Устройство компенсации интермодуляционных помех

УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ ИНТЕРМОДУЛЯЦИОННЫХ ПОМЕХ, содержащее первый аттенюатор, вход которого является входом устройства, второй аттенюатор, соединенные последовательно первый усилитель, вычитатель, вход вычитаемого которого соединен с выходом второго аттенюатора, второй усилитель и сумматор, выход которого является выходом устройства, и соединенные последовательно третий усилитель, выход которого соединен с входом второго аттенюатора, и элемент задержки, выход которого соединен с другим входом сумматора, при этом коэффициенты передачи первого и второго аттенюаторов равны, а коэффициент усиления К второго усилителя определяется выражением

где А коэффициент передачи аттенюаторов,
отличающийся тем, что, с целью уменьшения остатка нескомпенсированных интермодуляционных помех на выходе устройства, в него введены последовательно соединенные четвертый усилитель и третий аттенюатор, включенные между выходом первого аттенюатора и входом первого усилителя, и последовательно соединенные пятый усилитель и четвертый аттенюатор, включенные между входом устройства и входом третьего усилителя, при этом четвертый и пятый усилители выполнены инвертирующими и идентичными с коэффициентами усиления G, равным коэффициентам усиления первого и третьего усилителей, а коэффициенты передачи третьего и четвертого аттенюаторов выбраны равным 1/G.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения для защиты от интермодуляционных помех (ИП), возникающих во входных каскадах.
Известны устройства ослабления ИП в усилителях, в которых предусмотрен дополнительный канал усиления с отличающейся от основного канала линейностью. Противофазное сложение выходных напряжений каналов позволяет скомпенсировать при определенных условиях ИП третьего порядка. При этом ИП второго порядка ослабления лишь частично, что является недостатком этих устройств.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый аттенюатор, вход которого является входом устройства, второй аттенюатор, соединенные последовательно первый усилитель, вычитатель, вход вычитаемого которого соединен с выходом второго аттенюатора, второй усилитель и сумматор, выход которого является выходом устройства, и соединенные последовательно третий усилитель, вход которого соединен с входом устройства, а выход с входом второго аттенюатора, и элемент задержки, выход которого соединен с другим входом сумматора, при этом коэффициенты передачи аттенюаторов равны, а коэффициент усиления В второго усилителя определяется выражением
К=K , (1)
где А коэффициент передачи аттенюаторов.
В сумматоре этого устройства происходит сложение ИП, поступающих с выходов второго усилителя и элемента задержки. Благодаря противофазности этих напряжений и равенству их амплитуд при указанном оптимальном коэффициенте усиления К второго усилителя происходит компенсация ИП третьего порядка. Для ИП второго порядка данный коэффициент усиления не является оптимальным. Это обусловливает лишь частичную их компенсацию.
Действительно, если U_вх.п амплитуда двух гармонических помех на входе, то ИП второго порядка на выходе третьего усилителя U_7(1,1)=U_вх.п2, где - интермодуляционный коэффициент второго порядка первого и третьего усилителей. На выходе первого аттенюатора амплитуда помех U_1(п)=АU_вх.п. Поэтому на выходе первого усилителя ИП второго порядка U_3(1,1)= U_1п²= (АU_вх.п)². На выходе второго аттенюатора U_2(1,1)=AU_7(1,1)=A U_вх.п². В вычитателе образуется разность U_4(1,1)=U_3(1,1)-U_2(1,1)= A(1-A)U_вх.п². На выходе второго усилителя U_5(1,1)= KU_4(1,1)= -K. A(1-A)U_вх.п². На выходе прототипа ИП второго порядка U_вых(1,1)=U_8(1,1)+U_5(1,1)= [1-KA(1-A)]U_вх.п². Для компенсации необходимо, чтобы выражение в квадратных скобках обратилось в нуль. Для этого коэффициент усиления второго усилителя должен был бы определяться выражением
К= K , (2) что совпадает с оптимальным значением по формуле (1), обеспечивающим подавление ИП третьего порядка. В результате в прототипе осуществляется полное подавление ИП третьего порядка и лишь частичное подавление ИП второго порядка. Наличие остатка нескомпенсированных ИП второго порядка является недостатком прототипа.
