CN114024515A - 一种双模功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双模功率放大器,双模功率放大器包括程控电源、第一末级放大器、第二末级放大器、驱动级放大器、第一宽带大功率电桥、第二宽带大功率电桥、控制与通信单元和受控射频源;控制与通信单元分别与受控射频源、程控电源、驱动级放大器、第一末级放大器和第二末级放大器电性连接;程控电源分别与驱动级放大器、第一末级放大器和第二末级放大器电性相连;受控射频源经驱动级放大器与第一宽带大功率电桥电性连接;第一宽带大功率电桥分别经第一末级放大器和第二末级放大器与第二宽带大功率电桥相连,并由所述第二宽带大功率电桥完成射频输出。可同时高效率的实现高峰值功率脉冲工作和高平均功率连续波工作。

Description

一种双模功率放大器
技术领域
本发明属于多功能功率放大器设计领域,具体涉及一种适用于可重构多功能射频系统的脉冲和连续波双工作模式固态功率放大器。
背景技术
GaN固态功率放大器功率密度大,击穿电压高,可以实现大功率的输出,但是由于散热能力的限制,脉冲功率放大器难以工作于连续波模式。若脉冲功率放大器工作于连续波模式,需要进行功率回退,在这样的使用条件下功率放大器的效率会急剧降低,难以满足系统要求。若采用连续波放大器输入脉冲信号来实现脉冲输出,这样又不能充分挖掘GaN固态功率放大器功率密度大、击穿电压高的优点,将导致系统复杂,成本上升。
论文“高效率和大功率氮化镓半导体放大器研究”中,其实现的GaN功率放大器在整个工作频率内,脉冲模式输出功率高于80W、功率附加效率高于70%,连续波模式输出功率大于50W、功率附加效率高于60%。其脉冲和连续波输出功率不同主要由于在连续波模式下沟道温度上升而导致输出功率下降,其并不能在保持效率的情况下实现更大范围的功率变化要求。
专利“一种工作模式可切换的功率放大器”中,其在脉冲工作时,开关断开,大功率脉冲放大器工作,在连续波工作时,开关闭合,大功率脉冲放大器关电,小功率连续波放大器工作。其本质是在不同工作模式下通过开关来选择不同的通道来实现,不同的通道实现不同的功能。
论文“微波毫米波GaN功率MMIC技术研究”中,采用开关管融合设计的脉冲和连续波双模功率放大器,其把开关管作为匹配电路融合到输出匹配电路中,但是其本质仍然是在不同工作模式下通过开关选择两个不同的通道来实现。而且由于开关制造工艺的限制,目前其难以实现平均功率数百瓦量级的大功率双模功率放大器。
对于通过与供电电源配合,通过改变漏极供电电压,同一个功率放大器实现高峰值功率脉冲和高平均功率连续波双模式工作的方式未见公开。
发明内容
本发明的目的在于,为解决可重构多功能射频系统中,脉冲工作时要求固态功率放大器输出高峰值功率脉冲信号,连续波工作时要求固态功率放大器输出高平均功率连续波信号的难题,提供了一种双模功率放大器。
本发明目的通过下述技术方案来实现:
一种双模功率放大器,所述双模功率放大器包括程控电源、第一末级放大器、第二末级放大器、驱动级放大器、第一宽带大功率电桥、第二宽带大功率电桥、控制与通信单元和受控射频源;其中,所述控制与通信单元分别与受控射频源、程控电源、驱动级放大器、第一末级放大器和第二末级放大器电性连接;且所述程控电源分别与驱动级放大器、第一末级放大器和第二末级放大器电性相连;所述受控射频源经驱动级放大器与第一宽带大功率电桥电性连接;所述第一宽带大功率电桥分别经第一末级放大器和第二末级放大器与第二宽带大功率电桥相连,并由所述第二宽带大功率电桥完成射频输出。
根据一个优选的实施方式,所述程控电源基于接受的控制与通信单元下发的输出电源指令,完成电压输出。
根据一个优选的实施方式,当进行脉冲工作,程控电源被设置为输出脉冲工作电压;当进行连续波工作,程控电源被设置为输出连续波工作电压。
根据一个优选的实施方式,当所述程控电源输出脉冲工作电压时,受控射频源基于控制与通信单元的控制输出脉冲信号。
