CN110324010A - 一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器 - Google Patents

一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，属于微波电路领域，包括总输入端、总输出端以及并联连接的主功放模块和辅助功放模块，所述主功放模块的输入端与总输入端连接，所述主功放模块的输出端与总输出端间串联有阻抗变换模块，所述辅助功放模块的输入端与总输入端件串联有相移模块，所述辅助功放模块的输出端与总输出端连接；所述并联连接的主功放模块和辅助功放模块的输入端与总输入端间还串联有基于高温超导材料的用于控制功率比和抑制谐波的功分模块。本发明利用超导材料结构的高温超导特性，使多尔蒂基站功率放大器能工作于极寒地区。同时通过控制高温超导材料功分器，提高整个多尔蒂基站功率放大器的效率和线性度。

Description

一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器
技术领域
本发明属于微波电路领域，涉及一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器。
背景技术
随着无线通讯的发展和不断进步，整个无线系统对峰均比要求越来越高，因此功放的效率和线性度显得越来越重要，同时由于通信基站在全球的布署，许多安装在极寒地区的基站性能将受到温度的极大影响，从而导致信号质量的严重下降。如果在极低温度条件下，同时获得较高的效率和较好的线性度是比较困难的。
目前，为了提高Doherty功放的效率和线性度，N-路和不平衡Doherty功放方案也被研究，然而该方法也比较复杂，它的尺寸和性能在现在无线系统基站中的使用将受到很大的限制。Doherty功放中，辅助功放工作于C类，主要的效率限制和线性失真来源于辅助功放。小功率条件下，不平衡和N-路Doherty功放方案减小辅助功放的线性失真，但是在高功率条件下的相位失真仍然不能解决。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，包括总输入端、总输出端以及并联连接的主功放模块和辅助功放模块，所述主功放模块的输入端与总输入端连接，所述主功放模块的输出端与总输出端间串联有阻抗变换模块，所述辅助功放模块的输入端与总输入端件串联有相移模块，所述辅助功放模块的输出端与总输出端连接；所述并联连接的主功放模块和辅助功放模块的输入端与总输入端间还串联有基于高温超导材料的用于控制功率比和抑制谐波的功分模块。
进一步，所述功分模块的输入端与输出端均包括有对称的两个叉指结构，位于中间的两个叉指结构通入可调的直流偏压，所述叉指结构包括左叉指结构和右叉指结构，所述左叉指结构和右叉指结构均包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元，且多个相互平行的第一条状叉指单元之间通过一个与第一条状叉指单元相互垂直的第一条状微带线连接；所述第二叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元，且多个相互平行的第二条状叉指单元之间通过一个与第二条状叉指单元相互垂直的第二条状微带线连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；左叉指结构和右叉指结构的末端连接；通过四个叉指结构的耦合作用，同时通过给超导材料单元不同的直流供电，实现对双模滤波器的奇偶模的调谐。
进一步，所述主功放模块、辅助功放模块、阻抗变换模块和相移模块设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切≤10-3。
进一步，所述功分模块的基板采用介电常数为9.8，且厚度为0.500mm的氧化镁材料，介质采用在-65℃～-70℃时介电常数为260且厚度为500nm的钇钡铜氧薄膜超导材料。
进一步，所述阻抗变换模块具有90°相移，作用为当辅助功放模块工作时，将主功放模块的视在阻抗减小；相移模块也具有90°相移，使主功放模块与辅助功放模块并联的两路之间具有90°的相位差。
本发明基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器中采用超导材料结构加入到功分模块当中，通过改变通过改变超导材料的直流偏压，就能够调整功分器的传输损耗，改变功分器的功率分配比，使更多功率输入C类辅助功放，提高效率。同时还具有滤波功能，提高辅助功放的线性度。进而提高整个多尔蒂基站功率放大器的效率和线性度。
本发明的有益效果在于：本发明在传统的多尔蒂(Doherty)功放中的功分模块内使用了新型的高温超导材料结构，实现了工作于极寒地区的Doherty功放；通过改变超导材料的直流偏压，就能够调整功分器的传输损耗，同时减少了输出损耗，改变功分器的功率分配比，提高了多尔蒂(Doherty)功放的效率；同时该功分器还具有滤波功能，提高辅助功放的线性度。不需要外加其它复杂电路，实现功放的高效率，体积小易于与其它微波电路集成，具有很强的实用性及应用前景。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器的电路示意图；
图2为本发明所述超导材料的结构示意图；
图3为本发明所述叉指结构的结构示意图。
附图标记：主功放模块1、辅助功放模块2、阻抗变换模块3、相移模块4、功分模块5、叉指结构6、第一条状叉指单元61、第一条状微带线62、第二条状叉指单元611、第二条状微带线612。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，一种基于超导材料的多尔蒂基站功率放大器，包括并联连接的主功放模块1和辅助功放模块2，所述主功放模块1的输入端与多尔蒂功率放大器的输入端相对应，所述主功放模块1的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端之间串联连接有阻抗变换模块3，所述辅助功放模块2的输出端与多尔蒂功率放大器的输出端相对应，所述辅助功放模块2的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端之间串联连接有相移模块4；所述并联连接的主功放模块1和辅助功放模块2的输入端与多尔蒂功率放大器的总输入端间还串联连接基于高温超导材料的用于控制功率比和抑制谐波的功分器模块。其中阻抗变换模块3具有90°相移，作用为当辅助功放模块2工作时，将主功放模块1的视在阻抗减小；相移模块4也具有90°相移，使主功放模块1与辅助功放模块2并联的两路之间具有90°的相位差。
