声频定向系统电声效率的提升方法和实验研究

压电陶瓷换能器是声频定向传输系统中的发声部件,以往的此类试验系统中,换能器和前级功放电路之间的阻抗匹配问题考虑较少,而阻抗失配会影响整个系统的工作效率,甚至造成功放和换能器的损毁。该文根据压电陶瓷换能器的电学特性,对声频定向传输系统中阻抗匹配对其电声效率的影响进行了研究,提出了该类系统的阻抗匹配理论方法,并通过实验对功放匹配电路的性能进行了测试。结果表明,利用该文所提方法可使距离系统3 m处的最大声压由58 dB增大到73 dB。     

声呐发射机中D类功率放大器的设计

声呐发射机的主要作用是产生具有特定形式的大功率电信号,经过匹配网络(提高发射机输出效率)后再通过换能器将电信号转换为声信号.发射机一般包括信号产生器、功率放大器和发射换能器.详细介绍了一种基于MOSFET的半桥式D类功率放大器设计的步骤和方法,并给出了水声换能器假负载的实验波形,信号畸变与失真较小.根据测试结果证明输出50 kHz左右PWM波时效率达到80％,符合声呐发射机高效率、小体积的设计要求.     

LDMOS微波功放器设计

文章首先从功放器的合理选择、功放器工作状态的确定和功放器匹配电路的设计三个角度讨论了在设计功率放大器电路方案时应该考虑的不同因素。然后以实际项目需要的微波功率放大器为例,根据产品的技术指标要求,结合在做微波放大器设计和生产中积累的经验,设计了一款工作在P波段,典型增益在15 dB的功率放大器,通过合理选择功放器及其工作状态,设计电路结构、阻抗匹配,最终该功放具有输出功率稳定、增益平坦度小、线性度高、可靠性高等特点。     

基于GaN 的3. 4~ 3. 6 GHz 高增益Doherty 功率放大器

基于两级功率放大器架构,设计了一款平均输出功率为37 dBm(5 W)的高增益Doherty 功率放大器。 该器件通过增加前级驱动功率放大器提高Doherty 功率放大器的增益,采用反向Doherty 功率放大器架构,将λ/4 波 长传输线放置在辅助功放后端,相位补偿线放置在主功放前端,并使主功放输出匹配网络采用双阻抗匹配技术实现 阻抗变换,如此可扩宽功率放大器的工作带宽。连续波测试结果显示:3. 4~3. 6 GHz 工作频段内,饱和输出功率在 44. 5 dBm 以上,功率饱和工作点PAE 在43. 9%以上;在平均输出功率(37 dBm,5 W)工作点,回退量大于7. 5 dB,功 率附加效率PAE 为36. 8%以上,功率增益在31 dB 以上。     

PbMoO4声光器件外部阻抗匹配网络的设计

在PbMoO4声光器件的换能器与电源之间插入阻抗匹配网络,对换能器的声能传输损耗有一定的补偿作用.给出了阻抗匹配后换能器损耗的计算公式、匹配电路结构和元件值、能量损耗与频率的关系曲线图,得出合适的阻抗匹配网络可使得PbMoO4声光器件换能器的声能传输损耗降低,3 dB频带宽度增大的结论.利用阻抗匹配网络的这一优点,优化设计了PbMoO4声光器件换能器的结构.     

X波段双模功率MMIC设计

基于有源负载调制的多阻抗匹配技术，采用0.25μm GaN HEMT工艺，研制了一款工作在X波段双模功率放大器芯片，使功率放大器在峰值及回退10 dB两种输出功率模式下均具有较高的效率。采用对称双路三级放大拓扑设计，利用多阻抗匹配与电压切换方式实现双模工作。主功放设计兼顾高功率与低功率模式下的输出功率与效率；辅功放兼顾低功率模式下输出匹配网络呈现高阻状态与高功率模式下匹配网络实现宽带匹配两种状态。测试结果表明，在25℃环境温度、脉宽100μs、占空比10%脉冲测试下，8.5～13.0 GHz频率范围内，功率放大器的高功率模式饱和输出功率最高可达47.5 dBm，功率附加效率最高达到43%;10～12 GHz频率范围内，低功率模式输出功率可达37 dBm，功率附加效率最高达到27%。     

