本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種新型二倍頻程寬帶放大器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著無線通信行業(yè)的發(fā)展，對信息傳輸要求越來越高，而在無線通信領(lǐng)域內(nèi)，高效率射頻功率放大器是無線收發(fā)系統(tǒng)重要部件之一。為了適應(yīng)現(xiàn)代通信信號的復(fù)雜性，對功放的性能，如帶寬、效率、線性等提出了更高的要求。因此為了應(yīng)對以上問題，寬帶功放、線性功放等等都在研究之中。

近些年來，寬帶高效率功放的研究已趨于成熟，主要由有代表性的開關(guān)類E類功放和諧波控制類F類功放。而隨著學(xué)者們的研究，諧波控制類功放又衍生出了逆F類、連續(xù)類、J類功放等等，其主要原理為控制信號的諧波，使得晶體管輸入電流和電壓在時(shí)域上重疊部分減小，從而降低晶體管功耗提升效率，常用的技術(shù)為寬帶匹配技術(shù)。然而諧波控制類功放在原理上無法指導(dǎo)設(shè)計(jì)超過一倍頻程的功放，因?yàn)檫@類功放有部分頻率的諧波落在帶寬之內(nèi)，這就要求功放需要在某一段頻率下?lián)碛袃蓚€(gè)阻抗值，這是傳統(tǒng)功放所不能實(shí)現(xiàn)的。

對于傳統(tǒng)功放，其設(shè)計(jì)多倍頻程功放時(shí)，通常會采取舍棄低頻段諧波的控制，其實(shí)際工作狀態(tài)為A類或AB類，而只進(jìn)行高頻段諧波的控制，這類傳統(tǒng)功放應(yīng)該叫做混合類功放，讓不同頻段工作在不同類型下，從而實(shí)現(xiàn)整體效率的優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述多倍頻程出現(xiàn)的總體效率相對諧波控制類功放降低的情況，本發(fā)明提出了一種新型二倍頻程寬帶高效功率放大器，其原理結(jié)構(gòu)同樣適用于多倍頻程功放的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)多倍頻程功放高效率的實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)僅考慮二倍頻程設(shè)計(jì)，假設(shè)寬帶工作頻率范圍為f₁～f₃，若f₃＝4f₁，則認(rèn)為帶寬為二倍頻程。為了之后描述方便性，設(shè)f₂＝2f₁，并將頻率范圍為f₁～f₂命名為第一倍頻程，而頻率范圍為f₂～f₃命名為第二倍頻程。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的原理為，主功放模塊為主要功率輸出模塊，其本身設(shè)計(jì)與工作類型和傳統(tǒng)寬帶功放設(shè)計(jì)相類似，采用寬帶輸入和輸出匹配結(jié)構(gòu)。而諧波控制功放采用低功耗晶體管，工作頻段為第二倍頻程。

本發(fā)明首先將信號進(jìn)行分離，分別輸送給主功放模塊、諧波控制模塊和控制單元。而整個(gè)功放模塊采用雙管結(jié)構(gòu)，不同的晶體管分別用于設(shè)計(jì)主功放模塊和諧波控制模塊。主功放設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)混合類寬帶功放設(shè)計(jì)方法類似，其工作頻段為整個(gè)帶寬，而諧波控制功放工作在第二倍頻程。其次，對于諧波控制單元，除了諧波控制功放之外，還有控制單元和諧波控制網(wǎng)絡(luò)。對于控制單元，其主要功能為得到原始信號后，對信號進(jìn)行分析，判斷其頻帶范圍和功率等參數(shù)，從而產(chǎn)生控制信號，對輸入諧波控制晶體管的信號進(jìn)行幅度相位調(diào)制，并控制改變Vg2和Vd2的大小。諧波控制網(wǎng)絡(luò)為諧波控制功放的補(bǔ)充，其主要目的是調(diào)整諧波控制功放輸出電流，使得其在控制主功放諧波阻抗時(shí)能夠具有更靈活的設(shè)計(jì)。最后合成網(wǎng)絡(luò)，主要目的為將主功放模塊和諧波控制模塊進(jìn)行合成，最終得到輸出信號。

因而本發(fā)明技術(shù)方案為一種二倍頻程寬帶高效功率放大器，該功率放大器包括：信號分離網(wǎng)絡(luò)、主功放模塊、諧波控制模塊、合成網(wǎng)絡(luò)；其中主功放模塊的輸入射頻信號依次經(jīng)過：輸入匹配模塊、主晶體管、輸出匹配模塊，所述匹配模塊和主晶體管之間設(shè)置輸入電壓Vg1，所述主晶體管和輸出匹配之間設(shè)置輸入電壓Vd1；諧波控制模塊包括：控制單元和諧波控制電路，所述諧波控制電路的輸入射頻信號依次經(jīng)過調(diào)幅調(diào)相模塊、輸入匹配模塊、諧波控制晶體管、諧波控制網(wǎng)絡(luò)，所述輸入匹配模塊和諧波控制晶體管之間設(shè)置輸入電壓Vg2，所述諧波控制晶體管和諧波控制網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置輸入電壓Vd2，所述控制單元控制調(diào)幅調(diào)相模塊對信號的調(diào)制、輸入電壓Vg2和輸入電壓Vd2的大?。凰鲂盘柗蛛x網(wǎng)絡(luò)將原輸入射頻信號分離為3路信號，3路信號分別輸入主功放模塊中的輸入匹配模塊、諧波控制模塊中的控制單元、諧波控制模塊中的調(diào)幅調(diào)相模塊；所述主功放模塊通過輸出匹配模塊將射頻信號輸出，所述諧波控制模塊通過諧波控制網(wǎng)絡(luò)將射頻信號輸出，主功放模塊和諧波控制模塊的輸出射頻信號通過合成網(wǎng)絡(luò)合成為最終的輸出射頻信號。

