CN109274343B - 一种具有能量可叠加的功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有能量可叠加的功率放大器，包括第一输入信号及第二输入信号，两个输入信号分别经过第一阻抗变换电路、功率放大电路、第二阻抗变换电路及移相电路后与功率合成电路的输入端连接，所述功率合成电路的输出端连接负载；当第一输入信号和第二输入信号加载不同信号时，功率合成电路输出端的功率能直接叠加。本发明具有能量叠加的效果，适合用于许多射频收发机中。

Description

一种具有能量可叠加的功率放大器
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种具有能量可叠加的功率放大器。
背景技术
功率放大器作为无线通信系统的核心部件之一，同时也消耗了大量的能量，对整个系统性能的影响尤为突出。近年来，随着无线通信技术的快速发展，对放大器的性能要求越来越高。放大器希望在获得不同输出功率的同时，其效率依旧保持较高。
在多路并行的放大器中，每一路的放大器都需要同时工作或同时不工作，放大器才可以正常运行，否则将导致严重的失配问题而影响到输出端输出功率及效率。传统下为了能够控制每一路功率放大器是否运行，而不对其输出端性能造成太大影响，可以使用二极管作为开关的方式控制该路的通断，同时改变阻抗匹配问题而使放大器依旧处于正常工作状态，但由于二极管元件的自身损耗较大以及非线性特点，这依旧严重影响输出效率及输出信号的线性度。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种具有能量可叠加的功率放大器。
本发明在放大电路输出端加入移相电路，使得两路放大电路只有一路有信号输入时，移相电路将没有信号输入的那一路的阻抗转换到一个恰当的值，使得功率合成电路依旧能近似匹配，保证了输出功率以及效率。
本发明采用如下技术方案：
一种具有能量可叠加的功率放大器，包括第一输入信号及第二输入信号，两个输入信号分别经过第一阻抗变换电路、功率放大电路、第二阻抗变换电路及移相电路,所述移相电路的输出端与功率合成电路的输入端连接，所述功率合成电路的输出端连接负载；
当输入端输入一路信号或两路信号时,两个功率放大电路的输出功率分别为P1和P2，经过移相电路输入功率合成电路直接叠加为P1+P2后输出到负载，实现放大器输出功率的叠加。
当输入端只有一路信号或两路信号输入时,两个功率放大电路的输出功率分别为P1和P2，经过移相电路输入功率合成电路直接叠加为P1+P2后输出到负载，所述两个功率放大电路分别为第一功率放大电路及第二功率放大电路，具体为：
当第一输入信号和第二输入信号均没有信号输入时，负载输出端为0；
当第一输入信号输入信号为P0，第二输入信号为0时，则负载输出端输出功率为A*P0,所述A为第一功率放大电路的倍数；
当第一输入信号输入为0，第二输入信号输入信号为P0，负载输出端功率为A*P0；所述A为第二功率放大电路的倍数；
当第一输入信号和第二输入信号输入等幅同相的信号为P0，负载输出端功率为2*A*P0。
所述功率放大电路为偏置在C类的功率放大器。
所述功率合成电路由三段微带线构成。
所述三段微带线构成T型结。
所述移相电路为一段阻抗特性为50ohm的微带线。
所述移相电路在只有一路输入信号时，将没有输入信号的电路的输入阻抗转换与该功率合成电路相匹配的值，实现放大器输出功率的叠加。
本发明的有益效果：
(1)本发明在放大器的末端加入移相电路，使得功率合成电路电路依旧能近似匹配，保证输出功率以及效率；
(2)本发明电路结构简单，相比于使用二极管来控制输出端的通断，输出的损耗更小，放大器效率更高，输出信号的线性度更好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2(a)为本发明双路输出时的输出功率、增益和PAE即功率附加效率仿真结果图；
图2(b)为本发明单路输入时的输出功率、增益和PAE即功率附加效率仿真结果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种具有能量可叠加的功率放大器，包括第一输入信号及第二输入信号；所述第一输入信号依次经过第一阻抗变换电路、第一功率放大电路、第二阻抗变换电路及移相电路后与功率合成电路的输入端连接；
所述第二输入信号依次经过第一阻抗变换电路、第二功率放大电路、第二阻抗变换电路及移相电路后与功率合成电路的输入端连接；第一及第二输入信号为同幅同相信号。
所述功率合成电路的输出端与负载连接。
所述第一阻抗变换电路是根据功率放大器晶体管栅极所需要的最佳阻抗匹配点决定。
所述第二阻抗变换电路根据功率放大器晶体管漏极多需要的最佳阻抗匹配点和单双路输入时功率合成器阻抗匹配情况决定。
所述移相电路采用50ohm阻抗微带线，当第一输入信号和第二输入信号均有信号输入时，移相电路相当于相移微带线，仅起到相移的作用，从而保证功率合成电路正常运行；而当第一输入信号和第二输入信号其中一个有信号输入而另一个没有信号输入时，没有输入的那一路的漏极阻抗发生变化，通过第二阻抗变换电路和移相电路，使得功率合成电路近似匹配，使得效率等性能依旧较好。
所述功率放大电路及第二功率放大电路均为偏置在C类的功率放大器。
所述功率合成电路由三段微带线构成，该三段微带线构成T型结。
本实施例中选用的功率放大晶体管为Cree公司的GaN HEMT CGH40010F，该功率放大器晶体管包括栅极G、漏极D和源极S，电路的输入端和输出端负载如图1中所示，第一功率放大电路和第二功率放大电路中的放大器晶体管均需要在栅极和漏极加直流偏置电压，其中栅极处的直流偏置电压VGS＝-4.5V，漏极处的直流偏置电压VDS＝28V。
本实例的一种具有能量可叠加特性的功率放大器加工选用PCB电路板介质材料的参数如下：εr＝3.55，h＝0.813mm,tanδ＝0.0027。
图2(a)展示所述的一种具有能量可叠加特性的功率放大器第一输入信号和第二输入信号均有信号输入时，输出功率，增益以及功率附加效率PAE的性能曲线。输出功率达到42dBm，效率达到74％；
图2(b)展示所述的一种具有图2a展示所述的一种具有能量可叠加特性的功率放大器第一输入信号和第二输入信号其中一个有输入信号时，输出功率，增益以及功率附加效率PAE的性能曲线。输出功率达到39dBm，效率达到68％；
可以看到，当第一输入信号和第二输入信号均没有信号输入时，负载处输出为0；当第一输入信号和第二输入信号其中一个输入为0，另外一个有信号P0输入时，输出为P1；当第一输入信号和第二输入信号均有信号P0输入时，负载处输出为2*P0。由此实现功率叠加的效果，并且保证了放大器效率较高，本放大器的峰值效率维持在70％。
综上所述，本发明提供了一种具有能量可叠加的功率放大器，具有能量叠加可控制，效率高，线性度好等多种优势，适合用于许多射频收发机中。
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所述实施例的限制，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)

