CN114938209A - 一种高频宽带大功率功放器 - Google Patents

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朱宇航
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Abstract

本发明公开了一种高频宽带大功率功放器，包括功放驱动电路和功放末级电路，所述功放驱动电路包括级联的5级驱动功放芯片，所述功放末级驱动电路包括8个末级功率管、功分器和合路器，所述功分器的输入端连接功放驱动电路的信号输出端，功分器的输出端分别连接8个末级功率管的输入端，8个末级功率管的输出端分别连接合路器的输入端，本发明采用5级驱动功放芯片将输入信号逐级放大后，再通过功放末级输出电路将信号分为8路分别输入到8个末级功率管中，再经8个末级功率管放大后通过合路器将功率合成，最终达到500W的大功率输出，该功放器不仅具有电路结构简单体积较小的优点，同时还具有高效的功率放大能力。

Description

一种高频宽带大功率功放器
技术领域
本发明涉及功率放大技术领域，尤其涉及一种高频宽带大功率功放器。
背景技术
现有的射频功率放大器用于发射机的末级，其作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。射频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带射频功率放大器和宽带射频功率放大器两种，窄带射频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带射频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。目前的射频功率放大器设计不足之处在于体积大、效率低。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种高频宽带大功率功放器。
本发明通过以下技术方案实现：
一种高频宽带大功率功放器，包括功放驱动电路和功放末级电路，所述功放驱动电路包括级联的5级驱动功放芯片，所述功放末级驱动电路包括8个末级功率管、功分器和合路器，所述功分器的输入端连接功放驱动电路的信号输出端，功分器的输出端分别连接8个末级功率管的输入端，8个末级功率管的输出端分别连接合路器的输入端。
进一步的，所述射频信号输入端连接电容C11一端，电容C11另一端连接NC驱动功放芯片U1的2脚、电阻R3一端，电阻R3另一端连接U1的3脚，U1的5脚分别连接电感L1一端、电容C12一端，电感L1另一端分别连接电容C34一端、电容C43一端、电容C50一端、电感L8一端，电容C34另一端连接电容C43、电容C50另一端后接地，电感L8另一端分别连接电容C55一端、电容C56一端，电容C55、电容56另一端均接地，电容C12另一端分别连接电阻R4一端、电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接STCA0603NX温度补偿器U6的2脚、电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R4另一端后接地。
进一步的，所述U6的1脚连接电容C13一端，电容C13另一端分别连接电阻R6一端，XT3122驱动功放芯片U2的2脚，电阻R6另一端连接U2的3脚，U2的5脚分别连接电感L2一端、电容C19一端，电感L2另一端分别连接电容C35一端、电容C44一端、电容C51一端，电容C35、电容C44、电容C51另一端均接地，电容C19另一端分别连接电容C31一端、电阻R14一端、电感L6一端，电感L6另一端连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接电阻R16一端，电阻R16另一端连接电感L7一端，电感L7另一端分别连接电阻R14另一端、电容C31另一端、电容C20一端，电容C20另一端连接NC11677C812P1驱动功放芯片U3的1脚。
进一步的，所述U3的9脚分别连接电感L3一端、电容C14一端，电感L3另一端分别连接电容C36一端、电容C45一端、电容C52一端，电容C36、电容C45、电容C52另一端均接地，电容C14另一端分别连接电阻R2一端、电阻R7一端，电阻R7另一端分别连接电阻R8一端、电容C21一端、电容C22一端，电阻R8另一端分别连接电阻R2另一端、电容C21另一端、电容C22另一端、电容C1一端、电容C2一端、电容C3一端、电容C15一端，电容C1、电容C2、电容C3另一端均接地，电容C15另一端分别连接电阻R9一端、NC116137c-618p6驱动功放芯片U4的1脚，电阻R9另一端分别连接电容C32一端、电容C39一端、电容C46一端，电容C32、电容C39、电容C46另一端均接地。