根据一个优选的实施方式,当程控电源输出连续波工作电压时,受控射频源基于控制与通信单元的控制输出连续波信号。
根据一个优选的实施方式,所述控制与通信单元被设置为对发出的控制命令进行时序嵌套。
根据一个优选的实施方式,所述第一末级放大器、第二末级放大器、驱动级放大器、第一宽带大功率电桥和第二宽带大功率电桥基于应用的频带和输出功率选择确定。
根据一个优选的实施方式,所述受控射频源基于应用的频带和应用场景选择确定。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案,均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合,均为本发明所要保护的技术方案,在此不做穷举。
本发明的有益效果:本发明双模功率放大器应用于可重构多功能射频系统中,可重构多功能射频系统可以实现高峰值功率脉冲工作也可以实现高平均功率连续波工作。同时,在两种工作模式下,固态功率放大器都处于饱和工作状态,效率都较高,可以极大的减小系统散热压力。
附图说明
图1是本发明双模功率放大器的原理框图;
图2是本发明实施例中两种模式输出功率测试结果;
图3是本发明实施例中两种模式下输出效率测试结果。
其中,1-程控电源,2-第一末级放大器,3-第二末级放大器,4-驱动级放大器,5-第一宽带大功率电桥,6-第二宽带大功率电桥,7-控制与通信单元,8-受控射频源。
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。需说明的是,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。
在本发明的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示,本发明公开了一种双模功率放大器,所述双模功率放大器包括程控电源1、第一末级放大器2、第二末级放大器3、驱动级放大器4、第一宽带大功率电桥5、第二宽带大功率电桥6、控制与通信单元7和受控射频源8。
其中,所述控制与通信单元7分别与受控射频源8、程控电源1、驱动级放大器4、第一末级放大器2和第二末级放大器3电性连接。且所述程控电源1分别与驱动级放大器4、第一末级放大器2和第二末级放大器3电性相连。
所述受控射频源8经驱动级放大器4与第一宽带大功率电桥5电性连接。所述第一宽带大功率电桥5分别经第一末级放大器2和第二末级放大器3与第二宽带大功率电桥6相连,并由所述第二宽带大功率电桥6完成射频输出。
本发明双模功率放大器中采用第一宽带大功率电桥5和第二宽带大功率电桥6双电桥实现平衡式放大器,有助于改善由于负载阻抗不匹配导致的负载牵引效应,还可以实现功率合成。
优选地,控制与通信单元7接收上位机指令后,根据指令对程控电源7下发输出相应电压的指令。所述程控电源1基于接受的控制与通信单元7下发的输出电源指令,完成电压输出。
具体地,当进行脉冲工作,程控电源1被设置为输出脉冲工作电压;当进行连续波工作,程控电源1被设置为输出连续波工作电压。
同时,为了避免驱动级放大器4、第一末级放大器2和第二末级放大器3在程控电源1输出脉冲工作电压时输入连续波信号而导致过热烧毁,控制与通信单元7还需要对受控射频源8进行控制,使其输出信号与程控电源1的输出电压对应。
具体地,当所述程控电源1输出脉冲工作电压时,受控射频源8基于控制与通信单元7的控制输出脉冲信号。当程控电源1输出连续波工作电压时,受控射频源8基于控制与通信单元7的控制输出连续波信号。
同时,脉冲工作时,控制与通信单元7还兼顾对驱动级放大器4、第一末级放大器2和第二末级放大器3进行加电控制。
优选地,所述控制与通信单元7被设置为对发出的控制命令进行时序嵌套。从而避免了时序紊乱而导致驱动级放大器4、第一末级放大器2和第二末级放大器3过热烧毁。
优选地,所述第一末级放大器2、第二末级放大器3、驱动级放大器4、第一宽带大功率电桥5和第二宽带大功率电桥6基于应用的频带和输出功率选择确定。所述受控射频源8基于应用的频带和应用场景选择确定。
