RU2586264C1 - Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике - Google Patents

Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике Download PDF

Info

Publication number
RU2586264C1
RU2586264C1 RU2015107217/28A RU2015107217A RU2586264C1 RU 2586264 C1 RU2586264 C1 RU 2586264C1 RU 2015107217/28 A RU2015107217/28 A RU 2015107217/28A RU 2015107217 A RU2015107217 A RU 2015107217A RU 2586264 C1 RU2586264 C1 RU 2586264C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active element
harmonic
active
output
load
Prior art date
Application number
RU2015107217/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Вячеславович Воронович
Владимир Александрович Кузьмин
Андрей Юрьевич Потапов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2015107217/28A priority Critical patent/RU2586264C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2586264C1 publication Critical patent/RU2586264C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B11/00—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit
    • H03B11/04—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit excited by interrupter
    • H03B11/10—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit excited by interrupter interrupter being semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/18—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising distributed inductance and capacitance

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах. Технический результат - получение высоких значений КПД в относительной полосе рабочих частот, достигаемой 30%. Полигармонический генератор содержит активный элемент, работающий с требуемым углом отсечки, выходную цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, и широкополосную входную цепь, при этом параметры выходной цепи обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной значения реактивных сопротивлений на 2-й гармонике, определяемые заданными соотношениями. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах.
Общим недостатком существующих полигармонических генераторов (ПГ) с высоким КПД, используемых в высокоэффективных радиопередатчиках, является узкая полоса рабочих частот. Этот недостаток связан с тем, что в ПГ при перестройке рабочей частоты происходит изменение импеданса не только на основной частоте, но и на высших гармониках.
Известно техническое решение ПГ, содержащее активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, параметры которой гарантируют согласование активного элемента с нагрузкой, а между выходным электродом и общей шиной обеспечивают низкое значение импеданса на 2-й гармонике при работе генератора на центральной частоте (T. Nojima, S. Nishiki, K. Chiba, High-efficiency quasimicrowave GaAs FET Power amplifier. El.Letters, 7-th May 1987, vol.23, N10, pp. 512-513). Реализация высокоэффективного режима и достижение высокого значения КПД в данном генераторе возможно в относительно узкой полосе частот, равной 3%.
Известен также ПГ, работающий при угле отсечки выходного тока, близком к 90°, содержащий активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, параметры которой гарантируют согласование активного элемента с нагрузкой, а между выходным электродом и общей шиной обеспечивают низкое значение импеданса на 2-й гармонике и высокое значение импеданса на 3-й гармонике при работе генератора на центральной частоте. Данный генератор имеет также узкую полосу частот, составляющую 5% (S. Toyoda, High Efficiency Amplifiers, IEEE MTT-S Digest, 1994, pp. 253-256).
Известно техническое решение усилителя мощности инверсного класса F, которое также можно отнести к полигармоническим генераторам с внешним возбуждением (A. Grebennikov, High-Efficiency Transmission-Line Jnverse Class F Power Amplifiers for 2-GHz WCDMA Sistems, International J. Of eF and Microwave Computer-Aided Eng., vol.21, №4, July 2011, p. 446-456). Получение высоких значений КПД в таком генераторе возможно в относительно небольшой полосе рабочих частот, равной ≈ 2,7%.
Среди известных решений наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является широкополосный ПГ (патент РФ на изобретение №2517283, МПК Н03В 11/10, опубл. 27.05.2014, бюл. №15). Такой ПГ содержит активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, а также широкополосную входную цепь, соединенную с входом активного элемента, при этом под воздействием входного сигнала активный элемент формирует импульсы тока, угол отсечки импульсов тока активного элемента находится в пределах (100-110)°, а параметры выходной цепи в рабочей полосе частот обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной следующие относительные значения реактивных сопротивлений на гармониках:
Figure 00000001
