CN1527478A - 利用自适应偏压控制的多赫蒂放大器 - Google Patents

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Abstract

一种利用自适应偏压控制的放大器电路，包括：用于检测来自耦合器的输入信号的包络的包络检测器，用于变换来自包络检测器的包络电压的包络成形电路。一个变换的包络电压被施加到峰值放大器的漏极偏压，另一个被添加VDC以将其施加到载波放大器的栅极偏压。在该多赫蒂放大器中，根据输入信号包络控制峰值放大器的栅极电压和峰值放大器的漏极电压，以使效率最大化并具有期望的线性。

Description

利用自适应偏压控制的多赫蒂放大器
技术领域
本发明涉及放大器电路；具体而言，本发明涉及利用自适应偏压控制以使效率最大化、同时在将其线性改善至期望水平的多赫蒂放大器。
背景技术
本领域众所周知的是，多赫蒂放大器是能够进行输入和输出阻抗匹配处理的高效放大器。多赫蒂放大器一般采用两个放大器：载波放大器和峰值放大器，并通过根据输入信号的功率值将由峰值放大器提供的电流量改变成负载的方式控制载波放大器的负载线路阻抗。为了在宽输入信号带宽上获得这种高效性能，多赫蒂放大器采用由四分之一波传输线(λ/4线)将载波放大器和峰值放大器相互并联连接的技术。
前几年采用多赫蒂放大器作为利用高功率低频/中频(LF/MF)电子管的广播设备的调幅(AM)发射机。那时，为了将多赫蒂放大器应用于固态高功率发射机，人们提出了各种建议。
在图1中，提供了利用常规多赫蒂放大器的信号放大器。
如图1所示，信号放大器包括分路器1、传输线2、多赫蒂放大器3、第一负载线路4和第二负载线路5。多赫蒂放大器3具有载波放大器6和峰值放大器7。此外，负载放大器6包括输入匹配电路8和晶体管9；峰值放大器7同样包括输入匹配电路8’和晶体管9’。
在常规的多赫蒂放大器中，输入信号在分路器1被分成两个信号并输入到多赫蒂放大器3。把两个信号之一提供给载波放大器6，另一个信号被具有特性阻抗Za的传输线2延迟、然后提供给峰值放大器7。可对信号的延迟进行调节，使得峰值放大器7的输出相对于载波放大器6的输出滞后90度。
无论输入信号的功率值如何，都向载波放大器6和峰值放大器7各自的晶体管9和9’供给预定的基极偏压。峰值放大器7由基极偏压驱动并根据输入信号的功率值向第二负载线路5提供电流。随着提供给第二负载线路5的电流量变化，调节连接载波放大器6的输出端的第一负载线路4的阻抗，由此控制多赫蒂放大器3的效率。具有特性阻抗Zm和Zb的两个四分之一波传输线路可用于分别连接到载波放大器6和峰值放大器7的各输出端的第一和第二负载线路4和5。
然后，分别由第一负载线路4和峰值放大器7传输的信号在将通过第二负载线路5输出的组合电路共用节点处合并。
这种结构的多赫蒂放大器可以进行阻抗的实部和虚部的匹配，使得放大器的输出功率最大。
然而，虽然原有的多赫蒂放大器在保持相同水平的直线性的同时和AB级放大器相比获得了更高的效率和更大的输出功率，但是这对于实现对取得放大器的高容量和功能性所需的直线性方面的改善是不够的。
本发明介绍了一种对于多赫蒂放大器的自适应偏压控制，以进一步改善效率和线性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种多赫蒂放大器，该放大器用于检测和变换输入信号的包络电压，并用它来控制载波放大器和峰值放大器，使得在将其线性改善为期望水平的同时使它的效率最大化。
根据本发明的优选实施例，提供一种放大器电路，包括：用于分开输入信号的耦合器；用于由输入信号的一部分检测包络信号的包络检测器；用于进行输入信号的包络成形的多个包络成形电路；用于根据来自包络成形电路的成形包络信号放大输入信号的其它部分的多赫蒂放大器，其中多赫蒂放大器包括输入网络、载波放大器、多个峰值放大器和输出网络。
附图简述
本发明的上述和其它目的和特点根据结合附图的下述优选实施例将更为明显。
图1表示现有的多赫蒂放大器；
图2描述了根据本发明利用自适应偏压控制的多赫蒂放大器。
图3A提供了表示图2的多赫蒂放大器的栅极和漏极偏压控制的示意图；
图3B提供了图2的多赫蒂放大器的载波放大器的负载线路的变化示意图；
图4A描述了图2的多赫蒂放大器的特定输入信号的包络电压示意图。
图4B描述了根据图4A的包络电压自适应控制的载波放大器的漏极电压的形状。
图5列出了常规的AB级放大器和图2的多赫蒂放大器的输出效率的对照。
优选实施例的详细描述
