Vol. 2. - P. 1327-1330.

72. Dupuy A., Chung Y., Wang E.Y., Itoh T. Digital pulse width modulated (PWM) microwave signal using a high efficiency class-E amplifier // Proceedings of 2003 Asia-Pacific Microwave Conference, Seoul, 2003. Vol. 3. - P. 1809-1812.

73. Иванюшкин Р.Ю. Исследование и разработка высокочастотного тракта радиовещательного СЧ передатчика, построенного по методу дефазирования. Дисс. на . канд. техн. наук (05.12.13). М: Московский технический университет связи и информатики. -2001. - 165 с.

74. Jennings D.J. and McGeehan J.P. A high-efficiency RF transmitter using VCO-derived synthesis: CALLUM // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999.1. Vol. 47,№6.-P. 715-721.

75. Zhang X., Larson L.E., Asbeck P.M., and Nanawa P. Gain/phase imbalance minimization techniques for LINC transmitters // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2001. - Vol. 49, № 12. - P. 2507-2516.

76. Zhang X., Larson L.E., Asbeck P.M., and Langridge R.A. Analysis of power recycling techniques for RF and microwave outphasing power amplifiers // IEEE Transactions on Circuits and Systems, Part II. 2002. - Vol. 49, № 5. - P. 312-320.

77. Birafane A. and Kouki A.B. On the linearity and efficiency of outphasing microwave amplifiers // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2004. - Vol. 52, № 7. -P. 1702-1708.

78. Jayaraman A., Chen P.F., Hanington G., Larson L., and Asbeck P. Linear high-efficiency microwave power amplifiers using bandpass delta-sigma modulators // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1998. - Vol. 8, № 3. - P. 121-123.

79. Asbeck P.M., Larson L.E., and Galton I.G. Synergistic design of DSP and power amplifiers for wireless communications // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. -2001.-Vol. 49, № 11.-P. 2163-2169.

80. Katz A. Linearization: reducing distortion in power amplifiers // IEEE Microwave Magazine. -2001.-Vol. 2, №4.-P. 37-49.

81. Barkhordarian V. Power MOSFET Basics International Rectifier, 2000. -http://www.irf.com/technical-info/appnotes/mosfet.pdf. - 12 pp.

82. Protecting IGBTs and MOSFETs from ESD. International Rectifier application note AN-955. http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-955.pdf. - 7 pp.

83. Trask C. Transmission line transformers: theory, design and applications part 2 // High frequency electronics. - 2006. - № 1. - P. 26-32.

84. Trask C. Designing wide-band transformers for HF and VHF power amplifiers // QEX. -Mar/Apr 2005.-P. 3-15.

85. Luu K.T., Duello W., and Mattsson A. Advances in AM modulation techniques to improve digital transmission of HD Radio and DRM // Harris Broadcast Communications -http://download.hams. com/app/publicdownload.asp?fid=860. 2004. - 12 pp.

86. DX Destiny: product brochure Harris Broadcast Communications, 2001. -http://www.broadcast.harris.com/productportfolio/prodmedia/dx-destiny.pdf. - 6 pp.

87. DAX l-6kW AM digital transmitter. Harris Broadcast Communications. -http://www.broadcast.harris.com/productportfolio/prodmedia/DAX%5Ffinal.pdf.

88. Рекламные материалы фирмы Tesla. -http://www.vnvtesla.ru/transmitterteslaamlkw.htm.

89. AM-transmitters. Telefunken Sendersysteme Berlin AG. - http://www.telefunken-sendersysteme. de/int/Products/AMtransmitters/TRAM/TramE2 .pdf. - 5pp.

90. J1000 1 kW AM broadcast transmitter. -Nautel Limited. -nhttp://www.nautel.com/misc/j 1000brochureandspecs.pdf- 3 pp.

91. Series PB-3 13,56 MHz RF Power System. Owners Manual. Manitou Systems, Inc., 2001. -http://www.manitousys.com/media/PB3%20manual-%20100300W%20Analog%20MSI.pdf.

92. Материалы DRM-форума. http://www.drm.org/newsevents/faqs/faq-050.php.

93. Материалы DRM-форума. -http://www.drm.org/newsevents/faqs/faq-013.php.

94. Пресс-релиз фирмы International Rectifier 20.03.2003. http://www.irf.com/whats-new/nr03 0320.html.

95. IRFPS38N60L. International Rectifier datasheet PD-94630. http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfps38n601.pdf. - 9 pp.

96. IRFPS38N60L. SPICE model. http://www.irf.com/product-info/models/spice/irfps3 8n601. spi.

97. IRFP15N60L. International Rectifier datasheet PD-94415A. http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp 15n601.pdf. - 9 pp.

