CN106953603A - 一种抑制射频功率放大器谐波的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种抑制射频功率放大器谐波的装置，包括顺序相连的第一谐波耦合器、延时线、第二谐波耦合器，还包括顺序相连的小功率基波滤波器、谐波相位幅度调节器、谐波放大器，其中第一谐波耦合器的输入端与射频功率放大器的输出端连接，第一谐波耦合器的输出端与小功率基波滤波器的输入端连接；谐波放大器的输出端与第二谐波耦合器的输入端连接，第二谐波耦合器的输出端输出最终信号。本发明抑制射频功率放大器谐波的装置，其工作带宽能够满足需求，且成本低、效率高。

Description

一种抑制射频功率放大器谐波的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信系统设计领域，特别涉及一种抑制射频功率放大器谐波的装置及方法。

背景技术

在通信系统设计，射频功率放大器所产生的谐波较大，如果不做处理将严重影响通信网络或者其他通信设备的通信质量。

为了对射频功率放大器的谐波进行抑制，现有技术方案有两种：谐波滤波器方案和四分之一波长抑制方案。

一、采用谐波滤波器方案

谐波滤波器方案的原理框图如图1所示，采用该方案的优点是架构简单，但是存在以下问题：

(1)谐波滤波器接在功放后通常要求谐波滤波器功率容量大，从而体积大、成本高；

(2)谐波滤波器的插损大，带来功放效率低；

(3)如果是宽带的设计，这种简单的架构不能满足设计要求。如设计一个300MHz～800MHz的功放，其低频的二次谐波落在通带中。这时单纯靠一个谐波抑制滤波器没有办法进行谐波抑制，而需要多个滤波器用开关进行切换。这样又要引入大功率开关与多个大功率的谐波滤波器，从而造成高成本，低效率。

二、采用四分之一波长抑制方案

该方案只适应于带宽非常窄的功放，否则其偏移四分之一带宽较宽的情况下其对地阻抗将不再呈现高阻抗，从而不能实现功放的有效匹配，适用范围较窄。

因此有必要设计一种新的射频功率放大器谐波抑制方案来解决该问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种抑制射频功率放大器谐波的装置，其工作带宽能够满足需求，且成本低、效率高。

本发明的另一目的在于提供一种抑制射频功率放大器谐波的方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种抑制射频功率放大器谐波的装置，包括顺序相连的第一谐波耦合器、延时线、第二谐波耦合器，还包括顺序相连的小功率基波滤波器、谐波相位幅度调节器、谐波放大器，其中第一谐波耦合器的输入端与射频功率放大器的输出端连接，第一谐波耦合器的输出端与小功率基波滤波器的输入端连接；谐波放大器的输出端与第二谐波耦合器的输入端连接，第二谐波耦合器的输出端输出最终信号。

所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器为耦合微带线。第一谐波耦合器、第二谐波耦合器包括但不限于耦合微带线，其他能够实现分路、合路的耦合器同样可以使用。且这些大功率装置使用耦合微带线来实现，能够达到降低成本的目的。

所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器的基波频段的耦合度取最大。第一谐波耦合器、第二谐波耦合器的耦合指标要重点关注谐波频段，而把基波频段的耦合度尽量做大，从而可以减小其带来的插入损耗。

所述延时线采用同轴线。采用普通的同轴线，其插损也可以控制到很小的范围。这样尽量减少了通路上的插损，且这些大功率装置使用同轴线来实现，能够达到降低成本的目的。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种抑制射频功率放大器谐波的方法，包含以下顺序的步骤：

S1、根据射频功率放大器的频段来选择或设计第一谐波耦合器、第二谐波耦合器；

S2、射频功率放大器将主信号传输至第一谐波耦合器，第一谐波耦合器将主信号分路到小功率基波滤波器、延时线；所述主信号为带有谐波信号的基波信号；定义输入到小功率基波滤波器的主信号为旁路信号，输入到延时线的主信号为通路信号；通路信号、旁路信号均为带有谐波信号的基波信号；