進(jìn)一步的，所述信號分離網(wǎng)絡(luò)將原輸入射頻信號分為3路，輸入主功放模塊中的輸入匹配模塊的為射頻輸入1，輸入諧波控制模塊中的控制單元的為射頻輸入2，輸入諧波控制模塊中的調(diào)幅調(diào)相模塊的為射頻輸入3，當(dāng)原輸入射頻信號為第一倍頻程時(shí)，射頻輸入1為改變原輸入射頻信號經(jīng)過幅度或者相位變化得到，射頻輸入2與原輸入射頻信號相同，射頻輸入3為原輸入射頻信號經(jīng)過倍頻或者變頻得到；當(dāng)原輸入射頻信號為第二倍頻程時(shí)，射頻輸入1、2、3都與原輸入射頻信號相同。

本發(fā)明一種新型二倍頻程寬帶高效功率放大器，其原理結(jié)構(gòu)同樣適用于多倍頻程功放的設(shè)計(jì)本發(fā)明包含四個(gè)模塊，信號分離模塊、主功放模塊、諧波控制模塊和合成網(wǎng)絡(luò)模塊；主要效果為，引入數(shù)字控制模塊，即采用數(shù)?；旌?，從而實(shí)現(xiàn)多倍頻程功放高效率的實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明新型二倍頻程寬帶高效功率放大器原理框圖。

圖2是基于本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了使得本發(fā)明實(shí)施目的、技術(shù)方案更加明確化，在下面將結(jié)合發(fā)明中一種具體能夠?qū)崿F(xiàn)的結(jié)構(gòu)的附圖進(jìn)行詳細(xì)闡述。

結(jié)合圖1進(jìn)行如下說明，當(dāng)信號為第一倍頻程時(shí)，射頻輸入1僅僅改變原始信號幅度或者相位而不改變頻率參數(shù)，而射頻輸入3經(jīng)過信號倍頻或者變頻等處理，使輸入到諧波控制功放的信號頻率范圍為第二倍頻程；而射頻輸入2則采用原始信號，控制單元通過分析信號頻率、功率等參數(shù)對射頻信號3進(jìn)行幅度相位調(diào)整，并且對Vg2和Vd2大小進(jìn)行控制，并最終通過諧波控制網(wǎng)絡(luò)對電流電壓進(jìn)行優(yōu)化之后通過合成網(wǎng)絡(luò)與主功放進(jìn)行合成，從而對主功放的二次諧波進(jìn)行控制，使其達(dá)到高效率區(qū)域。當(dāng)輸入信號為第二倍頻程時(shí)，信號分離網(wǎng)絡(luò)分離出的三個(gè)信號都不改變其頻率，同樣的，控制單元對原始信號分析之后對射頻信號3進(jìn)行幅度相位調(diào)整，并對Vg2和Vd2大小進(jìn)行控制，最終進(jìn)行合成，從而提高主功放在此頻段下的功率。

基于本發(fā)明的一種具體實(shí)施方案結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要由四個(gè)模塊組成：

功分器模塊00：主要功能為實(shí)現(xiàn)信號的分離，分為不等分和等分兩種，用于之后兩模塊的輸入。

主功放模塊10：帶寬為整個(gè)二倍頻程，設(shè)計(jì)方法為傳統(tǒng)寬帶高效功放設(shè)計(jì)，其主要功能為輸出功率。

諧波控制模塊20：帶寬為信號的第二倍頻程，通過控制單元對信號的提取和分析，從而控制諧波控制功放的參數(shù)。其主要功能為調(diào)整主功放的第二倍頻程的阻抗大小。

合成網(wǎng)絡(luò)模塊30：其主要功能為將模塊10和模塊20輸出的信號進(jìn)行合成，轉(zhuǎn)化為單一輸出信號。

其中主功放模塊包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)11和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)12，為傳統(tǒng)功放結(jié)構(gòu)；諧波控制模塊包括輸入匹配21、諧波控制網(wǎng)絡(luò)22、倍頻器23、控制單元24。

信號首先經(jīng)過功分器模塊00，分別產(chǎn)生主功放模塊10和諧波控制模塊20的輸入信號。對于傳入主功放的信號，經(jīng)過輸入匹配11、晶體管、輸出匹配12的順序，其原理和傳統(tǒng)功率放大器一樣，最后由輸出網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生放大后的信號。對于傳入諧波控制模塊的信號，首先進(jìn)入控制單元24，控制單元分析信號頻率、功率，進(jìn)而產(chǎn)生三個(gè)信號，分別控制倍頻器23的工作與否，Vg2和Vd2的大小。信號若為第一倍頻程，則經(jīng)過倍頻器進(jìn)行二倍頻之后進(jìn)入輸入匹配21、晶體管、諧波控制網(wǎng)絡(luò)22最終輸出；而信號若為第二倍頻程，則直接經(jīng)過輸入匹配21、晶體管、諧波控制網(wǎng)絡(luò)22最終輸出。最終主功放模塊10輸出信號和諧波控制模塊20輸出信號通過合成網(wǎng)絡(luò)，最終輸出。