Отслеживание огибающей и слежение за усилением

Выжать из усилителя максимум

Когда я впервые услышал термин «отслеживание огибающей», то первая ассоциация была связана с детективным сюжетом, когда кто-то за кем-то следит.
Узнав немного больше, я быстро понял, что к детективам это не имеет никакого отношения, но, как и детективы, данный термин имеет очень давнюю историю. «Слежение за усилением» – это ручной процесс, который многие десятилетия использовался в звукозаписи и других приложениях, где приходилось сталкиваться с широким динамическим диапазоном. Он использовался при записи виниловых дисков, хотя я впервые столкнулся с ним, когда работал ведущим новостных программ на радио.
Когда я следил за усилением, я вручную крутил ручку, пытаясь ограничить входной динамический диапазон до значения, которое мог переварить наш небольшой АМ передатчик. Я выступал в роли грубой системы обратной связи, склонной к ошибкам и перерегулировке, что, я думаю, подтвердят мои слушатели.
В наши дни отслеживание огибающей является ещё одним примером того, как цифровая обработка помогает решать аналоговые проблемы. В данном случае, это конфликт между КПД усилителя и широкими вариациями огибающей ВЧ сигнала с цифровой модуляцией. Если источник питания ВЧ усилителя может динамически перестраиваться в соответствии с потребностями модуляции, то он в каждый момент времени может работать с максимальной эффективностью.

В режиме отслеживания огибающей ВЧ усилитель мощности постоянно подстраивается в соответствии с изменением огибающей модулированного входного сигнала. При этом усилитель поддерживает максимальный КПД при минимальном тепловыделении, экономя заряд аккумулятора и потенциально создавая меньше помех в соседнем канале.

Высокая эффективность всегда была приоритетной в мобильной связи, и её важность продолжает расти. Размеры и масса аккумуляторных батарей ограничены значениями, комфортными для пользователей с точки зрения эргономики. Современные сигнальные процессоры отличаются малой потребляемой мощностью и высоким быстродействием, достаточным для расчёта огибающей ВЧ мощности в режиме реального времени. Значение огибающей подаётся на источник питания, обладающий достаточной полосой пропускания или скоростью отклика для соответствующего регулирования питания ВЧ усилителя мощности.

Усилитель мощности с отслеживанием огибающей динамически выбирает оптимальный КПД, отслеживая необходимую мощность по огибающей ВЧ сигнала. Отслеживание базируется на расчётах огибающей сигнала I/Q, изменяемого по таблице формирования.

Всё это кажется достаточно простым, но, конечно, таковым не является. Время расчета и отклика должны быть достаточно малыми, кроме того требуется высокая точность синхронизации по времени. Источники питания должны очень быстро реагировать на управление и при этом обладать очень высокой эффективностью. Сигнальный процессор должен быть очень экономичным, чтобы не свести на нет все выгоды от управления мощностью.
Отслеживание огибающей является следующим решением для оптимизации КПД усилителей мощности, используемым после таких методов, как снижение пик-фактора и цифровые предыскажения. В значительной мере все эти методы полагаются на сложные алгоритмы, реализованные в высокоскоростных сигнальных процессорах.
Вот здесь-то и вступают в игру контрольно-измерительные приборы и средства проектирования компании Keysight. Серию рекомендаций по применению и другую информацию можно найти на странице www.keysight.com/find/ET.

Теперь с помощью отслеживания огибающей можно выжать из усилителя всё что можно и в нужный момент, и при этом проработать от аккумулятора целый день.