高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法
2023-05-14 02:51:06
專利名稱：高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法
技術領域：
本發明涉及一種二次諧波抑制技術，特別是一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法。
背景技術：
脈階調製(psm)是一種可有效地提高發射機末端調製效率、擴展發射機功能的調製技術。脈階調製器是由多個功放模塊串聯構成的大功率的直流放大器。作為脈階調製器的基礎單元，功放模塊是由四個大功率開關管Dl、D2、D3、D4所構成的H型方波逆變橋，其電路結構如圖1所示，Xl輸入射頻信號，經變壓器Tl、T2分別加到管子Dl、D2、D3、D4上， 其中D1、D4同相，D2、D3同相；輸入信號正半周使D2、D3導通，輸入信號負半周使D1、D4導通；輸出的準方波經隔直電容Cl由輸出變壓器T3輸出。在輸出變壓器初級的兩端並接由電容C2和電阻Rl所構成的濾波器，用於消除高次諧波。多個交流方波疊加形成放大的正弦波，不能放大輸入信號幅度變化的中間過程。標準的交流方波的傅利埃級數表達式為S (t) = aSin ω t+ (a/3) Sin3 ω t+ (a/3) Sin3 ω t+—0交流方波是由基波和三次諧波、五次諧波等奇次諧波相加而成，然而在實際電路中由於開關管存在結電容，其方波的前後沿並非垂直，而是按指數曲線上升和下降，且不同管子的上升和下降沿不同，造成上下半波起始導通時間不一致，以及柵極起始導通電壓不等，產生了二次諧波。隨著頻率的提高，二次諧波所佔比例增大，將產生不可忽略的噪聲，嚴重影響發射機的輸出信號的質量。由於發射機的帶寬原因，這種二次諧波不能像其他高次諧波那樣用濾波器濾除， 需要尋求一種解決方法。現有解決方案是在組裝前對採購來的開關管進行測試配對，嚴格挑選性能一致的四支管子作為一組，隨著對整機性能要求的提高，使用頻率的提高，要求管子的一致性也愈來愈高，不僅篩選工作量大，而且造成大量管子不能使用。由此可見，現有的功放模塊在使用上仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進，以提高發射信號的信噪比。為了解決上述問題，相關廠商莫不費盡心思謀求解決之道， 但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一般產品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的問題。因此如何能創設一種高頻功放模塊二次諧波抑制方法及電路，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。有鑑於上述現有的工作在高頻條件下的功放模塊存在的二次諧波問題，本發明人基於從事此類產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極加以研究創新，以期創設一種高頻功放模塊二次諧波抑制方法及電路，以期提高現有PSM發射機的質量。經過不斷的研究、設計，並經反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。
發明內容
本發明的目的在於克服現有的脈階調製發射機中的功放模塊工作存在不可忽略的二次諧波，而提供一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法，所要解決的技術問題是使高頻功放模塊經過簡單調試即可抑制因不對稱而產生的二次諧波。本發明所述的高頻功放模塊是由四個開關管所構成的H型方波逆變橋。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路，包括由二正嚮導通開關管D2、D3和二負嚮導通的開關管D1、D4所構成的H型逆變橋，四橋臂的中點接輸出變壓器的初級，所述開關管D1、D2 的柵極分別通過限流電阻R11、R21接射頻變壓器Tl的二輸出端，所述開關管D3、D4的柵極分別通過限流電阻R31、R41接射頻變壓器T2的二輸出端，所述變壓器T1、T2的初級接射頻輸入端XI，其中所述H型逆變橋的二正嚮導通開關管D2、D3其中之一和二負嚮導通的開關管Dl、D4其中之一的柵極設有直流調壓偏置電路。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施來進一步實現。