4 Lùi công suất (Back off)

đơn giản nhất. Về cơ bản, để đảm bảo hoạt động tuyến tính trong một bộ

khuếch đại công suất sử dụng Back off thiết kế công suất đầu ra cực đại

phải lớn hơn một ngưỡng đã biết.

Mặc dù thực hiện đơn giản, nhưng BO có hiệu quả âm. Hiệu quả

khuếch đại của bộ khuếch đại tăng khi bộ khuếch đại làm việc gần điểm

nén. Hiệu quả cao nhất đạt được tại điểm nén, ở chế độ phi tuyến. Do giảm

công suất dưới điểm nén, hiệu quả của công suất đầu ra cực đại giảm rất

lớn. Ví dụ trong một bộ khuếch đại IC RF điển hình được thiết kế cho hệ

thống CDMA IS-95 hoạt động ở tần số 1,9 GHZ, Back off được yêu cầu

từ 2-3 dB ở công suất đầu ra thì hiệu quả mức công suất đầu ra cực đại

giảm 20%.

Số lượng Back off yêu cầu thường là một hàm của phương pháp điều

chế cũng như méo AM-to-AM và AM-to-PM trong bộ khuếch đại. Đôi khi

Back off bổ sung được yêu cầu để giảm méo pha.

3.5 Méo trước

Như ta đã biết, nguyên nhân chủ yếu phát sinh ra hiện tượng điều

chế tương hỗ đó là do tính phi tuyến của đặc tuyến bộ khuếch đại công suất

lớn. Do đó, để khắc phục hiện tượng này người ta thường mắc thêm vào

phía trước của tầng khuếch đại công suất lớn một mạch phi tuyến có đặc

tuyến ngược với đặc tuyến của bộ khuếch đại công suất lớn và như vậy sau

khi bù ta nhận được một đặc tuyến gần như tuyến tính

Tính phi tuyến của đặc tuyến khuếch đại có thể được sửa ở đầu vào

bằng cách làm méo trước tín hiệu vào. Sự làm méo trước ở đầu vào, tạo ra

hàm truyền đạt tuyến tính. Nếu biên độ và pha của hàm truyền khuếch đại

công suất đã biết, thì bất cứ sự sai lệch nào về hằng số pha và độ lợi đều về

lý thuyết đều có thể sửa được ở đầu vào. Việc sửa ở tín hiệu băng gốc

thuận tiện hơn khi sửa nó ở tần số vô tuyến. Hệ thống méo trước được trình

bày trong hình 3.15:

82



Hình 3.15 Hệ thống méo trước

Nếu giả sử rằng bộ khuếch đại công suất tạo ra méo pha và độ lợi ở

các mức cao của công suất đầu ra, tín hiệu băng gốc có thể được tiền

khuếch đại và dịch pha để bù méo của bộ khuếch đại. Việc thiết kế các khối

méo trước sử dụng công nghệ analog trong thực tế là rất khó khăn, do đó

hàm truyền đạt của mạch méo trước nên loại bỏ tính không lý tưởng hàm

truyền đạt của bộ khuếch đại ở tất cả các mức tín hiệu. Ví dụ, hệ số khuếch

đại của mạch méo trước phải tăng khi hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại

giảm. Việc bám theo đặc tính truyền đạt là việc rất khó khăn khi sử dụng

công nghệ analog. Việc làm thích hợp nhất là có một bảng tra số, bảng này

lưu giữ các số liệu sửa lỗi pha và hệ số khuếch đại cần thiết (đạt được bằng

cách đo đặc tính truyền đạt của bộ khuếch đại chính ). Dữ liệu sửa lỗi về

pha và độ lợi số sau đó cần thiết phải lấy lại cho mỗi mức tín hiệu và được

sử dụng để điều khiển mạch điều chỉnh pha và độ lợi trong khối méo trước.

