CN117200725A - 基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器及放大方法 - Google Patents
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Abstract
基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器及放大方法，属于通信技术领域，包括：首级90°电桥的输入侧的两个端口分别接收一个频点信号；首级90°电桥的输出侧的两个端口分别连接两条支路的两个功率放大器的输入端，两个放大器的输出端分别接入次级90°电桥的输入侧的两个端口。本发明既具有平衡式放大器功率合成和高稳定的优点，又同时具有双频带信号双工合成以及功率放大器的功能，避免了双工器或合路器插损引起的放大器增益下降问题。该放大器与传统的平衡式放大器相比，该方法以极简拓扑同时实现了双工合成、滤波以及功率放大，有效提升了放大器效率，可有效提高减小硬件数量，提升放大器性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器及放大方法，属于通信技术领域。
背景技术
现代无线通信系统往往工作在多个频率标准下，为了能够用一个硬件来覆盖多个通信频率，多通带功率放大器成为了近几年的研究热点。为了得到双频带功率放大器，不仅仅需要匹配基波阻抗，同时提供两个或者多个不同通信频带的谐波阻抗终端。且往往需要将两个频带信号进行双工合成，这往往使得放大器设计非常复杂，也成为制约多频带功率放大器实现的主要原因之一。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器及放大方法，同时实现双路信号的双工集成，以最小的代价，满足双频、双工发射机的需求。
本发明的技术解决方案是：基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，包括首级90°电桥和次级90°电桥，以及连接二者的两条支路；其中
首级90°电桥的输入侧的两个端口分别接收一个频点信号；首级90°电桥的输出侧的两个端口分别连接两条支路的两个功率放大器的输入端，两个放大器的输出端分别接入次级90°电桥的输入侧的两个端口；所述次级90°电桥的输出侧的两个端口中，直通端对外输出所需的叠加信号，耦合端处两相位相反的信号抵消屏蔽。
进一步地，所述首级90°电桥对于输入的两个频点信号，在其直通端相位保持不变，在耦合端同时变化相位值均为90°。
进一步地，所述次级90°电桥对于输入的两个频点信号，在其直通端相位保持不变，在耦合端同时变化相位值为90°和-90°。
进一步地，所述首级90°电桥和次级90°电桥的带内特性匹配满足预设条件，以实现次级90°电桥输出端需求信号的叠加，以及其耦合端的信号抵消屏蔽。
进一步地，所述两条支路均包括宽带输入匹配电路，RC稳定电路，晶体管以及双阻抗匹配电路，以保证放大器具备预设效率、增益以及平坦度性能。
进一步地，所述双阻抗匹配电路满足负载阻抗处于最大功率区域。
进一步地，所述两条支路的功率放大器为双频带功率放大器。
根据所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器实现的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大方法，包括：
首级90°电桥处，分别在其两输入端口输入频点信号；两路信号相位及功率发生首次变化，分别通过两条支路的功率放大器进行信号放大；
次级90°电桥处，两路信号的相位及功率再次发生变化；根据相位及功率变化，两路信号分别在次级90°电桥的同一输出端口实现信号叠加输出，在同一隔离端口实现信号屏蔽抵消。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过提出了一种新型的平衡式放大器拓扑，实现了两个信号的双工合成，降低了整个链路的增益需求，减小了硬件开销；
(2)本发明通过新式90°电桥电路设计，实现了双频带信号的双工合成和功率放大，避免了双工器或合路器插损引起的放大器增益下降问题；
(3)本发明通过提出一种平衡式功率放大器设计方法，实现了平衡式放大器功率合成和高稳定的优点，可广泛应用于各类功率多频点覆盖发射机中，具有重要的应用价值。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明具有双工功能的新型双频带平衡式功率放大器拓扑示意图；
图2为本发明第二90度电桥设计示例示意图；
图3为本发明基于平衡式拓扑的双频带功率放大器具体实施方式流程图；
图4(a)(b)分别为两个频点信号Sig1和Sig2传输相位变化情况示意图；
图5为本发明具有双工功能的新型双频带平衡式功率放大器设计示例示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器及放大方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括：拓扑如图1所示。该放大器由第一90°电桥、第一支路功率放大器、第二支路功率放大器、第二90°电桥构成。第一90°电桥对两个频点的信号f1和f2的相位变化均为ΔΦ＝90°；第一支路功率放大器和功率放大器2能够同时满足在两个频点的信号f1和f2处的负载匹配，保证了对所需频点功率的正常放大输出；第二90°电桥对频点信号f1的相位变化均为ΔΦ＝90°，对频点信号f2的相位变化均为ΔΦ＝-90°。
