RU2157585C1 - Broad-band high-frequency push-pull power amplifier - Google Patents
Broad-band high-frequency push-pull power amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2157585C1 RU2157585C1 RU99124104A RU99124104A RU2157585C1 RU 2157585 C1 RU2157585 C1 RU 2157585C1 RU 99124104 A RU99124104 A RU 99124104A RU 99124104 A RU99124104 A RU 99124104A RU 2157585 C1 RU2157585 C1 RU 2157585C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- low
- power amplifier
- balancing transformer
- connecting cable
- Prior art date
Links
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в высокочастотных широкополосных двухтактных усилителях мощности, входящих в состав радиопередающих устройств. The invention relates to radio engineering and can be used in high-frequency broadband push-pull power amplifiers that are part of radio transmitting devices.
Для передачи высокочастотных сигналов используются широкополосные двухтактные усилители мощности (с подавлением четных гармоник), выходной сигнал которых передается через переключаемые фильтры гармоник, обеспечивающих передачу сигнала с рабочей частотой и подавление гармонических составляющих [Л1, Л2] . Для обеспечения линейной амплитудной характеристики и повышения КПД двухтактных высокочастотных широкополосных усилителей мощности, работающих обычно в нелинейном режиме (класс B или AB), необходимо сформировать активное нагрузочное сопротивление по первой гармонике (f0) и низкоомное реактивное сопротивление для нечетных гармонических составляющих (3f0, 5f0) передаваемого сигнала [Л1, Л2]. Эта проблема имеет различные решения.To transmit high-frequency signals, broadband push-pull power amplifiers (with suppression of even harmonics) are used, the output signal of which is transmitted through switchable harmonic filters, which provide signal transmission with an operating frequency and suppression of harmonic components [L1, L2]. To ensure a linear amplitude characteristic and increase the efficiency of push-pull high-frequency broadband power amplifiers, which usually operate in a nonlinear mode (class B or AB), it is necessary to form the active load resistance at the first harmonic (f 0 ) and low impedance reactance for odd harmonic components (3f 0 , 5f 0 ) of the transmitted signal [L1, L2]. This problem has various solutions.
Известны двухтактные усилители мощности [Л1, стр. 115], в которых выходные цепи содержат Г-образные формирующие контуры (CФОРМ, LФОРМ), устанавливаемые на выходах усилителей двухтактного каскада. Наличие двух формирующих контуров в двухтактном усилителе не позволяет обеспечить одинаковые нагрузочные сопротивления для каждого транзистора (из-за отклонения емкости и индуктивности от номинального значения), затрудняет конструктивное исполнение Г-образных формирующих контуров в низкоомных цепях и приводит к неустойчивости работы усилителей при работе в области верхних рабочих частот.Known push-pull power amplifiers [L1, p. 115], in which the output circuits contain L-shaped forming circuits (C FORM , L FORM ) installed at the outputs of the amplifiers of the push-pull cascade. The presence of two forming circuits in a push-pull amplifier does not allow for the same load resistances for each transistor (due to the deviation of the capacitance and inductance from the nominal value), complicates the design of the L-shaped forming circuits in low-resistance circuits and leads to instability of the amplifiers when working in the field high working frequencies.
В двухтактном усилителе мощности, выбранном в качестве прототипа [Л2, стр. 106], между коллекторами транзисторов выходной цепи содержится конденсатор, который вместе с индуктивностью рассеяния трансформатора формирует резонанс на частоте выше максимальной рабочей частоты на 10%. Частота этого резонанса должна изменяться из-за изменения магнитной проницаемости магнитопровода трансформатора при дестабилизирующих воздействиях (температура, влага и т.д.), что приведет к изменению нагрузочного сопротивления для передаваемого сигнала и для его гармонических составляющих. Кроме того, индуктивность рассеяния трансформатора зависит от его конструкции, что вызывает изменение емкости конденсатора между коллекторами транзисторов в широких пределах, а от этого зависит нагрузочная реактивность для гармонических составляющих, что в конечном счете не позволяет реализовывать максимальное значение КПД усилителя мощности. A push-pull power amplifier, selected as a prototype [L2, p. 106], contains a capacitor between the collectors of the transistors of the output circuit, which, together with the dissipation inductance of the transformer, forms a resonance at a frequency higher than the maximum operating frequency by 10%. The frequency of this resonance should change due to a change in the magnetic permeability of the transformer magnetic circuit under destabilizing influences (temperature, moisture, etc.), which will lead to a change in the load resistance for the transmitted signal and for its harmonic components. In addition, the dissipation inductance of a transformer depends on its design, which causes a wide variation in the capacitance of the capacitor between the collectors of transistors, and the load reactance for harmonic components depends on this, which ultimately does not allow to realize the maximum value of the efficiency of the power amplifier.