Nhận xét: Phương pháp tuyến tính hoá đặc tuyến của bộ khuếch đại

công suất lớn khá đơn giản và tương đối hiệu quả, đặc tuyến ra của mạch

gần như tuyến tính nên các sóng mang ít ảnh hưởng lẫn nhau do đó hạn chế

được điều chế tương hỗ. Nhưng thực tế một vài vấn đề nảy sinh khi thực

hiện. Do phải chèn vào phía trước tầng khuếch đại một mạch bù mạch tiền

khuếch đại do đó thiết bị trở nên cồng kềnh và phức tạp, dẫn đến giá thành

thiết bị tăng lên. Và để sử dụng bảng tra cứu, bộ khuếch đại công suất phải

83



được mô tả để xác định hàm truyền của nó. Tuy nhiên đáp ứng pha và độ

lợi của bộ khuếch đại công suất là một hàm phức tạp có các tham số như

nhiệt độ, điều kiện thiên áp, nguồn cung cấp. Các tham số này có thể thay

đổi khi nhiệt độ thay đổi, nguồn điện áp thay đổi, tuổi của mạch thay đổi,

hoặc sự thay dôi trong quá trình sản suất. Do vậy, tất cả các hệ số có thể đạt

được dưới mức bù hoàn hảo cho tính phi tuyến của bộ khuếch đại công

suất. Bất chấp những khó khăn khi thực hiện, méo trước vẫn được quan

tâm như là một giải pháp khả thi cho điều khiển và tuyến tính hoá bộ

khuếch đại công suất. Hơn nữa, các kỹ thuật đã được phát triển, để giảm độ

nhạy đối với các thay đổi của thiên áp, nhiệt độ và quá trình sản suất.

Phương pháp này chỉ được sử dụng ở giai đoạn đầu của thông tin vệ tinh.

3.6 Khuếch đại riêng rẽ từng sóng mang

Hiện tượng điều chế tương hỗ phát sinh khi bộ khuếch đại

công suất lớn trong hệ thống phải khuếch đại đồng thời nhiều sóng mang,

khi đó các sóng mang này sẽ tác động qua lại lẫn nhau. Hiện tượng phách

lẫn nhau giữa các sóng mang này sẽ sinh ra các hài không mong muốn và

một số hài sẽ lọt vào băng tần truyền dẫn của các sóng mang đã được

khuếch đại ở đầu ra bộ HPA, chúng được gọi là các tạp âm điều chế tương

hỗ. Để khắc phục hiện tượng này, người ta chia các sóng mang cần khuếch

đại đồng thời này cho nhiều bộ HPA và tại mỗi thời điểm một HPA sẽ phải

chỉ khuếch đại duy nhất một sóng mang, do đó sẽ hạn chế được điều chế

tương hỗ.

Ví dụ bộ phát đáp trong hệ thống thông tin vệ tinh:

Tín hiệu nhận được từ anten vệ tinh có tần số là tần số tuyến lên fct,

sau khi qua bộ lọc sẽ được khuếch đại tạp âm thấp bởi bộ LNA sau đó được

trộn đổi tần từ tần số cao tần tuyến lên fct thành tần số trung tần của tuyến

xuống ftt sau đó đưa tới bộ tách kênh. Tại đây, từ băng tần 500MHz của tín

hiệu thông tin vệ tinh, người ta chia thành các băng tần nhỏ hơn 36 MHz

84



với tín hiệu analog hoặc 72 MHz với tín hiệu số và khuếch đại công suất

lớn riêng rẽ từng sóng mang. Tín hiệu sau khi được khuếch đại riêng rẽ bởi

các bộ HPA sẽ được đưa tới bộ ghép kênh, đầu ra bộ ghép kênh ta có băng

tần 500MHz của tần số cao tần tuyến xuống fct , đưa ra anten và phát xuống

các trạm mặt đất đã được chỉ định.



Hình 16 Phương pháp khuếch đại riêng rẽ từng sóng mang

Nhận xét: phương pháp khuếch đại riêng rẽ từng sóng mang tỏ ra

tương đối có hiệu quả trong việc hạn chế ảnh hưởng của điều chế tương hỗ.

Tuy nhiên, khi số lượng sóng mang lớn sẽ cần đến một lượng lớn các bộ

HPA và do đó làm cho thiết bị trở nên cồng kềnh, phức tạp và rất tốn kém.

3.7 Sự khuếch đại tuyến tính với các thành phần phi tuyến (LINC)

Để đạt được hiệu quả cao hơn như trong các mạch khuếch đại phi

tuyến cho tín hiệu biên độ không đổi, các tín hiệu biên độ không đổi có thể

được phân tách thành hai thành phần với biên độ không đổi, mã hoá tin tức

được mang trong biên độ của tín hiệu đầu vào thành sự khác nhau về pha

giữa các thành phần biên độ không đổi. Mỗi thành phần biên độ không đổi

sẽ được khuếch đại bằng một bộ khuếch đại phi tuyến hiệu suất cao hơn.

Các đầu ra sau đó sẽ được kết hợp để khôi phục lại dạng tín hiệu ban đầu.

Một hệ thống như vậy được coi là khuếch đại tuyến tính với điều khiển

công suất hiệu quả trong hệ thống LINC.

Dải thông đầu vào bộ khuếch đại có thể được biểu diễn như sau:



85