S3、小功率基波滤波器将旁路信号中的基波信号滤除，并将提取出旁路信号中的谐波信号传输至谐波相位幅度调节器；旁路信号中的谐波信号通过谐波相位幅度调节器后，旁路信号中的谐波信号的相位与通路信号中的谐波信号的相位相反、幅度相同；

谐波相位幅度调节器将处理后的旁路信号中的谐波信号传输至谐波放大器进行放大；

S4、同时通路信号通过延时线进行延迟，使得通路信号到达第二谐波耦合器的时间与谐波放大器的输出信号到达第二谐波耦合器的时间一致，第二谐波耦合器将通路信号、谐波放大器的输出信号合路，通路信号、谐波放大器的输出信号中的谐波信号进行叠加抵消，得到没有谐波的基波信号。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明创新的使用了谐波提取，倒相，对消的一系列步骤与装置，最终实现大幅度抑制谐波，而尽量降低成本与减少对效率的影响的目的。

2、本发明不仅能适应于带宽非常窄的射频功率放大器，对于正常带宽的射频功率放大器同样适用，适用范围广。

3、本发明的小功率基波滤波器没有设置在通路上，宽带功放跨越倍频带来的问题也可以很好的解决。

附图说明

图1为谐波滤波器进行滤波的示意图。

图2为本发明所述一种抑制射频功率放大器谐波的装置的结构示意图。

图3为输入射频功率放大器的主信号的波形图。

图4为主信号经过射频功率放大器放大后的主信号及其谐波信号的幅度图。

图5为主信号经过射频功率放大器放大后，并经过延时器后的主信号及其谐波信号的相位图。这个相位不用关注其绝对值。

图6为旁路信号的波形图。

图7为旁路信号经过小功率基波滤波器滤除基波信号后，余下的谐波信号的波形图。

图8为通过谐波放大器处理后的谐波信号的波形图。

图9为通过谐波相位幅度调节器处理后谐波信号的相位图。

图10为第二谐波耦合器输出端对消后的信号幅度图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图2，一种抑制射频功率放大器谐波的装置，包括顺序相连的第一谐波耦合器、延时线、第二谐波耦合器，还包括顺序相连的小功率基波滤波器、谐波相位幅度调节器、谐波放大器，其中第一谐波耦合器的输入端与射频功率放大器的输出端连接，第一谐波耦合器的输出端与小功率基波滤波器的输入端连接；谐波放大器的输出端与第二谐波耦合器的输入端连接，第二谐波耦合器的输出端输出最终信号。

作为一个具体应用实例，225MHz～400MHz的一个UHF功放，其射频功率放大器末级采用BLF645，第一谐波耦合器与第二谐波耦合是采用微带线设计的20dB耦合器，其工作频段为450MHz～800MHz，延时线则采用同轴线，幅度调节采用数字衰减器PE4302，小功率基波滤波器则采用LC滤波器搭建的高通滤波器，其截止频率分别为420MHz。相位调节则使用变容管与电桥组成的相位调节器，谐波放大器则使用BLF640作为放大器。其按照图2的框图进行组合，获得良好的应用效果。

所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器为耦合微带线。第一谐波耦合器、第二谐波耦合器包括但不限于耦合微带线，其他能够实现分路、合路的耦合器同样可以使用。且这些大功率装置使用耦合微带线来实现，能够达到降低成本的目的。

所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器的基波频段的耦合度取最大。第一谐波耦合器、第二谐波耦合器的耦合指标要重点关注谐波频段，而把基波频段的耦合度尽量做大，从而可以减小其带来的插入损耗。

所述延时线采用同轴线。采用普通的同轴线，其插损也可以控制到很小的范围。这样尽量减少了通路上的插损，且这些大功率装置使用同轴线来实现，能够达到降低成本的目的。

一种抑制射频功率放大器谐波的方法，包含以下顺序的步骤：

S1、根据射频功率放大器的频段来选择或设计第一谐波耦合器、第二谐波耦合器，谐波耦合器要求在覆盖主信号频段的倍频程包括2倍频与3倍频，但是对主路信号不要有太大的影响可以设计为20dB或者30dB。根据频段选用耦合器类型，在200MHz以上可以使用微带耦合器，同时要注意耦合器的功率容量；

