CN111316564A - 功率放大器系统 - Google Patents
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Abstract
在本发明中,提供了一种功率放大器系统,其在高功率和高效率的窄带或宽带上工作。所述功率放大器系统包括至少一个高功率放大器(2);至少一条连接线(4);至少一个输入块(1),其从输入端(I)接收至少一个信号,输入块连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),将接收到的信号发送到高功率放大器(2)或连接线(4),并放大发送到连接线(4)的信号的功率;和至少一个高功率非对称输出开关(3),其连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),并将来自所述高功率放大器(2)和连接线(4)的信号发送到输出端(O)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于放大不同电信号的功率的功率放大器。
背景技术
功率放大器用于放大诸如射频信号等不同电信号的功率。所述功率放大器用于雷达、干扰器、无线通信和成像等各种领域。因此,功率放大器在国防工业中尤为重要。
第一个功率放大器是在20世纪20年代左右开发的,包括用于放大目的的真空管。尽管这种真空管功率放大器仍在使用,但现在,由半导体器件组成的固态功率放大器因其性能和尺寸优势而越来越受欢迎。半导体技术的改进提高了固态功率放大器的性能。然而,目前的功率放大器仍然缺乏性能,特别是不能以高性能的宽带工作。换句话说,当放大器的带宽增加时,系统的输出功率、效率和增益性能会降低。
在已知技术中,功率放大器以窄带高功率或宽带低功率工作。因此,当需要宽带高功率需求时,不能使用这种功率放大器。此外,在已知技术中,有组合功率放大器,其包括两个放大器在不同的频带工作和一个开关控制所述放大器。在这些应用中,所述开关根据输入信号激活一个放大器。因此,針對不同的系统需求(如所需的频带),激活不同的放大器,增加功率放大器的工作频带。然而,由于所述应用使用标准开关,因此在高功率模式下不能提供低损耗和最佳阻抗,在低功率模式下不能提供宽带。因此,由于使用标准开关,可能会出现由于系统阻抗不理想而导致的频率带宽不足、损耗大、功率/效率模式性能损耗等缺点。
发明内容
在本发明中,提供了一种功率放大器系统,其在高功率和高效率的窄带或低功率的宽带上工作。所述功率放大器系统包括至少一个高功率放大器;至少一条连接线;至少一个输入块,其从输入端接收至少一个信号,输入块连接到所述高功率放大器和连接线,将接收到的信号发送到高功率放大器或连接线,并放大发送到连接线的信号的功率;和至少一个高功率非对称输出开关,其连接到所述高功率放大器和连接线,并将来自所述高功率放大器和连接线的信号发送到输出端。
在本申请中,通过一起使用输入块、高功率放大器、高功率非对称输出开关和连接线,功率放大器系统能够在高功率和高效率的窄带或低输出功率的宽带中工作。因此,根据系统需要,在放大输入信号的同时,不降低窄带模式的输出功率和效率,也不降低宽带模式的带宽。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种用于放大不同电信号的功率的功率放大器系统。
本发明的另一个目的是提供一种功率放大器系统,其在高功率和高效率的窄带上工作,或者以降低的输出功率和降低的总功率消耗在宽带上工作。
附图说明
图1是本申请的功率放大器的框图。
图2是本申请的功率放大器的替代实施例的框图。
图3是本申请的功率放大器的另一替代实施例的框图。
图4是本申请的功率放大器的另一替代实施例的框图。
图中所示的所有零件均单独分配了附图标号,这些标号的相应术语如下:
信号输入端(I)
信号输出端(O)
输入块(1)
第一放大器元件(1a)
第四开关元件(1b)
第五开关元件(1c)
第六开关元件(1d)
第七开关元件(1e)
高功率放大器(2)
第二放大器元件(2a)
高功率非对称输出开关(3)
第一匹配网络(3a)
第二匹配网络(3b)
第三匹配网络(3c)
第一开关元件(3d)
第二开关元件(3e)
第三开关元件(3f)
连接线(4)
平衡线(5)
具体实施方式
功率放大器用于不同的电子设备中,以放大不同信号的功率电平。所述功率放大器通常使用半导体器件进行放大。由于硬件限制,功率放大器无法同时在高功率、高效率和平坦增益的宽带上工作。因此,在本申请中,根据系统要求,提供了一种在高功率、高效率的窄带或宽带上工作的功率放大器系统。
在图1-4中示出了本发明的功率放大器系统的示例性视图,该系统包括至少一个高功率放大器(2);至少一条连接线(4);至少一个输入块(1),其从输入端(I)接收至少一个信号,输入块连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),将接收到的信号发送到高功率放大器(2)或连接线(4),并放大发送到连接线(4)的信号的功率;至少一个高功率非对称输出开关(3),其连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),并将来自所述高功率放大器(2)和连接线(4)的信号发送到输出端(O)。本发明的功率放大器系统还可包括至少一个控制单元,用于控制输入块(1)和高功率非对称输出开关(3)的操作。可替代地,输入块(1)和高功率非对称输出开关(3)的操作可由使用功率放大器系统的系统来控制。