Целью настоящего изобретения является повышение КПД и линейности амплитудной характеристики высокочастотного широкополосного двухтактного усилителя, нагруженного на переключаемый фильтр гармоник. Указанная цель достигается тем, что в высокочастотном широкополосном усилителе мощности, содержащем симметрирующий трансформатор, соединительный кабель и поддиапазонные переключаемые фильтры гармоник, используется фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, превышающей верхнюю рабочую частоту усилителя мощности, причем первый конденсатор ФНЧ устанавливается параллельно выходным электродам двухтактного каскада усилителя мощности, на входе симметрирующего трансформатора, а последовательная индуктивность и параллельный входу соединительного кабеля конденсатор ФНЧ включается в несимметричной цепи между симметрирующим трансформатором и соединительным кабелем. The aim of the present invention is to increase the efficiency and linearity of the amplitude characteristic of a high-frequency broadband push-pull amplifier loaded on a switchable harmonic filter. This goal is achieved by the fact that in a high-frequency broadband power amplifier containing a balancing transformer, a connecting cable and sub-band switched harmonic filters, a low-pass filter (LPF) is used with a cutoff frequency higher than the upper working frequency of the power amplifier, and the first LPF capacitor is installed parallel to the output electrodes push-pull cascade of the power amplifier, at the input of the balancing transformer, and the serial inductance and parallel to the input are connected of the power cable, the low-pass filter capacitor is connected in an unbalanced circuit between the balancing transformer and the connecting cable.
Для передаваемого сигнала установка ФНЧ с частотой среза, превышающей верхнюю рабочую частоту, не оказывает существенного воздействия, поскольку волновые сопротивления кабелей и характеристические сопротивления ФНЧ и фильтра гармоник согласованы с нагрузочным сопротивлением усилителя мощности, а коэффициент стоячей волны тракта может быть близким к 1. Для гармонических составляющих сигнала, передаваемого через переключаемый фильтр гармоник верхнего поддиапазона частот, конденсатор ФНЧ, устанавливаемый на выходе двухтактного каскада усилителя мощности, оказывает шунтирующее воздействие. For the transmitted signal, the installation of an LPF with a cutoff frequency exceeding the upper operating frequency does not have a significant effect, since the wave impedances of the cables and the characteristic impedances of the LPF and the harmonic filter are consistent with the load resistance of the power amplifier, and the standing wave path coefficient can be close to 1. For harmonic components of the signal transmitted through a switchable harmonic filter of the upper sub-frequency range, an LPF capacitor installed at the output of a push-pull helmet Yes power amplifier, has a shunt effect.
Для гармонических составляющих сигнала, передаваемого через переключаемый фильтр гармоник нижних поддиапазонов частот, основное шунтирующее воздействие оказывает эквивалентная входная емкость фильтра гармоник. For the harmonic components of the signal transmitted through the switchable harmonic filter of the lower frequency subbands, the main shunt effect is exerted by the equivalent input capacitance of the harmonic filter.
Для гармонических составляющих сигнала, передаваемых через переключаемый фильтр гармоник средних поддиапазонов частот, шунтирующее воздействие формируется за счет входного конденсатора ФНЧ и трансформированного в емкостную реактивность через симметрирующий трансформатор реактивного сопротивления последовательно соединенных индуктивностей и емкостей второго конденсатора ФНЧ, а также трансформированной через соединительный кабель входной емкостной реактивности переключаемого фильтра гармоник. For the harmonic components of the signal transmitted through a switchable harmonic filter of the mid-frequency ranges, the shunt effect is formed due to the input capacitor of the low-pass filter and transformed into capacitive reactance through the balancing transformer of the reactance of the series-connected inductors and capacitors of the second capacitor low-pass filter, as well as the input capacitive reactance transformed through the connecting cable switchable harmonic filter.