基于GaN HEMT的1.5～3.5GHz宽带平衡功率放大器设计

阐述了基于GaN HEMT的宽带平衡功率放大器的设计与实现方法:采用Lange耦合器构建平衡功率放大器结构,采用多节阻抗匹配技术设计输入/输出匹配网络,实现功放宽带特性(1.5～3.5GHz);采用与Si热膨胀系数接近的AlSiC散热载片,克服管芯与载片热稳定系数不同引起的热稳定问题,并采用脉冲工作模式进一步减小功放发热量.制作实际功放模块用于测试,在1.5～3.5GHz频带内,功放线性增益大于12dB,增益平坦度为±0.4dB,饱和输出功率大于8W,漏极效率为56%～65%.实验测试结果与设计仿真结果有较好一致性,验证了设计方法的正确性.     

一种超声换能器阻抗匹配的研究

为了便于探鱼声纳更好的应用于小渔船,其换能器基阵应简易轻便,易于安装,因此把换能器的匹配网络放在干端,减小换能器基阵的体积与重量。为解决长线传输过程中换能器的阻抗匹配,提出了一种匹配方法,在实际应用中很好地解决了超声换能器的宽带阻抗匹配。     

超声换能器频率特性及匹配研究

超声换能器是一种强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗等特性差别很大.在超声换能器的应用中需要对超声换能器进行频率特性分析及阻抗匹配,以达到最高的传输效率和最佳的波形效果.详细分析了超声换能器的频率特性及匹配方式,并对超声换换能器参数进行了测试,根据测试参数设计了阻抗匹配电路.理论分析和实验测试表明,良好的频率及阻抗匹配电路有利于优化超声波发射波形,提高电声转化效率.     

多普勒计程仪用换能器匹配技术的研究

介绍了多普勒计程仪中使用的压电陶瓷换能器和发射组件之间匹配的重要性,分析了压电陶瓷换能器的电学模型,研究了压电陶瓷换能器的电学匹配方式,给出了多普勒计程仪中发射器与换能器匹配的电路图,并给出了调谐元件所需值的计算公式.通过多次调试匹配后的换能器可工作在最佳工作状态,提高了激励功放的工作效率.     

基于谐波调谐的双频高效功率放大器设计

为了满足无线通信系统对低功耗双频功放的需求,分析高效功放的阻抗条件,提出了一种新型双频输出匹配电路,包括谐波控制电路和基波匹配电路两部分.首先,通过调谐晶体管的谐波阻抗减小漏极电压和漏极电流波形的重叠,从而提高功放的效率;其次,通过公式推导得出双频阻抗匹配电路参数,将晶体管在两个频率下的最佳基波阻抗匹配至50Ω.为验证...     

基于新型输出结构的宽带高效率功率放大器

提出一种具有新型匹配网络的宽带高效率功率放大器,以及利用开路扇形微带线构成的紧凑型输出匹配网络,并给出了阻抗推导过程。该输出匹配网络在一定带宽条件下能满足晶体管的高效率所对应的阻抗设计空间要求。为了进一步拓展带宽,采用阶跃式阻抗匹配方法设计输入匹配网络。通过理论分析与仿真,最后设计并制作了一款频段为1~3.1 GHz的宽带高效率J类功率放大器。测试结果表明,在该频段内漏极效率为61.4%~70.2%,输出功率为39.3~41.7 dBm,增益为9.3~11.7 dB。     

Design of broadband class-F power amplifier for multiband LTE handsets applications

A broadband class-F power amplifier for multiband LTE handsets applications is developed across 2.3-2.7 GHz. The power amplifier maintains constant fundamental impedance at the output matching circuit which is operating for broadband. The nearly zero of second harmonic impedance and nearly infinity of third harmonic impedance are found for highly efficient class-F PA. The harmonic control circuits are immersed into the broadband output matching for fundamental frequency. For demonstration, the PA is implemented in InGaP/GaAs HBT process, and tested across the frequency range of 2.3-2.7 GHz using a long-term evolution signal. The presented PA delivers good performance of high efficiency and high linearity, which shows that the broadband class-F PA supports the multiband LTE handsets applications.     

