Нелинейные искажения сигналов в усилителях мощности класса Е, применяемых в трансмиттерах с полярной архитектурой

Тенденция к повышению энергетической эффективности трансмиттеров, применяемых в системах радиосвязи и телекоммуникаций, фокусирует внимание разработчиков аппаратуры на поиске оптимальных решений при переходе от использования линейных усилителей мощности к усилителям, работающим в ключевом режиме. В работе показано, что при этом необходимо не только оценивать достигаемый выигрыш по КПД, но и учитывать увеличение уровня нелинейных искажений сигналов. Рассмотрены механизмы, приводящие к появлению искажений сигналов в усилителях мощности класса Е, применяемых в трансмиттерах с полярной архитектурой. Показано, что при усилении сигналов с изменяющейся огибающей наиболее заметное влияние на искажение сигналов оказывает паразитный фазовый сдвиг тока в нагрузке усилителя мощности, обусловленный изменением выходной емкости транзистора. Приведены результаты расчетов амплитуды векторной ошибки при использовании многоуровневых спектрально эффективных видов модуляции, в частности квадратурной амплитудной модуляции и амплитудно-фазовой модуляции, которые подтвердили, что фазовые искажения оказывают превалирующее влияние на ухудшение свойств сигналов. Этот вывод подтверждается результатами расчета вероятности битовой ошибки. Показано, что для 16-QAM при BER = 10^-4 энергетический проигрыш составляет 0,5 дБ, а для 16-APSK его значение увеличивается до 2,2 дБ. Представленные в работе результаты могут быть использованы при разработке методов предыскажений сигналов в ключевых усилителях мощности класса E, обеспечивающих снижение искажений сигналов.