Целью изобретения является уменьшение остатка нескомпенсированных ИП на выходе устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее первый аттенюатор, вход которого является входом устройства, второй аттенюатор, соединенные последовательно первый усилитель, вычитатель, вход вычитаемого которого соединен с выходом второго аттенюатора, второй усилитель и сумматор, выход которого является выходом устройства, и соединенные последовательно третий усилитель, вход которого соединен с входом устройства, а выход с входом второго аттенюатора, при этом коэффициенты передачи аттенюаторов равны, а коэффициент усиления второго усилителя определяется выражением
К= K где А коэффициент передачи аттенюаторов, дополнительно введены последовательно соединенные четвертый усилитель и третий аттенюатор, включенные между выходом первого аттенюатора и входом первого усилителя, и последовательно соединенные пятый усилитель и четвертый аттенюатор, включенные между входом устройства и входом третьего усилителя, при этом четвертый и пятый усилители выполнены инвертирующими и идентичными с коэффициентами усиления G, равными коэффициентам усиления первого и третьего усилителей, а коэффициенты передачи третьего и четвертого аттенюаторов выбраны равным 1/G.
На чертеже представлена блок-схема устройства компенсации ИП.
Устройство компенсации ИП содержит первый 1 и второй 2 аттенюаторы, первый усилитель 3, вычитатель 4, второй усилитель 5, сумматор 6, третий усилитель 7, элемент задержки 8, четвертый усилитель 9, третий аттенюатор 10, пятый усилитель 11, четвертый аттенюатор 12. Аттенюаторы 1 и 2 имеют одинаковые коэффициенты передачи. Коэффициент усиления усилителя 5 определяется коэффициентом передачи аттенюаторов в соответствии с выражением (1). Верхний по схеме вход вычитателя 4 является входом вычитаемого, т.е. инвертирующим входом. Усилители 3 и 7 выполняются идентичными и имеют одинаковые коэффициенты усиления. Усилители 9 и 11 выполняются инвертирующими и идентичными по характеристикам усилителям 3 и 7 и имеют такой же коэффициент усиления. Аттенюаторы 10 и 12 имеют одинаковые коэффициенты передачи, равные обратной величине коэффициента усилителей 3, 7, 9, 11.
Устройство работает следующим образом.
Входные помехи со своими частотами ( ₁, ₂) и начальными фазами ( ₁, ₂) разветвляются и поступают на вход инвертирующего усилителя 11 и через аттенюатор 1 на вход инвертирующего усилителя 9. В усилителях происходит усиление этих помех, сопровождающееся инвертированием начальных фаз ₁+ , ₂+ . Кроме того, в усилителях происходит образование ИП второго порядка (с частотой ₁+ ₂ и фазой ₁+ ₂+ ) и третьего порядка (с частотой 2 ₁- ₂ и фазой 2 ₁- ₂+ ), также сопровождающееся инвертированием фазы. В аттенюаторах 12 и 10 происходит ослабление всех указанных продуктов. В усилителях 7 и 3 происходит усиление ИП второго и третьего порядков, образовавшихся в усилителях 11 и 9, без изменения фаз, если эти усилители неинвертирующие ( ₁+ , ₂+ , 2 ₁- ₂+ ), или с инвертированием фаз, если усилители 7 и 3 инвертирующие ( ₁+ ₂ + 2 , 2 ₁- ₂+2 ). Кроме того, в усилителях 7 и 3 из помех (на частотах ₁ и ₂) вновь происходит образование ИП второго и третьего порядков без инвертирования фаз, если усилители 7 и 3 неинвертирующие ([ ₁+ )+( ₂+ )] ₁+ ₂+ [2x( ₁+ ))-( ₂+ )]2 ₁- - ₂+ ), или с инвертированием фаз, если усилители 7 и 3 инвертирующие ([( ₁+ )+ +( ₂+ )+ ] ₁+ ₂+3 . [2( ₁+ )- -( ₂+ )+=2 ₁- ₂+2 )] В любом случае при инвертирующих усилителях 9, 11 ИП второго порядка на выходах усилителей 3, 7 образуются из двух противофазных составляющих. При определенной величине коэффициента передачи аттенюаторов 12 и 10 обеспечивается равенство амплитуд этих составляющих и, как следствие, их взаимная компенсация. Благодаря этому ИП второго порядка на выходах усилителей 3 и 7 отсутствует. ИП третьего порядка на выходах усилителей 3 и 7 образуются из двух синфазных составляющих. В результате происходит суммирование этих составляющих. При этом уровень ИП третьего порядка на выходе усилителя 3, т.