用于增加平衡放大器/天线组合的功率系数的方法和系统技术方案

提高平衡放大器驱动天线配置的功率系数的系统，其包括响应于周期性时间变化输入信号并随之产生至少两个输出信号的推挽式Ｂ类功放电路（Ｑ１，Ｑ２）。该配置包括对输入信号二次谐波呈高阻抗的平衡天线（２２，２４）、至少一个连于功放电路及平衡天线（２２，２４）之间向该天线提供至少两个输出信号的传输线（２０），后者（２０）长度为输入信号的１／８或其奇数倍，从而在输入信号的二次谐波上，大致短路地反射器功放电路，以消除二次谐波。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及由平衡放大器驱动的平衡天线的操作，更具体地说，涉及用于增加平衡放大器/天线组合的输出功率系数的方法和系统。在将信号通过天线发射到自由空间之前，采用推挽平衡结构的B类功率放大器来放大射频(RF)信号，在现有技术中是众所周知的。B类功率放大器，在输入波的50％(180°)的范围，它的输出信号是输入信号的线性函数，对于很高功率系数提供了潜力。大家也知道，由放大器射频输出功率对放大器直流输入功率之比定义的这个功率系数理论上可达到78.5％的极限。采用全属半导体场效应晶体管(MESFETs)，高电子迁移率晶体管(HEMTs)或双极结型晶体管(BJTs)设计的功率放大器可提供这种理论系数。然而，由于这些晶体管器件固有的非线性，B类功率放大器的输出信号有很大的谐波失真，这种失真是采取谐波分量的形式，这些分量出现在与晶体管器件相联系的输出电压和电流信号之中。B类推挽操作企图通过相位的求和使它们可彼此抵消，从而消除这些不需要的谐波频率分量，特别是第二谐波负载电压。在通常的B类推挽放大器中，是通过采用180°的输出组合器来达到这种消除效果的，其中将每个功率晶体管的二次谐波负载电压相加，从而达到消除。应当注意，如果没有适当地消除由B类推挽功率放大器产生的二次谐波负载电压，将使放大器功率系数降低，从而使功率系数的最大值限制到为大约64％。另外，虽然输出组合器能消除第二谐波分量，然而该输出组合器也是很大的耗散功率损失源。特别是在微波频率上，有输出组合器时，使放大器的效率降低25％，于是将放大器的最大功率系数限制到大约59％。结果，与输出组合器相连系的功率损失相结合的这种功率系数降低，使放大级的最大功率系数降到50％之下。此外，通常的天线驱动系统还包括几个其它的必须元件，比如，为了匹配放大器和组合器的阻抗，在B类推挽功率放大器和输出组合器之间通常需要一个阻抗匹配网络。而且通常必须采用一平衡-不平衡变换器，将来自输出组合器和非平衡输入变换到平衡负载，比如与平衡天线相连。还有，通常的系统还可包括以谐波滤波器形式的附加谐波滤波，放置在输出组合器和平衡—非平衡变换器之间。然而，缺点是所有这些元件都有与之相连系的固有耗散功率损失。因此，尽管在通常系统中它们是必须的元件，但也降低可由B类推挽功率放大器所提供的高功率系数水平。因此，就需要一种系统和方法，通过消除与上述通常设置相连系的耗散功率损耗以及其它降低功率系数之源，来提高平衡放大器/天线组合的功率系数。本专利技术的目的之一是提供一种增加平衡放大器/天线组合的功率系数的系统和方法。本专利技术的目的之二是提供一种通过将B类推挽功率放大器直接与平衡天线集成化，来增加平衡放大器/天线组合的功率系数的系统和方法，并同时取得了适当的谐波终端负载。本专利技术的目的之三是提供一种系统和方法，用于消除与在通常功率放大器/天线系统结构中所用的180°输出组合物相联系的耗散功率损失。本专利技术的目的之四是提供一种系统和方法，用于消除与通常的功率放大器/天线系统结构中所用的阻抗匹配网络相联系的耗散功率损失。本专利技术的目的之五是提供一种系统和方法，用于消除与通常的功率放大器/天线系统结构中使用的平衡-不平衡变换器相联系的耗散功率损失。根据本专利技术的一种形式，一种用于增加平衡放大器/天线组合的功率系数的系统，该系统响应射频信号，包括一个射频(RF)信号分路器。该RF信号分路器响应RF信号，并产生第一分路RF信号和第二分路RF信号，第二分路RF信号与第一分路RF信号有180°相差。该系统还包括一个功率放大器电路，该功率放大器电路响应第一分路RF信号和第二分路RF信号，并放大每个第一和第二分路RF信号，然后分别产生第一放大RF信号和第二放大RF信号，第一和第二放大RF信号的每个都具有基频分量和主要的二次谐波频率分量。第一放大RF信号的基频分量与第二放大RF信号基频分量有180°相差，而第一放大RF信号的二次谐波频率分量与第二放大RF信号的二次谐波频率分量相位相同。此外，该系统还包括一平衡天线，该天线响应第一放大RF信号和第二放大RF信号，该天线对每个第一和第二放大RF信号的二次谐波频率分量呈现高阻抗，并同时发射每个第一和第二放大RF信号的基频分量，从而使第一放大RF信号的基频分量与第二放大RF信号的基频分量在自由空间组合。