一種新型高效率功率放大器電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型高效率功率放大器電路，所述放大器電路包括：晶體管、輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)和輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，該輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對晶體管的輸入端寄生參數(shù)引起的反饋高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸入端的諧波分量得到控制；輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對晶體管的輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸出端的諧波分量得到控制。
【專利說明】
一種新型高效率功率放大器電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及功率放大器的設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種新型高效率功率放大器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻功率放大器廣泛應(yīng)用于各種無線通信發(fā)射設(shè)備中，隨著現(xiàn)代移動通信服務(wù)的快速增長，特別是近年來，隨著3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)運營，為了降低CAPER(設(shè)備投資)和OPEX(運營成本)，功率放大器效率的提高越來越成為設(shè)備供應(yīng)商和運營商關(guān)注的焦點。
[0003]功率放大器設(shè)計的核心問題是線性化和高效率，因此，新一代功率放大器線性化技術(shù)數(shù)字預(yù)失真(DB))技術(shù)得到了極大的發(fā)展。而增強效率的技術(shù)發(fā)展相對比較滯后，可以提高功率放大器效率的技術(shù)常見的有:包絡(luò)跟蹤(Envelope tracking)、包絡(luò)消除再生技術(shù)(Envelope eliminat1n restorat1n)、自適應(yīng)偏置技術(shù)(adaptive bias)、峰值減小技術(shù)(Crest factor reduct1n)等。
[0004]上述的解決方案需要對放大器電路設(shè)計外圍的控制電路加以配合，這樣不僅增加了設(shè)計電路的成本，也使得電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用更大的空間，這對于大規(guī)模生產(chǎn)和高度集成化的電路結(jié)構(gòu)來說是非常不理想的。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]實用新型目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本實用新型的目的是提供一種新型高效率功率放大器電路，以降低硬件成本，減少電路尺寸和設(shè)計的復(fù)雜度。
[0006]技術(shù)方案:本實用新型公開了一種新型高效率功率放大器電路，其特征在于，所述放大器電路包括:晶體管、輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)和輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，該輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對晶體管的輸入端寄生參數(shù)引起的反饋高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸入端的諧波分量得到控制;輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對晶體管的輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸出端的諧波分量得到控制。
[0007]作為本實用新型的進一步優(yōu)化，本實用新型所述的輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，包括將所述晶體管輸入端二次諧波阻抗調(diào)整為開路狀態(tài)的輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和將所述晶體管輸入端三次諧波阻抗調(diào)整為短路狀態(tài)的輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，該輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)晶體管寄生參數(shù)引起的反饋二次諧波的阻抗為無窮大，使晶體管的輸入端二次諧波為開路狀態(tài)，使其只有電壓分量;輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)晶體管寄生參數(shù)引起的反饋三次諧波的阻抗為零，使晶體管的輸入端三次諧波為短路狀態(tài)，使其只有電流分量。
[0008]作為本實用新型的進一步優(yōu)化，本實用新型所述的輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，包括用于將所述晶體管輸出端二次諧波阻抗調(diào)整為短路狀態(tài)的輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和用于將所述晶體管輸出端三次諧波阻抗調(diào)整為開路狀態(tài)的輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)晶體管輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端二次諧波的阻抗為零，使晶體管的輸出端二次諧波為短路狀態(tài)，使其只有電流分量;輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)晶體管輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端三次諧波的阻抗為無窮大，使晶體管的輸出端三次諧波為開路狀態(tài)，使其只有電壓分量。
[0009]作為本實用新型的進一步優(yōu)化，本實用新型所述的放大器電路還包括用于對基波頻率進行調(diào)整的基波匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對放大器工作頻率和增益的調(diào)節(jié)。