本发明的实施过程包括:
系统要求进行脉冲工作时,下发命令至控制与通信单元7,控制与通信单元2解析命令后控制程控电源1输出脉冲工作电压,控制受控射频源8输出脉冲信号,从而整个双模固态功率放大器实现脉冲信号功率输出。
系统要求进行连续波工作时,下发命令至控制与通信单元7,控制与通信单元7解析命令后控制程控电源1输出连续波工作电压,控制受控射频源8输出连续波信号,从而整个双模固态功率放大器实现连续波功率输出。
因此,双模功率放大器应用于可重构多功能射频系统中,可重构多功能射频系统可以实现高峰值功率脉冲工作也可以实现高平均功率连续波工作。同时,在两种工作模式下,固态功率放大器都处于饱和工作状态,效率都较高,可以极大的减小系统散热压力。
实施例1:
在某项目的U波段双模固态功率放大器中进行了本发明双模功率放大器的实例应用。其原理框图如图1所示。
本发明实施实例中,程控电源1可以实现+20V~+42V连续可调,第一末级放大器2、第二末级放大器3、驱动级放大器4、第一宽带大功率电桥5、第二宽带大功率电桥6都采用满足频段和功率要求的器件实现。受控射频源8采用高速DA实现。
在系统要求进行脉冲工作时,程控电源1输出电压为+42V,在系统要求进行连续波工作时,程控电源输出电压为+26V。对其输出点频信号进行输出功率和输出效率进行测试,脉冲信号的占空比为20%,其各频点的输出功率见图2,其各频点的输出效率见图3。
从图2中可以看出,其可以实现高峰值功率脉冲输出和高平均功率连续波输出,适用于可重构多功能射频系统应用。从图3中可以看出,固态功率放大器在两种工作模式下,其效率典型值都大于60%,可以有效的减轻系统散热压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双模功率放大器,其特征在于,所述双模功率放大器包括程控电源(1)、第一末级放大器(2)、第二末级放大器(3)、驱动级放大器(4)、第一宽带大功率电桥(5)、第二宽带大功率电桥(6)、控制与通信单元(7)和受控射频源(8);
其中,所述控制与通信单元(7)分别与受控射频源(8)、程控电源(1)、驱动级放大器(4)、第一末级放大器(2)和第二末级放大器(3)电性连接;且所述程控电源(1)分别与驱动级放大器(4)、第一末级放大器(2)和第二末级放大器(3)电性相连;
所述受控射频源(8)经驱动级放大器(4)与第一宽带大功率电桥(5)电性连接;所述第一宽带大功率电桥(5)分别经第一末级放大器(2)和第二末级放大器(3)与第二宽带大功率电桥(6)相连,并由所述第二宽带大功率电桥(6)完成射频输出。
2.如权利要求1所述的双模功率放大器,其特征在于,所述程控电源(7)基于接受的控制与通信单元(7)下发的输出电源指令,完成电压输出。
3.如权利要求2所述的双模功率放大器,其特征在于,当进行脉冲工作,程控电源(1)被设置为输出脉冲工作电压;当进行连续波工作,程控电源(1)被设置为输出连续波工作电压。
4.如权利要求3所述的双模功率放大器,其特征在于,当所述程控电源(1)输出脉冲工作电压时,受控射频源(8)基于控制与通信单元(7)的控制输出脉冲信号。
5.如权利要求3所述的双模功率放大器,其特征在于,当程控电源(1)输出连续波工作电压时,受控射频源(8)基于控制与通信单元(7)的控制输出连续波信号。
6.如权利要求1所述的双模功率放大器,其特征在于,所述控制与通信单元(7)被设置为对发出的控制命令进行时序嵌套。
7.如权利要求1所述的双模功率放大器,其特征在于,所述第一末级放大器(2)、第二末级放大器(3)、驱动级放大器(4)、第一宽带大功率电桥(5)和第二宽带大功率电桥(6)基于应用的频带和输出功率选择确定。
8.如权利要求1所述的双模功率放大器,其特征在于,所述受控射频源(8)基于应用的频带和应用场景选择确定。
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