Исследование и разработка ключевых усилителей мощности для высокоэффективного СЧ передатчика цифрового радиовещания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Алипов, Антон Сергеевич

• Алипов, Антон Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Алипов, Антон Сергеевич

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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка ключевых усилителей мощности для высокоэффективного СЧ передатчика цифрового радиовещания»

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.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Алипов, Антон Сергеевич

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Алипов, Антон Сергеевич, 2006 год

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.