现在参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图2表示本发明的优选实施例，其中利用自调节偏压控制的超高频多赫蒂放大器包括耦合器10、包络检测器20、第一包络成形电路30、第二包络成形电路40、输入多赫蒂网络50、载波放大器60、峰值放大器70、输出多赫蒂网络80和延迟线路90。
多赫蒂放大器的一部分输入信号由耦合器10引出并提供到包络检测器20中。剩余的输入信号通过延迟线路90提供给输入多赫蒂网络50。
包络检测器20检测输入信号的包络电压。包络电压被提供给第一包络成形电路30和第二包络成形电路40的每一个。
第一包络成形电路30变换包络电压并将变换后的包络电压作为栅极偏压施加给峰值放大器70，以控制峰值放大器70的栅极偏压。
第二包络成形电路40变换包络电压。然后，将VDC加到第二包络成形电路40的输出端，将添加后的结果施加到载波放大器60，作为漏极偏压，以控制载波放大器60的漏极偏压。将VDC设置为用于偏置载波放大器60的漏极的适当电平的直流电压。
载波放大器60在由电源直接提供的栅极偏压和来自第二包络成形电路40的漏极偏压的控制下进行工作，并放大由输入多赫蒂网络50提供的输入信号，从而将放大信号提供给输出多赫蒂网络80。
峰值放大器70在由电源直接提供的漏极偏压和来自第一包络成形电路30的栅极偏压的控制下进行工作，并放大由输入多赫蒂网络50提供的输入信号，从而将另一放大信号提供给输出多赫蒂网络80。
图3A示出根据本发明的多赫蒂放大器的栅极和漏极偏压控制的方案。
当由包络检测器20提供的输入信号的包络电压低于C电平时，峰值放大器70处于“关闭”状态，仅有载波放大器60进行工作。在包络电压达到C电平之后，峰值放大器70缓慢地转向“打开”状态，当包络电压达到D电平时，峰值放大器70的栅极偏压等于载波放大器60的栅极偏压。
在包络电压达到高于B值之后，将载波放大器60和峰值放大器70各自的漏极偏压设定为在G值是一致的。在C值的输出功率比在D值的输出功率低约6dB。
由于在包络电压增加而超过C值时载波放大器60饱和，优选将载波放大器60的漏极偏压保持为低于C值，从而将其线性保持在所需水平。也就是说，为了获得高线性，需要高漏极电压。
此外，由于峰值放大器70的栅极电压是低于C值的方式，使得峰值放大器70关闭，因此仅有载波放大器60适合于在那个范围内进行控制。换句话说，在包络电压低于A值的同时，载波放大器60的漏极电压保持在相对较低的电平(F值)。在包络电压增加而超过A值后，载波放大器60的漏极电压在适当时间内增加，当包络电压达到B值时该漏极电压为比较高的电平(G值)。
图3B示出根据图3A所示的多赫蒂控制方案的载波放大器负载线路的变化。当包络电压增加而超过D值时，放大器利用与一般等级的AB放大器的负载线路阻抗相等的负载线路阻抗进行工作。负载线路阻抗持续地增加直至包络电压达到C值，C值的负载线路阻抗变为D值的负载线路阻抗的两倍那样大。同样，通过把载波放大器60的漏极偏压控制在A值和B值之间，负载线路平行移动。
图4A示出图2的多赫蒂放大器的输入信号的范例的包络电压，图4B示出当图4A的包络电压被施加到图2的多赫蒂放大器时、载波放大器60的漏极电压。通过将图4A与图4B进行对比，当输入信号的包络高时，载波放大器的漏极偏压同时也变高。
图5示出在图3A的自适应偏压控制方案被施加到根据本发明的多赫蒂放大器的条件下的测试结果。通过对包络电压和偏压在图3A的A值至G值之中选择工作点，能够使线性和效率最大化。如图5中所示，当持续的波被施加到多赫蒂放大器和常规AB级放大器两者时，多赫蒂放大器的功率添加效率(PAE)大于常规级AB放大器的功率添加效率。
在本发明的另一实施例中，可采用多个包络成形电路来改善输出效率。将包络检测器的输出分开到多条路线中，在各路线中设置包络成形电路和峰值放大器。将包络检测器的输出提供给相应的包络成形电路并变换为适当的信号形式。将各包络成形电路的输出信号施加到相应的载波放大器和各峰值放大器，由此控制它们。
在本发明的另一实施例中，可将包络成形电路的输出提供给载波放大器和多个峰值放大器，其中包络成形电路的输出可用于控制各放大器的栅极或漏极电压、或者峰值放大器的漏极电压和载波放大器的栅极电压。
在本发明的再一个实施例中，多个峰值放大器的每一个可并联或串联设置以分别形成一个多路放大器或一个多级放大器。在此实施例中，包络成形电路可耦接到放大器。
如上所述，根据本发明的多赫蒂放大器通过包络信号的变换来控制载波放大器和峰值放大器的偏置电压，以增加其输出功率并由此同时获得高线性和效率。
尽管参照优选实施例示出并描述了本发明，本领域技术人员应理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的实质和范围的条件下可以实现各种变化和修改。

