CN220896660U - 一种高谐波抑制放大器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高谐波抑制放大器，涉及微波射频领域，高谐波抑制放大器包括第一巴伦、第一放大器、第二放大器、以及第二巴伦，第一巴伦的输入端为高谐波抑制放大器的输入端；第一巴伦的输出端分别与第一放大器和第二放大器的输入端连接，用于将输入的射频信号转换为第一信号和第二信号，第一放大器的输出端与第二巴伦的输入端连接，第二放大器的输出端与第二巴伦的输入端连接，第二巴伦的输入端分别与第一放大器和第二放大器的输出端连接，用于将放大后的第一信号和放大后的第二信号合并为一路信号，第二巴伦的输出端为高谐波抑制放大器的输出端。本申请具有改善放大器的二次谐波抑制的效果。

Description

一种高谐波抑制放大器

技术领域

本实用新型涉及微波射频领域，尤其是涉及一种高谐波抑制放大器。

背景技术

随着无线通信的快速发展和普及，射频领域对收发组件的要求也越来越高。在电子对抗中，为了增加设备的灵敏度，防止各个部件之间的相互影响，对系统的谐波提出更高的要求。当射频信号经过放大，输出的信号中包含许多谐波分量，尤其是饱和输出功率时，谐波分量会更大。这些谐波中的二次谐波，许多频率是属于带内的，使用滤波器是无法将谐波滤掉的。因此，如何抑制放大器的二次谐波十分重要。

发明内容

为了解决如何抑制放大器的二次谐波的问题，本实用新型提供了一种高谐波抑制放大器。

第一方面，本实用新型提供一种高谐波抑制放大器，采用如下的技术方案：

包括第一巴伦、第一放大器、第二放大器、以及第二巴伦；

所述第一巴伦的输入端为所述高谐波抑制放大器的输入端；

所述第一巴伦的输出端分别与所述第一放大器和所述第二放大器的输入端连接，用于将输入的射频信号转换为幅值相同且相位相差180度的第一信号和第二信号；

所述第一放大器的输出端与所述第二巴伦的输入端连接，用于对所述第一信号进行放大，获得放大后的第一信号；

所述第二放大器的输出端与所述第二巴伦的输入端连接，用于对所述第二信号进行放大，获得放大后的第二信号；

所述第二巴伦的输入端分别与所述第一放大器和所述第二放大器的输出端连接，用于将所述放大后的第一信号和所述放大后的第二信号合并为一路信号；

所述第二巴伦的输出端为所述高谐波抑制放大器的输出端。

通过采用上述技术方案，采用新的电路结构，将巴伦和放大器一起使用，第一巴伦将输入的射频信号转换为幅值相同且相位相差180°的两路信号，通过两个放大器分别对这两路信号进行放大，放大后的两路信号相位差为180°，再经过第二巴伦合成为一路信号，使二次谐波分量被相互抵消一部分，从而使二次谐波分量变小，即使输入功率较大，放大器在饱和输出时，仍然可以使二次谐波分量保持较低的水平。

可选的，所述第一放大器和所述第二放大器为电路结构相同的两级放大器。

可选的，所述两级放大器包括输入匹配网络、电流复用网络、第一级有源偏置网络、第一负反馈网络、第二负反馈网络、第二级匹配网络、输出匹配网络；

所述第一巴伦的输出端与所述输入匹配网络的输入端连接，所述输入匹配网络的输出端分别与所述第一负反馈网络的第一输入端和所述第二级匹配网络的输入端连接；

所述第一级有源偏置网络的输出端与所述第一负反馈网络的第二输入端连接，所述第一负反馈网络的输出端与所述电流复用网络的输入端连接，所述电流复用网络的输出端与所述第二负反馈网络的第一输入端连接；

所述第二级匹配网络的第一输出端与所述第二负反馈网络的第二输入端连接；所述第二级匹配网络的第二输出端与所述第二负反馈网络的第三输入端连接；

所述第二负反馈网络的输出端与所述输出匹配网络的输入端连接； 所述输出匹配网络的输出端与所述第二巴伦的输入端连接。

可选的，所述输入匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2；

所述电感L1的一端为所述输入匹配网络的输入端，所述电感L1的另一端与所述电容C1的一端连接；

所述电容C1的另一端与所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端为所述输入匹配网络的输出端。

通过采用上述技术方案，两级放大器采用输入匹配网络，可以对输入信号进行阻抗匹配，可以实现信号的良好传输，提高电路或系统的性能。

可选的，所述第一级有源偏置网络包括电阻R3和晶体管FET3；

所述电阻R3的一端接地，所述电阻R3的另一端与晶体管FET3的源级连接，所述晶体管FET3的栅极与漏极短路连接，所述晶体管FET3的漏极为所述第一级有源偏置网络的输出端。

