[发明专利]一种用于微波无线电能传输装置的射频功率放大器系统

说明书

本发明提供了一种用于微波无线电能传输装置的射频功率放大器系统，射频功率放大器系统包括依次串接的第一级功率放大电路、第二级功率放大电路和第三级功率放大电路：所述第一级功率放大电路主要包括磷化镓铟异质结双级晶体管的信号源级功率放大器；所述第二级功率放大电路主要包括砷化镓异质结双级晶体管的驱动级放大器；所述第三级功率放大器主要包括氮化镓高电子迁移率晶体管。本发明提供的射频功率放大器系统，拓扑结构简洁，元器件成本低廉，散热性能好温升小，能够稳定的进行大功率输出，满足了微波无线电能传输装置功率、效率和稳定性的需求。

技术领域

本发明涉及微波无线电能传输领域，尤其涉及一种用于微波无线电能传输装置的射频功率放大器系统。

背景技术

近些年来，随着人们生活水平的不断提高和探索物质世界的逐渐深入，人们对电能的传输方式和传输质量也有了新的要求。传统的电能传输主要是由导线或导体直接接触进行的，接触产生的火花、滑动磨损、碳积累及带电导体裸露等带来了一系列问题。无线输电是一种利用无线电传输电力能量的技术，最早由尼古拉·特斯拉提出，与传统的电能传输方式相比，无线输电的过程中供电和用电之间不存在电的直接连接，避免了裸露导体和接触火花，具有使用安全、方便等优点，因而受到了广大研究工作者的关注和重视。无线输电技术应用领域非常广泛，特别是在军事、矿山、水下、医疗、石油、交通等特殊和恶劣环境下具有广泛的应用前景。

虽然讲能量谐振为微波来进行无线电能传输一直为人所知，但在应用时，需加装射频功率放大系统，现有的射频功率放大系统较为昂贵，且现有的射频功率放大器系统的电源的效率通常低于50％，这是微波无线电能传输装置不能接受的，因为电源的效率和使用成本均不能满足节能的标准。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于微波无线电能传输装置的射频功率放大器系统，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种射频功率放大器系统，包括依次串接的第一级功率放大电路、第二级功率放大电路和第三级功率放大电路；所述第一级功率放大电路主要包括磷化镓铟异质结双级晶体管的信号源级功率放大器；所述第二级功率放大电路主要包括砷化镓异质结双级晶体管的驱动级放大器；所述第三级功率放大器主要包括氮化镓高电子迁移率晶体管。

所述射频功率放大器系统的输入端连接微波频率源，输出端连接栅格天线。

与有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供的一种射频功率放大器系统。其中，分析上述结构可知：该射频功率放大器系统主要由三级功率放大电路组成，适应于2450兆赫兹的频率，其目的在于将功率通过三级放大电路稳步放大到40瓦左右输出；其中：第一级功率放大电路的输入功率范围为1-2毫瓦，输出功率范围为30-40毫瓦；其第一级功率放大电路的主要部件为磷化镓铟异质结双级晶体管，该磷化镓铟异质结双级晶体管具有电路结构简单和功耗小的特点；第二级功率放大电路的输入功率范围为30-40毫瓦(即同第一级放大电路的输出)，输出功率范围为0.5-1瓦；第二级功率放大电路中的主要部件为砷化镓异质结双级晶体管；第三级功率放大电路的输入功率即为第二级功率放大电路的输出，其输出功率范围35-40瓦；第三级功率放大电路中的主要部件为氮化镓高电子迁移率晶体管。氮化镓高电子迁移率晶体管是该功率放大器系统中最重要的功率放大器件，以D模式工作在开关状态，用以实现最大的系统效率。相比与现有的功率放大器，该氮化镓高电子迁移率晶体管具有工作频率高，效率高，成本低，体积小的特点，因此选用其作为应用在微波无线电能传输装置的射频功率放大电路。

本发明提供的射频功率放大器系统中三个已封装的晶体管芯片级联，可以实现四万倍的功率放大。第一阶段是使用磷化镓铟异质结双级晶体管来增益。第二阶段是使用砷化镓异质结双级晶体管来增益。该功率放大器系统中最重要的部分是最后阶段的功率放大器，其输出功率是约40瓦特。它的功率损失决定了整个系统的损失，氮化镓高电子迁移率晶体管可以工作在2450兆赫兹的超高频率，以D模式工作在开关状态，可以提供足够的功率以用于本发明的微波无线电能传输装置，同时抑制其成本，使其在市场上仍具有竞争力。