Приведенные пояснения подтверждаются следующими формулами для эквивалентной емкости фильтра гармоник Cf, пересчитанной через соединительный кабель к ФНЧ, - С'f и нормированной проводимости согласующего звена для гармонических составляющих передаваемого сигнала - Y.The above explanations are confirmed by the following formulas for the equivalent harmonic filter capacitance C f , counted through the connecting cable to the low-pass filter, - C ' f and the normalized conductivity of the matching link for the harmonic components of the transmitted signal - Y.
где f - частота гармоники передаваемого сигнала;
l1 - длина соединительного кабеля;
ε - диэлектрическая проницаемость внутренней изоляции кабеля;
R - волновое сопротивление кабеля;
с - скорость света в пространстве.
where f is the harmonic frequency of the transmitted signal;
l 1 - the length of the connecting cable;
ε is the dielectric constant of the inner insulation of the cable;
R is the wave impedance of the cable;
c is the speed of light in space.
где f1 - частота среза ФНЧ;
α1, α2 - нормированные значения элементов ФНЧ;
l2 - длина кабеля симметрирующего трансформатора;
Сопоставительный анализ схемы с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается по структуре и соединениям, следовательно, оно соответствует критерию "новизна". Трансформирующие свойства длинных линий (кабелей) широко известны, однако использование их в сочетании с элементами ФНЧ в высокочастотных широкополосных согласующих устройствах с целью обеспечения передачи сигнала с рабочей частотой и шунтирования высших гармонических составляющих позволяет сформировать оптимальную нагрузку для двухтактного усилителя мощности, вследствие чего повышаются линейность амплитудной характеристики и КПД усилителя мощности, из чего следует вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
where f 1 is the cutoff frequency of the low-pass filter;
α 1 , α 2 - normalized values of the elements of the low-pass filter;
l 2 - cable length of the balancing transformer;
A comparative analysis of the circuit with the prototype shows that the inventive device differs in structure and connections, therefore, it meets the criterion of "novelty." The transforming properties of long lines (cables) are widely known, however, their use in combination with low-pass filter elements in high-frequency broadband matching devices in order to ensure the transmission of a signal with an operating frequency and shunting of higher harmonic components allows you to create the optimal load for a push-pull power amplifier, thereby increasing the linearity of the amplitude characteristics and efficiency of the power amplifier, from which it follows that the technical solution meets the criterion of "significant e differences. "
На чертеже изображена структурная схема высокочастотного широкополосного двухтактного усилителя мощности, состоящего из двух усилителей 1, первого конденсатора 2 ФНЧ, симметрирующего трансформатора 3, индуктивности 4 ФНЧ, второго конденсатора 5 ФНЧ, соединительного кабеля 6, двух высокочастотных переключателей 7 и фильтров гармоник 8. The drawing shows a structural diagram of a high-frequency broadband push-pull power amplifier, consisting of two amplifiers 1, a first low-pass filter capacitor 2, a balanced transformer 3, an low-pass filter inductance 4, a second low-pass filter capacitor 5, a connecting cable 6, two high-frequency switches 7 and harmonic filters 8.
Устройство работает следующим образом. Противофазный сигнал с выхода усилителей 1 подводится к конденсатору 2 ФНЧ и входу симметрирующего трансформатора 3, выход которого соединен с другими элементами ФНЧ - индуктивностью 4 и конденсатором 5. Так как частота среза ФНЧ выше верхней рабочей частоты, волновое сопротивление кабеля и характеристическое сопротивление ФНЧ согласованы, то сигнал с рабочей частотой передается к согласованной нагрузке без ослабления. Далее сигнал через соединительный кабель 6 с волновым сопротивлением, равным нагрузочному, передается через переключатели 7 и фильтр гармоник 8 к полезной согласованной нагрузке. Сигнал с рабочей частотой с выхода двухтактного усилителя 1 передается к выходу через соединительные, согласующие и фильтрующие цепи без ослабления, так как потери на отражение, определяемые суммарным коэффициентом стоячей волны тракта, могут быть сведены к минимуму выбором номиналов элементов. The device operates as follows. The out-of-phase signal from the output of amplifiers 1 is fed to the low-pass filter capacitor 2 and the input of the balancing transformer 3, the output of which is connected to other low-pass filter elements - inductance 4 and capacitor 5. Since the cut-off frequency of the low-pass filter is higher than the upper operating frequency, the wave impedance and the characteristic resistance of the low-pass filter are matched, then the signal with the operating frequency is transmitted to the matched load without attenuation. Next, the signal through the connecting cable 6 with a wave impedance equal to the load, is transmitted through the switches 7 and the harmonic filter 8 to the matched payload. The signal with the working frequency from the output of the push-pull amplifier 1 is transmitted to the output through the connecting, matching and filtering circuits without attenuation, since the reflection losses, determined by the total coefficient of the standing wave of the path, can be minimized by choosing the values of the elements.