通过采用上述技术方案，两级放大器采用有源偏置网络，可以降低电路对工艺波动的敏感度，增加电路的稳定性，同时提高电路的线性度。

可选的，所述第一负反馈网络包括电阻R1、电感L7、电容C2、电感L6；

所述电阻R1的一端为所述第一负反馈网络的第一输入端；所述电阻R1的另一端为所述第一负反馈网络的第二输入端；

所述电阻R1的另一端还与所述电感L7的一端连接，所述电感L7的另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电感L6的一端连接，所述电感L6的另一端为所述第一负反馈网络的输出端。

通过采用上述技术方案，两级放大器采用负反馈结构，将一部分输出信号与输入信号进行相位逆转并回馈到系统中，以减小系统的非线性失真、提高频率响应和稳定性，可以改善放大器的增益，增加增益的平坦度，增加带宽。

可选的，所述第二级匹配网络包括电感L9、电感L10、电感L11、电容C3；

所述电感L9的一端为所述第二级匹配网络的输入端，所述电感L9的另一端与所述电容C3的一端连接；

所述电容C3的另一端与电感L10的一端连接，所述电感L10的另一端为所述第二级匹配网络的第一输出端；

所述电感L10的另一端还与电感L11的一端连接，所述电感L11的另一端为所述第二级匹配网络的第二输出端。

可选的，所述电流复用网络包括电感L8、电阻R5、电容C4、电容C5、电感L12、电感L13；

所述电感L8的一端为所述电流复用网络的输入端，所述电感L8的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端接地；

所述电感L8的另一端还与所述电感L12的一端连接，所述电感L12的另一端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端接地；

所述电感L12的另一端还与所述电感L13的一端连接，所述电感L13的另一端为所述电流复用网络的输出端。

通过采用上述技术方案，两级放大器采用电流复用网络，可以降低放大器的功耗和工艺波动，提高放大器的性能。

可选的，所述第二负反馈网络包括晶体管FET2、电容C6、电感L14、电感L15、电感L16、电感L17、电阻R8；

所述晶体管FET2的源极所述第二负反馈网络的第一输入端，所述晶体管FET2的栅极为所述第二负反馈网络的第三输入端，所述晶体管FET2的漏极与所述电感L16的一端连接，所述电感L16的另一端为所述第二负反馈网络的输出端；

所述电感L14的一端为所述第二负反馈网络的第二输入端，所述电感L14的另一端与所述电阻R8的一端连接；

所述电阻R8的另一端与所述电感L15的一端连接，所述电感L15的另一端与所述电容C6的一端连接；

所述电容C6的另一端与所述电感L17的一端连接，所述电感L17的另一端为所述第二负反馈网络的输出端。

可选的，所述输出匹配网络包括电容C8和电感L18；

所述电感L18的一端为所述输出匹配网络的输入端；

所述电感L18的另一端与所述电容C8的一端连接，所述电容C8的另一端为所述输出匹配网络的输出端。

通过采用上述技术方案，两级放大器采用输出匹配网络，可以提高信号传输效率，减少信号反射和功率损耗。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

第一巴伦将输入的射频信号转换为幅值相同且相位相差180°的两路信号，通过第一放大器和第二放大器分别对这两路信号进行放大，再经过第二巴伦合成为一路信号，由于巴伦的180°相位差，使二次谐波可以被很好地抑制掉，从而改善放大器的二次谐波抑制。且不需要使用滤波器等器件即可实现二次谐波抑制，集成度高，使用更加方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种高谐波抑制放大器的结构图。

图2是本实用新型实施例提供的一种两级放大器的电路图。

图3是本实用新型实施例提供的一种巴伦的结构图。

附图标记说明：101、第一巴伦；102、第一放大器；103、第二放大器；104、第二巴伦。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

二次谐波是指在一个非线性电路中产生的频率为原信号频率的两倍的谐波分量，当电路中存在非线性元件时，输入信号会被分解成多个频率分量，其中包括原始频率和其倍频分量，即二次谐波。传统放大器饱和输出功率时二次谐波抑制只有20dBc以下，为了改善放大器的二次谐波抑制，本实用新型提供了一种高谐波抑制放大器。