е. на неинвертирующем входе вычитателя 4, меньше, чем на выходе аттенюатора 2, т.е. на инвертирующем входе вычитателя 4. Это объясняется тем, что аттенюатор 1, включенный перед усилителем 9, ослабляет ИП третьего порядка пропорционально третьей степени своего коэффициента передачи, а аттенюатор 2, включенный после усилителя 7, дает ослабление, пропорциональное первой степени. В отношении полезного сигнала аттенюаторы 1 и 2 абсолютно равнозначны и создают одинаковое затухание, пропорциональное первой степени коэффициента передачи, поэтому уровни полезного сигнала на входах вычитателя 4 одинаковые. Следовательно, выходное напряжение вычитателя 4 не содержит полезного сигнала и помех (на частотах ₁ и ₂) и равно разности ИП третьего порядка, поступающих с выходов усилителя 3 и аттенюатора 2. Причем фаза этого продукта противоположна фазе ИП третьего порядка на выходе усилителя 7, амплитуда меньше амплитуды ИП на выходе усилителя 7. Усилитель 5 при определенном соотношении между его коэффициентом усиления и коэффициентом передачи аттенюаторов [см. выражение (1)] поднимает уровень ИП до уровня ИП на выходе элемента задержки 8, который включен для сохранения противофазности ИП третьего порядка на входах сумматора 6. В результате в сумматоре происходит компенсация ИП третьего порядка и выходное напряжение содержит только полезный сигнал, поступающий на вход сумматора с выхода усилителя 7 через элемент задержки 8.
Найдем коэффициент передачи аттенюаторов 12 и 10, обеспечивающий подавление ИП второго порядка.
Пусть U_вх.п амплитуда двух гармонических помех на входе устройства. ИП второго порядка на выходе усилителя 11 U_11(1,1)= U_вх.п², где - интермодуляционный коэффициент второго порядка, а на выходе усилителя 9 U_9(1,1)= (AU_вх.п)², где А коэффициенты передачи аттенюаторов 1 и 2. Амплитуды гармонических помех на выходах усилителей 11 и 9 равны соответственно U_11(п)= GU_вх.п и U_9(п)=GAU_вх.п, где G коэффициент усиления усилителей. После аттенюаторов 12 и 10 ИП второго порядка имеют уровни U_12(1,1)=BU_11(1,1)=B U_вх.п², U_10(1,1)=BU_9(1,1)=B (AU_вх.п)², где В коэффициент передачи аттенюаторов 12, 10. Амплитуды гармонических помех равны соответственно U_12(п)=ВU_11(п)= ВGU_вх.п и U_10(п)= BU_9(п)=BGAU_вх.п. Из этих помех в усилителях 7 и 3 вновь образуются ИП второго порядка с уровнями U'_7(1,1)= U²_12(п)=(ВGU_вх.п)² и U'_3(1,1)= U_10(п)²= (ВGAU_вх.п)². Кроме того, в усилителях 1 и 3 происходит усиление ИП второго порядка, ранее образовавшихся в усилителях 11 и 9. Эти составляющие имеют уровни U₇¹¹_(1,1)=GU_12(1,1)=GB U_вх.п² и U₃¹¹_(1,1)= GU_10(1,1)= GB U_вх.п)². С учетом противофазности этих составляющих ИП этого порядка на выходе усилителя 7U_7(1,1)=U_7(1,1)¹-U''_г(1,1)= GB(BG-1)U_вх.п². Аналогично на выходе усилителя 3U_3(1,1)= U_3(1,1)¹-U_3(1,1)¹¹= GB(BG-1)(AU_вх.п.)². Для компенсации ИП второго порядка необходимо, чтобы выражение в скобках обращалось в нуль. Отсюда оптимальный коэффициент передачи аттенюаторов 12, 10 В=1/G.