采用的第二90°电桥设计版图及仿真曲线如图2所示。该电桥对于两个频点的信号f1和f2处有良好的传输特性，并对两个频点间的频段传输特性有一定抑制作用，同时保证了在两个频点的信号f1和f2处的相位之差情况相反；通过对首级电桥两端口的信号分别输入，通过上下支路功率放大器的信号放大后，最终在第二级电桥处通过相位叠加和抵消，实现了信号统一在输出端口叠加输出，隔离端口处信号相位相反从而实现抵消隔离的设计。
在本申请实施例所提供的方案中，基于平衡式拓扑的功率放大器双路合成、放大方法具体实施方式见图3，详细步骤如下：
(1)首级90°电桥处，分别在两端口输入频点信号Sig1和Sig2；
(2)两路信号Sig1和Sig2相位及功率发生首次变化；
(3)两路信号Sig1和Sig2分别通过功率放大器进行信号放大；
(4)第二级90°电桥处，两路信号Sig1和Sig2相位及功率发生再次变化；
(5)根据相位及功率变化，两路信号Sig1和Sig2分别在同一输出端口实现信号叠加输出，在同一隔离端口实现信号屏蔽抵消；
(6)实现两路信号在同一输出端口信号输出，从而实现了两路信号的双工合成和功率放大。
上述信号传输过程中相位具体方式见图4，两路信号Sig1和Sig2在信号传输中的变化情况如下：
(1)对于信号1，从端口1馈入，其相位关系为：假设信号1初始相位为0°，通过第一个90°电桥后，其对Sig1的相位变化ΔΦ＝90°，根据其相位关系，在VA1所在通路相位为0°，在VB1所在通路相位为90°；通过第二个90°电桥后，其对Sig1的相位变化ΔΦ＝90°，根据其相位关系，在负载匹配端得到相位相反的两个信号，彼此相互抵消，而在输出端得到相位相同的两个信号，二者相互叠加，实现了信号1的正常输出。
(2)对于信号2，从端口2馈入，其相位关系为：假设信号2初始相位为0°，通过第一个90°电桥后，其对Sig2的相位变化ΔΦ＝90°，根据其相位关系，在VA1所在通路相位为90°，在VB1所在通路相位为0°；通过第二个90°电桥后，其对Sig2的相位变化ΔΦ＝-90°，根据其相位关系，在负载匹配端得到相位相反的两个信号，彼此相互抵消，而在输出端得到相位相同的两个信号，二者相互叠加，实现了信号2的正常输出。
采用上述基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大方法的一个设计示例如附5所示，既具有平衡式放大器功率合成和高稳定的优点，又同时具有双频带信号双工合成以及功率放大器的功能，避免了双工器或合路器插损引起的放大器增益下降问题。该放大器与传统的平衡式放大器相比，该方法以极简拓扑同时实现了双工合成、滤波以及功率放大，有效提升了放大器效率，可有效提高减小硬件数量，提升放大器性能，可广泛应用于各类功率多频点覆盖发射机中，具有重要的应用价值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，包括首级90°电桥和次级90°电桥，以及连接二者的两条支路；其中
首级90°电桥的输入侧的两个端口分别接收一个频点信号；首级90°电桥的输出侧的两个端口分别连接两条支路的两个功率放大器的输入端，两个放大器的输出端分别接入次级90°电桥的输入侧的两个端口；所述次级90°电桥的输出侧的两个端口中，直通端对外输出所需的叠加信号，耦合端处两相位相反的信号抵消屏蔽。
2.根据权利要求1所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述首级90°电桥对于输入的两个频点信号，在其直通端相位保持不变，在耦合端同时变化相位值均为90°。
3.根据权利要求2所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述次级90°电桥对于输入的两个频点信号，在其直通端相位保持不变，在耦合端同时变化相位值为90°和-90°。
4.根据权利要求1所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述首级90°电桥和次级90°电桥的带内特性匹配满足预设条件，以实现次级90°电桥输出端需求信号的叠加，以及其耦合端的信号抵消屏蔽。
5.根据权利要求1所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述两条支路均包括宽带输入匹配电路，RC稳定电路，晶体管以及双阻抗匹配电路，以保证放大器具备预设效率、增益以及平坦度性能。
6.根据权利要求5所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述双阻抗匹配电路满足负载阻抗处于最大功率区域。
7.根据权利要求1所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器，其特征在于，所述两条支路的功率放大器为双频带功率放大器。
8.根据权利要求1～7任一项所述的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大器实现的基于平衡式拓扑多信号双工合成与功率放大方法，其特征在于，包括：
首级90°电桥处，分别在其两输入端口输入频点信号；两路信号相位及功率发生首次变化，分别通过两条支路的功率放大器进行信号放大；
次级90°电桥处，两路信号的相位及功率再次发生变化；根据相位及功率变化，两路信号分别在次级90°电桥的同一输出端口实现信号叠加输出，在同一隔离端口实现信号屏蔽抵消。
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