S2、射频功率放大器将主信号传输至第一谐波耦合器，输入射频功率放大器的主信号详见图3，经过射频功率放大器放大后的主信号的幅度如图4，其经过延时器后信号幅度与图4保持一致，其相位为图5所示，第一谐波耦合器将主信号分路到小功率基波滤波器、延时线；所述主信号为带有谐波信号的基波信号；定义输入到小功率基波滤波器的主信号为旁路信号，如图6；输入到延时线的主信号为通路信号，如图4；通路信号、旁路信号均为带有谐波信号的基波信号；

S3、小功率基波滤波器将旁路信号中的基波信号滤除，并将提取出旁路信号中的谐波信号传输至谐波相位幅度调节器，提取出旁路信号中的谐波信号如图7；旁路信号中的谐波信号通过放大器后得到与通路信号中的谐波信号幅度大谐波耦合器耦合度的谐波信号，如图8所示，谐波相位幅度调节器后，旁路信号中的谐波信号的相位与通路信号中的谐波信号的相位相反、幅度相同，此时旁路信号中的谐波信号如图9；

S4、同时通路信号通过延时线进行延迟，，使得通路信号到达第二谐波耦合器的时间与谐波放大器的输出信号到达第二谐波耦合器的时间一致，第二谐波耦合器将通路信号、谐波放大器的输出信号合路，通路信号、谐波放大器的输出信号中的谐波信号进行叠加抵消，得到没有谐波的基波信号，如图10。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抑制射频功率放大器谐波的装置，其特征在于：包括顺序相连的第一谐波耦合器、延时线、第二谐波耦合器，还包括顺序相连的小功率基波滤波器、谐波相位幅度调节器、谐波放大器，其中第一谐波耦合器的输入端与射频功率放大器的输出端连接，第一谐波耦合器的输出端与小功率基波滤波器的输入端连接；谐波放大器的输出端与第二谐波耦合器的输入端连接，第二谐波耦合器的输出端输出最终信号。

2.根据权利要求1所述抑制射频功率放大器谐波的装置，其特征在于：所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器为耦合微带线。

3.根据权利要求1所述抑制射频功率放大器谐波的装置，其特征在于：所述第一谐波耦合器、第二谐波耦合器的基波频段的耦合度取最大。

4.根据权利要求1所述抑制射频功率放大器谐波的装置，其特征在于：所述延时线采用同轴线。

5.基于权利要求1至4任一权利要求所述抑制射频功率放大器谐波的装置的一种抑制射频功率放大器谐波的方法，包含以下顺序的步骤：

S1、根据射频功率放大器的频段来选择或设计第一谐波耦合器、第二谐波耦合器；

S2、射频功率放大器将主信号传输至第一谐波耦合器，第一谐波耦合器将主信号分路到小功率基波滤波器、延时线；所述主信号为带有谐波信号的基波信号；定义输入到小功率基波滤波器的主信号为旁路信号，输入到延时线的主信号为通路信号；通路信号、旁路信号均为带有谐波信号的基波信号；

S3、小功率基波滤波器将旁路信号中的基波信号滤除，并将提取出旁路信号中的谐波信号传输至谐波相位幅度调节器；旁路信号中的谐波信号通过谐波相位幅度调节器后，旁路信号中的谐波信号的相位与通路信号中的谐波信号的相位相反、幅度相同；

谐波相位幅度调节器将处理后的旁路信号中的谐波信号传输至谐波放大器进行放大；

S4、同时通路信号通过延时线进行延迟，使得通路信号到达第二谐波耦合器的时间与谐波放大器的输出信号到达第二谐波耦合器的时间一致，第二谐波耦合器将通路信号、谐波放大器的输出信号合路，通路信号、谐波放大器的输出信号中的谐波信号进行叠加抵消，得到没有谐波的基波信号。