CN106603017A - 一种谐波抑制功率放大器 - Google Patents

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Abstract

一种谐波抑制功率放大器，属于无线发射领域。该谐波抑制功率放大器中输入信号经第一微带低通滤波器后进入第一级功率放大器，然后经过第二微带低通滤波器后进入第二级功率放大器，经第三微带低通滤波器滤除杂波后输出。在第一级功率放大器的漏极馈电端、第一级功率放大器的控制极馈电端、第二级功率放大器的漏极馈电端、第二级功率放大器栅极馈电端加入了滤波电路和电容。本发明功率放大器各级功放间串接的微带低通滤波器初步降低了谐波成分传输到下一级电路的份额，同时两级功放的馈电端除采用常规的滤波电容组合外，还加入针对点频信号的基频、二次谐波和三次谐波的扇形微带滤波枝节，以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率。

Description

一种谐波抑制功率放大器
技术领域
本发明属于无线发射领域，具体涉及一种应用于谐波雷达的谐波抑制功率放大器。
背景技术
谐波雷达是一种通过发射基波信号，接收来自目标再辐射的2次、3次甚至是更高次的谐波/组合波信号，并对目标进行判断、识别和探测的雷达系统，是非线性节点探测器的升级换代产品，具有灵敏度更高、误报率更低的优势。
谐波雷达因其发射天线和接收天线相距较近，以及作为探测设备对灵敏度的要求，对其发射模块的谐波抑制提出了更高的要求。功率放大器是其发射模块的重要组成部分，因具有非线性特性会产生二次谐波和三次谐波，而谐波雷达接收机是通过接收物体发射的二次谐波或三次谐波来判断物体存在与否的，如果功率放大器产生的谐波在功放馈电端没有进行很好地滤除，如图1所示的功率放大器，这些谐波会通过馈电端进入接收机，从而降低接收机的灵敏度，甚至会引起误测。
发明内容
本发明的目的在于为谐波雷达提供一高谐波抑制、具有稳定增益的功率放大器。本发明功率放大器实现了良好的谐波抑制，提高了接收模块的灵敏度。
本发明的技术方案如下：
一种谐波抑制功率放大器，包括第一微带低通滤波器，第一级功率放大器，第二微带低通滤波器，第二级功率放大器，第三微带低通滤波器，与第一级功率放大器相连的第一级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路、第一级功放漏极馈电滤波电容组合、第一级功放控制极馈电基波和谐波滤波电路、第一级功放控制极馈电滤波电容组合，与第二级功率放大器相连的第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路、第二级功放漏极馈电滤波电容组合、第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路、第二级功放栅极馈电滤波电容组合；
输入信号经第一微带低通滤波器后进入第一级功率放大器，通过与第一级功率放大器相连的漏极滤波电路和滤波电容以及控制极滤波电路和电容后，有效降低了基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，第一级功率放大器输出信号经过第二微带低通滤波器滤波后进入第二级功率放大器，通过与第二级功率放大器相连的漏极滤波电路和滤波电容以及栅极滤波电路和电容的滤波作用后，有效降低了基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，经第三微带低通滤波器滤除杂波后输出。
进一步地，所述第一级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
进一步地，所述第一级功放控制极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
进一步地，所述第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
进一步地，所述第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
进一步地，所述第一级功率放大器为HMC409LP4功率放大芯片，第二级功率放大器由晶体管搭建。
本发明谐波抑制功率放大器的工作原理为：
输入信号通过第一微带低通滤波器后进入第一级功率放大器，由于信号的产生模块是非线性元件，会产生谐波成分，通过第一微带低通滤波器的滤波作用后，其谐波成分功率相应降低，从而降低了进入第一级功率放大器的谐波成分功率；第一级功率放大器的漏极和控制极分别连接馈电基波和谐波滤波电路以及滤波电容组合，用以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，降低对接收机的干扰；然后信号经过第二微带低通滤波器后进入第二级功率放大器，由于功率放大器也是非线性元件，会产生谐波成分，通过第二微带低通滤波器后可有效减小输入到第二级功率放大器的谐波成分功率；第二级功率放大器的漏极和栅极分别连接馈电基波和谐波滤波电路以及滤波电容组合，用以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，降低对接收机的干扰；最后信号经过第三微带低通滤波器滤除杂波后输出。
本发明谐波抑制功率放大器中设置三个微带低通滤波器，微带低通滤波器可使基频信号处于微带低通滤波器的通带内，而谐波信号处于微带低通滤波器的阻带内，信号通过微带低通滤波器滤波后，进入到后端模块的谐波信号功率相应降低，从而降低了后端模块产生的谐波信号功率，为馈电端进一步滤除谐波提供了有益效果。本发明谐波抑制功率放大器在两级功率放大器的馈电端除了采用常规的滤波电容组合外，还加入了针对基频、二次谐波和三次谐波的扇形微带滤波枝节，分别用于滤除基频、二次谐波和三次谐波，以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，降低对接收机的干扰。
本发明的有益效果为：
本发明谐波抑制功率放大器中各级功放间所串接的微带低通滤波器初步降低了谐波成分传输到下一级电路的份额，同时在两级功率放大器的馈电端除了采用常规的滤波电容组合外，还加入了针对点频信号的基频、二次谐波和三次谐波的扇形微带滤波枝节，分别用于滤除基频、二次谐波和三次谐波，以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，降低对接收机的干扰。
附图说明
图1为现有的功率放大器的结构示意图；
图2为本发明提供的谐波抑制功率放大器的结构示意图；
图3为本发明谐波抑制功率放大器中微带低通滤波器的示意图；
图4为本发明谐波抑制功率放大器中馈电基波和谐波滤波电路以及馈电滤波电容组合的示意图；
图5为图4所示馈电基波和谐波滤波电路以及馈电滤波电容组合的S21参数仿真结果图；
图6为本发明实施例提供的一种谐波抑制功率放大器的具体结构图；
图7为本发明实施例谐波抑制功率放大器中第二级功率放大器的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详述本发明的技术方案。
如图6所示，为本发明实施例提供的一种谐波抑制功率放大器，包括两级放大器，第一级功率放大器102采用Analog公司的HMC409LP4功率放大芯片，第二级功率放大器108采用Cree公司所产型号为CGH40010的GaN高电子迁移率晶体管搭建，第一级功率放大器102之前设置第一微带低通滤波器101，第一级功率放大器102和第二级功率放大器108之间设置第二微带低通滤波器107；所述第一级功率放大器102的馈电端除了包括必要的高低频滤波电容组合104和106之外，还加入了针对点频滤波的扇形微带枝节103和105，有针对性地对基频、二次谐波和三次谐波进行滤除；所述第二级功率放大器108的馈电端除了包括必要的高低频滤波电容组合110和112外，还加入了针对点频滤波的扇形微带枝节109和111，有针对性地对基频、二次谐波和三次谐波进行滤除，以降低基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，降低对接收机的干扰。
本实施例中，所述第二级功率放大器108之后还可设置一微带低通滤波器113，用于有效降低输出信号中的谐波成分。
本实施例中，第一微带低通滤波器101为4阶，采用最平坦响应设计，其在基频频率下插入损耗为0.32dB，二次谐波处插入损耗为6.9dB；第二微带低通滤波器107为7阶，采用最平坦响应设计，其在基频下的插入损耗为0.33dB，二次谐波处插入损耗为19.56dB；第三微带低通滤波器113为11阶，同样采用最平坦响应设计，其在基频频率下插入损耗为0.29dB，二次谐波处插入损耗为25.36dB。
其中，第一级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路103、第一级功放控制极馈电谐波滤波电路105、第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路111、第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路109都是采用的扇形微带结构，在ADS下针对基频、二次谐波、三次谐波进行参数优化达到良好的滤除相应频率微波的效果。
其中，第一级功放漏极馈电滤波电容组合104、第一级功放控制极馈电滤波电容组合106、第二级功放漏极馈电滤波电容组合112、第二级功放栅极馈电滤波电容组合110都是由三个不同封装大小、不同容值的贴片电容搭配得到。
图5为图4所示馈电基波和谐波滤波电路以及馈电滤波电容组合的S21参数仿真结果图；由图5可知，在基频3.5GHz、二次谐波7GHz和三次谐波10.5GHz处其S21值能达到-90dB到-100dB之间，相较于仅采用图4的馈电滤波电容组合的-30dB左右，有了很大的提升。
图7为本发明实施例谐波抑制功率放大器中第二级功率放大器的结构图。其中，201为输入匹配电路，串入了并联的电容电阻单元以提高功放的稳定性；203为输出匹配电路，加入了隔直电容；202为输入馈电扼流电路，由一四分之一波长高阻抗微带线构成；109为上述第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路，111为上述第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路。该第二级功率放大器的输入和输出端都匹配到50欧姆的阻值，增益和输出功率都达到目标要求。

