[发明专利]功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及功率放大器，如但不限于，在通过使用核四极矩共振(NQR)用于识别不同材料的装置中使用的那些。NQR技术使用运行在0.3MHz和5MHz之间的射频功率放大器以产生磁场，用于被调查的材料的激励。

背景技术

核四极矩共振检测是能够唯一地识别不同材料的技术。该技术对(但不限于)爆炸物检测是有用的。它基于一些具有1/2或更大自旋的原子核具有电四极矩动量的物理性质。该电四极矩动量与晶体结构的剩余电场梯度的相互作用，导致由能量分隔的能态可由处于0.3-5MHz范围的射频磁场激励。感应的回波信号的幅度非常小并且依赖于激励磁场中的一些限制。这是为何实际的NQR检测系统使用连接到射频功率放大器的输出、具有高品质因子(Q)的线圈用于磁场的生成的原因。

典型地，A-B类射频功率放大器被用于驱动处于高达0.5-2kW的功率水平的NQR线圈。增加高于这些水平的输出功率是增加NQR系统的信噪比(SNR)期望的，但是导致大且重的功率系统，其不能被用在方便的爆炸物检测所期望的紧凑的便携式系统中。D类放大器允许放大器功率输出的显著增加，同时减少总的物理尺寸和重量。具有10mΩ量级上的非常小的R_on的现代功率MOSFET晶体管，当用于切换模式中时允许晶体管中能量损失的显著减小。应用到NQR技术的D类功率放大器允许输出峰值功率增加到数十千瓦的范围。

多种用于D类放大器的不同图表呈现在期刊和专利中。通常，使用推挽式的或H桥方案中的输出晶体管设计D类放大器。典型地，这些功率放大器单元采用并行耦合的MOSFET晶体管来实现在多千瓦范围的输出功率。这种功率放大器的输出级也能够通过求和输出变压器的使用被串行耦合。用于每个切换级的分立的各变压器都具有共同的次级绕组(winding)，以提供通过所有不同切换级的串行连接，以产生电压求和输出。

脉冲高Q NQR系统的另外的要求是来自天线的能量的快速阻尼，以提供用于各发射的脉冲之间的数据采集间隔中的回波信号配准的最佳条件。该操作典型地由耦合到负载的分立Q阻尼器设备提供。

发明内容

本发明的各实施例包括射频功率放大器，其包括：控制电子设备(electronics)，其提供用于功率放大器的时序(timing)的控制信号；耦合到控制电子设备的第一组驱动器以及耦合到控制电子设备的第二组驱动器，第一组驱动器响应于控制信号操作以生成第一驱动信号，第二组驱动器响应于控制信号操作以生成相对于第一驱动信号具有180°位相差的第二驱动信号；响应于第一驱动信号，第一组开关为第一组初级绕组供电，响应于第二驱动信号，第二组开关为第二组初级绕组供电；输出求和变压器具有多个铁氧体磁芯，第一组初级绕组和第二组初级绕组穿过该铁氧体磁芯；次级输出绕组用于与负载连接，该次级输出绕组穿过输出求和变压器的铁氧体磁芯。

本发明的各实施例包括输出求和变压器，其包括：铁氧体磁芯，其中铁氧体磁芯的数量等于功率放大器的级数；第一组初级绕组穿过铁氧体磁芯并且第二组初级绕组穿过铁氧体磁芯；次级输出绕组穿过铁氧体磁芯用于连接负载；次级阻尼绕组穿过铁氧体磁芯，Q-阻尼器晶体管耦合到次级阻尼绕组，用于在发射(transmit)脉冲后减小负载的Q。

通过连同附图一起阅读以下的描述，本发明的这些和其他特征将被理解。

附图说明

图1是根据现有技术、具有求和输出变压器的以线性及切换模式工作的多级放大器的各组件的方块图。

图2是根据本发明各实施例的D类功率放大器的方块图。

图3显示根据本发明各实施例的、具有积分Q-阻尼器的D类功率放大器的电路图。

图4呈现根据本发明各实施例的求和输出变压器的共轴设计。

图5显示具有用于求和输出变压器中的输出信号的传输时间的补偿的延迟的、D类功率放大器的电路图。

具体实施方式