具有脉宽调制RF激励的数字调幅发射器

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。

说明书

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～T_n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$\alpha =\frac{e}{K}.$

脉宽变化被定义成α，$(\alpha =\frac{e}{K}),$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${\alpha }_0=1-\alpha =1-\frac{e}{K}=88\%.$

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(T_on)将小于off时间(T_off)。

这两个信号的关系被定义成：

T_on＝1-T_off，$T_{\mathrm{off}}=\frac{1}{1+{\alpha }_0},$并且${\alpha }_0=\frac{T_{\mathrm{on}}}{T_{\mathrm{off}}}$

利用这三个公式并代入α₀＝88％，则得到T_off＝53.2％，T_on＝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。