于是产生一个发送的RF信号。该系统还包括一传输线，工作时连接在功率放大电路和天线之间。该传输线接收发送第一放大RF信号和第二放大RF信号。该传输线具有一选择长度，长度的选择使得对于每个第一和第二放大RF信号的二次谐波分量在放大器的输出端实际上呈现基本短路，从而消除了每个第一和第二放大RF信号的二次谐波频率分量。采用在本专利技术系统的RF信号最好在大约3MHz与300GHz之间的频率范围。另外，在本专利技术系统中所用的功率放大电路最好包括推挽结构的B类功率放大器，在本专利技术系统中所用的传输线的长度最好等于大约RF信号波长的1/8，或其奇数倍(即，3/8λ，5/8λ，等等)。另外，根据本专利技术的系统最好包括一个阻抗匹配网络，工作时该网络连接在RF信号分路器和功率放大器电路之间，从而提供了在RF信号分路器和功率放大电路之间的阻抗匹配。根据本专利技术的另一种形式，一种放大器驱动天线装置包括一推挽B类功率放大器电路。该功率放大器电路响应周期的时间变化输入信号，据此产生至少两个输出信号。该系统还包括一平衡天线，对于输入信号的二次谐波具有较高的阻抗。该系统还包括至少一个传输线，工作时连接在功率放大器电路和平衡天线之间，该传输线对该平衡天线至少提供两个输出信号，该传输线的长度近似为输入信号波长的1/8或再乘一个奇数，从而使得对于输入信号的二次谐波反射器对功率放大器电路基本上呈现短路。根据本专利技术的一种方法，通过对RF信号分路，产生第一分路RF信号和第二分路RF信号，来增加平衡放大器/天线组合的功率系数。该第二分路RF信号与第一分路RF信号有180°相差。该方法包括放大第一分路RF信号和第二分路RF信号，并分别产生第一放大RF信号和第二放大RF信号，每个第一和第二放大RF信号具有基频分量和二次谐波分量，第一放大RF信号的基频分量与第二放大RF信号的基频分量有180°相差，而第一放大RF信号的第二谐波频率分量与第二放大RF信号的二次谐波频率分量同相。所述方法还包括天线调相，使得对于每个第一和第二放大RF信号的二次谐波频率信号，天线反射基本呈现短路，从而消除了第一和第二放大RF信号的二次谐波频率分量。在根据本专利技术的另一方法中，平衡天线是直接由推挽B类放大器电路驱动的，对功率放大器电路供给随时间周期变化的输入信号。该方法包括选择平衡天线，使得被平衡激励驱动时对输入信号的基频呈现较低的输入阻抗，当被非平衡激励时对输入信号的二次谐波频率呈现基本上是电抗。该方法还包括用传输线将平衡天线连接到功率放大器电路，该传输线的长度是输入信号波长的1/8或是它的奇数倍，从而使输入信号的第二谐波反射回功率放大器电路呈现基本短路。如上所述，驱动平衡天线系统的设计通常要求有这样一些部件推挽B类功率放大器、阻抗匹配网络、输出组合器、平衡-不平衡变换器和谐波滤波器。尽管这些元件对于驱动一定高值功率系数的天线是必需的，但也把这些元件的固有耗散功率损失带给了该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高平衡放大器／天线组合的功率系数的系统，该系统响应于引入其中的射频（ＲＦ）信号，其包括：－ＲＦ信号分路器（２），该ＲＦ信号分路器（２）响应于ＲＦ信号，产生一第一分路ＲＦ信号和一第二分路ＲＦ信号，第二分路ＲＦ信号与第一分路ＲＦ信 号有１８０°相位差；－功率放大器电路（Ｑ１，Ｑ２），该功率放大器电路（Ｑ１，Ｑ２）响应于第一分路ＲＦ信号和第二分路ＲＦ信号，对每一第一和第二分路ＲＦ信号进行放大，并分别产生一第一放大ＲＦ信号和一第二放大ＲＦ信号，每一第一和第二放大ＲＦ信 号具有基波频率分量和二次谐波频率分量，第一放大ＲＦ信号的基波频率分量与第二ＲＦ信号的基波频率分量有１８０°相位差，第一放大ＲＦ信号的二次谐波频率分量与第二放大ＲＦ信号的二次谐波频率分量相位相同；一平衡天线（２２，２４），该天线（２２，２ ４）响应于第一放大ＲＦ信号和第二放大ＲＦ信号，其对各第一和第二放大ＲＦ信号的二次谐波频率分量呈现较高的阻抗，发射各第一和第二放大ＲＦ信号的基波频率分量，从而使得第一放大ＲＦ信号的基波频率分量在自由空间与第二放大ＲＦ信号的基波频率分量相组合，进而产生一发射的ＲＦ信号；以及一传输线（２０），该传输线（２０）工作时连接于功率放大器电路（Ｑ１，Ｑ２）和天线（２２，２４）之间，其接收和发射第一放大ＲＦ信号和第二放大ＲＦ信号；选择该传输线（２０）的长度，使其对各第一和第二放大ＲＦ信号 的二次谐波频率分量大致呈现短路的效果，从而消除各第一和第二放大ＲＦ信号的二次谐波频率分量。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JA皮尔罗，小RL克劳斯，RM卢迪什，
申请(专利权)人：AIL系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]