CN205647451U - 基于滤波器匹配式的功率放大电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于滤波器匹配式的功率放大电路，包括功率放大器和滤波电路，滤波电路包括滤波器、第一至第二继电器和第一至第二二极管，第一继电器包括第三线圈和第一单刀双掷开关，第三线圈与第一二极管并联，第一二极管的阴极与第一直流电源连接，阳极与控制电路连接，第一单刀双掷开关的公共端与滤波器连接，第一接线端接地，第二接线端与功率放大器连接，第二继电器包括第四线圈和第二单刀双掷开关，第四线圈与第二二极管并联，第二二极管的阴极与第一直流电源连接，阳极与控制电路连接，第二单刀双掷开关的公共端与滤波器连接，第一接线端接地，第二接线端输出信号。本实用新型能降低工作电流，提高整体工作效率和信号输出线性度。

Description

基于滤波器匹配式的功率放大电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于滤波器匹配式的功率放大电路。

背景技术

功率放大电路通常用于放大信号，现有的功率放大电路通常是分别设计放大器和滤波器，在放大器和滤波器满足各自的指标要求后组合在一起工作，这种方式容易造成功率放大电路部分频段的整体工作效率或线性指标下降。因此，有必要提供一种新的功率放大电路来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够降低工作电流，提高整体工作效率和信号输出线性度的基于滤波器匹配式的功率放大电路。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种基于滤波器匹配式的功率放大电路，包括功率放大器和若干滤波电路，每一个所述滤波电路包括滤波器、第一继电器、第二继电器、第一二极管和第二二极管，所述第一继电器包括第一线圈和第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第一线圈与所述第一二极管并联连接，所述第一二极管的阴极与第一直流电源连接，所述第一二极管的阳极与控制电路连接，所述第一单刀双掷开关的公共端与所述滤波器的输入端连接，所述第一单刀双掷开关的第一接线端接地，所述第一单刀双掷开关的第二接线端与所述功率放大器的输出端连接，所述第二继电器包括第二线圈和第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第二线圈与所述第二二极管并联连接，所述第二二极管的阴极与所述第一直流电源连接，所述第二二极管的阳极与所述控制电路连接，所述第二单刀双掷开关的公共端与所述滤波器的输出端连接，所述第二单刀双掷开关的第一接线端接地，所述第二单刀双掷开关的第二接线端形成所述滤波电路的输出端。

优选的，所述控制电路包括中央微处理器。

优选的，所述滤波器为七阶滤波器。

优选的，所述七阶滤波器的输入端设有可替换的电容。

优选的，所述功率放大器包括第一至第十二电容、第一电阻、第二电阻、第一场效应管、第二场效应管、第一变换器和第二变换器，

优选的，所述第一电容的第一端接入射频信号，所述第一变换器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈的第一端与第一电容的第二端连接，第三线圈的第二端接地，第四线圈的第一端与第一场效应管的栅极之间连接第二电容，第四线圈的第二端与第二场效应管的栅极之间连接第三电容，第二场效应管的栅极与第一场效应管的栅极之间连接第四电容，第四电容的第一端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端与第一场效应管的漏极之间连接第一电阻，第五电容的第二端与地之间连接第六电容，第一场效应管的漏极与地之间连接第七电容，第一场效应管的源极接地，第四电容的第二端与第八电容的第一端连接，第八电容的第二端与第二场效应管的漏极之间连接第二电阻，第八电容的第二端与地之间连接第九电容，第二场效应管的漏极与地之间连接第十电容，第二场效应管的源极接地，所述第二变换器包括第五线圈和第六线圈，第五线圈的第一端与第一场效应管的漏极连接，第五线圈的第二端与第二场效应管的漏极连接，第五线圈的中部与地之间连接第十一电容，第六线圈的第一端接地，第六线圈的第二端与第十二电容的第一端连接，第十二电容的第二端形成所述功率放大器的输出端。

优选的，所述第一变换器为不平衡-平衡阻抗变换器，第二变换器为平衡-不平衡阻抗变换器。

与现有技术相比，本实用新型基于滤波器匹配式的功率放大电路的有益效果在于：本实用新型能够通过功率放大器和滤波电路的共轭匹配，降低工作电流，提高整体工作效率和信号输出线性度。