1.一种具有能量可叠加的功率放大器，其特征在于，包括第一输入信号及第二输入信号，两个输入信号分别经过第一阻抗变换电路、功率放大电路、第二阻抗变换电路及移相电路后与功率合成电路的输入端连接，所述功率合成电路的输出端连接负载；
所述移相电路为一段阻抗特性为50欧姆的微带线；
当输入端输入一路信号或两路信号时,两个功率放大电路的输出功率经过移相电路输入功率合成电路直接叠加后输出到负载，实现放大器输出功率的叠加，使电路维持较高的峰值效率；
当输入端输入一路信号或两路信号时,两个功率放大电路的输出功率经过移相电路输入功率合成电路直接叠加后输出到负载，实现放大器输出功率的叠加，所述两个功率放大电路分别为第一功率放大电路及第二功率放大电路，具体为：
当第一输入信号和第二输入信号均没有信号输入时，负载输出端为0；
当第一输入信号输入信号为P0，第二输入信号为0时，则负载输出端输出功率为A*P0,所述A为第一功率放大电路的倍数；
当第一输入信号输入为0，第二输入信号输入信号为P0，负载输出端功率为A*P0；所述A为第二功率放大电路的倍数；
当第一输入信号和第二输入信号输入等幅同相的信号为P0，负载输出端功率为2*A*P0。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路为偏置在C类的功率放大器。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率合成电路由三段微带线构成。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述三段微带线构成T型结。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述移相电路在只有一路输入信号时，将没有输入信号的电路的输入阻抗转换与该功率合成电路相匹配的值，实现放大器输出功率的叠加。
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