Claims (10)

1.一种多赫蒂放大器，包括：
一耦合器，用于分开输入信号；
一包络检测器，用于由输入信号的一部分检测包络电压；
多个包络成形电路，用于变换输入信号的包络电压；以及
多个放大器，用于在由包络成形电路提供的变换后的包络电压的控制下放大该输入信号的其它部分。
2.根据权利要求1的多赫蒂放大器，其中所述多个放大器之一用作载波放大器，其它放大器用作峰值放大器。
3.根据权利要求2的多赫蒂放大器，其中所述多个包络成形电路之一耦接到该载波放大器，其它包络成形电路耦接到所述峰值电路。
4.根据权利要求3的多赫蒂放大器，其中来自一个包络成形电路的被变换包络信号与VDC相加，并作为漏极偏压信号被施加到该载波放大器，来自其余包络成形电路的其它被成形包络信号作为栅极偏压信号被施加到多个峰值放大器。
5.根据权利要求3的多赫蒂放大器，其中来自一个包络成形电路的成形包络信号作为栅极偏压信号被施加到载波放大器，来自其余的包络成形电路的其它成形包络信号与VDC相加，并作为漏极偏压信号被施加到多个峰值放大器。
6.根据权利要求1的多赫蒂放大器，还包括输入匹配网络和输入匹配网络，该输入匹配网络设置在该耦合器和所述放大器的输入部分之间，输出匹配网络设置在放大器的输出部分。
7.根据权利要求5的多赫蒂放大器，其中输入匹配网络和输入匹配网络包括四分之一波变换器线路。
8.根据权利要求2的多赫蒂放大器，其中串联连接的多个峰值放大器的每一个耦接到相应的包络成形电路，用于提供偏压信号。
9.根据权利要求2的多赫蒂放大器，其中并联连接的多个峰值放大器的每一个耦接到相应的包络成形电路，用于提供偏压信号。
10.一种利用自适应偏压控制的多赫蒂放大器，包括：
一耦合器，用于分开输入信号；
一延迟线路，用于传输该输入信号的一部分；
一包络检测器，用于由该输入信号的其它部分检测作为包络信号的包络电压；
第一包络成形电路，用于变换来自该包络检测器的包络信号，并将作为栅极控制偏压的变换包络信号施加到一相应的放大器；
第二包络成形电路，用于变换来自该包络检测器的包络信号，并将漏极控制偏压施加到相应的放大器，该漏极控制偏压是变换后的包络信号和VDC；
一载波放大器，用于放大该输入信号的其它部分，该载波放大器由来自第二包络成形电路的漏极偏压控制；
一峰值放大器，用于放大该输入信号的其它部分，该峰值放大器由来自第一包络成形电路的栅极偏压控制；
一输入匹配网络，设置在该延迟线路、该载波放大器和该峰值放大器之间，用于输入阻抗匹配；以及
一输出匹配网络，耦合到该载波放大器和该峰值放大器的输出端，以便组合这些放大器的输出。
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