[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型高效率逆F類(lèi)功率放大器多次諧波匹配電路

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710245488.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108736832A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建國(guó);成千福;劉暢;朱守奎;傅海鵬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)（青島）海洋工程研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03F1/02
• 分類(lèi)號(hào): H03F1/02;H03F3/217;H03F3/19
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

一種新型高效率逆F類(lèi)功率放大器多次諧波匹配電路，晶體管輸出端包括：用于將復(fù)數(shù)阻抗變成實(shí)阻抗的電長(zhǎng)度為傳輸線，用于將實(shí)數(shù)阻抗匹配到負(fù)載阻抗的電長(zhǎng)度為傳輸線，用于提供n(n≥3)次諧波零點(diǎn)的電長(zhǎng)度為開(kāi)路短截線，用于和電長(zhǎng)度為開(kāi)路短截線在基波頻率下諧振的電長(zhǎng)度為短路短截線及晶體管偏置電路；該匹配電路極大的提高了逆F類(lèi)功率放大器的效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)接近理想的逆F類(lèi)功率放大器提供了理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信功放技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型高效率逆F類(lèi)功率放大器多次諧波匹配電路。

背景技術(shù)

在這個(gè)信息化的社會(huì)，信息的傳輸是社會(huì)生活中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，因而通信技術(shù)也成為自上世紀(jì) 80 年代以來(lái)發(fā)展最迅速的領(lǐng)域之一。其中無(wú)線局域網(wǎng)、智能手機(jī)、藍(lán)牙等通訊系統(tǒng)漸漸深入人們的日常生活，得到迅猛的發(fā)展。為了增加傳輸速率，在這些無(wú)線通信系統(tǒng)中功率損耗和功率附加效率成為研究的重點(diǎn)。

眾所周知，無(wú)線通信系統(tǒng)旨在最小的功耗下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的有效傳輸，因而整個(gè)系統(tǒng)的效率必然成為其研究設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。其中，射頻功率放大器是系統(tǒng)收發(fā)前端最重要的有源電路模塊之一，也是整個(gè)系統(tǒng)中功率損耗最大的部分，其功率輸出能力會(huì)直接影響到信號(hào)的發(fā)射和傳輸距離。作為整個(gè)系統(tǒng)中收發(fā)端的核心和前端部分，其工作性能必然會(huì)影響系統(tǒng)的整體通信質(zhì)量。因此研究性能優(yōu)良的高效率射頻功率放大器是改善通訊系統(tǒng)性能，提高通信系統(tǒng)應(yīng)用能力的重要方面。

為了提高射頻功率放大器的工作效率，國(guó)內(nèi)外的研究人員紛紛對(duì)效率較高的非線性功率放大器進(jìn)行了一系列的理論研究和設(shè)計(jì)，其中理論效率可以達(dá)到 100%的E類(lèi)和F類(lèi)高效率射頻功率放大器成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

早在 1958 年，Tyler[1]就提出應(yīng)用于低頻信號(hào)傳輸?shù)腇類(lèi)放大器的概念，并提出理想的四分之一波長(zhǎng)傳輸線控制所有諧波的方法，同時(shí)他還注意到在甚高頻（VHF）利用集總參數(shù)諧振器的種種困難。直到 1967 年，Snider[2]在理論分析處理最佳負(fù)載阻抗來(lái)處理所有諧波的阻抗分別實(shí)現(xiàn)為無(wú)窮大或?yàn)榱悖瑥亩鴮?shí)現(xiàn)功率放大器將諧波信號(hào)功率轉(zhuǎn)化為基波功率。2001年，美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué) F. H. Raab 等人理論分析了 F 類(lèi)功率放大器在不同次諧波阻抗下的最大效率和輸出功率，并采用 GaAs 晶體管設(shè)計(jì) X 波段效率達(dá)到 55%的 8.4GHz F 類(lèi)功率放大器[3].2010 年，德國(guó)漢諾威萊布尼茨大學(xué)射頻和微波工程研究所設(shè)計(jì)人員采用 GaN 高電子遷移率晶體管設(shè)計(jì)了帶有自適應(yīng)匹配網(wǎng)絡(luò)的 1GHz 最大功率附加效率為 82%的10W F 類(lèi)功率放大器。可見(jiàn)對(duì)于F類(lèi)功率放大器的研究是十分有意義的。本發(fā)明基于DONALD H.STEINBRECHER對(duì)于電長(zhǎng)度為傳輸線可使復(fù)數(shù)阻抗變成實(shí)數(shù)阻抗的研究[4]及Yao Ding對(duì)于新型高效諧波控制功率放大器的研究[5]，創(chuàng)新性的提出了一種新型電路結(jié)構(gòu)，不僅滿足了基波匹配要求，而且對(duì)于晶體管寄生效應(yīng)有了很好的補(bǔ)償作用，滿足了在晶體管內(nèi)部等效電流源漏端所需要的阻抗要求。這種新型電路結(jié)構(gòu)極大的提高了逆F類(lèi)功率放大器的效率，對(duì)于實(shí)現(xiàn)接近理想的逆F類(lèi)功率放大器提供了理論基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] V. J. Tyler. A New High-efficiency High Power Amplifier[J] MarconiRev.1958， 21(130): 96-109。

[2] D. M.Snider. A Theoretical Analysis and Experimental Confirmationof the Optimally Loaded and Overdriven RF Power Amplifier[J]. IEEETransactions on Electron Devices，1967，4(12): 851-857。