附图说明

图1为本实用新型所述功率放大器的电路原理图；

图2为本实用新型所述滤波电路的电路原理图；

图3为本实用新型所述滤波器的输入阻抗圆图；

图4为本实用新型所述滤波器的输出阻抗圆图；

图5为本实用新型所述滤波器的输入传输特性图；

图6为本实用新型所述滤波器的输出传输特性图。

图中各标记如下：C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、第五电容；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容；C9、第九电容；C10、第十电容；C11、第十一电容；C12、第十二电容；V1、第一场效应管；V2、第二场效应管；T1、第一变换器；T2、第二变换器；R1、第一电阻；R2、第二电阻；D1、第一二极管；D2、第二二极管；J1、第一线圈；J2、第二线圈；K1、第一单刀双掷开关；K2、第二单刀双掷开关。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进一步进行描述。

请参阅图1至图6所示，本实用新型提供一种基于滤波器匹配式的功率放大电路，包括功率放大器和若干滤波电路，每一个所述滤波电路包括滤波器、第一继电器、第二继电器、第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一继电器包括第一线圈J1和第一单刀双掷开关K1，所述第一单刀双掷开关K1包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第一线圈J1与所述第一二极管D1并联连接，所述第一二极管D1的阴极与第一直流电源连接，所述第一二极管D1的阳极与控制电路连接，所述第一单刀双掷开关K1的公共端与所述滤波器的输入端连接，所述第一单刀双掷开关K1的第一接线端接地，所述第一单刀双掷开关K1的第二接线端与所述功率放大器的输出端连接，所述第二继电器包括第二线圈J2和第二单刀双掷开关K2，所述第二单刀双掷开关K2包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第二线圈J2与所述第二二极管D2并联连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第一直流电源连接，所述第二二极管D2的阳极与所述控制电路连接，所述第二单刀双掷开关K2的公共端与所述滤波器的输出端连接，所述第二单刀双掷开关K2的第一接线端接地，所述第二单刀双掷开关K2的第二接线端形成所述滤波电路的输出端。

在本实用新型中，所述控制电路包括中央微处理器，其输出端分别输出控制信号至BD1、BD2、BD3等接线端。所述滤波器采用七阶椭圆滤波器，所述七阶椭圆滤波器由电容和电阻组成，其输入端设有可替换的电容。七阶椭圆滤波器兼顾带内波动、损耗情况下能获得较好的带外衰减。

此外，所述功率放大器包括第一至第十二电容、第一电阻R1、第二电阻R2、第一场效应管V1、第二场效应管V2、第一变换器T1和第二变换器T2，所述第一电容C1的第一端接入射频信号，所述第一变换器T1包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈的第一端与第一电容C1的第二端连接，第三线圈的第二端接地，第四线圈的第一端与第一场效应管V1的栅极之间连接第二电容C2，第四线圈的第二端与第二场效应管V2的栅极之间连接第三电容C3，第二场效应管V2的栅极与第一场效应管V1的栅极之间连接第四电容C4，第四电容C4的第一端与第五电容C5的第一端连接，第五电容C5的第二端与第一场效应管V1的漏极之间连接第一电阻R1，第五电容C5的第二端与地之间连接第六电容C6，第一场效应管V1的漏极与地之间连接第七电容C7，第一场效应管V1的源极接地，第四电容C4的第二端与第八电容C8的第一端连接，第八电容C8的第二端与第二场效应管V2的漏极之间连接第二电阻R2，第八电容C8的第二端与地之间连接第九电容C9，第二场效应管V2的漏极与地之间连接第十电容C10，第二场效应管V2的源极接地，所述第二变换器T2包括第五线圈和第六线圈，第五线圈的第一端与第一场效应管V1的漏极连接，第五线圈的第二端与第二场效应管V2的漏极连接，第五线圈的中部与地之间连接第十一电容C11，第六线圈的第一端接地，第六线圈的第二端与第十二电容C12的第一端连接，第十二电容C12的第二端形成所述功率放大器的输出端。

其中，所述第一变换器T1为不平衡-平衡阻抗变换器，第二变换器T2为平衡-不平衡阻抗变换器。

本实用新型的工作原理为：射频信号经过接线端XS1输入，从接线端XS2输出，控制电路分别控制每一个第一继电器和每一个第二继电器，第一继电器控制对应的第一单刀双掷开关K1，第二继电器控制对应的第二单刀双掷开关K2，从而将不同波段的射频信号接入不同的七阶滤波器进行处理，并使信号从第二单刀双掷开关K2的第二接线端(XS3或XS4或XS5等)输出。

