Использование многоканальных структур с частотным разделением каналов

Создание современных радиотехнических систем и устройств, применяемых в ядерной физике, вычислительной технике, системах связи, акустической микроскопии, время-импульсной метрологии, связано с необходимостью применения в них усилителей импульсов неограниченной длительности с пикосекундными фронтами, т. е. сигналов со спектром от единиц герц до единиц гигагерц [71].

Использование известных схемных решений построения многоканальных усилителей с частотным разделением каналов

Традиционно расширение полосы пропускания и повышение выходной мощности разрабатываемых усилителей связано с использованием конденсаторов и катушек индуктивности больших номиналов, а также более мощных транзисторов либо схем сложения мощностей, отдаваемых несколькими менее мощными транзисторами. Эти варианты оказываются нереализуемыми при создании сверхширокополосных усилителей мощности, предназначенных для усиления импульсов неограниченной длительности с пикосекундными фронтами.

Построение усилителей с полосой рабочих частот от единиц герц до единиц гигагерц на мощных транзисторах при одновременном использовании конденсаторов и катушек индуктивности больших номиналов приводит к появлению неконтролируемых резонансов внутри их полосы пропускания и искажению формы амплитудно-частотной и переходной характеристик [71, 72]. Это связано с высокой добротностью входных импедансов мощных транзисторов и большими значениями «паразитных» параметров пассивных элементов, применяемых при построении усилителей.

Повышение выходной мощности рассматриваемых усилителей с помощью устройств сложения мощностей, отдаваемых несколькими менее мощными транзисторами также затруднительно, так как

Функциональная схема двухканального усилителя с частотноразделительными цепями на основе фильтров Баттерворта второго порядка

Рис. 7.1. Функциональная схема двухканального усилителя с частотноразделительными цепями на основе фильтров Баттерворта второго порядка

известные методы построения устройств сложения мощности не позволяют реализовать указанные устройства с коэффициентом перекрытия по частоте более чем в 103...104 раза [71].

Рассмотрим возможность построения усилителей импульсов неограниченной длительности с пикосекундными фронтами на основе использования многоканальных структур с частотным разделением каналов, применяемых в усилителях гармонических сигналов [73]. В этом случае появляется возможность реализации канальных усилителей с использованием достоинств схемных решений построения усилителей заданного частотного диапазона и повышения благодаря этому выходной мощности усилителей импульсов неограниченной длительности с пикосекундными фронтами.

Известно, что для неискаженного усиления импульсных сигналов фазочастотная характеристика (ФЧХ) усилителя должна быть линейной функцией частоты, а АЧХ — частотно-независимой (равномерной).

Использование в многоканальных усилителях гармонических сигналов частотно-разделительных цепей (ЧРЦ), в соответствии с теоремой Грейзела о фильтрах для уплотнения каналов, позволяет реализовать равномерную АЧХ усилителя [73]. В этом случае частотно-разделительные цепи могут быть реализованы на фильтрах Баттерворта, Чебышёва, Золотарева четных порядков.

В качестве примера на рис. 7.1 приведена схема двухканального усилителя с входной и выходной частотно-разделительными цепями на основе фильтров Баттерворта нижних и верхних частот второго порядка, где УВЧ — усилитель верхних частот; УНЧ — усилитель нижних частот.

Для получения равномерной АЧХ усилителя фильтры выполйены на основе фильтров Баттерворта [73]. Коэффициент передачи каждого из канальных усилителей был выбран равным единице, а их АЧХ — равномерными. Частота стыковки /ст входной и выходной частотно-разделительных цепей составляла 100 МГц, а сопротивление источника сигнала и нагрузки — 50 Ом. Под частотой стыковки понимается частота, на которой коэффициенты передачи высокочастотного и низкочастотного выходов частотно-разделительных цепей оказываются одинаковыми и равными 0,5 относительно максимального значения [73].

Расчетная амплитудно- частотная характеристика усилителя

Рис. 7.2. Расчетная амплитудно- частотная характеристика усилителя

На рис. 7.2-7.4 приведены результаты расчета амплитудно-частотной, фазочастотной и переходной характеристик рассматриваемого двухканального усилителя.

а переходная характеристика Это обусловлено тем, что фазочастотная характеристика на частотах / < /(:т определяется входным и выходным фильтрами нижних частот, а на частотах / > /ст — входным и выходным фильтрами верхних частот.

Как показано в [74], чем выше порядок фильтров, используемых в частотно-разделительных цепях, тем больше скачок фазы в области частоты стыковки. Указанные искажения фазочастотной

Как видно из графиков, при идеальной АЧХ фазочастотная характеристика двухканального усилителя существенно нелинейна в области частоты стыковки каналов, имеет глубокий провал.

Расчетная фазочастотная характеристика усилителя

Рис. 7.3. Расчетная фазочастотная характеристика усилителя

Рис. 7.4. Расчетная переходная характеристика усилителя и переходной характеристик являются основной причиной, не позволяющей применять классические частотно-разделительные цепи для построения многоканальных усилителей импульсных сигналов с частотным разделением каналов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >