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专利号: 2019107791251
申请人: 杭州电子科技大学温州研究院有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于非等长传输线的双频带异向功率放大器,其特征在于包括输入信号调理电路、两路双频带高效率异向功率放大电路;

输入信号调理电路将待放大的射频调制信号调整为等幅异向的两路信号,分别作为两路双带输入匹配电路的输入信号;

输入信号调理电路包括两路依次串联的数模转换芯片、低通滤波器、正交混频器、自适应增益控制器;

两路双频带高效率异向功率放大电路每一路均包括双带输入匹配电路、偏置电路、供电电路、晶体管、双带输出匹配电路、双带非等长功率合成电路;其中双带输出匹配电路融合到双带非等长功率合成电路中构成新双带功率合成电路;双带输入匹配电路输入端接信号调理电路,输出端接晶体管的栅极;偏置电路输入端接直流电源,输出端接晶体管栅极;

供电电路输入端接直流电源,输出端接晶体管漏极;晶体管漏极接新双带功率合成电路输入端,两路的新双带功率合成电路输出端连接到一起合并输出到负载端;

由于寄生电容Cds作为晶体管寄生参数的决定因素,通过在晶体管输出端并联‑Cds的方式来抵消寄生电容,而后可以将‑Cds融合到后端的双带非等长功率合成电路中从而构成新双带功率合成电路;

双带非等长功率合成电路是基于单频带下功率合成电路得到的最优值作为双频带的目标值;

单频带下功率合成电路采用的是非等长传输线理论来实现设计目的,具体为:

两路输出电流分别为:

其中i5和i6分别为上下两路电路输出电流,vopep为最大输出电压,θ为在0到90度变化的补偿角度,Ro为负载阻抗;j表示虚部符号;为了保证异向晶体管的高效率,需要在晶体管输出端看出去的输出阻抗纯实数,即需要消除无功阻抗的影响;已知输出端的电流电压关系,根据ABCD传输矩阵,得到如下方程:进而得到晶体管的输出导纳为

其中G1、B1分别为电导与电纳;RL为传输线特性阻抗,为非等长电长度;消除无功负载的影响使得B1等于0,同时,为了消除无功阻抗,人为设定回退值OBO作为设计目标,则利用公式(8)可以得到回退值对应的θ值而后带入公式(7)可以得到公式(9);

OBO=20·log(sinθ).

公式(8)

其中t=RL/RO、OBO为回退范围,最终得到 与RL、RO之间的关系;由于输入信号恒幅异向的关系,因此对于恒幅+θ输入的调制信号需要 的补偿,同理对于恒幅‑θ输入的调制信号需要 的补偿,最终形成 与 两个非等长传输线;

上述单频带下 与 传输线利用以下混合T/Pi型结构替换;

混合T/Pi型结构具体为第一T微带线、第二微带线、第三T微带线;第一T微带线还可以分为三个部分,第一T微带线第一部分的一端与晶体管的漏极、第二T微带线的一端连接,第一部分另一端连接第二部分一端和第三部分一端,第二部分另一端悬空,第三部分另一段接地或者悬空;第一部分实现f1频率下的虚部补偿,第二部分消除f2虚部补偿对f1虚部补偿的影响,第三部分实现f2频率下的虚部补偿;第一部分、第三部分所在直线与第二部分垂直设置,从而构成T形结构;第三T微带线的结构构成以及作用与第一T微带线相同;第二微带线的另一端连接第三T微带线第一部分的一端作为B端口;上述两路第二微带线的B端口共同连接到合路点,达到信号合并还原的目的;三个微带线共同构成混合T/Pi型结构来实现双频带不同阻抗变换的要求。

2.如权利要求1所述的基于非等长传输线的双频带异向功率放大器,其特征在于所述的双带输入匹配电路采用高低阻抗匹配的方法。

3.如权利要求1所述的基于非等长传输线的双频带异向功率放大器,其特征在于所述偏置电路和供电电路分别为晶体管栅极和漏极提供电压,以及为晶体管提供合适的栅极电压和功率;偏置电路为晶体管提供直流电源,可采用恒定或动态可变的电压进行供电以提供合适的偏置状态和静态工作点。

