CN108494375A - 一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，C2的一端、D的阴极、g2的一端共节点，且C2的另一端连接于M4，D的阳极接地，g2的另一端连接于V的阳极，V的阴极接地；M的漏极、C3的一端和L的一端共节点，且C3的另一端接M2，L的另一端接VDD，M的源极接地，M的栅极接输入端。本发明一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，通过将匹配网络与可调的带阻滤波融合设计在一起，最终实现了一种集成可重构陷波结构的超宽带匹配网络，并用这种匹配网络作为宽带功率放大器的输出匹配，解决了传统模块级联带来尺寸较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及通讯技术，具体涉及一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器。
背景技术
在无线通信中，超宽带系统因其传输速度快、系统容量大、定位精度高、多径分辨率好等优点广泛应用于短距离通信系统中。但是，该系统也会影响到工作在同一频段内的其它射频终端，尤其是工作在近距离范围内的射频设备。因此，为了避免超宽带系统对这类系统的干扰，应在宽带系统发射机中抑制这部分频段上的发射功率。为了解决上述问题，通常的做法是在超宽带发射机的功率放大器末端级联特定频段的带阻滤波器，然后通过天线将信号辐射出去，如图1所示。这种级联带阻滤波器的方法在抑制了干扰源的同时，也使得整个射频前端增大了电路尺寸。此外，级联的带阻滤波器通常也是不可调的，这也限制了该类功率放大器的灵活性和使用范围。
目前，超宽带系统中用于抑制发射机干扰频率的陷波滤波器(也称为带阻滤波器)通常采用模块化设计，即一个超宽带放大模块与单独的带阻模块的级联。这种设计方法因其单独的模块互不影响便于调试，但同时也存在两个明显的不足。第一，因为带阻滤波器的引入而增大了发射机的整体尺寸。这不利于射频前端的小型化设计。第二，为了不影响其他设备的射频信号，在不同的应用环境下需要更换不同的带阻模块抑制功放的特定频段。这样费时费力，灵活性差，也增加了系统成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的超宽带系统技术增大了发射机的整体尺寸、在不同的应用环境下需要更换不同的带阻模块抑制功放的特定频段，从而限制了该类功率放大器的灵活性和使用范围，增大了系统成本，目的在于提供一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，包括微带线R1、微带线R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L、晶体管M、阻抗g1、阻抗g2、变容二极管D和可调电源V；所述R1包括四个端口：M1、M2、M3和M4；所述R2包括四个端口：M5、M6、M7和M8；所述M7连接于g1的一端，且g1的另一端接地；所述M8短路接地，且M5开路；所述M6连接于C1的一端，且C1的另一端连接于M3，所述M1开路；所述C2的一端、D的阴极、g2的一端共节点，且C2的另一端连接于M4，D的阳极接地，g2的另一端连接于V的阳极，V的阴极接地；所述M的漏极、C3的一端和L的一端共节点，且C3的另一端接M2，L的另一端接VDD，M的源极接地，M的栅极接输入端；所述C4的一端接地，另一端接VDD。
现有技术中，超宽带系统技术增大了发射机的整体尺寸、在不同的应用环境下需要更换不同的带阻模块抑制功放的特定频段，从而限制了该类功率放大器的灵活性和使用范围，增大了系统成本。
本发明应用时，先建立单通带滤波器模型，并将单通带滤波器模型进行诺顿变换并实现g1的阻抗匹配，改变谐振频率的做法是改变并联谐振器的电容值。在串联不同的电容以后，谐振频率就会随着电容值的变化而发生改变。当该电容值增加到足够大时，对射频信号而言相当于短路，电容的影响可以忽略。此时阻带的谐振频率则会落在宽带以外，从而构成一种不含陷波结构的宽带电路。最后，采用变容二极管实现可重构。线圈L在电路中防止射频信号窜入电源，而C1和C2在这里起到隔直通交的作用。本发明通过将匹配网络与可调的带阻滤波融合设计在一起，最终实现了一种集成可重构陷波结构的超宽带匹配网络，并用这种匹配网络作为宽带功率放大器的输出匹配，解决了传统模块级联带来尺寸较大的问题。同时，为了达到降低设计和生产成本的目的，通过分析设计可重构陷波结构，本发明提出的陷波可重构结构可以根据不同应用场景与要求实现阻带连续可调。因此，可以实现一个模块多种用途的目的，从而大大节省了设计和生产成本，增加了系统灵活性。
进一步的，所述电感L采用射频扼流圈。
进一步的，所述晶体管M采用GAN高功率晶体管。
进一步的，所述g1采用50Ω。
进一步的，所述晶体管M采用CGH40010-F。