本发明基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器中采用超导材料结构加入到功分模块5当中，通过改变通过改变超导材料的直流偏压，就能够调整功分器的传输损耗，改变功分器的功率分配比，使更多功率输入C类辅助功放，提高效率。同时还具有滤波功能，提高辅助功放的线性度。进而提高整个多尔蒂基站功率放大器的效率和线性度。
如图2～3所示，所述超导材料结构输入端和输出端都包括对称的两个叉指结构6，位于中间的两个叉指结构6通入可调的直流偏压。在本实施例中，超导结构包括四个超导叉指结构6，通过四个超导叉指结构6的耦合作用，同时通过给超导材料单元不同的直流供电，实现对双模滤波器的奇偶模的调谐。
所述叉指结构6包括左叉指结构和右叉指结构，所述左叉指结构和右叉指结构都包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元61，且多个相互平行的第一条状叉指单元之间通过一个与第一条状叉指单元相互垂直的第一条状微带线62连接；所述第二叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元611，且多个相互平行的第二条状叉指单元之间通过一个与第二条状叉指单元相互垂直的第二条状微带线612连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；左叉指结构和右叉指结构的末端连接。
所述多尔蒂功率放大器的主功放模块1、辅助功放模块2、阻抗变换模块3和相移模块4设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切为≤10-3；所述超导材料结构的基板采用介电常数为9.8，且厚度为0.500mm的氧化镁材料，介质采用介电常数为260(-65℃～-70℃时)且厚度为500nm的钇钡铜氧薄膜超导材料。
在本实施例中，左叉指结构和右叉指结构等效为可变电容。
该结构的每个单元包括上下2个交指微带传输线等效为可变电容，叉指的长度为l，宽度为w，间隙为s，叉指结构总长度为W2。
当通带中心频率是2.6GHz左右，基板采用介电常数为9.8，且厚度为0.500mm的氧化镁材料，介质采用介电常数为260(-65℃～-70℃时)且厚度为500nm的钇钡铜氧薄膜超导材料，直流供电电压9～22伏调整。通过仿真确定超导结构的内部参数初值分别是，X＝2.35mm，H＝3.28mm，L1＝4.40mm，W1＝2.11mm，L2＝5.70mm，W2＝1.24mm，L3＝3.96mm，l＝0.83mm，w＝0.32mm，s＝0.18mm。
本发明利用超导材料结构的电磁带隙特性、慢波效应和高温超导特性，通过调整超导材料的长度、宽度、间隙和叉指结构的间距，就可以得到所需要的相位，并能工作于极寒地区。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，其特征在于：包括总输入端、总输出端以及并联连接的主功放模块和辅助功放模块，所述主功放模块的输入端与总输入端连接，所述主功放模块的输出端与总输出端间串联有阻抗变换模块，所述辅助功放模块的输入端与总输入端件串联有相移模块，所述辅助功放模块的输出端与总输出端连接；所述并联连接的主功放模块和辅助功放模块的输入端与总输入端间还串联有基于高温超导材料的用于控制功率比和抑制谐波的功分模块。
2.根据权利要求1所述的基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，其特征在于：所述功分模块的输入端与输出端均包括有对称的两个叉指结构，位于中间的两个叉指结构通入可调的直流偏压，所述叉指结构包括左叉指结构和右叉指结构，所述左叉指结构和右叉指结构均包括第一叉指部分和第二叉指部分；所述第一叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第一条状叉指单元，且多个相互平行的第一条状叉指单元之间通过一个与第一条状叉指单元相互垂直的第一条状微带线连接；所述第二叉指部分包括多个相互平行且均匀排列的第二条状叉指单元，且多个相互平行的第二条状叉指单元之间通过一个与第二条状叉指单元相互垂直的第二条状微带线连接；所述第一条状叉指部分与第二条状叉指部分两两交错排列；左叉指结构和右叉指结构的末端连接；通过四个叉指结构的耦合作用，同时通过给超导材料单元不同的直流供电，实现对双模滤波器的奇偶模的调谐。
3.根据权利要求1所述的基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，其特征在于：所述主功放模块、辅助功放模块、阻抗变换模块和相移模块设置于厚度为0.254mm的介质基板上，所述介质基板的介电常数范围为2～5，损耗角正切≤10-3。
4.根据权利要求1所述的基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，其特征在于：所述功分模块的基板采用介电常数为9.8，且厚度为0.500mm的氧化镁材料，介质采用在-65℃～-70℃时介电常数为260且厚度为500nm的钇钡铜氧薄膜超导材料。
5.根据权利要求1所述的基于超导材料的极寒地区多尔蒂基站功率放大器，其特征在于：所述阻抗变换模块具有90°相移，作用为当辅助功放模块工作时，将主功放模块的视在阻抗减小；相移模块也具有90°相移，使主功放模块与辅助功放模块并联的两路之间具有90°的相位差。
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