[0010]有益效果:本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:本實用新型克服了現(xiàn)有功率放大器功率附加效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計難度大等缺點，通過對晶體管的輸入端二次和三次諧波、輸出端二次和三次諧波進行調(diào)整，在放大器工作中實現(xiàn)諧波分量的電壓和電流不會同時出現(xiàn)，減少諧波分量的功率損耗使功率放大器的效率在整體上得到較大幅度的提高，而且電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，不受多級功放管的影響，同時，在硬件結(jié)構(gòu)上，本實用新型保持了較低的成本，具有良好的經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型高效率功率放大器的電路結(jié)構(gòu)性示意圖；
[0012]圖2為本實用新型高效率功率放大器的電路原理框圖；
[0013]圖3為本實用新型理想狀態(tài)下諧波控制后功率放大器輸出的電壓和電流的時域波形圖；
[0014]圖4為多個輸入功率值對應(yīng)的輸出電壓和電流的時域仿真圖；
[0015]I—輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)、2—輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)、3—晶體管、11 一基波匹配網(wǎng)絡(luò)、12—輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)、13—輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)、22—輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)、23—輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。
【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合具體的實施例對本實用新型進行詳細說明，但同時說明本實用新型的保護范圍并不局限于本實施例的具體范圍，基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0017]本公開實施例涉及一種新型高效率功率放大器電路，用于射頻功率放大器，作為射頻電路的核心模塊，功率放大器的效率直接影響了整個射頻終端的性能，本公開涉及的終端包括但不限于:移動通信終端、無線通信中繼設(shè)備、雷達等等。根據(jù)微波射頻功率放大器設(shè)計理論，在放大器電路中存在基波頻率和一系列的諧波頻率分量，諧波頻率分量是基波頻率的整數(shù)倍的頻率分量，其中二次諧波頻率分量和三次諧波頻率分量是主要諧波分量，對于射頻功率放大器電路來說，高次諧波頻率分量不僅消耗了大量能源，也會對電路產(chǎn)生干擾。
[0018]本實施例中公開了一種新型高效率功率放大器電路，通過對晶體管輸入端和輸出端的高次諧波分量進行調(diào)制，減少或者消除高次諧波產(chǎn)生的功率，從而達到提高功率放大器效率的目的。
[0019]高次諧波頻率的功率消耗可以由其電壓和電流乘積表示。因此，在晶體管的端口電路中設(shè)計高次諧波調(diào)制電路，對諧波頻率分量進行控制，降低諧波頻率分量的電壓或者電流，因此，通過在晶體管的輸入端和輸出端設(shè)計諧波調(diào)制電路對二次諧波分量和三次諧波分量進行調(diào)整，減少電壓和電流的乘積，從而大大降低功率損耗提高放大器的功率效率。
[0020]如圖1所示，本實施例的一種新型高效率功率放大器電路，具體包括:晶體管3、
[0021]輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)I，用于對晶體管3的輸入端寄生參數(shù)引起的反饋高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸入端的諧波分量得到控制；
[0022]輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)2，用于對晶體管3的輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸出端的諧波分量得到控制。
[0023]本實施例中，功率放大器中的輸入端寄生參數(shù)引起的反饋高次諧波分量可以為二次諧波、三次諧波、四次諧波等等，由于高次諧波分量的功率損耗主要集中在二次諧波分量和三次諧波分量，另外，綜合考慮到簡化電路設(shè)計結(jié)構(gòu)和因電路過于復(fù)雜將導(dǎo)致的功率損耗等因素，本實施例涉及的輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)將包含二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。
[0024]其中，輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)I包括輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)12和輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)13，輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)12用于調(diào)節(jié)所述晶體管3寄生參數(shù)引起的反饋二次諧波的阻抗為無窮大，使所述晶體管3的輸入端二次諧波為開路狀態(tài);所述輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)13用于調(diào)節(jié)所述晶體管3寄生參數(shù)引起的反饋三次諧波的阻抗為零，使所述晶體管3的輸入端三次諧波為短路狀態(tài)。
[0025]本實施例中，開路狀態(tài)時指電路處于斷開的狀態(tài)，此時，電路中沒有電流流過，也即輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)12對晶體管3寄生參數(shù)引起的反饋二次諧波進行調(diào)整，使其只有電壓分量，這種情況下，電壓和電流的乘積為零;短路狀態(tài)是指電路的電源的兩極之間直接用空導(dǎo)線相連，此時該段電路兩端沒有電壓，也即輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)13對晶體管3寄生參數(shù)引起的反饋三次諧波進行調(diào)整，使其只有電流分量。
[0026]本實施例中，功率放大器中的輸出端寄生參數(shù)引起的高次諧波分量可以為二次諧波、三次諧波、四次諧波等等。同上述輸入端諧波調(diào)制電路一樣，綜合考慮到諧波對效率的影響以及電路設(shè)計結(jié)構(gòu)和電路復(fù)雜度等因素，本實施例涉及的輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)將包含二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。