进一步的，所述变容二极管D采用SMV1265-040LF。
进一步的，所述变容二极管D的电容变化范围采用0.7-13.8pf。
进一步的，所述M3、M2、M1和M4的阻抗依次增大。
本发明应用时，为个更加有效的等效R1微带线与并联电容、并联电感和串联电感，将M3、M2、M1和M4的阻抗依次增大，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。
进一步的，所述M7、M6、M5和M8的阻抗依次增大。
本发明应用时，为个更加有效的等效R2微带线与并联电容、并联电感和串联电感，将M7、M6、M5和M8的阻抗依次增大，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。
进一步的，M1的轴线、M4的轴线、M5的轴线和M8的轴线平行，且M2的轴线、M3的轴线、M6的轴线和M7的轴线平行；所述M1的轴线垂直于M2的轴线。
本发明应用时，由于M1的轴线、M4的轴线、M5的轴线和M8的轴线平行，且M2的轴线、M3的轴线、M6的轴线和M7的轴线平行，使得整个微带结构的阻抗匹配更加简单，加工更加容易，而M1的轴线垂直于M2的轴线可以有效的降低微带内的信号失真。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，通过将匹配网络与可调的带阻滤波融合设计在一起，最终实现了一种集成可重构陷波结构的超宽带匹配网络，并用这种匹配网络作为宽带功率放大器的输出匹配，解决了传统模块级联带来尺寸较大的问题；
2、本发明一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，提出的陷波可重构结构可以根据不同应用场景与要求实现阻带连续可调，可以实现一个模块多种用途的目的，从而大大节省了设计和生产成本，增加了系统灵活性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为现有超宽带系统示意图；
图2为本发明超宽带系统示意图；
图3为诺顿变换示意图；
图4为本发明微带结构示意图；
图5为变容二极管18pF的增益示意图；
图6为变容二极管3.1pF的增益示意图；
图7为变容二极管1.6pF的增益示意图；
图8为变容二极管0.8pF的增益示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图2、图3和图4所示，本发明一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，包括微带线R1、微带线R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L、晶体管M、阻抗g1、阻抗g2、变容二极管D和可调电源V；所述R1包括四个端口：M1、M2、M3和M4；所述R2包括四个端口：M5、M6、M7和M8；所述M7连接于g1的一端，且g1的另一端接地；所述M8短路接地，且M5开路；所述M6连接于C1的一端，且C1的另一端连接于M3，所述M1开路；所述C2的一端、D的阴极、g2的一端共节点，且C2的另一端连接于M4，D的阳极接地，g2的另一端连接于V的阳极，V的阴极接地；所述M的漏极、C3的一端和L的一端共节点，且C3的另一端接M2，L的另一端接VDD，M的源极接地，M的栅极接输入端；所述C4的一端接地，另一端接VDD。
本实施例实施时，先建立单通带滤波器模型，并将单通带滤波器模型进行诺顿变换并实现g1的阻抗匹配，改变谐振频率的做法是改变并联谐振器的电容值。在串联不同的电容以后，谐振频率就会随着电容值的变化而发生改变。当该电容值增加到足够大时，对射频信号而言相当于短路，电容的影响可以忽略。此时阻带的谐振频率则会落在宽带以外，从而构成一种不含陷波结构的宽带电路。最后，采用变容二极管实现可重构。线圈L在电路中防止射频信号窜入电源，而C1和C2在这里起到隔直通交的作用。本发明通过将匹配网络与可调的带阻滤波融合设计在一起，最终实现了一种集成可重构陷波结构的超宽带匹配网络，并用这种匹配网络作为宽带功率放大器的输出匹配，解决了传统模块级联带来尺寸较大的问题。同时，为了达到降低设计和生产成本的目的，通过分析设计可重构陷波结构，本发明提出的陷波可重构结构可以根据不同应用场景与要求实现阻带连续可调。因此，可以实现一个模块多种用途的目的，从而大大节省了设计和生产成本，增加了系统灵活性。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，所述电感L采用射频扼流圈。所述晶体管M采用GAN高功率晶体管。所述g1采用50Ω。所述晶体管M采用CGH40010-F。所述变容二极管D采用SMV1265-040LF。所述变容二极管D的电容变化范围采用0.7-13.8pf。所述M3、M2、M1和M4的阻抗依次增大。所述M7、M6、M5和M8的阻抗依次增大。M1的轴线、M4的轴线、M5的轴线和M8的轴线平行，且M2的轴线、M3的轴线、M6的轴线和M7的轴线平行；所述M1的轴线垂直于M2的轴线。