进一步的，所述U4的3脚分别连接电感L4一端、电容C16一端高、电感L4另一端分别连接电容C37一端、电容C41一端、电容C48一端、电容C53的正极，电容C37、电容C41、电容C48另一端、电容C53的负极均接地，电容C16另一端分别连接电容C4一端、电容C5一端、电容C23一端、电容C24一端、电容C25一端、衰减芯片D10AA2Z4U12的1脚，电容C4、C5另一端均接地，电容C23、C24、C25另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U12的2脚分别连接电容C6一端、电容C7一端、电容C8一端、电阻R10一端、电容C26一端、电容C27一端、电容C17一端，电容C6、电容C7、电容C8另一端均接地，电阻R10、电容C26、电容C27另一端均接地，电容C17另一端分别连接电阻R11一端、WFDB80120-P47驱动功放芯片U5的1脚，电阻R11另一端分别连接电容C33一端、电容C40一端、电容C47一端，电容C33、电容C40、电容C47另一端均接地。
进一步的，所述U5的3脚分别连接电感L5一端、电容C18一端，电感L5另一端分别连接电容C38一端、电容C42一端、电容C49一端、电容C54的正极，电容C38、电容C42、电容C49另一端、电容C54的负极均接地，电容C18另一端分别连接电容C9一端、电容C10一端、电容C28一端、电容C29一端、电容C30一端、衰减芯片D10AA2Z4U13的1脚，电容C9、电容C10另一端均接地，电容C28、电容C29、电容C30另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U13的2脚连接功分器的信号输入端。
进一步的，还包括通信电路和信号处理电路，所述通信电路连接信号处理电路。
进一步的，还包括负压保护电路、正向功率检测电路、反向功率监测电路、电压电流检测电路和温度检测电路，正向功率检测电路、反向功率监测电路、电压电流检测电路和温度检测电路分别连接信号处理电路，负压保护电路、正向功率检测电路、反向功率监测电路、电压电流检测电路和温度检测电路分别连接功放驱动电路。
本发明的有益效果：
本发明采用5级驱动功放芯片将输入信号逐级放大后，再通过功放末级输出电路将信号分为8路分别输入到8个末级功率管中，再经8个末级功率管放大后通过合路器将功率合成，最终达到500W的大功率输出，该功放器不仅具有电路结构简单体积较小的优点，同时还具有高效的功率放大能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的功放驱动电路原理图；
图2为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的功放末级电路原理图；
图3为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的信号处理电路原理图；
图4为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的通信电路原理图；
图5为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的电源转换和驱动电路原理图一；
图6为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的电源转换和驱动电路原理图二；
图7为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的电压电流检测电路原理图；
图8为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的开关电路原理图；
图9为本发明提出的一种高频宽带大功率功放器的温度检测电路原理图。
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
参考图1-图2，一种高频宽带大功率功放器，包括功放驱动电路和功放末级电路，所述功放驱动电路包括5级驱动功放芯片，其中1级驱动功放芯片分别连接射频信号输入端…，所述功放末级驱动电路包括8个末级功率管、功分器和合路器，所述功分器的信号输入端连接功放驱动电路的信号输出端，功分器的信号输出端分别连接8个末级功率管的信号输入端，8个末级功率管的信号输出端分别连接合路器的信号输入端，功放驱动电路主要由五级驱动功放芯片组成，将输入的信号一级一级的逐步放大，最终信号放大后的最大输出功率可达+43dBm以上，功放末级部分主要由8只末级功率管组成，经驱动放大的信号通过功分器分为8路分别输入到8只末级功率管中，再经8只末级功率管放大后通过合路器将功率合成，最终达到500W的大功率输出。