请参照图1，为本实用新型提供的一种高谐波抑制放大器的结构图。该高谐波抑制放大器包括第一巴伦101、第一放大器102、第二放大器103、以及第二巴伦104。

第一巴伦101的输入端为高谐波抑制放大器的输入端，第一巴伦101的输出端分别与第一放大器102和第二放大器103的输入端连接，用于将输入的射频信号转换为幅值相同且相位相差180度的第一信号和第二信号。

第一放大器102的输出端与第二巴伦104的输入端连接，用于对第一信号进行放大，获得放大后的第一信号。第二放大器103的输出端与第二巴伦104的输入端连接，用于对第二信号进行放大，获得放大后的第二信号。

第二巴伦104的输入端分别与第一放大器和第二放大器的输出端连接，用于将放大后的第一信号和放大后的第二信号合并为一路信号，第二巴伦104的输出端为高谐波抑制放大器的输出端。

如上介绍了高谐波抑制放大器的结构，下面结合图1介绍本实用新型提供的高谐波抑制放大器的工作原理。

第一个巴伦101接收输入的射频信号，将射频信号转换为幅值相同，且相位相差180°的两路信号，分别是第一信号和第二信号，巴伦能提供较好的相位和幅度平衡。第一放大器102接收第一信号，对第一信号进行放大，获得放大后的第一信号，第二放大器103接收第二信号，对第二信号进行放大，获得放大后的第二信号，放大后的第一信号和放大后的第二信号相位仍然相差为180°。第二巴伦104分别接收放大后的第一信号和放大后的第二信号，并将放大后的第一信号和放大后的第二信号合成为一路信号，使二次谐波分量被相互抵消一部分，即使输入功率较大，放大器在饱和输出时，仍然可以使二次谐波分量保持较低的水平。

在一种可能的实施例中，第一放大器102和第二放大器103为电路结构相同的两级放大器。

在一种可能的实施例中，请参照图2，为本实用新型提供的一种两级放大器的电路图，该两级放大器包括：输入匹配网络、电流复用网络、第一级有源偏置网络、第一负反馈网络、第二负反馈网络、第二级匹配网络、输出匹配网络。

第一巴伦101的输出端与输入匹配网络的输入端连接，输入匹配网络的输出端分别与第一负反馈网络的第一输入端和第二级匹配网络的输入端连接。

第一级有源偏置网络的输出端与第一负反馈网络的第二输入端连接，第一负反馈网络的输出端与电流复用网络的输入端连接，电流复用网络的输出端与第二负反馈网络的第一输入端连接。

第二级匹配网络的第一输出端与第二负反馈网络的第二输入端连接；第二级匹配网络的第二输出端与第二负反馈网络的第三输入端连接。

第二负反馈网络的输出端与输出匹配网络的输入端连接； 输出匹配网络的输出端与第二巴伦102的输入端连接。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，输入匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2。

电感L1的一端为输入匹配网络的输入端，电感L1的另一端与电容C1的一端连接；电容C1的另一端与电感L2的一端连接，电感L2的另一端为输入匹配网络的输出端。

本实用新型实施例中，电感L1、电容C1、以及电感L2串联构成输入匹配网络，可以对输入信号进行阻抗匹配，以确保输入信号具有能够有效传输和适应电路的特性。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，第一级有源偏置网络包括电阻R3和晶体管FET3。

电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与晶体管FET3的源级连接，晶体管FET3的栅极与漏极短路连接，晶体管FET3的漏极为第一级有源偏置网络的输出端。

本实用新型实施例中，接地电阻R3和晶体管FET3串联构成有源偏置网络，可以降低电路对工艺波动的敏感度，增加电路的稳定性，同时提高电路的线性度。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，第一负反馈网络包括电阻R1、电感L7、电容C2、电感L6。

电阻R1的一端为第一负反馈网络的第一输入端；电阻R1的另一端为第一负反馈网络的第二输入端；电阻R1的另一端还与电感L7的一端连接，电感L7的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端与电感L6的一端连接，电感L6的另一端为第一负反馈网络的输出端。

本实用新型实施例中，电阻R1、电感L7、电容C2、电感L6构成负反馈结构，将一部分输出信号与输入信号进行相位逆转并回馈到系统中，以减小系统的非线性失真、提高频率响应和稳定性，可以改善放大器的增益，增加增益的平坦度，增加带宽。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，第二级匹配网络包括电感L9、电感L10、电感L11、电容C3。

电感L9的一端为第二级匹配网络的输入端，电感L9的另一端与电容C3的一端连接；电容C3的另一端与电感L10的一端连接，电感L10的另一端为第二级匹配网络的第一输出端。

