具有脉宽调制RF激励的数字调幅发射器 |
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申请号 | CN200680020967.X | 申请日 | 2006-03-20 | 公开(公告)号 | CN101199111A | 公开(公告)日 | 2008-06-11 |
申请人 | 哈里公司; | 发明人 | 基·特艾·卢; | ||||
摘要 | 提供一种具有 脉宽调制 RF激励的数字调幅(AM)发射器。当被开启时,多个RF 放大器 分别将施加的RF激励 信号 放大相同的量,以提供单位阶跃RF输出。 编码器 供给开启信号,以开启多个RF放大器,其中开启的RF放大器的数目随着施加的 音频信号 的值而变化。单位阶跃RF输出的宽度随着开启的RF放大器的数目而变化。 | ||||||
权利要求 | 1.一种具有脉宽调制RF激励的数字调幅(AM)发射器,包括: |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及AM无线电广播领域,更具体地说,涉及在AM无线 电广播中采用的,并且采用具有脉宽调制RF激励的数字调幅的RF 功率放大器系统。 背景技术H.I.Swanson的专利(美国专利No.4580111)和K.T.Luu的专利 (美国专利No.6294957)公开一种供AM无线电广播之用的调幅器, 其中调幅器用于通过按照数字方式有选择地开启和关闭多个RF放大 器,生成调幅信号,从而产生调幅。放大器基本上相同,并且分别产 生相同幅度和持续时间的被称为单位阶跃或大阶跃的信号。放大器被 串联连接在一起,以致当被组合和施加于某一负载时,大阶跃信号是 累加的,所述负载可包括广播天线。 激励系统供给RF信号,所述RF信号由开启的每个放大器传递和 放大。这是一种产生调幅包络信号的有效方式。由于较宽带宽和数字 分辨率的优点,这种包络具有很高的保真度和低的失真。就现代AM 广播发射器来说,需要很高的正调峰。一般来说,为了满足关于数字 无线电传输的到来的某些要求,调峰为+125%~+150%或者更高。 通过利用功率放大器的相同阶跃,完成了这种调制技术的实现, 当被开启时,所述功率放大器提供相同的大阶跃。但是,这种技术需 要大量的相同功率放大器来实现良好的分辨率,从而,成本可能相当 大。从而,为了产生12比特分辨率信号,系统可能需要1000个以上 的功率放大器,每个功率放大器提供相同幅度的大阶跃。 现有技术中已知通过利用二进制加权功率放大器来减少功率放大 器的数目,实现上述方法。这种系统包括提供大阶跃的功率放大器和 一些提供小阶跃的功率放大器。这有助于减少功率放大器的数目,但 是该技术具有许多限制,因为功率放大器并不完全相同,从而,就彼 此来说,存在群时延、功率增益、RF激励相位调整方面的变化。这会 产生难以校正的非线性。 本发明的目的在于允许使用多个分别提供相同大小的输出的功率 放大器,并且不需要大阶跃和小阶跃放大的改进。按照这里说明的本 发明实现该目的。 发明内容按照本发明,提供一种具有脉宽调制RF激励的数字调幅发射器。 所述发射器包括多个RF放大器,当被开启时,每个RF放大器将施 加的RF激励信号放大相同的量,从而提供单位阶跃RF输出。编码 器供给开启信号,以开启许多RF放大器,其中被开启的放大器的数 目随着施加的音频信号的值的变化而变化。单位阶跃输出的宽度随着 被开启的RF放大器的数目的变化而变化。 按照本发明的一个更有限的方面,脉宽和施加的音频信号的幅度 成反比地变化。 附图说明 结合附图,根据下面的说明,本发明的前述及其它目的和优点将 变得更明显,其中: 图1是图解说明本发明适用的一种应用的现有技术示意方框图; 图2是表示图1的现有电路的操作的示图; 图3是图解说明按照本发明构成的发射器的示意方框图; 图4是更详细地表示图2的RF激励发生器和相关电路的示意方 框图; 图5是表示按照本发明的操作的示图; 图6是表示图解说明按照本发明的操作的定时图的示图。 具体实施方式本发明的一种应用是与AM广播发射器中采用的RF功率放大器 相结合。图1中表示了这种发射器的一个示例,所述示例采取如在上 述美国专利No.4380111中举例说明的数字调幅器的形式。 下面的讨论目的在于解释图1中所示的电路的操作,用作下面给 出的本发明的讨论的背景。 现在参见图1,调幅器10被图解表示成在数字调制编解码器14 接收音频输入信号12。编解码器14选择将被开启的多个功率放大器 PA-1/PA-n中的一个或多个。