[發明專利]一種高效率F類/逆F類功率放大器

在審

• 申請號: 201410578686.2
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104300925A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 馬建國;朱守奎;成千福
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20;H03F1/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及無線通信功放技術領域，尤其涉及高效率的F類/逆F類功率放大器。

背景技術

目前，移動通信服務的快速發展對低能耗、高效率的器件設計提出了更高的要求。而射頻功率放大器恰恰是無線發射終端中耗能最大的模塊。因此功率放大器的效率直接決定了整個發射終端的能耗量級。所以，提高功率放大器的工作效率成為功放研究領域的熱點。

F類/逆F類功率放大器因其理想工作效率能夠達到100％而受到了大量的關注。一般的F類功率放大器由依次相連的晶體管、諧波控制電路和輸出基波阻抗匹配電路幾個模塊構成。對F類功率放大器而言，諧波控制電路將信號的偶次諧波匹配到晶體管的漏極端呈短路狀態，將奇次諧波匹配到晶體管的漏極端呈開路狀態。從而使漏極端電流表現為半正弦波形式，而電壓則為方波形式，且在理想情況下，電壓與電流在時間上無重疊區域。這樣，理想的功率放大器便能實現100％的工作效率。相應地，逆F類功率放大器與上述F類功率放大器原理相似，只是，其對應的諧波控制電路的目的是將偶次諧波匹配到漏極端成開路狀態，將奇次諧波匹配到晶體管的漏極端呈短路狀態。

然而，在實際情況中，隨著功率放大器的工作頻率的增加，晶體管本身的寄生分量引起的效應會表現的愈發明顯。對F類功率放大器而言，這種效應會破壞偶次諧波對應的短路狀態和奇次諧波對應的開路狀態，從而影響功放的工作效率。對逆F類功率放大器，存在著同樣的問題。因此，如何減小寄生分量對諧波控制電路的影響，以實現F類和逆F類功率放大器晶體管對應的漏極阻抗條件，從而提升功放的工作效率，是一個非常重要的問題。

近年來，為了克服晶體管寄生參數對F類和逆F類功率放大器的影響從而獲得高效率的特性，國內外論文和專利中提出了一些典型的寄生參數補償技術。文獻[1]，[2]提出了兩種針對于F類功率放大器的寄生補償技術，雖然設計頻率達到了C波段，并且功率附加效率(PAE)超過了70％，但是這些技術只針對于不帶封裝的晶體管設計的，而對帶封裝的晶體管存在一定的局限性。為了解決帶封裝的晶體管寄生參數補償的問題，文獻[3]提出了一種利用串聯電容和并聯電感來補償晶體管內部寄生參數，從而達到很高的效率。但是，由于實際中，廠家所能提供的電容和電感的標稱值是分立的，這就給設計帶來了一定的局限性，并且論文中的晶體管模型沒有考慮封裝電容帶來的影響。專利[4]提出了一種利用兩節串聯微帶線來補償晶體管寄生參數的技術，而此技術只是針對逆F類功率放大器的設計方法，另外晶體管模型中也沒有考慮封裝寄生電容的影響。

【參考文獻】

[1]K.Kuroda,R.Ishikawa,and?K.Honjo,“Parasitic?compensation?design?technique?for?a?C-band?GaN?HEMT?class-F?amplifier,”IEEE?Trans.Microw.Theory?Tech.,vol.58,no.11,pp.2741–2750,Nov.2010。

[2]M.Kamiyama,R.Ishikawa,and?K.Honjo,“5.65GHz?high-efficiency?GaN?HEMT?power?amplifier?with?harmonics?treatment?up?to?fourth?order,”IEEE?Microw.Wireless?Compon.Lett.,vol.22,no.6,pp.315–317,Jun.2012。

[3]Y.S.Lee,M.W.Lee,and?Y.H.Jeong,“High-efficiency?Class-F?GaN?HEMT?amplifier?with?simple?parasitic-compensation?circuit,”IEEE?Microw.Wireless?Compon.Lett.,vol.18,no.1,pp.55–57,Jan.2008。

[4]尤覽，劉發林，丁瑤，楊光.一種逆F類功率放大器：中國，201110159135.9[P].2011-12-21。

發明內容

針對現有技術，本發明提供了一種同時適用于F類和逆F類功率放大器的寄生補償設計方法，以減小寄生分量對諧波控制電路的影響，從而達到提升功放的工作效率目的。