Нечетные гармонические составляющие передаваемого сигнала через фильтр гармоник верхнего поддиапазона частот шунтируются конденсатором 2 ФНЧ. Подавление четных гармоник передаваемого сигнала осуществляется типовой схемой двухтактного усилителя. The odd harmonic components of the transmitted signal through the harmonics filter of the upper frequency subband are bridged by the low-pass filter capacitor 2. Suppression of even harmonics of the transmitted signal is carried out by a typical circuit of a push-pull amplifier.
Нечетные гармонические составляющие передаваемого сигнала через фильтр гармоник среднего поддиапазона частот шунтируются суммарной емкостью конденсатора 2 ФНЧ и трансформированным в емкость симметрирующим трансформатором 3 последовательно соединенных индуктивности 5 и конденсатора 5 ФНЧ с учетом реактивности, трансформированной соединительным кабелем 6, эквивалентной входной емкости фильтра гармоник 8. The odd harmonic components of the transmitted signal through the harmonics filter of the middle sub-range of frequencies are bridged by the total capacitance of the low-pass filter capacitor 2 and the balancing transformer 3 inductors 5 connected in series 5 and the low-pass filter capacitor 5 taking into account the reactivity transformed by the connecting cable 6, equivalent to the input capacitance of the harmonic filter 8.
Нечетные гармонические составляющие сигнала, передаваемого через фильтр гармоник 8 нижних поддиапазонов частот, шунтируются эквивалентной входной емкостью фильтра гармоник 8. Выбор длин кабеля симметрирующего трансформатора 3 и соединительного кабеля 6 должен производиться таким образом, чтобы эквивалентная нагрузочная емкость для нечетных гармоник сигнала, передаваемого через фильтр гармоник 8 каждого поддиапазона частот, оказывала шунтирующее воздействие. The odd harmonic components of the signal transmitted through the harmonics filter of the 8 lower frequency subbands are bridged by the equivalent input capacitance of the harmonic filter 8. The cable lengths of the balancing transformer 3 and the connecting cable 6 must be selected so that the equivalent load capacitance for the odd harmonics of the signal transmitted through the harmonics filter 8 of each sub-band, had a shunting effect.
Нечетные гармонические составляющие передаваемого сигнала через фильтр гармоник 8 нижних поддиапазонов частот шунтируются эквивалентной входной емкостью фильтра гармоник 8. The odd harmonic components of the transmitted signal through the harmonics filter 8 of the lower frequency subbands are bridged by the equivalent input capacitance of the harmonics filter 8.
Вследствие шунтирующего воздействия эквивалентной нагрузочной емкости для нечетных гармоник форма напряжения на выходных электродах двухтактного усилителя имеет синусоидальный характер, и каждый усилитель 1 работает в недонапряженном режиме, а рабочая точка не попадает в область линии критического режима даже при максимально допустимой отдаваемой мощности, что предопределяет линейность амплитудной характеристики усилителя. Шунтирующая емкостная нагрузочная реактивность для нечетных гармонических составляющих передаваемого сигнала не вызывает увеличения импульса тока транзистора. Ток потребления транзистора пропорционален только току первой гармоники, мощность которой выделяется в полезной нагрузке, вследствие чего повышается КПД усилителя. Due to the shunt effect of the equivalent load capacitance for odd harmonics, the voltage shape at the output electrodes of the push-pull amplifier is sinusoidal in nature, and each amplifier 1 operates in under-stress mode, and the operating point does not fall into the critical mode line region even at the maximum allowable power output, which determines the linearity of the amplitude amplifier specifications. Shunt capacitive load reactivity for the odd harmonic components of the transmitted signal does not increase the current pulse of the transistor. The current consumption of the transistor is proportional only to the current of the first harmonic, the power of which is released in the payload, which increases the efficiency of the amplifier.