;
Figure 00000002
,
где
Figure 00000003
,
Figure 00000004
- абсолютные значения реактивного сопротивления на 2-й и 3-й гармониках соответственно;
Rн - значение активного сопротивления нагрузки на 1-й гармонике между выходным электродом активного элемента и общей шиной.
Конструктивная реализация данного генератора в относительной полосе частот, равной ≈ 20%, имеет среднюю выходную мощность 6,5 Вт при минимальном КПД 76%.
Предлагаемое изобретение направлено на расширение полосы рабочих частот при сохранении высокого значения КПД. Это достигается тем, что полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике, содержащий активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, а также широкополосную входную цепь, соединенную с входом активного элемента, при этом под воздействием входного сигнала активный элемент формирует импульсы тока, угол отсечки
Figure 00000005
импульсов тока активного элемента определяется выражением:
θ=(-8,57ln q+109)°±2°,
где q=ωRнCвых - добротность активного элемента;
ω - круговая рабочая частота;
Rн - значение активного сопротивления нагрузки на 1-й гармонике между выходным электродом активного элемента и общей шиной;
Свых - выходная емкость активного элемента; параметры выходной цепи в рабочей полосе частот обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной следующие относительные значения реактивных сопротивлений на 2-й гармонике:
Figure 00000006
где
Figure 00000007
,
Figure 00000008
- значения соответственно положительного и отрицательного реактивного сопротивления на 2-й гармонике,
при этом значения добротности q находятся в пределах 0,1≤q≤1.
Такой выбор параметров выходной цепи создает благоприятные условия для достижения высокого значения КПД в полосе рабочих частот, превышающей полосу рабочих частот прототипа. Это происходит благодаря тому, что в предлагаемом устройстве импульсы тока активного элемента имеют уплощенную трапецеидальную форму, а форма напряжения на выходе активного элемента близка к косинусоидальным импульсам. Такие формы напряжения и тока обеспечиваются в более широкой, чем у прототипа полосе частот, что и определяет возможность сохранения высоких значений КПД в большей полосе частот.
Заметим, что значения добротности q, ограниченные в пределах 0,1≤q≤1, характерны для подавляющего большинства генераторных полевых и биполярных транзисторов, которые могут быть использованы в ПГ в качестве активных элементов.
На фиг. 1 представлена схема ПГ.
Предлагаемый ПГ с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике содержит широкополосную входную цепь (1), соединенную с входом активного элемента (2), выход которого подключен к источнику питания через цепь развязки (3) и соединен с выходной цепью (4). Частная форма реализации выходной цепи, состоящей из элементов (5)-(19), дана на фиг. 1. Параметры выходной цепи выбраны таким образом, что в рабочей полосе частот они обеспечивают согласование активного элемента с нагрузкой на 1-й гармонике, а на 2-й гармонике импедансы между выходным электродом активного элемента и общей шиной соответствуют приведенным выше выражениям. ПГ работает следующим образом. При упомянутом выборе импедансов и соответствующем угле отсечки в рабочей полосе частот создаются необходимые условия для получения таких форм напряжения и тока, при которых минимизируется количество тепловой энергии, рассеиваемой активным элементом на его сопротивлении насыщения. Импульсы тока активного элемента в предлагаемом устройстве так же, как в прототипе, имеют уплощенную трапецеидальную форму, что способствует достижению высоких значений КПД. В предлагаемом ПГ полигармонический высокоэффективный режим по сравнению с прототипом сохраняется в большей рабочей полосе частот.
Предложенное устройство было проверено в конкретной конструктивной реализации. В качестве активного элемента использовался МДП-транзистор MRF1517NT1, номинальные значения элементов выходной цепи даны на фиг. 1. Все конденсаторы выходной цепи - фирмы АТС группы 600S. При синтезе выходной цепи учитывались значения паразитных индуктивностей конденсаторов. Данный ПГ с центральной частотой ≈ 330 МГц в относительной полосе частот, равной 30%, имеет КПД (76-79)%. При этом среднее значение мощности составляет 6,5 Вт при неравномерности в полосе частот 0,7 дБ. Устройство, собранное согласно признакам прототипа на том же транзисторе при одинаковой средней мощности при тех же значениях КПД, имеет относительную полосу частот, равную 20%.
Таким образом, применение предложенного технического решения в данной конструктивной реализации позволило, по сравнению с прототипом, увеличить полосу рабочих частот примерно в 1,5 раза при сохранении высоких значений КПД.