98. IRFP15N60L. SPICE model. http://www.irf.com/product-info/models/spice/irfpl5n601.spi.

99. IRFP048N. International Rectifier datasheet PD-9.1409A. http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfpl 5n601.pdf. - 8 pp.

100. IRFP048N. SPICE model. http://www.irf.com/product-info/models/spice/irfp048n.spi.

101. Aavid Thermalloy. Standard Product Catalog 2004. http://www.aavidthermalloy.com.

102. Micro-CAP 7.0. Electronic Circuit Analysis Program. Reference Manual. Spectrum Software. - Sunnyvale, 2001.

103. Загидуллин Р.Ш., Карутин C.H., Стешенко В.Б. System View. Системотехническое моделирование устройств обработки сигналов. М.: Горячая линия - Телеком, 2005. -294 с.

104. Исходный код программы Dream 1.2.4 http://drm.sourceforge.net.

105. Прикладная программа Dream 1.2.4 http://pessoal.onda.com.br/rjamorim/dream.zip.

106. Алипов А.С., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор класса DE с Г-образным формирующим контуром // Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» от. 22.05 № 2187 -св. 2001.-С. 100-114.

107. Alipov A., Kozyrev V. Push/pull class-DE switching power amplifier // 2002 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest. 2002. - Vol. 3. - P. 1635-1638.

108. Алипов А.С., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор класса EF с параллельным формирующим контуром // Деп. в ЦНТИ «Информсвязь» от 10.06.02 № 2210 -св. 2002. С. 71-92.

109. Алипов А.С., Козырев В.Б. Новый подход к классификации усилителей мощности // Труды LVIII научной сессии, посвященной Дню радио. М.: Изд. журнала «Радиотехника», 2003 - Т. 1. - С. 166-168.

110. Alipov A., Sokolov V., Kozyrev V. Class-DE power amplifiers with resistive load // 2nd IEEE International Conference on Circuits and Systems for Communications (ICCASC 2004), Moscow, 2004.

111. Алипов A.C., Козырев В.Б. Новая классификация транзисторных усилителей мощности // Труды LX научной сессии, посвященной Дню радио. М.: Изд. журнала «Радиотехника», 2005. - Т. 2. - С. 101-104.

112. Алипов А.С. Исследование работы ключевых генераторов класса DE // Труды МТУ-СИ: сборник статей. М.: МТУ СИ, 2005. - С. 33-43.

113. Алипов А.С., Козырев В.Б. Ключевой генератор класса DE с параллельным формирующим контуром // Радиотехника. 2005. - № 11. - С. 104-109.

114. Алипов А.С. Свойства усилителей мощности классов FE и DE при рассогласовании нагрузки // Труды LXI научной сессии, посвященной Дню радио. М.: Изд. журнала «Радиотехника», 2006. - С. 222-224.

115. Алипов А.С. Модуляционные характеристики усилителей мощности классов FE и DE // Труды МТУ СИ: сборник статей. М.: МТУ СИ, 2006. - С. 90-95.

116. Алипов А.С., Козырев В.Б. Двухтактный ключевой генератор класса EF // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ, 2002. Тезисы докладов. М.: МТУ СИ, 2002. - С. 114115.

117. Алипов А.С. Сравнение ключевых генераторов класса DE // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, 2004. Тезисы докладов. М.: МТУСИ, 2004. - Кн. 1. - С. 80-81.

118. Алипов А.С. Исследование работы ключевых генераторов класса DE в диапазоне частот // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУСИ, 2005. Тезисы докладов. М.: МТУСИ, 2005.1. Кн. 1,-С. 63-64.

119. Алипов А.С. Нагрузочные характеристики ключевых генераторов классов FE и DE // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ, 2006. Тезисы докладов. М.: МТУ СИ, 2006. - Кн. 1. -С. 71-72.

120. Алипов А.С. Модуляционные характеристики ключевых генераторов классов FE и DE // Научная конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ, 2006. Тезисы докладов. М.: МТУ СИ, 2006. -Кн. 1.-С. 70-71.

121. Алипов А.С., Козырев В.Б. Новый подход к классификации усилителей мощности. -Доклад на семинаре МНТОРЭС им. А. С. Попова. М., 20.03.2003.

122. Алипов А.С., Соколов В.А., Козырев В.Б. Ключевые генераторы с резистивной нагрузкой класса DE. Доклад на семинаре МНТОРЭС им. А. С. Попова. - М., 23.10.2003.

123. Алипов А.С. Компенсация отрицательных влияний индуктивности рассеяния выходного трансформатора в двухтактном инверторе напряжения. Доклад на семинаре МНТОРЭС им. А. С. Попова. - Москва, 28.10.2005.