进一步的，所述射频信号输入端连接电容C11一端，电容C11另一端连接NC驱动功放芯片U1的2脚、电阻R3一端，电阻R3另一端连接U1的3脚，U1的5脚分别连接电感L1一端、电容C12一端，电感L1另一端分别连接电容C34一端、电容C43一端、电容C50一端、电感L8一端，电容C34另一端连接电容C43、电容C50另一端后接地，电感L8另一端分别连接电容C55一端、电容C56一端，电容C55、电容56另一端均接地，电容C12另一端分别连接电阻R4一端、电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接STCA0603NX温度补偿器U6的2脚、电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R4另一端后接地。
进一步的，所述U6的1脚连接电容C13一端，电容C13另一端分别连接电阻R6一端，XT3122驱动功放芯片U2的2脚，电阻R6另一端连接U2的3脚，U2的5脚分别连接电感L2一端、电容C19一端，电感L2另一端分别连接电容C35一端、电容C44一端、电容C51一端，电容C35、电容C44、电容C51另一端均接地，电容C19另一端分别连接电容C31一端、电阻R14一端、电感L6一端，电感L6另一端连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接电阻R16一端，电阻R16另一端连接电感L7一端，电感L7另一端分别连接电阻R14另一端、电容C31另一端、电容C20一端，电容C20另一端连接NC11677C812P1驱动功放芯片U3的1脚。
进一步的，所述U3的9脚分别连接电感L3一端、电容C14一端，电感L3另一端分别连接电容C36一端、电容C45一端、电容C52一端，电容C36、电容C45、电容C52另一端均接地，电容C14另一端分别连接电阻R2一端、电阻R7一端，电阻R7另一端分别连接电阻R8一端、电容C21一端、电容C22一端，电阻R8另一端分别连接电阻R2另一端、电容C21另一端、电容C22另一端、电容C1一端、电容C2一端、电容C3一端、电容C15一端，电容C1、电容C2、电容C3另一端均接地，电容C15另一端分别连接电阻R9一端、NC116137c-618p6驱动功放芯片U4的1脚，电阻R9另一端分别连接电容C32一端、电容C39一端、电容C46一端，电容C32、电容C39、电容C46另一端均接地。
进一步的，所述U4的3脚分别连接电感L4一端、电容C16一端高、电感L4另一端分别连接电容C37一端、电容C41一端、电容C48一端、电容C53的正极，电容C37、电容C41、电容C48另一端、电容C53的负极均接地，电容C16另一端分别连接电容C4一端、电容C5一端、电容C23一端、电容C24一端、电容C25一端、衰减芯片D10AA2Z4U12的1脚，电容C4、C5另一端均接地，电容C23、C24、C25另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U12的2脚分别连接电容C6一端、电容C7一端、电容C8一端、电阻R10一端、电容C26一端、电容C27一端、电容C17一端，电容C6、电容C7、电容C8另一端均接地，电阻R10、电容C26、电容C27另一端均接地，电容C17另一端分别连接电阻R11一端、WFDB80120-P47驱动功放芯片U5的1脚，电阻R11另一端分别连接电容C33一端、电容C40一端、电容C47一端，电容C33、电容C40、电容C47另一端均接地。
进一步的，所述U5的3脚分别连接电感L5一端、电容C18一端，电感L5另一端分别连接电容C38一端、电容C42一端、电容C49一端、电容C54的正极，电容C38、电容C42、电容C49另一端、电容C54的负极均接地，电容C18另一端分别连接电容C9一端、电容C10一端、电容C28一端、电容C29一端、电容C30一端、衰减芯片D10AA2Z4U13的1脚，电容C9、电容C10另一端均接地，电容C28、电容C29、电容C30另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U13的2脚连接功分器的信号输入端。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上提出一种高频宽带大功率功放器的信号处理及通信电路
参考图3-图4，信号处理及通信部分主要由单片机和串口芯片组成，采集的数据输入到单片机经单片机处理后通过串口芯片同计算机进行通信交互。
实施例3
参考图5-图8，本实施例在实施例1的基础上提出一种高频宽带大功率功放器的功能部分电路。
负压保护电路：当有负压时功放管漏极接通+28电源，当负压消失时功放管漏极与+28V断开。
正向功率检测电路：通过耦合器将正向信号耦合后输入到检波器检波，经检波器检波后输出实时检波电压。
反向功率检测电路：通过耦合器将反向信号耦合后输入到检波器检波，经检波器检波后输出实时检波电压。
电流检测：通过电源输入端串入的采样电阻经采样芯片处理后实时输出采样电压.
