[發明專利]寬帶混合結構J類功率放大器及設計方法

在審

• 申請號: 202010131037.3
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111262535A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 劉國華;郭燦天賜;程知群;周國祥;董志華;王濤
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學富陽電子信息研究院有限公司
• 主分類號: H03F3/21
• 分類號: H03F3/21;H03F1/42
• 代理公司: 杭州昱呈專利代理事務所(普通合伙) 33303
• 代理人: 雷仕榮

本發明公開一種寬帶混合結構J類功率放大器及設計方法，包括偏置電路，輸入匹配電路，混合結構諧波控制電路，以及輸出基波匹配電路。其中，混合結構諧波控制電路輸入端和晶體管輸出端相連接，采用開路枝節微帶傳輸線和階躍阻抗變換線進行混合，通過選取多個頻點來實現諧波控制方式。以實現對應頻點的二次諧波短路及J類功率放大器特征。輸出基波匹配電路和混合諧波控制電路相連用于匹配到負載。采用本發明技術方案，利用一種新混合結構以及多頻點實現方式能夠在保證效率的同時擴展J類功率放大器的帶寬。

技術領域：

本發明屬于射頻電路技術領域，涉及一種寬帶混合結構J類功率放大器及其設計方法，用于實現寬帶功率放大器。

背景技術：

隨著5G通信技術的發展，對通信設備需求越來越大，同時對硬件設備的要求也越來越高，其中功率放大器作為通信設備的重要一部分，成為多年來研究的重點。目前，功率放大器的研究主要包含三個方面，分別是大寬帶提高功率放大器的使用率，高效率減少使用中不必要的能量損耗以及穩定性增加通信的質量。

在上述重點研究的幾個方面，其中寬帶和高效率成為了提高硬件設備的主要途徑。雖然目前所使用的功率放大器很成熟，但是要實現寬帶下的高效率的功率放大器卻很有難度，傳統的功率放大器大多都是高效率的功率放大器，但是主要針對的是很窄的一部分頻段，這顯然不能夠滿足目前通信技術的要求，要提高功率放大器的帶寬就要增加功率放大器的結構復雜度，以此增加的是功率放大器不必要的能量損耗。因此，現階段設計難點主要是如何能夠讓一臺通信設備能夠應用于所有的頻段下同時保證能量損耗盡量減少，這意味著功率放大器帶寬需要大大拓展并且控制其結構的復雜度。

故，針對上述問題，有必要深入研究分析，提出一種寬帶性能更加優越的功率放大器。

發明內容：

針對現有的設計方式存在的問題，本發明提出一種寬帶混合結構J類功率放大器及其設計方法，通過設計諧波控制混合結構實現J類功率放大器帶寬的拓展，能夠大大提高功率放大器的帶寬，同時能夠控制其結構復雜度和保證其效率。

為了解決其現有技術存在的問題，本發明設計方案如下：

寬帶混合結構J類功率放大器，包括輸入匹配電路、偏置電路、晶體管、混合結構諧波控制電路和輸出基波匹配電路，其中，

所述的輸入匹配電路和晶體管柵極相連，用于匹配到柵極基波阻抗；

所述的偏置電路包括柵極偏置電路和漏極偏置電路，分別和晶體管的柵極和漏極相連，用于設置靜態工作點和阻斷射頻信號流入電源；

所述的混合結構諧波控制電路和晶體管漏極相連，采用傳統結構微帶傳輸線和階躍阻抗變換線結構混合，通過設計多個頻點來實現?？刂茖l點二次諧波阻抗短路，以實現J類功率放大器的特征；

所述的輸出基波匹配電路負載相連，用于將諧波阻抗匹配到負載阻抗，獲得最佳的傳輸效率。

作為進一步的改進方案，采用的混合結構用于設計寬帶J類功率放大器，混合結構包括傳統的微帶線和階躍阻抗微帶線共同構成，同時控制二次諧波短路，傳統微帶線控制結構用于保證功率放大器的效率，階躍阻抗微帶線用于擴展功率放大器的帶寬。最后，通過設計四個頻率點來實現混合諧波控制結構。

作為進一步的改進方案，所述的輸入匹配電路，至少設置隔直電容C1，微帶傳輸線Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z8和RC穩定電路，其中微帶傳輸線Z1和射頻源相連接，微帶傳輸線Z1另一端和隔直電容C1相連接，電容C1的另一端和微帶傳輸線Z2相連接，微帶傳輸線Z2另一端和微帶傳輸線Z3相連接，微帶傳輸線Z3另一端和微帶傳輸線Z4、Z5一端相連接，微帶傳輸線Z5另一端和并聯RC網絡相連接，RC并聯網絡另一端和微帶傳輸線Z6相連接，微帶傳輸線Z6另一端和柵極偏置電路以及微帶傳輸線Z8相連接，微帶傳輸線Z8連接到晶體管輸出端。