Новые достижения в широкополосных усилителях. Часть 3
2.1.1 Немодулированные непрерывные сигналы
Самое распространенное использование немодулированных непрерывных сигналов – это тестирование на излучаемую электромагнитную совместимость (ЭМС). Здесь мы в первую очередь заинтересованы в создании заданной напряженности поля на данном расстоянии на заданной частоте, и это создается за счет подачи сильного радиочастотного сигнала на подходящую передающую антенну. Усилитель находится в состоянии сжатия, и становится труднее создать желаемую напряженность поля на желаемой частоте, потому что часть энергии уходит в гармоники и продукты интермодуляции.
Еще одной проблемой при использовании немодулированных непрерывных сигналов в тестировании на радиационную помехоустойчивость является тот факт, что испытываемое оборудование (ИО - EUT) может испытывать неблагоприятное воздействие во время испытаний на одной частоте, тогда как в действительности на ИО влияют гармоники или продукты интермодуляции.
Короче говоря, при усилении немодулированных непрерывных сигналов мы должны в первую очередь избегать гармоник и продуктов интермодуляции, так как они снижают мощность на нужной нам частоте. Приемлемые или подходящие количества гармоник и продуктов интермодуляции в значительной степени зависят от соответствующих стандартов тестирования ЭМС.
2.1.2 Модулированные непрерывные сигналы
Для модулированных сигналов влияние компрессии зависит от характера модуляции. В своей основной форме модуляция включает изменение частоты, амплитуды и/или фазы носителя для передачи информации. Хотя все еще есть много беспроводных систем, в которых изменяется только одна характеристика носителя (амплитуда или фаза, например), в большинстве современных беспроводных коммуникационных технологий изменяются несколько характеристик (например, меняются и амплитуда, и фаза) на динамической основе. Также есть устройства, такие как тестирование ЭМС, где часто используется только модуляция амплитуды.
Так как работа усилителя в компрессии обычно является причиной нелинейности только в амплитуде сигнала, существует несколько типов непрерывных модулированных сигналов, которые практически не подвержены воздействию, кроме самых экстремальных случаев сжатия. Простое включение-выключение, когда приемнику нужно только решить присутствует ли носитель или нет, является хорошим примеров схемы модуляции, устойчивой к влиянию сжатия. Похожим образом сигналы, модулированные по частоте или фазе, также относительно не восприимчивы даже к значительным уровням сжатия, так как они передают информацию за счет изменения в частоте и фазе, а не в амплитуде.
Можно предположить, что системы, использующие модуляцию амплитуды или комбинацию модуляции амплитуды и фазы, могут испытывать негативное влияние нелинейности, вызванной работой в сжатии. Однако, как мы увидим ниже, влияние нелинейности в системах, использующих некоторые формы модуляции амплитуды, не всегда так прямолинейно и его сложно предсказать или рассчитать.
2.2 Импульсные сигналы
Не непрерывные или импульсные сигналы используются в большом количестве устройств, включая такие широко известные примеры, как радары. В усилении импульсных сигналов угол проводимости играет, возможно, неожиданную роль. Многие устройства, использующие импульсные сигналы, требуют того, чтобы импульсы поддерживали их оригинальную «форму» насколько это возможно по всему пути сигнала, и конечно, это касается и усилителя. Это требование становится еще более критичным, когда есть модуляция самого импульса, поскольку любое искажение в огибающей импульса приведет к ухудшению или искажению информации.
С первого взгляда может показаться, что самым простым решением для обеспечения максимальной точности (то есть минимального искажения огибающей импульса) при усилении импульсных сигналов будет решение о работе усилителя с 100% углом проводимости (Класс А), по аналогии с подходом, выбранным для максимальной точности сигнала в других типах сигналов.
Но изучение взаимосвязи между формой импульсной огибающей и классом усилителя (с использованием широкополосного усилителя с регулируемым смещением) показало интересные результаты. Может показаться, что для заданной формы импульса существует оптимальный угол проводимости, который производит максимально точную репродукцию оригинальной импульсной огибающей – но этот угол не обязательно составляет 100%. На Рис.6 показано, что лучшие результаты были получены, когда угол проводимости составлял 50% или чуть меньше.
В чем же причины такого поведения? Сначала нужно сделать некоторые наблюдения. В отношении формы импульса мы знаем, что для малых (или коротких) уровней сигнала в Классе А температура транзистора значительно не меняется, так как производится очень мало радиочастот. Напомним, что в Классе А передатчик имеет высокий ток смещения и становится достаточно горячим, даже когда не производит радиочастотную мощность. Это значит, что если транзистор производит большую часть радиочастот во время работы в Классе А, то транзистор будет остывать, что в свою очередь приведет к увеличению коэффициента усиления и размытому нарастающему фронту более длинного импульса.
Также важно не забывать, что усилитель в этом случае может быть немного перегружен. На приведенном графике можно видеть перегрузки для Класса АВ (первые 100мкс до того, как сработает прямое ограничение). Для Класса А это не важно, потому что в начале импульса коэффициент усиления транзистора не так высок, как в Классе АВ. Базовым правилом здесь является то, что для усилителя, работающего в Класса А, «горячий» транзистор даст меньшее усиление.
Вне зависимости от используемого механизма, из приведенного выше примера понятно, что мы не можем с уверенностью предсказать влияние класса усилителя на огибающую импульса, и следовательно, возможность менять класс работы усилителя позволяет нам (эмпирически) определять оптимальный угол проводимости для данного типа импульсного сигнала.
