[發明專利]一種用于微波無線電能傳輸裝置的射頻功率放大器系統

有效

• 申請號: 201711234179.7
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108023552B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 宮大為;李曉寧;李陽
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/191
• 分類號: H03F3/191;H03F3/21;H03F1/02;H03F3/68;H02J50/20
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明提供了一種用于微波無線電能傳輸裝置的射頻功率放大器系統，射頻功率放大器系統包括依次串接的第一級功率放大電路、第二級功率放大電路和第三級功率放大電路：所述第一級功率放大電路主要包括磷化鎵銦異質結雙級晶體管的信號源級功率放大器；所述第二級功率放大電路主要包括砷化鎵異質結雙級晶體管的驅動級放大器；所述第三級功率放大器主要包括氮化鎵高電子遷移率晶體管。本發明提供的射頻功率放大器系統，拓撲結構簡潔，元器件成本低廉，散熱性能好溫升小，能夠穩定的進行大功率輸出，滿足了微波無線電能傳輸裝置功率、效率和穩定性的需求。

技術領域

本發明涉及微波無線電能傳輸領域，尤其涉及一種用于微波無線電能傳輸裝置的射頻功率放大器系統。

背景技術

近些年來，隨著人們生活水平的不斷提高和探索物質世界的逐漸深入，人們對電能的傳輸方式和傳輸質量也有了新的要求。傳統的電能傳輸主要是由導線或導體直接接觸進行的，接觸產生的火花、滑動磨損、碳積累及帶電導體裸露等帶來了一系列問題。無線輸電是一種利用無線電傳輸電力能量的技術，最早由尼古拉·特斯拉提出，與傳統的電能傳輸方式相比，無線輸電的過程中供電和用電之間不存在電的直接連接，避免了裸露導體和接觸火花，具有使用安全、方便等優點，因而受到了廣大研究工作者的關注和重視。無線輸電技術應用領域非常廣泛，特別是在軍事、礦山、水下、醫療、石油、交通等特殊和惡劣環境下具有廣泛的應用前景。

雖然講能量諧振為微波來進行無線電能傳輸一直為人所知，但在應用時，需加裝射頻功率放大系統，現有的射頻功率放大系統較為昂貴，且現有的射頻功率放大器系統的電源的效率通常低于50％，這是微波無線電能傳輸裝置不能接受的，因為電源的效率和使用成本均不能滿足節能的標準。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種用于微波無線電能傳輸裝置的射頻功率放大器系統，以解決上述問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：本發明提供了一種射頻功率放大器系統，包括依次串接的第一級功率放大電路、第二級功率放大電路和第三級功率放大電路；所述第一級功率放大電路主要包括磷化鎵銦異質結雙級晶體管的信號源級功率放大器；所述第二級功率放大電路主要包括砷化鎵異質結雙級晶體管的驅動級放大器；所述第三級功率放大器主要包括氮化鎵高電子遷移率晶體管。

所述射頻功率放大器系統的輸入端連接微波頻率源，輸出端連接柵格天線。

與有技術相比，本發明的優點在于：本發明提供的一種射頻功率放大器系統。其中，分析上述結構可知：該射頻功率放大器系統主要由三級功率放大電路組成，適應于2450兆赫茲的頻率，其目的在于將功率通過三級放大電路穩步放大到40瓦左右輸出；其中：第一級功率放大電路的輸入功率范圍為1-2毫瓦，輸出功率范圍為30-40毫瓦；其第一級功率放大電路的主要部件為磷化鎵銦異質結雙級晶體管，該磷化鎵銦異質結雙級晶體管具有電路結構簡單和功耗小的特點；第二級功率放大電路的輸入功率范圍為30-40毫瓦(即同第一級放大電路的輸出)，輸出功率范圍為0.5-1瓦；第二級功率放大電路中的主要部件為砷化鎵異質結雙級晶體管；第三級功率放大電路的輸入功率即為第二級功率放大電路的輸出，其輸出功率范圍35-40瓦；第三級功率放大電路中的主要部件為氮化鎵高電子遷移率晶體管。氮化鎵高電子遷移率晶體管是該功率放大器系統中最重要的功率放大器件，以D模式工作在開關狀態，用以實現最大的系統效率。相比與現有的功率放大器，該氮化鎵高電子遷移率晶體管具有工作頻率高，效率高，成本低，體積小的特點，因此選用其作為應用在微波無線電能傳輸裝置的射頻功率放大電路。

本發明提供的射頻功率放大器系統中三個已封裝的晶體管芯片級聯，可以實現四萬倍的功率放大。第一階段是使用磷化鎵銦異質結雙級晶體管來增益。第二階段是使用砷化鎵異質結雙級晶體管來增益。該功率放大器系統中最重要的部分是最后階段的功率放大器，其輸出功率是約40瓦特。它的功率損失決定了整個系統的損失，氮化鎵高電子遷移率晶體管可以工作在2450兆赫茲的超高頻率，以D模式工作在開關狀態，可以提供足夠的功率以用于本發明的微波無線電能傳輸裝置，同時抑制其成本，使其在市場上仍具有競爭力。