前述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其中所述H型逆變橋中的D2、D4開關管的柵極設有直流調壓偏置電路，所述直流調壓偏置電路是一負電壓通過可調分壓電阻接地，所述可調分壓電阻的可調分壓點通過所述限流電阻接所述開關管的柵極，所述限流電阻與所述射頻變壓器之間設有防止直流偏置電壓進入射頻變壓器的隔直電容。前述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其中所述偏置電壓的值為0 -1伏。前述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其中所述偏置電壓的值為0 -0. 5伏。前述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其中所述輸出變壓器的二初級端並聯阻容濾波電路。本發明還提供一種應用上述電路的高頻功放模塊二次諧波抑制抑制方法，包括下列步驟；步驟1、在輸出變壓器的輸出端接負載及頻譜儀後，開機上電；
步驟2、在輸入端Xl加射頻信號，在逆變橋的一橋臂上逐漸加大負偏置電壓的絕對值；步驟3觀察頻譜儀上顯示的二次諧波的變化，並調節使二次諧波優於_45dB。前述的高頻功放模塊二次諧波抑制方法，其中所述步驟3中的調節包括以下三種情況3-1、若二次諧波逐漸減小，則在0 -0. 5伏範圍內將其調至優於_45dB，調試完成；3-2、若偏置電壓達到-0. 5伏，而逐漸減小的二次諧波超過_45dB，更換開關管回到步驟2重調；3-3、若二次諧波逐漸加大，則更換另一橋臂開關管，回到步驟2重調。藉由上述技術方案，本發明高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法至少具有下列優點及有益效果1、本發明所提供的高頻功放模塊二次諧波抑制電路結構簡單，調試方便，能有效抑制高頻大功率開關逆變器輸出產生的偶次諧波，使諧波測試滿足指標要求。2、本發明所提供的高頻功放模塊二次諧波抑制方法，簡便實用，避免大量嚴格的
4篩選配對工作，節省人力物力，節約成本。綜上所述，本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在產品電路結構、調試方法及所達成的性能指標上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用的效果，具有增進的突出功效，從而更加適於實用，並具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新方案。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1是現有高頻功放模塊的電路結構圖。圖2是本發明高頻功放模塊的電路結構圖。圖3是本發明高頻功放模塊二次諧波抑制方法步驟圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法其具體實施方式
、結構、方法步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合附圖的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而附圖僅是提供參考與說明之用， 並非用來對本發明加以限制。請參閱圖2所示，本發明較佳實施例的一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其主要包括由二正嚮導通開關管D2、D3和二負嚮導通的開關管D1、D4所構成的H型逆變橋， 四橋臂的中點接輸出變壓器的初級，所述開關管Dl、D2的柵極分別通過限流電阻Rll、R21 接射頻變壓器Tl的二輸出端，所述開關管D3、D4的柵極分別通過限流電阻R31、R41接射頻變壓器T2的二輸出端，所述變壓器T1、T2的初級接射頻輸入端XI，其中所述H型逆變橋的二正嚮導通開關管D2、D3其中之一和二負嚮導通的開關管D1、D4其中之一的柵極設有直流調壓偏置電路。通過調節施加於開關管上的偏置電壓使正負半波導通時間一致，從而有效抑制二次諧波。所述H型逆變橋中的D2、D4開關管的柵極設有直流調壓偏置電路，所述直流調壓偏置電路是一負電壓通過可調分壓電阻接地，所述可調分壓電阻的可調分壓點通過所述限流電阻接所述開關管的柵極，所述限流電阻與所述射頻變壓器之間設有防止直流偏置電壓進入射頻變壓器的隔直電容。採用負偏置電壓的目的是使導通時間較寬的一組開關管的起始導通時間後移，使正負半波導通時間一致。不能採用正偏置電壓，正偏置電壓將使開關管的起始導通時間前移，容易造成短時間共同導通，發熱損壞開關管。所述偏置電壓的值為0 -1伏。所述偏置電壓的較佳值為0 -0. 5伏。所述輸出變壓器的二初級端並聯阻容濾波電路。