[发明专利]一种短波高线性平衡结构功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及短波无线通信技术领域，具体涉及一种短波高线性平衡结构功率放大器的结构及原理。

背景技术

从19世纪30年代摩尔发明电报开始到CDMA、3G、4G无线通信的提出，无线通信已经成为人们日常生活中重要的一部分；随着无线用户的飞速增长和通信业务的开展，通信频带越来越拥挤，频谱资源已经十分稀缺，当前大量的技术以及业务都是使用2GHz以下的频谱，这使得频谱拥挤现象及其严重。

有限的频谱资源是一切无线通信赖以生存的基石，不断提高频谱利用效率在频谱拥挤现象越来越严重的今天显得十分必要。为了提高频带利用的效率可以采用利用率较高的线性调制技术如多进制正交调幅(MQAM)、正交相移键控(QPSK)等调制方式；这些调制方式要求射频系统具有良好的线性特性，否则将会出现互调失真和频谱扩展；这使得对高线性放大器的研究显得十分必要。

由于短波的相对带宽较宽，电磁环境相对恶劣，短波频段的宽带接收机前端往往需要更大的动态范围，而大动态范围宽带接收前端需要高线性的宽带放大器；短波的频率范围为1.5MHz～30MHz，相对带宽达到了数个倍频程，由于接收机前端器件的非线性，带外强干扰信号产生的互调产物很容易落在带内，而且根本无法用滤波器滤除，由于器件的非线性的存在，互调产物会对相邻频段产生干扰；提高器件的非线性，成为排除干扰以及减少自身干扰的有效办法。

在通信系统中，任何器件，如二极管，场效应管，都是非线性的，即电压与电流之间呈现非线性比例关系。由于器件的非线性，不同频率的输入信号会产生交叉调制，造成频谱扩展，从而在非工作频率产生调制产物。设单个输入信号频率为f₁，则产生的谐波信号频率分别为：2f₁，3f₁，4f₁等等。当输入两个不同频率的信号时，主信号产生的谐波信号之间又会互相调制，产生更多的新产物。功率放大器的非线性将使信号幅度和相位产生畸变，从而引起输出频谱变宽，同时也对邻信道产生很强的干扰。

为了频谱拥挤现象及降低干扰对通信系统的影响，高线性的功率放大器的研究越来越为业界所关注；让各通讯频段的互相干扰降到最低，降低非线性器件所带来的调制产物，提高器件的线性是有效的解决手段。目前常用的提高放大器线性的手段有前馈法、预失真法、功率回退法等，而采用平衡结构来提高放大器的线性的方法因其结构较为简单，输出功率较高，驻波较好等优势被广泛用于短波放大器中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短波高线性平衡结构功率放大器，适用于短波接收前端输出级。本发明采用的技术方案为：

一种短波高线性平衡结构功率放大器，包括输入巴伦、两个相同的放大电路模块、可调直流偏置电路模块及输出巴伦，射频输入信号通过输入巴伦耦合为两路相位差为180°的平衡信号，分别输入两个放大电路模块，两个放大电路模块输出信号通过输出巴伦耦合为单路信号输出，所述可调直流偏置电路模块用于为两个放大电路模块提供直流偏置；其特征在于，每个放大电路模块包括放大电路和负反馈电路，所述放大电路由两个晶体管采用共射-共基方式级联构成，所述负反馈电路由定向耦合器构成，所述负反馈电路连接于所述放大电路的输入端和输出端之间。

进一步的，所述负反馈电路由定向耦合器构成，所述定向耦合器的耦合端连接放大电路输入端，所述定向耦合器的输入段依次经过电阻、电容后连接放大电路输出端，所述定向耦合器的接地端经过电容接地。

与传统放大器相比，本发明的有益效果在于：

首先，本发明中单路放大器使用两只高频硅晶体管搭建，此晶体管本身具有较高的OIP2与OIP3，单片成本较低，适合大批量采购与生产；同时将晶体管按照共射-共基级联方式构建单路放大器，并引入了定向耦合器结构的负反馈，提供了更高的增益平坦度与更宽的频率特性，甚至可用到100MHz以下的超短波频段；

其次，本发明放大器结构采用差分平衡式结构，使单个放大器的二阶交调分量在输出巴伦耦合时相互抵消，从而大幅提高放大器的OIP2；此外，平衡结构具有高度一致的两个单独放大单元，即使其中一个损坏，整个放大器也能下降3dB增益继续工作，提高了系统的稳定性；

综上，本发明提供短波高线性平衡结构功率放大器能够工作在1.5～30MHz的频段内，具有较高的线性与较高的输出功率，放大器的增益≥20dB，OIP2＞100dBm，OIP3＞50dBm，输出1dB压缩点≥30dBm。

附图说明