Приведенные формулы позволяют выбрать оптимальные номиналы элементов ФНЧ, фильтров гармоник, длину соединительного кабеля и длину кабеля симметрирующего трансформатора. Положительные экспериментальные результаты подтверждаются расчетами. КПД рассматриваемого усилителя не ниже 50% во всем рабочем диапазоне частот при степени подавления продуктов интермодуляции большей либо равной минус 33 дБ, что выше чем у прототипа. The above formulas allow you to choose the optimal values of the low-pass filter elements, harmonic filters, the length of the connecting cable and the cable length of the balancing transformer. Positive experimental results are confirmed by calculations. The efficiency of the considered amplifier is not lower than 50% in the entire operating frequency range with the degree of suppression of intermodulation products greater than or equal to minus 33 dB, which is higher than that of the prototype.
Источники информации
1. Проектирование радиопередающих устройств. Под редакцией В.В.Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1993, с. 115.Sources of information
1. Design of radio transmitting devices. Edited by V.V. Shahgildyan. M .: Radio and communication, 1993, p. 115.
2. РЭД. Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990, с. 106. 2. RED. E. Reference manual on high-frequency circuitry. - M .: Mir, 1990, p. 106.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124104A RU2157585C1 (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Broad-band high-frequency push-pull power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99124104A RU2157585C1 (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Broad-band high-frequency push-pull power amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2157585C1 true RU2157585C1 (en) | 2000-10-10 |
Family
ID=20227025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99124104A RU2157585C1 (en) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | Broad-band high-frequency push-pull power amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2157585C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728728C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-07-30 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Absorbing filter-transformer |
| RU2761856C1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-12-13 | Акционерное общество "ГлобалИнформСервис" | Method for increasing the linearity of high-frequency power amplifiers and apparatus for implementation thereof |
| RU209339U1 (en) * | 2021-07-13 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Harmonic Filtering Device |
-
1999
- 1999-11-16 RU RU99124104A patent/RU2157585C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Проектирование радиопередающих устройств. Под редакцией В.В.Шахгильдяна, Москва, Радио и связь, 1993, с.115. * |
| РЭД Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990, с.106. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2728728C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-07-30 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Салют" | Absorbing filter-transformer |
| RU2761856C1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-12-13 | Акционерное общество "ГлобалИнформСервис" | Method for increasing the linearity of high-frequency power amplifiers and apparatus for implementation thereof |
| RU209339U1 (en) * | 2021-07-13 | 2022-03-15 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Harmonic Filtering Device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6803835B2 (en) | Integrated filter balun | |
| US5467065A (en) | Filter having resonators coupled by a saw filter and a duplex filter formed therefrom | |
| JP4495905B2 (en) | Filtering method by duplexer with differential receiving port | |
| EP1350314A2 (en) | Harmonic matching network for a saturated amplifier | |
| US6608533B2 (en) | Matching circuit chip, filter with matching circuit, duplexer and cellular phone | |
| CN113904082A (en) | Dual microstrip line coupler, power amplifier and related device and chip | |
| JP3465630B2 (en) | Antenna duplexer and communication device | |
| CN1526199B (en) | Filter arrangements for balanced and unbalanced line systems | |
| US20060189292A1 (en) | Electronic circuit device | |
| RU2157585C1 (en) | Broad-band high-frequency push-pull power amplifier | |
| US20210409042A1 (en) | Multiplexer, front end module, and communication device | |
| CN103856271B (en) | Adjustable harmonic filter | |
| CN101138129A (en) | delay line | |
| US10135134B2 (en) | Antenna system for receiving and transmitting wireless signals | |
| EP0942528A2 (en) | Harmonic suppression circuit | |
| JPH10322105A (en) | Branching filter | |
| KR20210118081A (en) | Configurable micro-acoustic RF filter | |
| US5054118A (en) | Balanced mixer utilizing filters | |
| RU209339U1 (en) | Harmonic Filtering Device | |
| RU2835475C1 (en) | Microwave filter | |
| EP1035657B1 (en) | Transmitter | |
| CN216356688U (en) | Matching circuit and wireless communication device | |
| RU2713719C1 (en) | Microwave filter | |
| JP3467959B2 (en) | Low-pass filter with directional coupler and mobile phone | |
| WO2022019178A1 (en) | Directional coupler |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20131003 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161117 |