电感L10的另一端还与电感L11的一端连接，电感L11的另一端为第二级匹配网络的第二输出端。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，电流复用网络包括电感L8、电阻R5、接地电容C4、接地电容C5、电感L12、电感L13。

电感L8的一端为电流复用网络的输入端，电感L8的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地；电感L8的另一端还与电感L12的一端连接，电感L12的另一端与电容C5连接，所述电容C5的另一端接地；电感L12的另一端还与电感L13的一端连接，电感L13的另一端为电流复用网络的输出端。

本实用新型实施例中，电感L8、电阻R5、电容C4、电容C5、电感L12、电感L13构成电流复用结构，可以降低放大器的功耗和工艺波动，提高放大器的性能。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，第二负反馈网络包括晶体管FET2、电容C6、电感L14、电感L15、电感L16、电感L17、电阻R8。

晶体管FET2的源极第二负反馈网络的第一输入端，晶体管FET2的栅极为第二负反馈网络的第三输入端，晶体管FET2的漏极与电感L16的一端连接，电感L16的另一端为第二负反馈网络的输出端。

电感L14的一端为第二负反馈网络的第二输入端，电感L14的另一端与电阻R8的一端连接；电阻R8的另一端与电感L15的一端连接，电感L15的另一端与电容C6的一端连接；电容C6的另一端与电感L17的一端连接，电感L17的另一端为第二负反馈网络的输出端。

本实用新型实施例中，晶体管FET2、电感L14、电感L15、电容C6、电感L16、以及电感L17构成负反馈结构，可以改善放大器的增益，增加增益的平坦度，增加带宽。

在一种可能的实施例中，请继续参照图2，输出匹配网络包括电容C8和电感L18。电感L18的一端为输出匹配网络的输入端，电感L18的另一端与电容C8的一端连接，电容C8的另一端为输出匹配网络的输出端。

本实用新型实施例中，电感L18和电容C8串联构成输出匹配网络，通过合理设计输出匹配，可以提高信号传输效率，减少信号反射和功率损耗。

如上介绍了两级放大器的结构，下面介绍巴伦，巴伦可以将单端信号转换为差分信号，或者将差分信号转换为单端信号。请参照图3，为本申请实施例提供一种巴伦的结构图。

当图3为第一巴伦101时，IN表示第一巴伦101的输入端，OUT1和OUT2分别表示第一巴伦的两个输出端，OUT1连接第一放大器102的输入端，OUT2连接第二放大器103的输入端。

具体的，第一巴伦101通过IN输入射频信号，将射频信号转换为幅值相同且相位相差180度的第一信号和第二信号之后，将第一信号从OUT1输出，将第二信号从OUT2输出。

当图3为第二巴伦104时，OUT1和OUT2分别表示第二巴伦104的两个输入端，OUT1连接第一放大器102的输出端，OUT2连接第二放大器103的输出端，IN表示第二巴伦104的输出端。

具体的，第二巴伦104通过OUT1输入第一放大器102输出的放大后的第一信号，通过OUT2输入第二放大器103输出的放大后的第二信号，将放大后的第一信号和放大后的第二信号合并为一路信号之后，从IN输出。

综上所述，本实用新型提供了一种高谐波抑制放大器，具有以下有益效果：

1、与传统放大器电路结构相比，采用了巴伦结构，利用巴伦将两个放大器输出的两路信号进行合成，由于巴伦的180°相位差，使二次谐波可以被很好地抑制掉，从而改善放大器的二次谐波抑制。

2、传统放大器在饱和输出功率时二次谐波抑制只有20dBc以下，本实用新型提供的高谐波抑制放大器在饱和输出功率条件下，二次谐波抑制可以达到35dBc，大大改善各通道间的信号干扰，满足了通信系统中对于高谐波抑制放大器的需求。

3、本实用新型不需要使用滤波器等器件即可实现二次谐波抑制，集成度高，使用更加方便。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高谐波抑制放大器，其特征在于，包括第一巴伦、第一放大器、第二放大器、以及第二巴伦；

所述第一巴伦的输入端为所述高谐波抑制放大器的输入端；

所述第一巴伦的输出端与所述第一放大器和所述第二放大器的输入端连接，用于将输入的射频信号转换为幅值相同且相位相差180度的第一信号和第二信号；

所述第一放大器的输出端与所述第二巴伦的输入端连接，用于对所述第一信号进行放大，获得放大后的第一信号；

所述第二放大器的输出端与所述第二巴伦的输入端连接，用于对所述第二信号进行放大，获得放大后的第二信号；

所述第二巴伦的输入端分别与所述第一放大器和所述第二放大器的输出端连接，用于将所述放大后的第一信号和所述放大后的第二信号合并为一路信号；

所述第二巴伦的输出端为所述高谐波抑制放大器的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器为电路结构相同的两级放大器。