4.如权利要求1所述的基于非等长传输线的双频带异向功率放大器,其特征在于偏置电路和供电电路中,对于f1频率下二次谐波利用f1频率下90度阻抗变换线,一端连接直流电源,另一端连接晶体管漏极,达到消除f1频率二次谐波的影响,对于f2频率的二次谐波,则采用并联f2频率下90度阻抗变换线方式,其中一端通过隔直电容接地,另一端接晶体管漏极。

5.基于非等长传输线的双频带异向功率放大器的设计方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤一:将待传输调制信号经过PC端角度调制、数模转换芯片、低通滤波器、混频器、自适应增益放大器得到两路等幅异向的待输入调制信号;其中,数模转换芯片将数字基带信号转换为模拟调制信号;低通滤波器用于消除基带信号的杂波成份;正交混频器用于将基带信号调制到载波频率上;自适应增益控制器用于将射频调制信号的幅度调整到合适的大小以待输入到后端放大器中;

步骤二:按照设计指标,选取两个相同的晶体管,再确定相应的输入阻抗和输出阻抗;

步骤三:根据输入阻抗,采用高低阻抗匹配的方法设计输入匹配电路;

步骤四:调试偏置电路:

采用90度电长度传输线的两端分别连接电源和晶体管栅极,用以来消除二次谐波的影响;

步骤五:调试供电电路:

对于f1频率下二次谐波,利用f1频率下90度阻抗变换线的一端连接直流电源,另一端连接晶体管漏极,达到消除f1频率二次谐波的影响;对于f2频率下二次谐波,采用并联f2频率下90度阻抗变换线方式,其中90度阻抗变换线一端通过隔直电容接地,另一端接晶体管漏极;

步骤六:根据输出阻抗,调试两个独立频带下的单频带非等长传输线:

两路输出电流分别为:

其中i5和i6分别为上下两路电路输出电流,vopep为最大输出电压,θ为在0到90度变化的补偿角度,Ro为负载阻抗,一般设为50欧;j表示虚部符号;为了保证异向晶体管的高效率,需要在晶体管输出端看出去的输出阻抗纯实数,即需要消除无功阻抗的影响;已知输出端的电流电压关系,根据ABCD传输矩阵,得到如下方程:进而得到晶体管的输出导纳为

其中G1、B1分别为电导与电纳;RL为传输线特性阻抗,为非等长电长度;消除无功负载的影响使得B1等于0,同时为了消除无功阻抗,人为设定回退值OBO作为设计目标,根据公式(8),得到回退范围OBO对应的角度θ;然后利用公式(7)得到公式(9)补偿电长度 与RL、RO(t=RL/RO)之间的关系,即得到各自单频带下非等长传输线值;

OBO=20·log(sinθ).

公式(8)

步骤七:根据步骤六得到的补偿电长度 与RL、RO之间的关系,将上述单频带非等长传输线等效替换成混合T/Pi双带非等长功率合成电路,其中混合T/Pi双带非等长功率合成电路结构包括第一T微带线、第二微带线、第三T微带线;第一T微带线还可以分为三个部分,第一T微带线第一部分的一端与晶体管的漏极、第二T微带线的一端连接,第一部分另一端连接第二部分一端和第三部分一端,第二部分另一端悬空,第三部分另一段接地或者悬空;第一部分实现f1频率下的虚部补偿,第二部分消除f2虚部补偿对f1虚部补偿的影响,第三部分实现f2频率下的虚部补偿;第一部分、第三部分所在直线与第二部分垂直设置,从而构成T形结构;第三T微带线的结构构成以及作用与第一T微带线相同;第二微带线的另一端连接第三T微带线第一部分的一端作为B端口;上述两路第二微带线的B端口共同连接到合路点,达到信号合并还原的目的;

步骤八:设计输出匹配电路,输出匹配目的是将复阻抗匹配到由双带非等长功率合成电路呈现出的实数阻抗;而晶体管呈现出的输出复阻抗主要是因为寄生电容的影响;因此在晶体管的输出端通过并联补偿寄生电容‑Cds来使得晶体管出现成实数阻抗的形式;由于‑Cds是虚拟的电路部分,故将补偿电容‑Cds整合到上述已经设计好的双带非等长功率合成电路,最终形成新双带功率合成电路;

步骤九:将上述步骤中已经调试好的输入匹配电路、偏置电路、供电电路、新双带功率合成电路组合起来构成其中一路双频带高效率异向功率放大电路;上述两路双频带高效率异向功率放大电路分别接收步骤一处理后等幅异向的两路调制信号。