[0027]其中，輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)2包括輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)22和輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)23，該輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)22用于調(diào)節(jié)所述晶體管3輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端二次諧波的阻抗為零，使所述晶體管3的輸出端二次諧波為短路狀態(tài)，使其只有電流分量;輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)23用于調(diào)節(jié)所述晶體管3輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端三次諧波的阻抗為無窮大，使所述晶體管3的輸出端三次諧波為開路狀態(tài)，使其只有電壓分量，這種情況下，電壓和電流的乘積為零。
[0028]圖2為本實施例提供了上述裝置應(yīng)用與射頻功率放大器的電路原理圖。該放大器電路包括晶體管3、基波匹配網(wǎng)絡(luò)11、輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)I和輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)2。其中，晶體管3是放大器的主要工作部件，在外圍電路的作用下，實現(xiàn)對輸入信號的功率放大?；ㄆヅ渚W(wǎng)絡(luò)11用于對基波頻率進行調(diào)整，實現(xiàn)對放大器工作頻率和增益的調(diào)節(jié)。輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)I中的輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)12將二次諧波調(diào)整為開路狀態(tài)，輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)13將三次諧波調(diào)整為短路狀態(tài)。經(jīng)過輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)I調(diào)整后，輸入端的諧波分量得到有效抑制。輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)2中的輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)22將二次諧波調(diào)整為短路狀態(tài)，輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)23將三次諧波調(diào)整為開路狀態(tài)，經(jīng)過輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)2調(diào)整后，輸出端的諧波分量得到有效抑制。
[0029]此時，射頻功率放大器輸出的電壓近似為基波電壓和三次諧波輸出電壓之和。射頻功率放大器輸出的電流近似為基波電流和二次諧波輸出電流之和。參見圖3，為本實施例提供的理想狀態(tài)下諧波控制后功率放大器輸出的電壓和電流的時域波形圖，由圖可以看出，輸出電壓和電流在時域上沒有交疊，功率放大器的功率損耗很小，從而達到提高放大器效率的目的。
[0030]本實施例中，上述對放大器的諧波進行調(diào)整是在放大器的輸入功率設(shè)置在某一固定的值的條件下進行的，放大器的輸入信號功率值是可以進行修改的，且放大器輸入信號功率值修改后，上述的調(diào)整過程是相同的。
[0031]為了更好的說明本實施例公開的技術(shù)方案達到的射頻功率放大器效率提升的效果，參見圖4，本實施例還提供了多個輸入功率值對應(yīng)的輸出電壓和電流的時域仿真圖?？梢钥闯?，射頻功率放大器的輸出電壓和電流交疊部分很少，仿真結(jié)果有效的證實了本實施例對射頻功率放大器諧波調(diào)整的結(jié)論。
[0032]本實用新型所提出的一種新型尚效率功率放大器電路，能夠大大提尚現(xiàn)有功率放大器的整體工作效率，具有較廣闊的應(yīng)用前景。
[0033]本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本實用新型從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【主權(quán)項】
1.一種新型高效率功率放大器電路，其特征在于，所述放大器電路包括:晶體管和 輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對放大器晶體管的輸入端寄生參數(shù)引起的反饋高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸入端的諧波分量得到控制； 輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，用于對放大器晶體管的輸出端寄生參數(shù)引起的輸出端高次諧波進行調(diào)整，使其相應(yīng)輸出端的諧波分量得到控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效率功率放大器電路，其特征在于，所述輸入端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，包括將所述晶體管輸入端二次諧波阻抗調(diào)整為開路狀態(tài)的輸入端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和將所述晶體管輸入端三次諧波阻抗調(diào)整為短路狀態(tài)的輸入端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型高效率功率放大器電路，其特征在于，所述輸出端諧波調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，包括用于將所述晶體管輸出端二次諧波阻抗調(diào)整為短路狀態(tài)的輸出端二次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)和用于將所述晶體管輸出端三次諧波阻抗調(diào)整為開路狀態(tài)的輸出端三次諧波調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型高效率功率放大器電路，其特征在于，所述放大器電路還包括用于對基波頻率進行調(diào)整的基波匹配網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H03F1/02GK205490426SQ201620022554
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月6日
【發(fā)明人】倪春, 王怡影, 魯世斌, 趙遠洋, 沐賢鋒, 魯凱樂
【申請人】合肥師范學(xué)院