电压检测：通过电压采样芯片将实时电压采样后输出。
温度检测电路：通过温度检测芯片将温度信息实时采样输出。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，包括功放驱动电路和功放末级电路，所述功放驱动电路包括级联的5级驱动功放芯片，所述功放末级驱动电路包括8个末级功率管、功分器和合路器，所述功分器的输入端连接功放驱动电路的信号输出端，功分器的输出端分别连接8个末级功率管的输入端，8个末级功率管的输出端分别连接合路器的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，所述射频信号输入端连接电容C11一端，电容C11另一端连接NC驱动功放芯片U1的2脚、电阻R3一端，电阻R3另一端连接U1的3脚，U1的5脚分别连接电感L1一端、电容C12一端，电感L1另一端分别连接电容C34一端、电容C43一端、电容C50一端、电感L8一端，电容C34另一端连接电容C43、电容C50另一端后接地，电感L8另一端分别连接电容C55一端、电容C56一端，电容C55、电容56另一端均接地，电容C12另一端分别连接电阻R4一端、电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接STCA0603NX温度补偿器U6的2脚、电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R4另一端后接地。
3.根据权利要求2所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，所述U6的1脚连接电容C13一端，电容C13另一端分别连接电阻R6一端，XT3122驱动功放芯片U2的2脚，电阻R6另一端连接U2的3脚，U2的5脚分别连接电感L2一端、电容C19一端，电感L2另一端分别连接电容C35一端、电容C44一端、电容C51一端，电容C35、电容C44、电容C51另一端均接地，电容C19另一端分别连接电容C31一端、电阻R14一端、电感L6一端，电感L6另一端连接电阻R15一端，电阻R15另一端连接电阻R16一端，电阻R16另一端连接电感L7一端，电感L7另一端分别连接电阻R14另一端、电容C31另一端、电容C20一端，电容C20另一端连接NC11677C812P1驱动功放芯片U3的1脚。
4.根据权利要求3所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，所述U3的9脚分别连接电感L3一端、电容C14一端，电感L3另一端分别连接电容C36一端、电容C45一端、电容C52一端，电容C36、电容C45、电容C52另一端均接地，电容C14另一端分别连接电阻R2一端、电阻R7一端，电阻R7另一端分别连接电阻R8一端、电容C21一端、电容C22一端，电阻R8另一端分别连接电阻R2另一端、电容C21另一端、电容C22另一端、电容C1一端、电容C2一端、电容C3一端、电容C15一端，电容C1、电容C2、电容C3另一端均接地，电容C15另一端分别连接电阻R9一端、NC116137c-618p6驱动功放芯片U4的1脚，电阻R9另一端分别连接电容C32一端、电容C39一端、电容C46一端，电容C32、电容C39、电容C46另一端均接地。
5.根据权利要求4所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，所述U4的3脚分别连接电感L4一端、电容C16一端高、电感L4另一端分别连接电容C37一端、电容C41一端、电容C48一端、电容C53的正极，电容C37、电容C41、电容C48另一端、电容C53的负极均接地，电容C16另一端分别连接电容C4一端、电容C5一端、电容C23一端、电容C24一端、电容C25一端、衰减芯片D10AA2Z4U12的1脚，电容C4、C5另一端均接地，电容C23、C24、C25另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U12的2脚分别连接电容C6一端、电容C7一端、电容C8一端、电阻R10一端、电容C26一端、电容C27一端、电容C17一端，电容C6、电容C7、电容C8另一端均接地，电阻R10、电容C26、电容C27另一端均接地，电容C17另一端分别连接电阻R11一端、WFDB80120-P47驱动功放芯片U5的1脚，电阻R11另一端分别连接电容C33一端、电容C40一端、电容C47一端，电容C33、电容C40、电容C47另一端均接地。
6.根据权利要求5所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，所述U5的3脚分别连接电感L5一端、电容C18一端，电感L5另一端分别连接电容C38一端、电容C42一端、电容C49一端、电容C54的正极，电容C38、电容C42、电容C49另一端、电容C54的负极均接地，电容C18另一端分别连接电容C9一端、电容C10一端、电容C28一端、电容C29一端、电容C30一端、衰减芯片D10AA2Z4U13的1脚，电容C9、电容C10另一端均接地，电容C28、电容C29、电容C30另一端均接地，衰减芯片D10AA2Z4U13的2脚连接功分器的信号输入端。
7.根据权利要求1所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，还包括通信电路和信号处理电路，所述通信电路连接信号处理电路。
8.根据权利要求7所述的一种高频宽带大功率功放器，其特征在于，还包括负压保护电路、正向功率检测电路、反向功率监测电路、电压电流检测电路和温度检测电路，所述信号处理电路包括单片机，正向功率检测电路、反向功率监测电路、电压电流检测电路和温度检测电路分别连接单片机。
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