存在多个相同的功率放大器,当被开启 时,所有功率放大器用于将RF信号(未示出)传给多个变压器T1~ Tn的初级绕组。这些变压器的次级绕组与包括低通滤波器17的负载 串联连接在一起,低通滤波器17包括串联电路,所述串联电路包括电 感器16和电容器18。该电路与表示成电阻器20的输出负载连接,所 述输出负载可代表广播天线。 根据音频输入12的振幅,一个或多个功率放大器将被开启,以向 负载20提供阶跃电压。图2中图解说明了该阶跃电压的一个示例。 图2图解说明相同阶跃。但是,这种技术需要许多相同的功率放 大器为获得良好的分辨率。 现在参见图3和4,图3和4图解说明本发明的优选实施例。为 了简化这里的说明,图1中及图3和4中的相同组件用相同的附图标 记识别,这里将只详细说明不同之处。 按照本发明的实施例,提供多个相同的功率放大器PA-1~PA-n, 从RF发生器100向每个放大器提供完全相同的高频RF激励信号。由 于放大器PA-1~PA-n相似,因此就彼此来说,群时延、功率增益、 RF激励相位调整等将是一致的,并保持良好的线性。当使用少量的相 同功率放大器时,如同现有技术中一样,输出包络将非常粗糙,如图 2中所示。每个功率放大器独立地由调制编码器14产生的on/off命令 控制,以产生所需的包络。图2中给出的示例假定采用5个相同功率 的功率放大器。在实际的系统中,“n”是大于1的功率放大器的任意数 目。图2中给出的阶梯输出不可用于产生高保真信号。 为了产生高保真调幅信号,需要在每个大阶跃输出之间提供额外 的阶跃。这种新方法在下面详细说明,并示于在图3和4中所示的示 意方框图中。这可被称为脉宽调制RF激励技术。 如图3中所示,功率放大器PA-1~PA-n是由B+直流(DC)电 源供电的相同功率放大器。变压器T1~Tn相同,并且次级绕组串联 连接在一起,以提供所需的输出。以数字调制编解码器14产生的控制 信号的形式获得数字on/off命令,所述数字on/off命令使各个功率放 大器能够产生恰当的粗糙输出。 输出滤波器17滤出由脉宽调制方波产生的所有谐波频率。 RF激励发生器100可采取如图4中所示的形式。如图所示,RF 振荡器102向积分器104提供输出,积分器104供给充当比较器106 的运算放大器的正输入。音频输入12供给模-数转换器108,模-数转 换器108再将幅度“X”的信号提供给充当减法器的求和装置110。数字 调制编/解码器14供给具有幅度“K”的输出,该输出作为第二输入被供 给减法器110。输出充当误差信号e,所述误差信号e被供给比例装置 112,比例装置112将比例α提供给比较器106的负输入端,这里 脉宽变化被定义成α,并且与开启的功率放大器的数目 成反比。当K变大时,所需的占空比变化变小。K被定义成开启的相 同功率放大器的数目,1≤K≤n。 α0是瞬时RF激励占空比,并被定义成α0=1-α。 幅度“K”=幅度“X”+1的整数。这种关系定义为了产生粗略的输出 电平所需的必要输出功率放大器。on/off命令控制是一种离散控制信 号,它寻址整数数目的功率放大器模块。 假定相同的功率放大器n=5;当以100%的RF激励方波开启所有 5个功率放大器时,能够得到最大输出。 例如,幅度“X”是输入音频信号的数字化样本。假定幅度“X”=4.4。 为了合成适当的输出电平,幅度“K”等于“X”+1的整数。于是,“K”=5, 并且e=K-X=0.6,一个误差信号或者多余的幅度信号。利用值e=0.6, RF激励占空比应为 RF振荡信号被施加于积分器的输入端,于是,RF振荡信号被转 变成对称斜坡信号。该信号随后被施加于比较器的输入端,以便如下 所述重构具有可变占空比的方波RF激励信号。 对称斜坡信号和α被施加于比较器的输入端,α表示误差信号, 并被用于与具有为1的幅度或者其它定义比例因子的参考RF频率斜 波信号比较。如果α=0,那么比较器的输出将是理想方波(100%,50% 0n和50%off)。另一方面,如果α>0,那么比较器的RF激励输出 将不再对称,方波的on时间(Ton)将小于off时间(Toff)。 这两个信号的关系被定义成: Ton=1-Toff,并且 利用这三个公式并代入α0=88%,则得到Toff=53.2%,Ton=46.8%。 通过组合数字阶梯调制和RF激励占空比调制,能够重构输出幅 度。在K=5,并且RF激励占空比为88%的情况下,这产生Kα0=4.4 的净输出包络水平,它等于所需的输入幅度“X”。 图5中图解说明利用图3和4的电路实现的数字调幅,图5中给 出了具有粗糙的阶梯调制和脉宽调制RF激励的数字调幅。 另外还应参考图6,图6图解说明了在图3和4中给出的电路的 操作的定时图。 |