Claims (1)

  1. Полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике, содержащий активный элемент, к выходному электроду которого подключена выходная цепь, которая согласует активный элемент с нагрузкой, а также широкополосную входную цепь, соединенную с входом активного элемента, при этом под воздействием входного сигнала активный элемент формирует импульсы тока, отличающийся тем, что угол отсечки θ импульсов тока активного элемента определяется выражением:
    θ=(-8,57ln q+109)°±2°,
    где q=ωRнCвых - добротность активного элемента;
    ω - круговая рабочая частота;
    Rн - значение активного сопротивления нагрузки на 1-й гармонике между выходным электродом активного элемента и общей шиной;
    Свых - выходная емкость активного элемента;
    параметры выходной цепи в рабочей полосе частот обеспечивают между выходным электродом активного элемента и общей шиной следующие относительные значения реактивных сопротивлений на 2-й гармонике:
    Figure 00000006

    где
    Figure 00000009
    ,
    Figure 00000010
    - значения соответственно положительного и отрицательного реактивного сопротивления на 2-й гармонике, при этом значения добротности q находятся в пределах 0,1≤q≤1.
RU2015107217/28A 2015-03-02 2015-03-02 Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике RU2586264C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107217/28A RU2586264C1 (ru) 2015-03-02 2015-03-02 Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107217/28A RU2586264C1 (ru) 2015-03-02 2015-03-02 Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2586264C1 true RU2586264C1 (ru) 2016-06-10

Family

ID=56115337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015107217/28A RU2586264C1 (ru) 2015-03-02 2015-03-02 Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2586264C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1215162A1 (ru) * 1984-02-14 1986-02-28 Минский радиотехнический институт Цифровой генератор синусоидальных сигналов
US20010030583A1 (en) * 2000-04-18 2001-10-18 Alps Electric Co., Ltd. Voltage controlled oscillator for oscillating signals with high C/N ratio
RU2210175C2 (ru) * 2000-01-17 2003-08-10 Войсковая часть 11135 Широкополосный полигармонический генератор
RU2319284C1 (ru) * 2006-07-07 2008-03-10 Новосибирский государственный технический университет Многочастотный автогенератор радиочастотного диапазона
RU2517283C1 (ru) * 2012-12-19 2014-05-27 Федаральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный Научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Широкополосный полигармонический генератор

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1215162A1 (ru) * 1984-02-14 1986-02-28 Минский радиотехнический институт Цифровой генератор синусоидальных сигналов
RU2210175C2 (ru) * 2000-01-17 2003-08-10 Войсковая часть 11135 Широкополосный полигармонический генератор
US20010030583A1 (en) * 2000-04-18 2001-10-18 Alps Electric Co., Ltd. Voltage controlled oscillator for oscillating signals with high C/N ratio
RU2319284C1 (ru) * 2006-07-07 2008-03-10 Новосибирский государственный технический университет Многочастотный автогенератор радиочастотного диапазона
RU2517283C1 (ru) * 2012-12-19 2014-05-27 Федаральное государственное унитарное предприятие "18 Центральный Научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации Широкополосный полигармонический генератор

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Highly efficient broadband continuous inverse class-F power amplifier design using modified elliptic low-pass filtering matching network
KR102355260B1 (ko) 다중 고조파 근사에 기초하는 전력 증폭기 효율과 관련된 회로 및 방법
JP5603893B2 (ja) 高周波半導体増幅器
Kim et al. Combined power oscillator using GaN HEMT
Son et al. Broadband saturated power amplifier with harmonic control circuits
Mortazavi et al. A 38 GHz inverse class-F power amplifier with 38.5% peak PAE, 16.5 dB gain, and 50 mW P sat in 0.13-µm SiGe BiCMOS
JP2013187775A (ja) 高周波半導体増幅器
CN103840772A (zh) 一种使用CRLH-TL补偿线提高Doherty功放线性的电路
RU2586264C1 (ru) Широкополосный полигармонический генератор с высоким импедансом нагрузки на 2-й гармонике
Kwon et al. A 219-GHz fundamental oscillator with 0.5 mW peak output power and 2.08% DC-to-RF efficiency in a 65 nm CMOS
CN106301254A (zh) 一种高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法
Ma et al. An output match design method for high efficiency and broadband class-J PA
Zhou et al. Wideband class-E power amplifier covering the whole UHF broadcast band
Probst et al. Load modulation with an adaptive matching network based on MEMS for efficiency enhancement of an inverse class-F power amplifier
El Din et al. Efficiency enhancement of class-F GaN power amplifiers using load modulation
RU2517283C1 (ru) Широкополосный полигармонический генератор
Kong et al. Continuous and reconfigurable Doherty power amplifier using tunable comb structure
Wang et al. Design of a high-efficiency GaN HEMT RF power amplifier
Li et al. Development of a concurrent dual-band switch-mode power amplifier based on current-switching class-D configuration
RU2538346C1 (ru) Высокочастотный ключевой усилитель мощности
KR101778117B1 (ko) 메타 전자파 구조를 이용한 이중대역 Ｃｌａｓｓ－ Ｆ ＧａＮ 전력증폭장치
Chéron et al. Over 70% PAE packaged GaN HEMT through wideband internal matching at second harmonic in S-band
EP3089370B1 (en) Electronic device with rf transmission line stub and rf shorting switch configuration and related methods
Babapour et al. Design of a Class F Power Amplifier With 60% Efficiency at 1800 MHz Frequency
Li et al. A highly-efficient BiCMOS cascode Class-E power amplifier using both envelope-tracking and transistor resizing for LTE-like applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180303