Что касается ИП третьего порядка, то с учетом синфазности составляющих имеют на выходе усилителя 7 U_7(2,1)=U_7(2,1)¹+U_7(2,1)¹¹= GB(BG+1)U_вх.п³, а на выходе усилителя 3 U_3(2,1)=U_3(2,1)¹+U_3(2,1)¹¹= GB(BG+1)(AU_вх.п)³, где - интермодуляционный коэффициент третьего порядка. На выходе аттенюатора 2 U_2(2,1)= AU_7(2,1)= A GB(BG+1)U_вх.п³. В вычитателе 4 образуется разность U_4(2,1)=U_3(2,1)-U_2(2,1)= GB(BG+1) A(A²-1)U_вх.п³. После усилителя 5 U_5(2,1)= KU_4(2,1)= -K GB(BG+1)A(1-A²)U_вх.п³. На выходе устройства U_вых(2,1)=U_7(2,1)+ +U_5(2,1)=U_8(2,1)+U_5(2,1)= GB(BG+1)[1-KA(1-A²)] U_вх.п³. Компенсация ИП третьего порядка имеет место, когда выражение в квадратных скобках обращается в нуль. Отсюда оптимальный коэффициент усиления усилителя 5, как и прототипе К=K . (Минимальный К=2,6 достигается при А=0,57).
Использование новых элементов идентичных инвертирующих четвертого и пятого усилителей, идентичных по характеристикам первому и второму усилителям, а также третьего и четвертого аттенюаторов, коэффициент передачи которых определенным образом связан с коэффициентом усиления этих усилителей, выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа. Благодаря этим элементам уменьшается остаток нескомпенсированных ИП второго порядка. В результате устройство одновременно, без перенастройки, эффективно подавляет ИП второго и третьего порядков. Устройство удобно для практической реализации, так как в качестве усилителей 3, 7, 9, 11 используют идентичные стандартные усилители.
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных устройствах различного назначения для защиты от интермодуляционных помех. Цель изобретения уменьшение нескомпенсированных интермодуляционных помех на выходе устройства. Устройство компенсации интермодуляционных помех содержит первый 1 и второй 2 аттенюаторы, первый усилитель 3, вычитатель 4, второй усилитель 5, сумматор 6, третий усилитель 7, элемент задержки 8, четвертый усилитель 9, третий аттенюатор 10, пятый усилитель 11, четвертый аттенюатор 12. Подавление интермодуляционных помех второго порядка происходит в первом 3 и третьем 7 усилителях при условии, что четвертый 9 и пятый 11 усилители выполняются инвертирующими. Поставленная цель достигается за счет того, что четвертый 9 и пятый 11 усилители выполнены инвертирующими и идентичными с коэффициентами усиления G, равными коэффициентам усиления первого 3 и третьего 7 усилителей, а коэффициенты первого 1 и четвертого 12 аттенюаторов выбраны равными 1 / G. 1 з. п. ф. 1 ил.