請參閱圖3所示，本發明提供的一種應用上述電路的高頻功放模塊二次諧波抑制抑制方法，包括下列步驟；步驟1、在輸出變壓器的輸出端接負載及頻譜儀後，開機上電；步驟2、在輸入端Xl加射頻信號，在逆變橋的一橋臂上逐漸加大負偏置電壓的絕對值；步驟3觀察頻譜儀上顯示的二次諧波的變化，並調節使二次諧波優於_45dB，調試完成。步驟3中所述調節包括以下三種情況3-1、若二次諧波逐漸減小，則在0 -0. 5伏範圍內將其調至優於_45dB，調試完成；3-2、若偏置電壓達到-0. 5伏，而逐漸減小的二次諧波超過_45dB，更換開關管回到步驟2重調；3-3、若二次諧波逐漸加大，則更換另一橋臂開關管，回到步驟2重調。本發明為抑制高頻開關大功率換能器輸出產生的偶次諧波，在不能使用濾波器的情況下，使偶次諧波測試滿足指標要求。採用了在導通電壓較高的管子柵極加合適的負偏置電壓，使兩臂的管子導通電壓基本一致，開關管正常工作後輸出波形上下半周基本對稱， 從而達到抑制偶次諧波目的。在開關橋的兩臂上都加可調整的負電壓(0 -0.5V)，調整後二次諧波優於_45dB ；若調整後負電壓超過(0 -0. 5V)才能使二次諧波優於_45dB， 說明管子對稱性太差，可先換管子，找到基本對稱的管子，再調整所加負電壓使二次諧波優於-45dB。具體是在開關下臂分別加可調整的負電壓，根據需要在導通時間長的管子上加合適負電壓，控制到兩臂導通時間基本一致，使輸出波形上下半周基本對稱，輸出信號的偶次諧波滿足指標要求。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路，包括由二正嚮導通開關管D2、D3和二負嚮導通的開關管Dl、D4所構成的H型逆變橋，四橋臂的中點接輸出變壓器的初級，所述開關管 D1、D2的柵極分別通過限流電阻R11、R21接射頻變壓器Tl的二輸出端，所述開關管D3、D4 的柵極分別通過限流電阻R31、R41接射頻變壓器T2的二輸出端，所述變壓器T1、T2的初級接射頻輸入端XI，其特徵在於所述H型逆變橋的二正嚮導通開關管D2、D3其中之一和二負嚮導通的開關管Dl、D4其中之一的柵極設有直流調壓偏置電路。
2.根據權利要求1所述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其特徵在於所述H型逆變橋中的D2、D4開關管的柵極設有直流調壓偏置電路，所述直流調壓偏置電路是一負電壓通過可調分壓電阻接地，所述可調分壓電阻的可調分壓點通過所述限流電阻接所述開關管的柵極，所述限流電阻與所述射頻變壓器之間設有防止直流偏置電壓進入射頻變壓器的隔直電容。
3.根據權利要求1所述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其特徵在於所述偏置電壓的值為0 -1伏。
4.根據權利要求1所述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其特徵在於所述偏置電壓的值為0 -0.5伏。
5.根據權利要求1所述的高頻功放模塊二次諧波抑制電路，其特徵在於所述輸出變壓器的二初級端並聯阻容濾波電路。
6.一種應用權利要求1所述電路的高頻功放模塊二次諧波抑制抑制方法，包括下列步驟；步驟1、在輸出變壓器的輸出端接負載及頻譜儀後，開機上電；步驟2、在輸入端Xl加射頻信號，在逆變橋的一橋臂上逐漸加大負偏置電壓的絕對值；步驟3觀察頻譜儀上顯示的二次諧波的變化，並調節使二次諧波優於_45dB。
7.根據權利要求6所述的高頻功放模塊二次諧波抑制方法，其中所述步驟3中的調節包括以下三種情況3-1、若二次諧波逐漸減小，則在0 -0. 5伏範圍內將其調至優於_45dB，調試完成；3-2、若偏置電壓達到-0. 5伏，而逐漸減小的二次諧波超過_45dB，更換開關管回到步驟2重調；3-3、若二次諧波逐漸加大，則更換另一橋臂開關管，回到步驟2重調。
全文摘要
本發明涉及一種二次諧波抑制技術，特別是一種高頻功放模塊二次諧波抑制電路及方法，所述電路包括由二正嚮導通開關管D2、D3和二負嚮導通的開關管D1、D4所構成的H型逆變橋，四橋臂的中點接輸出變壓器的初級，所述開關管D1、D2的柵極分別通過限流電阻R11、R21接射頻變壓器T1的二輸出端，所述開關管D3、D4的柵極分別通過限流電阻R31、R41接射頻變壓器T2的二輸出端，所述變壓器T1、T2的初級接射頻輸入端X1，其特徵在於所述H型逆變橋的二正嚮導通開關管D2、D3其中之一和二負嚮導通的開關管D1、D4其中之一的柵極設有直流調壓偏置電路。本發明能有效抑制高頻大功率開關逆變器輸出產生的偶次諧波，使諧波測試滿足指標要求。
文檔編號H02M1/12GK102263491SQ20101018001
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者冷美仙, 孫萬軍, 張永慶, 張立峰, 李衛澤, 桑原 , 溫衛星, 田闊 申請人:北京北廣科技股份有限公司