基于Leach模型的空气耦合超声换能器声阻抗匹配特性研究

压电陶瓷与空气之间的声阻抗差异巨大，导致声波在固-气介质间的能量传输效率低，研究匹配层特性对提升换能器能量传输效率具有重要意义。文章通过Leach模型仿真，研究了空气耦合超声换能器阻抗与瞬态响应，并搭建实验平台进行测试验证。仿真和实验结果表明，增加一层匹配层可将接收信号幅值增大约280%,增加两层匹配层可将接收信号幅值增大约363%。通过采用经声阻抗匹配后的换能器对碳纤维板缺陷进行检测，能明显检测出深度为0.5 mm、直径为1 mm凹槽缺陷的变化，验证了通过等效电路模型研究换能器匹配特性方法的有效性。     

The relationship between noise and impedance matching in a negative resistance amplifier

It is shown that a relationship exists between the impedance matching at the output port of a negative resistance amplifier and its noise performance. The class of amplifiers considered is characterized by a lossless embedding network and by negative resistances having the same noise exchangeable power.     

1～4GHz 80W GaN超宽带功率放大器

基于南京电子器件研究所0.25μmGaN HEMT工艺平台,设计了一款工作频率为1~4GHz,连续波输出功率大于80W的超宽带功率放大器.放大器采用低通L-C匹配网络实现管芯输入输出阻抗到实阻抗的变换;并利用切比雪夫变换器结构实现超宽带匹配;以单路输入输出端口匹配到100Ω后,两路直接电路合成到50Ω的方法实现了大功率超宽带功放的功率合成.放大器偏置电压32V,静态电流0.4A.测试结果显示,在1~4GHz带宽内,放大器连续波输出功率大于49.05dBm （80.3W）,最高输出功率为50.6dBm （114.8W）,饱和功率增益大于9dB,功率平坦度小于±0.8dB,最大漏极效率为62.5%.     

一种基于阻抗缓冲匹配技术的高效率Doherty放大器

为了在功率回退时满足功率放大器对高效率的要求,提出了一种采用阻抗缓冲匹配技术的Doherty功率放大器。通过负载牵引仿真,得到功放管的最佳基波和谐波负载阻抗。在此基础上,采用一种谐波控制阻抗匹配网络设计方法来设计主/辅路放大器的输出匹配网络,实现了高回退效率。为了验证该方法的有效性,设计并实现了一个1.635 GHz高效率Doherty功率放大器。测试结果表明,该放大器的饱和功率大于44 dBm,峰值效率为75%,6 dB功率回退时的效率为70%。该方法能有效提高Doherty功率放大器的回退效率。     

高指向性声频声源中PVDF膜换能器的阻抗匹配

根据参量阵原理,可以设计出能够发射高指向性可听声的声频声源。相比于传统的压电陶瓷换能器,利用具有特定结构的聚偏二氟乙烯（PVDF）膜作为超声换能器,可以解决困扰高指向性声源输出功率低的问题。研究了PVDF膜超声换能器的电学和声学特性,并据此提出了一种阻抗匹配方法,且经过实验验证,以使得电声转换效率获得了有效的提高。     

微波功率晶体管放大器匹配电路的设计

对微波功率晶体管放大器的阻抗匹配电路提出了一种有效且简便的设计方法.着重分析了多节并联导纳匹配与ADS软件仿真相结合的设计方法的全过程,并对S波段功率晶体管的输出匹配电路进行了分析和计算,取得了较好的效果.根据本文方法,制作了某功率晶体管的放大测试电路并进行测试,其输出功率及效率均优于晶体管手册给出的典型值.