本实施例实施时，为个更加有效的等效R1微带线与并联电容、并联电感和串联电感，将M3、M2、M1和M4的阻抗依次增大，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。为个更加有效的等效R2微带线与并联电容、并联电感和串联电感，将M7、M6、M5和M8的阻抗依次增大，从而使得电路整体的匹配更加简单有效。由于M1的轴线、M4的轴线、M5的轴线和M8的轴线平行，且M2的轴线、M3的轴线、M6的轴线和M7的轴线平行，使得整个微带结构的阻抗匹配更加简单，加工更加容易，而M1的轴线垂直于M2的轴线可以有效的降低微带内的信号失真。
实施例3
本实施例在实施例1和2的基础上，本发明设计了一个工作频带为0.8-3GHz、内部集成了可重构陷波结构的功率发大器。该功放晶体管采用CREE公司的CGH40010-F，其输出功率可达到10W。输出匹配网络由本发明提出的集成可重构陷波结构的超宽带匹配网络实现，变容二极管采用SMV1265-040LF，最高偏压可达30V，电容变化范围为0.7-13.8pf。
如图5所示，输入功率为28dBm，变容二极管反向电压为0V(电容值约为14pF)时的仿真结果。由仿真结果可知，功放的带内平均效率在60％以上，增益大于12dB，且因为变容二极管的容值足够大使陷波不在宽带内。
如图6所示，改变二极管偏压，调节电容值为3.1pF，由此可以看出，陷波的中心频率在1.5GHz，增益下降大于10dB左右，具有明显的阻带抑制效果，且阻带以外的其余结果变化不大。
如图7所示，改变二极管偏压，调节电容值为1.6pF，由此可以看出，陷波的中心频率在2GHz，增益下降大于10dB左右，具有明显的阻带抑制效果，且阻带以外的其余结果变化不大。
如图8所示，改变二极管偏压，调节电容值为0.8pF，由此可以看出，陷波的中心频率在2.5GHz，增益下降大于10dB左右，具有明显的阻带抑制效果，且阻带以外的其余结果变化不大。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，包括微带线R1、微带线R2、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L、晶体管M、阻抗g1、阻抗g2、变容二极管D和可调电源V；所述R1包括四个端口：M1、M2、M3和M4；所述R2包括四个端口：M5、M6、M7和M8；所述M7连接于g1的一端，且g1的另一端接地；所述M8短路接地，且M5开路；所述M6连接于C1的一端，且C1的另一端连接于M3，所述M1开路；所述C2的一端、D的阴极、g2的一端共节点，且C2的另一端连接于M4，D的阳极接地，g2的另一端连接于V的阳极，V的阴极接地；所述M的漏极、C3的一端和L的一端共节点，且C3的另一端接M2，L的另一端接VDD，M的源极接地，M的栅极接输入端；所述C4的一端接地，另一端接VDD。
2.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述电感L采用射频扼流圈。
3.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述晶体管M采用GAN高功率晶体管。
4.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述g1采用50Ω。
5.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述晶体管M采用CGH40010-F。
6.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述变容二极管D采用SMV1265-040LF。
7.根据权利要求6所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述变容二极管D的电容变化范围采用0.7-13.8pf。
8.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述M3、M2、M1和M4的阻抗依次增大。
9.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，所述M7、M6、M5和M8的阻抗依次增大。
10.根据权利要求1所述的一种集成可重构陷波滤波器的超宽带功率放大器，其特征在于，M1的轴线、M4的轴线、M5的轴线和M8的轴线平行，且M2的轴线、M3的轴线、M6的轴线和M7的轴线平行；所述M1的轴线垂直于M2的轴线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180904 |