为了克服大功率半导体放大器的线性度难以满足通信系统要求，输出谐波高，需要外加滤波器的缺点，本发明专利技术提供一种利用空间合成结构的B类推挽放大器放大器设计。该放大器具有线性度好，输出功率高和体积小的优点。本发明专利技术将B类推挽放大器所需产生两路幅度相同相位相反的信号的巴伦集成于用于空间合成的天线之内，实现了系统的小型化。其解决技术问题所采用的具体方案是：利用空间合成结构中的鳍线天线构成具有双路输出和180度相移的巴伦，由同样的输入和输出巴伦构成B类推挽放大器单元，通过空间合成结构将B类推挽放大器单元阵列进行有效的合成，可实现大功率输出，同时保证良好的线性度和高的效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及一种使用空间合成技术的高线性功率放大器的设计技术，可广泛用于卫星通信和微波，毫米波通信等通信系统中。
技术介绍
微波与毫米波放大器是通信领域的关键设备之一，目前在大功率放大器领域中广泛采用的是真空管放大器。但是由于真空管器件的寿命有限，并且需要使用高电压，导致操作危险增大。更为重要的是真空管放大器的线性度差，通常需要由标称输出功率回退6dB 以上，才能满足线性度的要求。半导体放大器的寿命远远长于真空管器件，而且具有操作电压低等优点。但是由于半导体晶体管和单片集成电路的输出功率很有限，其最高输出功率和真空管放大器相差一个数量级，必须使用能够实现大规模合成的空间功率合成技术来提高输出功率，而基于同轴波导的功率合成技术是适合于大功率合成的最佳选择。在使用同轴波导功率合成技术的放大器中，由呈放射状均勻对称分布在同轴腔内的鳍线天线阵列将输入功率均勻分配至腔体内部的每一个放大器单元，并由相同的输出鳍线天线阵列将功率合成至输出端口。由于同轴腔的对称特性，每一个鳍线天线上耦合的信号的幅度与相位都相同，所以与鳍线天线相连的每个放大器单元可以得到相同幅度与相位的输入信号，而其输出信号也可以实现同幅同相的功率叠加。这种空间合成阵列即使在最理想的情况下只是使得整个功率放大器保持和每个放大器单元一致的线性度，由于天线阵列在生产和组装过程中产生的不可避免的幅度与相位误差，在实际应用中其线性度还会有所下降。B类放大器具有同高线性的A类放大器相似的线性度，但是由于B类放大器的输出有偶次谐波，需要在输出端加入滤波器，导致系统体积增加，不利于系统小型化。利用波导空间合成中的鳍线天线结构来形成具有幅度相同并且相位相反的两路输出的巴伦，可以使用于功率合成的每个放大器单元成为B类推挽放大器单元。B类推挽放大器单元的偶次谐波可以相互抵消，在其输出端不需要使用低通滤波器。通过将组成放大器的各单元构成B类推挽放大器单元后，再进行功率合成，可以提高整个放大器的线性度， 而且不需要再在输出端加入任何滤波器。
技术实现思路
为了克服大功率半导体放大器的线性度差，输出谐波高，需要外加滤波器的缺点， 本专利技术专利提供一种利用空间合成结构的B类推挽放大器放大器设计。该放大器具有线性度好，输出功率高和体积小的优点，便于移动及固定系统采用。B类推挽放大器具有线性度好，输出谐波低等优点，但是其需要输入巴伦以产生两路幅度相同相位相反的信号，同时需要对称的输出巴伦将输出信号叠加。巴伦电路要增加电路的尺寸，同时引入额外的损耗。本专利技术专利为解决该技术问题所采用的技术方案是利用空间合成结构中的鳍线天线构成具有双路同幅输出和180度相移的巴伦，由对称的输入和输出巴伦构成B类推挽放大器单元，使得每个放大器单元具有高线性度和高效率特性。同时通过空间合成结构将 B类推挽放大器单元阵列进行有效的合成，可是实现大功率输出，同时保证良好的线性度和高的效率。使用空间合成结构的功率放大器的工作原理是在波导中加入鳍线天线阵列，输入端的信号被均勻分配给鳍线天线阵列中的每一个单元，耦合到每个天线的信号经过半导体放大器单元放大以后，再通过对称的鳍线天线阵列将信号合成到输出端口。为了便于组装，中间的波导部分由多个卡组成，而输入天线，放大器单元和输出天线都组装在卡上。当多个卡叠加在一起时就形成完整的波导，而天线阵列则分布于波导之中。这种空间合成结构的一个具体例子就是基于同轴腔的空间合成结构。其中部同轴腔由多个具有楔形横截面的卡组成，而卡的输入和输出端有槽，只有中间由金属桥联通，输入输出天线便分别安装在槽上，而放大器单元则安装于金属桥之上。