[發明專利]一種短波高線性平衡結構功率放大器

在審

• 申請號: 201610987612.3
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106603022A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 石玉;鄭華溢;劉漢子;張瑋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32;H03F3/19;H03F3/45
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 甘茂

技術領域

本發明涉及短波無線通信技術領域，具體涉及一種短波高線性平衡結構功率放大器的結構及原理。

背景技術

從19世紀30年代摩爾發明電報開始到CDMA、3G、4G無線通信的提出，無線通信已經成為人們日常生活中重要的一部分；隨著無線用戶的飛速增長和通信業務的開展，通信頻帶越來越擁擠，頻譜資源已經十分稀缺，當前大量的技術以及業務都是使用2GHz以下的頻譜，這使得頻譜擁擠現象及其嚴重。

有限的頻譜資源是一切無線通信賴以生存的基石，不斷提高頻譜利用效率在頻譜擁擠現象越來越嚴重的今天顯得十分必要。為了提高頻帶利用的效率可以采用利用率較高的線性調制技術如多進制正交調幅(MQAM)、正交相移鍵控(QPSK)等調制方式；這些調制方式要求射頻系統具有良好的線性特性，否則將會出現互調失真和頻譜擴展；這使得對高線性放大器的研究顯得十分必要。

由于短波的相對帶寬較寬，電磁環境相對惡劣，短波頻段的寬帶接收機前端往往需要更大的動態范圍，而大動態范圍寬帶接收前端需要高線性的寬帶放大器；短波的頻率范圍為1.5MHz～30MHz，相對帶寬達到了數個倍頻程，由于接收機前端器件的非線性，帶外強干擾信號產生的互調產物很容易落在帶內，而且根本無法用濾波器濾除，由于器件的非線性的存在，互調產物會對相鄰頻段產生干擾；提高器件的非線性，成為排除干擾以及減少自身干擾的有效辦法。

在通信系統中，任何器件，如二極管，場效應管，都是非線性的，即電壓與電流之間呈現非線性比例關系。由于器件的非線性，不同頻率的輸入信號會產生交叉調制，造成頻譜擴展，從而在非工作頻率產生調制產物。設單個輸入信號頻率為f₁，則產生的諧波信號頻率分別為：2f₁，3f₁，4f₁等等。當輸入兩個不同頻率的信號時，主信號產生的諧波信號之間又會互相調制，產生更多的新產物。功率放大器的非線性將使信號幅度和相位產生畸變，從而引起輸出頻譜變寬，同時也對鄰信道產生很強的干擾。

為了頻譜擁擠現象及降低干擾對通信系統的影響，高線性的功率放大器的研究越來越為業界所關注；讓各通訊頻段的互相干擾降到最低，降低非線性器件所帶來的調制產物，提高器件的線性是有效的解決手段。目前常用的提高放大器線性的手段有前饋法、預失真法、功率回退法等，而采用平衡結構來提高放大器的線性的方法因其結構較為簡單，輸出功率較高，駐波較好等優勢被廣泛用于短波放大器中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種短波高線性平衡結構功率放大器，適用于短波接收前端輸出級。本發明采用的技術方案為：

一種短波高線性平衡結構功率放大器，包括輸入巴倫、兩個相同的放大電路模塊、可調直流偏置電路模塊及輸出巴倫，射頻輸入信號通過輸入巴倫耦合為兩路相位差為180°的平衡信號，分別輸入兩個放大電路模塊，兩個放大電路模塊輸出信號通過輸出巴倫耦合為單路信號輸出，所述可調直流偏置電路模塊用于為兩個放大電路模塊提供直流偏置；其特征在于，每個放大電路模塊包括放大電路和負反饋電路，所述放大電路由兩個晶體管采用共射-共基方式級聯構成，所述負反饋電路由定向耦合器構成，所述負反饋電路連接于所述放大電路的輸入端和輸出端之間。

進一步的，所述負反饋電路由定向耦合器構成，所述定向耦合器的耦合端連接放大電路輸入端，所述定向耦合器的輸入段依次經過電阻、電容后連接放大電路輸出端，所述定向耦合器的接地端經過電容接地。

與傳統放大器相比，本發明的有益效果在于：

首先，本發明中單路放大器使用兩只高頻硅晶體管搭建，此晶體管本身具有較高的OIP2與OIP3，單片成本較低，適合大批量采購與生產；同時將晶體管按照共射-共基級聯方式構建單路放大器，并引入了定向耦合器結構的負反饋，提供了更高的增益平坦度與更寬的頻率特性，甚至可用到100MHz以下的超短波頻段；

其次，本發明放大器結構采用差分平衡式結構，使單個放大器的二階交調分量在輸出巴倫耦合時相互抵消，從而大幅提高放大器的OIP2；此外，平衡結構具有高度一致的兩個單獨放大單元，即使其中一個損壞，整個放大器也能下降3dB增益繼續工作，提高了系統的穩定性；

綜上，本發明提供短波高線性平衡結構功率放大器能夠工作在1.5～30MHz的頻段內，具有較高的線性與較高的輸出功率，放大器的增益≥20dB，OIP2＞100dBm，OIP3＞50dBm，輸出1dB壓縮點≥30dBm。

附圖說明