3.根据权利要求2所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述两级放大器包括输入匹配网络、电流复用网络、第一级有源偏置网络、第一负反馈网络、第二负反馈网络、第二级匹配网络、输出匹配网络；

所述第一巴伦的输出端与所述输入匹配网络的输入端连接，所述输入匹配网络的输出端分别与所述第一负反馈网络的第一输入端和所述第二级匹配网络的输入端连接；

所述第一级有源偏置网络的输出端与所述第一负反馈网络的第二输入端连接，所述第一负反馈网络的输出端与所述电流复用网络的输入端连接，所述电流复用网络的输出端与所述第二负反馈网络的第一输入端连接；

所述第二级匹配网络的第一输出端与所述第二负反馈网络的第二输入端连接；所述第二级匹配网络的第二输出端与所述第二负反馈网络的第三输入端连接；

所述第二负反馈网络的输出端与所述输出匹配网络的输入端连接； 所述输出匹配网络的输出端与所述第二巴伦的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2；

所述电感L1的一端为所述输入匹配网络的输入端，所述电感L1的另一端与所述电容C1的一端连接；

所述电容C1的另一端与所述电感L2的一端连接，所述电感L2的另一端为所述输入匹配网络的输出端。

5.根据权利要求3所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述第一级有源偏置网络包括电阻R3和晶体管FET3；

所述电阻R3的一端接地，所述电阻R3的另一端与晶体管FET3的源级连接，所述晶体管FET3的栅极与漏极短路连接，所述晶体管FET3的漏极为所述第一级有源偏置网络的输出端。

6.根据权利要求3所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述第一负反馈网络包括电阻R1、电感L7、电容C2、电感L6；

所述电阻R1的一端为所述第一负反馈网络的第一输入端；所述电阻R1的另一端为所述第一负反馈网络的第二输入端；

所述电阻R1的另一端还与所述电感L7的一端连接，所述电感L7的另一端与所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端与所述电感L6的一端连接，所述电感L6的另一端为所述第一负反馈网络的输出端。

7.根据权利要求3所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述第二级匹配网络包括电感L9、电感L10、电感L11、电容C3；

所述电感L9的一端为所述第二级匹配网络的输入端，所述电感L9的另一端与所述电容C3的一端连接；

所述电容C3的另一端与电感L10的一端连接，所述电感L10的另一端为所述第二级匹配网络的第一输出端；

所述电感L10的另一端还与电感L11的一端连接，所述电感L11的另一端为所述第二级匹配网络的第二输出端。

8.根据权利要求4所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述电流复用网络包括电感L8、电阻R5、电容C4、电容C5、电感L12、电感L13；

所述电感L8的一端为所述电流复用网络的输入端，所述电感L8的另一端与所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端接地；

所述电感L8的另一端还与所述电感L12的一端连接，所述电感L12的另一端与所述电容C5的一端连接，所述电容C5的另一端接地；

所述电感L12的另一端还与所述电感L13的一端连接，所述电感L13的另一端为所述电流复用网络的输出端。

9.根据权利要求4所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述第二负反馈网络包括晶体管FET2、电容C6、电感L14、电感L15、电感L16、电感L17、电阻R8；

所述晶体管FET2的源极所述第二负反馈网络的第一输入端，所述晶体管FET2的栅极为所述第二负反馈网络的第三输入端，所述晶体管FET2的漏极与所述电感L16的一端连接，所述电感L16的另一端为所述第二负反馈网络的输出端；

所述电感L14的一端为所述第二负反馈网络的第二输入端，所述电感L14的另一端与所述电阻R8的一端连接；

所述电阻R8的另一端与所述电感L15的一端连接，所述电感L15的另一端与所述电容C6的一端连接；

所述电容C6的另一端与所述电感L17的一端连接，所述电感L17的另一端为所述第二负反馈网络的输出端。

10.根据权利要求4所述的一种高谐波抑制放大器，其特征在于，所述输出匹配网络包括电容C8和电感L18；

所述电感L18的一端为所述输出匹配网络的输入端；

所述电感L18的另一端与所述电容C8的一端连接，所述电容C8的另一端为所述输出匹配网络的输出端。