在本实施例中，功率放大器及滤波器的输入和输出阻抗均以50Ω标准进行电路设计，由于功率管在整个短波段随着频率变化的阻抗特性相差较大，设计时考虑其整个频段的阻抗差异通常要对其输入输出阻抗匹配进行折中，因此以50Ω为中心是一个包含实部和虚部的变化值，在1.6～30MHz的短波宽频段内这种阻抗变化范围会较大；滤波器主要由电感、电容及继电器组成，通过ADS等仿真设计出的滤波器通常也是以50Ω为中心是一个包含实部和虚部的变化值，但滤波器主要由无源器件组成，且分为多个波段，因此其阻抗的收敛性远远强于功率放大器。

功率放大器直接与设计好的滤波器联试工作时通常会在某些频段部分频率点工作效率较低或增益压缩严重，这是滤波器与功率放大器失配带来的结果，可通过调整滤波器的输入端的电容的值(主要是输入端)来改变虚部阻抗呈感性或呈容性来实现与功率放大器输出阻抗的共轭匹配，从而提高功率放大器的工作效率或线性度。

功率放大器在全频段满足负载的输出功率要求，设计好的滤波器直接与功率放大器连接工作，测试其输出的工作电流并与功率放大器不带滤波器的工作电流对比，发现有电流显著偏大的频率点时，可将滤波器脱离功率放大器，接网络分析仪扫描相应频段的阻抗圆图及传输特性图，观察其虚部是呈感性或容性，通过加减电感或电容量的大小来逐步调整其虚部阻抗的大小及方向，调整后接回功率放大器通路中测试，如改善则进一步朝相同方向调整，如恶化则反方向调整，即如原来为容性则改为感性。调整后的滤波器用网络分析仪观察其输入驻波比S11(不宜超过1.8)和传输损耗S21(带内损耗小于0.4，带外满足衰减要求)，将调整的滤波器参数记录下来作为的滤波器参数，以利于批量生产和加工。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：包括功率放大器和若干滤波电路，每一个所述滤波电路包括滤波器、第一继电器、第二继电器、第一二极管和第二二极管，所述第一继电器包括第一线圈和第一单刀双掷开关，所述第一单刀双掷开关包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第一线圈与所述第一二极管并联连接，所述第一二极管的阴极与第一直流电源连接，所述第一二极管的阳极与控制电路连接，所述第一单刀双掷开关的公共端与所述滤波器的输入端连接，所述第一单刀双掷开关的第一接线端接地，所述第一单刀双掷开关的第二接线端与所述功率放大器的输出端连接，所述第二继电器包括第二线圈和第二单刀双掷开关，所述第二单刀双掷开关包括公共端、第一接线端和第二接线端，所述第二线圈与所述第二二极管并联连接，所述第二二极管的阴极与所述第一直流电源连接，所述第二二极管的阳极与所述控制电路连接，所述第二单刀双掷开关的公共端与所述滤波器的输出端连接，所述第二单刀双掷开关的第一接线端接地，所述第二单刀双掷开关的第二接线端形成所述滤波电路的输出端。

2.如权利要求1所述的基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：所述控制电路包括中央微处理器。

3.如权利要求1所述的基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：所述滤波器为七阶滤波器。

4.如权利要求3所述的基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：所述七阶滤波器的输入端设有可替换的电容。

5.如权利要求1所述的基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：所述功率放大器包括第一至第十二电容、第一电阻、第二电阻、第一场效应管、第二场效应管、第一变换器和第二变换器，所述第一电容的第一端接入射频信号，所述第一变换器包括第三线圈和第四线圈，所述第三线圈的第一端与第一电容的第二端连接，第三线圈的第二端接地，第四线圈的第一端与第一场效应管的栅极之间连接第二电容，第四线圈的第二端与第二场效应管的栅极之间连接第三电容，第二场效应管的栅极与第一场效应管的栅极之间连接第四电容，第四电容的第一端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端与第一场效应管的漏极之间连接第一电阻，第五电容的第二端与地之间连接第六电容，第一场效应管的漏极与地之间连接第七电容，第一场效应管的源极接地，第四电容的第二端与第八电容的第一端连接，第八电容的第二端与第二场效应管的漏极之间连接第二电阻，第八电容的第二端与地之间连接第九电容，第二场效应管的漏极与地之间连接第 十电容，第二场效应管的源极接地，所述第二变换器包括第五线圈和第六线圈，第五线圈的第一端与第一场效应管的漏极连接，第五线圈的第二端与第二场效应管的漏极连接，第五线圈的中部与地之间连接第十一电容，第六线圈的第一端接地，第六线圈的第二端与第十二电容的第一端连接，第十二电容的第二端形成所述功率放大器的输出端。

6.如权利要求5所述的基于滤波器匹配式的功率放大电路，其特征在于：所述第一变换器为不平衡-平衡阻抗变换器，第二变换器为平衡-不平衡阻抗变换器。