Claims (6)

1.一种谐波抑制功率放大器，包括第一微带低通滤波器，第一级功率放大器，第二微带低通滤波器，第二级功率放大器，第三微带低通滤波器，与第一级功率放大器相连的第一级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路、第一级功放漏极馈电滤波电容组合、第一级功放控制极馈电基波和谐波滤波电路、第一级功放控制极馈电滤波电容组合，与第二级功率放大器相连的第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路、第二级功放漏极馈电滤波电容组合、第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路、第二级功放栅极馈电滤波电容组合；
输入信号经第一微带低通滤波器后进入第一级功率放大器，通过与第一级功率放大器相连的漏极滤波电路和滤波电容以及控制极滤波电路和电容后，有效降低了基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，第一级功率放大器输出信号经过第二微带低通滤波器滤波后进入第二级功率放大器，通过与第二级功率放大器相连的漏极滤波电路和滤波电容以及栅极滤波电路和电容后，有效降低了基频和谐波由馈电电路泄露到接收机端的功率，经第三微带低通滤波器滤除杂波后输出。
2.根据权利要求1所述的谐波抑制功率放大器，其特征在于，所述第一级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
3.根据权利要求1所述的谐波抑制功率放大器，其特征在于，所述第一级功放控制极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
4.根据权利要求1所述的谐波抑制功率放大器，其特征在于，所述第二级功放漏极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
5.根据权利要求1所述的谐波抑制功率放大器，其特征在于，所述第二级功放栅极馈电基波和谐波滤波电路包括基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节，所述基频扇形微带滤波枝节、二次谐波扇形微带滤波枝节和三次谐波扇形微带滤波枝节的个数为1个或2个，通过阻抗为65欧姆的微带线连接。
6.根据权利要求1所述的谐波抑制功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大器为HMC409LP4功率放大芯片，第二级功率放大器由晶体管搭建。
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