在本申请的示例性实施例中,输入块(1)接收来自输入端(I)的输入信号。根据输入信号的特性(例如频率)和系统需求,所述输入块(1)将输入信号导向高功率放大器(2)或连接线(4)。所述高功率放大器(2)提供窄带、高效率和高功率输出。因此,当需要具有高功率效率的窄带时,输入信号被发送到高功率放大器(2),而当需要宽带时,输入信号被发送到连接线(4)。来自高功率放大器(2)或连接线(4)的信号到达高功率非对称输出开关(3)。所述高功率非对称输出开关(3)将来自高功率放大器(2)或连接线(4)的信号发送到输出端(O)。根据本申请,由于从输入端(I)接收的信号根据系统要求被放大,因此从输出端(O)能够接收到放大信号。
在本申请的一个优选实施例中,所述高功率非对称输出开关(3)包括至少一个第一匹配网络(3a),其连接到所述连接线(4);至少一个第一开关元件(3d),其连接在第一匹配网络(3a)与地之间,并控制第一匹配网络(3a)与地之间的连接;至少一个第二开关元件(3e),其连接在第一匹配网络(3a)与输出端(O)之间,并控制第一匹配网络(3a)与输出端(O)之间的连接;至少一个第二匹配网络(3b),其连接到高功率放大器(2);至少一个第三开关元件(3f),其连接在第二匹配网络(3b)与地之间,并控制第二匹配网络(3b)与地之间的连接;至少一个第三匹配网络(3c),其将第二匹配网络(3b)连接到输出端(O)。在该实施例中,当从高功率放大器(2)接收到放大信号时,第一开关元件(3d)、第二开关元件(3e)和第三开关元件(3f)使高功率放大器(2)和输出端(O)之间能够连接,并禁用连接线(4)和输出端(O)之间的连接。类似地,当从连接线(4)接收到放大信号时,第一开关元件(3d)、第二开关元件(3e)和第三开关元件(3f)使连接线(4)和输出端(O)之间能够连接,并禁用高功率放大器(2)和输出端(O)之间的连接。在这些情况下,第一匹配网络(3a)、第二匹配网络(3b)和第三匹配网络(3c)确保从输出端(O)看到的阻抗保持相同。因此,系统的阻抗要求既满足窄带、高功率模式又满足宽带模式。
图3和图4中给出了本申请的两个替代实施例。在这些实施例中,输入块(1)的结构与具有反向连接的输出块(2)相同。换句话说,输入块(1)包括至少一个第一匹配网络(3a),连接到所述高功率放大器(2);至少一个第一开关元件(3d),其连接在第一匹配网络(3a)与地之间,并控制第一匹配网络(3a)与地之间的连接;至少一个第二开关元件(3e),其连接在第一匹配网络(3a)与输入端(I)之间,并控制第一匹配网络(3a)与输入端(I)之间的连接;至少一个第二匹配网络(3b),连接到连接线(4);至少一个第三开关元件(3f),其连接在第二匹配网络(3b)与地之间,并控制第二匹配网络(3b)与地之间的连接;至少一个第三匹配网络(3c),其将第二匹配网络(3b)连接到输入端(I)。如图3所示,所述输入块(1)还包括至少一个第一放大器元件(1a),连接在输入端(I)与第三匹配网络(3c)之间。替代地,如图4所示,输入块(1)还包括至少一个第一放大器元件(1a),连接在第二匹配网络(3b)与连接线(4)之间,以及至少一条平衡线(5)(优选具有50欧姆特性阻抗的线)在第一匹配网络(3a)和高功率放大器(2)之间。
在图1所示的本申请的另一优选实施例中,所述输入块(1)包括至少一个第一放大器元件(1a),其连接到连接线(4);至少一个第四开关元件(1b),其控制输入端(I)与第一放大器元件(1a)之间的连接;至少一个第五开关元件(1c),其控制输入端(I)与高功率放大器(2)之间的连接。在该实施例中,当需要窄带高功率模式时,来自输入端(I)的信号只发送到高功率放大器(2)。因此,来自输入端(I)的信号被高功率放大器放大。类似地,当需要宽带模式时,来自输入端(I)的信号只发送到连接线(4)。因此,来自输入端(I)的信号被第一放大器元件(1a)放大,并通过连接线(4)发送到高功率非对称输出开关(3)。
在图2所示的本申请的替代实施例中,所述输入块(1)包括至少一个第一放大器元件(1a),其连接到输入端(I);至少一个第六开关元件(1d),其控制第一放大器元件(1a)与高功率放大器(2)之间的连接;至少一个第七开关元件(1e),其控制第一放大器元件(1a)与连接线(4)之间的连接。在该实施例中,来自输入端(I)的信号首先被第一放大器元件(1a)放大,并且根据系统要求,将放大信号发送到高功率放大器(2)或连接线(4)。在该实施例中,高功率非对称输出开关(3)的结构优选与图1所示的实施例相同。
