[1]Изобретение относится к области радиопередающих устройств и может быть использовано в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов.
[2]При усилении радиочастотного сигнала в усилителе мощности в составе радиопередающего устройства неизбежно возникают нелинейные искажения усиливаемого сигнала. Продукты этих искажений – паразитные спектральные компоненты, часть из которых попадает в полосу усиления и существенно нарушает качество канала связи. Наиболее значительными по величине являются спектральные компоненты интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка.
[3]Из уровня техники известен формирователь радиосигналов с цифровым предыскажением четными гармониками, который содержит цифровой блок вычисления четных гармоник, цифровой блок инвертирования, цифровой блок масштабирования, цифровой блок суммирования, цифровой блок временной задержки, цифроаналоговый преобразователь и модулятор (патент РФ №2538306). Данное техническое решение снижает уровень продуктов интермодуляции за счёт предыскажения чётными гармониками, однако оно не обеспечивает подавления спектральных компонент интермодуляции пятого и более высоких порядков.
[4]Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является формирователь радиосигналов с цифровым линеаризатором, который состоит из квадратурного модулятора, двух цифроаналоговых преобразователей, блока цифровой обработки сигналов и цифрового линеаризатора, при этом на вход блока цифровой обработки сигналов подается цифровой информационный сигнал, на выходах блока цифровой обработки сигналов формируются две бинарные комбинации, определяющие фазу и амплитуду формируемого формирователем радиосигнала. Данное техническое решение для использования требует предварительного измерения характеристик амплитудных и фазовых преобразований в усилителе мощности, расчета таблиц обратных преобразований и представления их в виде подробных таблиц квадратурных функций предыскажения, что требует для реализации большого объёма вычислительных ресурсов.
[5]Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, уменьшение величины продуктов интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка.
[6]Сущность изобретения поясняется следующим.
[7]Для формирования радиосигналов с цифровой модуляцией в составе радиопередающих устройств в основном применяют квадратурный метод, который основан на том, что любое гармоническое колебание с произвольной фазой можно представить линейной комбинацией двух гармонических составляющих: синфазной I(t) и квадратурной Q(t), сдвинутых по фазе на 90°.
[8]Если в качестве опорного (синфазного) колебания выбрана синусоидальная функция 
, где ω0 = 2πf0 , а f0– частота несущего колебания, то радиосигнал формируется по закону
[9]
, (1)
[10]где амплитуда А(t) и фаза φ(t) формируемого сигнала определяются как
[11]
, (2)
[12]
. (3)
[13]В радиопередающих устройствах, когда формирование радиосигналов осуществляется квадратурным методом, используется цифроаналоговое преобразование и сигналы I(t) и Q(t) формируются в цифровой области.
[14]Для снижения уровня продуктов интермодуляционных искажений в формирователе радиосигналов в составе радиопередающего устройства на выходах цифрового блока, формирующего в цифровой области сигналы I(t) и Q(t), которые соединяются с входами цифроаналоговых преобразователей, предлагается устанавливать цифровое устройство предыскажения радиосигналов чётными гармониками.
[15]Структурная схема предлагаемого цифрового устройства предыскажения радиосигналов четными гармониками представлена на фиг. 1.
[17]– блоки умножения(1.1-1.7);
[18]– блоки суммирования(2.1-2.3);
[19]– блоки масштабирования(3.1, 3.2);
[20]– блок инвертирования (4);
[21]– блоки временной задержки (5.1-5.3).
[22]В таком устройстве цифровой сигнал, соответствующий сигналу I(t), поступает на первый вход устройства Вх.1, который соединен с первым и вторым входами первого блока умножения (1.1) и входом первого блока временной задержки (5.1).
[23]Цифровой сигнал, соответствующий сигналу Q(t), поступает на второй вход устройства Вх.2, который соединен с первым и вторым входами второго блока умножения (1.2) и входом второго блока временной задержки (5.2).
[24]Сигналы с выходов первого и второго блоков умножения поступают на первый и второй входы первого блока суммирования (2.1) соответственно. Выходной сигнал первого блока суммирования поступает на второй вход третьего блока умножения (1.3), первый вход которого соединен с выходом первого блока масштабирования (3.1).
[25]Кроме того, выходной сигнал первого блока суммирования поступает на первый и второй входы четвертого блока умножения (1.4) и на вход блока инвертирования (4). Сигнал с выхода четвертого блока умножения поступает на второй вход второго блока суммирования (2.2), на первый вход которого поступает сигнал с выхода блока инвертирования.
[26]Выходной сигнал второго блока суммирования поступает на второй вход пятого блока умножения (1.5), первый вход которого соединен с выходом второго блока масштабирования (3.2).
[27]Сигнал с выхода пятого блока умножения подается на второй вход третьего блока суммирования (2.3), на первый вход которого подается выходной сигнал третьего блока временной задержки (5.3), вход которого соединен с выходом третьего блока умножения.
[28]Выходной сигнал третьего блока суммирования поступает на второй вход шестого блока умножения (1.6), первый вход которого соединен с выходом первого блока временной задержки. Также выходной сигнал третьего блока суммирования поступает и на первый вход седьмого блока умножения (1.7), второй вход которого соединен с выходом второго блока временной задержки.
[29]Выходы шестого и седьмого блоков умножения являются первым Вых.1 и вторым Вых.2 выходами соответственно предлагаемого цифрового устройства предыскажения радиосигналов четными гармониками в целом.
