[發(fā)明專利]一種功率放大器及其實現(xiàn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510270440.3
• 申請日: 2015-05-25
• 公開（公告）號: CN104836533A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程知群;顏國國;朱丹丹;陳帥;王凱;范凱凱
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F1/26;H03F1/32;H03F3/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 葉志堅

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微波功率放大電路，確切地說是一種功率放大器及其實現(xiàn)方法。

技術(shù)背景

功率放大器是射頻前端設(shè)備的核心部件，功率放大器的性能特別是線性度和效率對基站、直放站等射頻前端設(shè)備有直接的影響。功率放大器的線性度越好，當(dāng)該功率放大器應(yīng)用于射頻系統(tǒng)時，系統(tǒng)的輸出功率就越高，反之，系統(tǒng)的輸出功率就越低；與其他射頻模塊一樣，功率放大器效率越高越好。這就是說，一方面希望功率放大器達(dá)到很高的輸出功率，同時要有很高的效率。但是由于傳統(tǒng)功率放大器固有的內(nèi)在矛盾：當(dāng)輸出高峰均比信號時，功率放大器難以同時滿足高線性度和高效率的要求。比如：對于A類放大器，由于晶體管的工作區(qū)域線性度較高，而且輸入信號的整個周期都得到完整的放大，所以有良好的線性度，但是由于負(fù)載的耗損與阻抗的失配，其效率一般在30%左右；對于B類放大器，晶體管只在半個周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)，其線性度較A類放大器要下降，而效率要相應(yīng)的提高，理論上可達(dá)到78.5%；對于C類放大器，晶體管僅在小半個周期內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電流的直流成分和基頻成分都很小，所以它的線性度很差，而效率卻很高，理論上可達(dá)到100%。

近年來，隨著人們對放大器效率的大量研究，不少高效率功放模型浮現(xiàn)出來。主要是開關(guān)類放大器：D類放大器的晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，其電路結(jié)構(gòu)類似于推挽式放大器，由兩個晶體管交替工作在截止與飽和狀態(tài)，在整個工作周期內(nèi)晶體管的漏極電壓與電流都不可能同時出現(xiàn)非零值，所以它在理想情況下效率可達(dá)到100%；E類放大器一般模型由一個串聯(lián)LCR（電感-電容-電阻）回路和一個與晶體管并聯(lián)的電容構(gòu)成，由于流過射頻

扼流的電流必然為直流，而負(fù)載調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)的電流必然是正弦波，因此兩者的電流之和必然流入并聯(lián)電感與開關(guān)部分，當(dāng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時，電流將全部流入晶體管，而當(dāng)晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時，電流將全部流過并聯(lián)的電容，晶體管的電流與電壓非零值在整個周期都不會同時出現(xiàn)，這說明100%的直流功率都轉(zhuǎn)變成交流；F類的思想是通過加大輸入信號幅度使放大器工作在過激勵狀態(tài)，在輸出端的電流博形就會有很多諧波分量，同時設(shè)計合適的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)控制輸出電流與電壓的諧波，使其對其次諧波呈開路，對偶次諧波呈短路，得出輸出電壓趨近于方波，輸出電流趨近于半正弦波，到達(dá)抑制諧波提高效率，理論上諧波可到100%。但是這些功放都因為其有限的線性度而不能被廣泛應(yīng)用。因此，設(shè)計一個高線性度和高效率性能的功率放大器已成為射頻技術(shù)研究領(lǐng)域的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的的空缺，基于高效率功率放大器有較高的二次諧波和三次諧波的輸出而使其線性度下降的缺陷，提出一種分頻正反饋高線性度高效率的新型功率放大器電路，通過回收利用諧波使放大器在擁有很高的效率同時可以擁有極高的線性度。

本發(fā)明一種功率放大器，包括主電路、反饋一路和反饋二路；

所述的主電路包括第一輸入匹配電路、第一輸出匹配電路和偏置在B類功放芯片；反饋一路包括第二輸入匹配電路、第二輸出匹配電路和三分頻器；反饋二路包括第三輸入匹配電路、第三輸出匹配電路和二分頻器；

所述的第一輸入匹配電路的輸入端接輸入信號端，第一輸入匹配電路的輸出端與偏置在B類功放芯片的射頻信號輸入端、第二輸出匹配電路的輸出端、第三輸出匹配電路的輸出端連接，偏置在B類功放芯片的輸出端與第一輸出匹配電路的輸入端、第二輸入匹配電路的輸入端、第三輸入匹配電路的輸入端連接，第三輸入匹配電路的輸出端與二分頻器的輸入端連接，二分頻器的輸出端接第三輸出匹配電路的輸入端連接，第二輸入匹配電路的輸出端與三分頻器的輸入端連接，三分頻器的輸出端接第二輸出匹配電路的輸入端連接；

一種功率放大器的實現(xiàn)方法；具體包括以下步驟：

步驟一:射頻信號f₀由輸入端輸入，經(jīng)過第一輸入匹配電路，實現(xiàn)信號的最佳效率傳輸，再由偏置在B類功放芯片放大，在偏置在B類功放芯片輸出端產(chǎn)生放大后的f_0?信號以及二次諧波信號2f₀和三次諧波信號3f₀，

步驟二：f_0?信號由第一輸出匹配電路輸出，實現(xiàn)最佳效率傳輸。

步驟三：二次諧波信號2f₀由第三輸入匹配電路輸入，經(jīng)過二分頻器分頻成基波信號f₀，由第三輸出匹配電路反饋到功放管的輸入端。