在本申请的另一优选实施例中,高功率放大器(2)包括至少一个第二放大器元件(2a)。在该实施例中,所述第二放大器元件(2a)适合于以窄带、高功率和高效率来放大信号。因此,高功率放大器(2)满足了系统的窄带、高功率和高效率的要求。
在本申请的另一优选实施例中,第一放大器元件(1a)适合于放大宽带信号(例如,以HEMT的形式)。因此,输入块(1)满足了系统的宽带要求。
在本申请的另一优选实施例中,输入块(1)、高功率放大器(2)、高功率非对称输出开关(3)和连接线(4)是离散元件。在本申请的替代实施例中,功率放大器系统为单芯片形式。换句话说,输入块(1)、高功率放大器(2)、高功率非对称输出开关(3)和连接线(4)置于单个芯片上。
在本申请中,通过一起使用输入块(1)、高功率放大器(2)、高功率非对称输出开关(3)和连接线(4),功率放大器系统能够在高功率效率的窄带或宽带中运行。因此,根据系统需要,在放大输入信号的同时,不降低窄带模式的输出功率和效率,也不降低宽带模式的带宽。
Claims (10)
1.一种用于放大电信号的功率的功率放大器系统,其特征在于,包括:
-至少一个高功率放大器(2);
-至少一条连接线(4);
-至少一个输入块(1),其从输入端(I)接收至少一个信号,所述输入块连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),将接收到的信号发送到高功率放大器(2)或连接线(4),并放大发送到所述连接线(4)的信号的功率;和
-至少一个高功率非对称输出开关(3),其连接到所述高功率放大器(2)和连接线(4),并将来自所述高功率放大器(2)和连接线(4)的信号发送到输出端(O)。
2.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其特征在于:所述高功率非对称输出开关(3)包括至少一个第一匹配网络(3a),连接到所述连接线;至少一个第一开关元件(3d),其连接在所述第一匹配网络(3a)与地之间,并控制所述第一匹配网络(3a)与地之间的连接;至少一个第二开关元件(3e),其连接在所述第一匹配网络(3a)与输出端(O)之间,并控制所述第一匹配网络(3a)与输出端(O)之间的连接;至少一个第二匹配网络(3b),连接到高功率放大器(2);至少一个第三开关元件(3f),其连接在所述第二匹配网络(3b)与地之间,并控制所述第二匹配网络(3b)与地之间的连接;至少一个第三匹配网络(3c),其将第二匹配网络(3b)连接到所述输出端(O)。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大器系统,其特征在于:所述输入块(1)包括至少一个第一匹配网络(3a),连接到所述高功率放大器(2);至少一个第一开关元件(3d),其连接在所述第一匹配网络(3a)与地之间,并控制所述第一匹配网络(3a)与地之间的连接;至少一个第二开关元件(3e),其连接在所述第一匹配网络(3a)与输入端(I)之间,并控制所述第一匹配网络(3a)与输入端(I)之间的连接;至少一个第二匹配网络(3b),连接到连接线(4);至少一个第三开关元件(3f),其连接在所述第二匹配网络(3b)与地之间,并控制所述第二匹配网络(3b)与地之间的连接;至少一个第三匹配网络(3c),其将第二匹配网络(3b)连接到所述输入端(I)。
4.根据权利要求3所述的功率放大器系统,其特征在于:输入块(1)还包括至少一个第一放大器元件(1a),连接在所述输入端(I)与第三匹配网络(3c)之间。
5.根据权利要求3所述的功率放大器系统,其特征在于:输入块(1)还包括至少一个第一放大器元件(1a),连接在所述第二匹配网络(3b)和连接线(4)之间,以及至少一条平衡线(5)在所述第一匹配网络(3a)和高功率放大器(2)之间。
6.根据权利要求1或2所述的功率放大器系统,其特征在于:所述输入块(1)包括至少一个第一放大器元件(1a),其连接到连接线(4);至少一个第四开关元件(1b),其控制所述输入端(I)与第一放大器元件(1a)之间的连接;至少一个第五开关元件(1c),其控制所述输入端(I)与高功率放大器(2)之间的连接。
7.根据权利要求1或2所述的功率放大器系统,其特征在于:所述输入块(1)包括至少一个第一放大器元件(1a),其连接到所述输入端(1);至少一个第六开关元件(1d),其控制第一放大器元件(1a)与高功率放大器(2)之间的连接;至少一个第七开关元件(1e),其控制第一放大器元件(1a)与所述连接线(4)之间的连接。
8.根据权利要求4-7所述的功率放大器系统,其特征在于:所述第一放大器元件(1a)为HEMT的形式。
9.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其特征在于:输入块(1)、高功率放大器(2)、高功率非对称输出开关(3)和连接线(4)是离散元件。
10.根据权利要求1所述的功率放大器系统,其特征在于:输入块(1)、高功率放大器(2)、高功率非对称输出开关(3)和连接线(4)置于单个芯片上。
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