[30]На выходах такого цифрового устройства формируются цифровые сигналы, соответствующие предыскаженным сигналам Iп(t) и Qп(t). В составе радиопередающего устройства формируемые цифровые сигналы поступают на входы цифроаналоговых преобразователей формирователя радиосигналов и в соответствии с (1) формируется радиосигнал с предыскажением, которое компенсирует интермодуляционные искажения третьего и пятого порядка, вызванные нелинейностью усилительного тракта радиопередающего устройства.
[31]Функционирование предлагаемого цифрового устройства предыскажения радиосигналов чётными гармониками ниже поясняется на примере формирования и усиления мощности двухчастотного сигнала.
[32]Для двухчастотного сигнала в формирователе радиосигналов можно использовать следующие синфазный и квадратурный сигналы:
[33]
, (4)
[34]
, (5)
[35]где Ω – частота отстройки гармоник двухчастотного сигнала от несущей частоты. Тогда без предыскажения в соответствии с (1) на выходе формирователя радиосигналов в составе радиопередающего устройства формируется радиосигнал
[36]
. (6)
[37]Передаточную характеристику активного элемента усилителя мощности можно аппроксимировать полиномом вида
[38]
, (7)
[39]где а1> 0, а3, а5< 0 – коэффициенты аппроксимации.
[40]После тригонометрических преобразований при подстановке (6) в (7) видно, что в спектре сигнала на выходе усилителя мощности в полосе усиления возникают интермодуляционные составляющие третьего и пятого порядка:
[41]
, (8)
[42]
, (9)
[43]
, (10)
[44]
. (11)
[45]Для внесения предыскажения в формируемый радиосигнал цифровые сигналы, соответствующие (4) и (5), подаются на входы Вх1 и Вх2 цифрового устройства предыскажения радиосигналов соответственно. Тогда на выходе первого блока суммирования формируется цифровой сигнал
, который в соответствии с (2) равен квадрату огибающей формируемого радиосигнала. В спектре сигнала на выходе первого блока суммирования формируется вторая гармоника огибающей формируемого радиосигнала
[46]
(12)
[47]Третий блок умножения осуществляет операцию умножения второй гармоники огибающей формируемого радиосигнала на масштабный коэффициент C3, значение которого записано в первом блоке масштабирования. Описываемое преобразование можно представить в виде следующей замены:
[48]
(13)
[49]На выходе четвертого блока умножения формируется цифровой сигнал, в спектре которого присутствуют вторая и четвертая гармоники огибающей формируемого радиосигнала
[50]
. (14)
[51]В блоке инвертирования происходит смена знака цифрового сигнала (12) и на выходе второго блока суммирования формируется сигнал:
[52]
[53]
. (15)
[54]Таким образом, на выходе второго блока суммирования присутствует только четвертая гармоника огибающей формируемого радиосигнала.
[55]Пятый блок умножения осуществляет операцию умножения четвертой гармоники огибающей формируемого радиосигнала на масштабный коэффициент C5, значение которого записано во втором блоке масштабирования. Описываемое преобразование можно представить в виде следующей замены:
[56]
. (16)
[57]Третий блок временной задержки компенсирует задержку выходного сигнала пятого блока умножения относительно выходного сигнала третьего блока умножения и на выходе третьего блока суммирования формируется цифровой сигнал 
:
[58]
[59]
. (17)
[60]Первый и второй блоки временной задержки компенсируют задержку выходного сигнала третьего блока суммирования относительно входных сигналов с входов Вх.1 и Вх.2 соответственно и на выходах шестого и седьмого блоков умножения, которые являются соответственно выходами Вых.1 и Вых.2 цифрового устройства предыскажения радиосигналов четными гармониками в целом, формируются цифровые предыскаженные сигналы Iп(t)и Qп(t). Для рассматриваемого двухчастотного сигнала
[61]
[62]
[63]
[64]
, (18)
[65]
. (19)
[66]В составе радиопередающего устройства формируемые цифровые предыскаженные сигналы Iп(t)и Qп(t) поступают на входы цифроаналоговых преобразователей формирователя радиосигналов и в соответствии с (1) формируется радиосигнал с предыскажением xп(t).
[67]При подстановке xп(t) в выражение (7) после тригонометрических преобразований видно, что в спектре сигнала на выходе усилителя мощности в полосе усиления возникают интермодуляционные составляющие третьего и пятого порядка:
[68]
, (20)
[69]
, (21)
[70]
, (22)
[71]
. (23)
[72]При этом коэффициенты аппроксимации передаточной характеристики активного элемента а3, а5и масштабные коэффициенты C3 и C5соответственно противоположны по знаку. Таким образом, подбором величин масштабных коэффициентов C3 и C5 достигается уменьшение уровня продуктов интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка.
[73]При формировании и усилении полосового сигнала процессы взаимодействия будут идентичны описанным выше.
[74]Оптимальные значения коэффициентов масштабирования подбираются при регулировании цифрового устройства предыскажения радиосигналов чётными гармониками в составе радиопередающего устройства при известных нелинейных характеристиках используемого усилителя мощности.
[75]Результаты модельных и экспериментальных исследований устройства предыскажающей цифровой линеаризации чётными гармониками для радиопередающего устройства показали, что при произвольном полосовом передаваемом сигнале по предлагаемой схеме удаётся значительно снизить уровень интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка, что подтверждает возможность достижения технического результата.
[76]Таким образом, введение цифрового устройства предыскажения радиосигналов чётными гармониками по предлагаемой схеме в состав радиопередающего устройства обеспечивает достижение технического результата – уменьшение в спектре выходного сигнала величины продуктов интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка.