当多个卡叠加形成同轴腔时，天线便在波导内形成每个天线表面沿径向分布而整个阵列相对于轴线呈放射线均勻分布的天线阵列。中部同轴腔的输入端接有同轴阻抗变换器，其一端连接尺寸很小的输入接头，另一端连接中部的大尺寸的同轴腔。这段同轴阻抗变换器不仅在尺寸上将波导由接头端逐渐变换到中部同轴腔，而且具有阻抗变换的功能，实现由接头到中部同轴腔的阻抗匹配。同时在中部同轴腔的输出端接有对称的输出同轴阻抗变换器，使得输出信号汇集到输出接头。在一种情况下，卡上的鳍线天线有并列的两个。在起始端的基底电路板的上表面由两块金属构成，在基底电路板的底面的中间位置从起始端也印有金属，与上表面面的两块金属形成两路并列的异面鳍线。两路异面鳍线各自的宽度逐渐减小，然后上表面的两块金属逐渐过渡为两路微带线。由于鳍线天线在同轴腔内的沿径向分布，而同轴腔内的电场随着半径的增加而逐渐减弱，所以位于同一卡上而尺寸相同的两个异面鳍线天线将有不同的输出幅度。而且由于中部同轴腔是与一个尺寸逐渐增大的同轴阻抗变换器相连，输入信号到达位于外侧的异面鳍线天线的距离要相对较远，导致其传播相位也较长。这样，如果位于同一卡上的两个异面鳍线天线尺寸相同，其输出幅度和相位都会不同。因此，需要将两个异面鳍线天线的的尺寸和相对位置作出调整以保证其输出幅度和相位保持一致。具体的做法之一就是加大外侧异面鳍线的天线的起始端宽度，增加其耦合功率的幅度；并且使得其起始端相对于内侧异面鳍线天线更靠近同轴阻抗变换器，以保证其相位与内侧异面鳍线一致。同样的结构将被用于输出端的鳍线天线设计。在另一种情况下，卡上的鳍线天线有并列的两个，但在起始端的基底电路板的背面有两块金属，在基底电路板的上表面的中央印有金属，与背面的两块金属形成两路并列的异面鳍线。两路异面鳍线的宽度逐渐减小，上表面金属在其末端逐渐过渡为为两路微带线。同样通过加大外侧异面鳍线的天线的起始端宽度，增加其耦合功率的幅度；并且使得其起始端相对于内侧异面鳍线天线更靠近同轴阻抗变换器，以保证其相位与内侧异面鳍线一致。同样的结构将被用于输出端的鳍线天线设计。在另一种情况下，卡上的鳍线天线有并列的两个，但在起始端的基底电路板的背面为空白，而有三块金属在基底电路板的上表面，分别形成两路并列的同面鳍线。两路同面鳍线的宽度逐渐减小，转化为两路槽线。而两路微带线分别与两路槽线不同极性的末端相耦合，形成两路相位相反信号的输出。同样通过加大外侧同面鳍线的天线的起始端宽度， 增加其耦合功率的幅度；并且使得其起始端相对于内侧同面鳍线天线更靠近同轴阻抗变换器，以保证其相位与内侧同面鳍线一致。同样的结构将被用于输出端的鳍线天线设计。在另一种情况下，卡上的鳍线天线在起始端由分布在基底电路板背面的两块金属构成，金属之间的间距由起始端与波导腔的宽度相同逐渐变化到很窄的槽线。而在基底电路板的上表面在初始段为空白，只有在天线的终端附近印有微带线，与背面的槽线垂直相交，其相交的位置距槽线的短路终端距离为工作频率的四分之一波长。由于微带线与背面具有相反相位的槽线的两极分别耦合，微带线的两个端口的相位相差为180度，构成巴伦， 它的两路输出分别与一个晶体管或者集成电路放大器相连。而晶体管或者集成电路放大器的输出端则和完全对称的微带线，槽线及鳍线天线相连。当晶体管或者集成电路放大器工作在B类工作点，这个放大器单元就形成B类推挽放大器，具有很好的线性度和效率，而其输出的偶次谐波相互抵消。在另外的情况下，可以将上述的各种并列的异面与同面鳍线天线结构用于矩形波导空间合成系统之中。矩形波导空间合成系统同样使用卡式结构，由多个卡组成矩形波本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种推挽放大器结构，包括输入端口，输入波导，输出波导和输出端口以及中部由多个卡叠加而成的中部波导结构，其特征是每个卡上都有着一对可以输出两路同幅度和相位相反信号的电路结构，和两个放大器单元构成推挽放大器单元。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，
申请(专利权)人：杨健，
类型：发明
国别省市：11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。