[發明專利]一種帶寬可調式F類功率放大器

在審

• 申請號: 202010522034.2
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111600554A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 彭林;章國豪;唐浩;黃國宏
• 申請（專利權）人: 河源廣工大協同創新研究院;廣東工業大學
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F3/217
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 李俊康

本發明公開了一種帶寬可調式F類功率放大器，包括晶體管、諧波控制電路、寄生補償電路、帶寬可調的基波匹配網絡和負載,諧波控制電路包括輸入電壓、短路傳輸線和開路傳輸線，短路傳輸線并聯開路傳輸線形成偶次諧波短路電路，輸入電壓與偶次諧波短路電路串聯；通過在諧波控制電路中將短路傳輸線和開路傳輸線進行并聯形成偶次諧波短路電路，能夠使得諧波控制電路只針對偶次諧波起作用，基波與奇次諧波處由于呈現開路而不會對電路產生影響，提高功率放大器的效率，此外，通過在諧波控制電路和帶寬可調的基波匹配網絡之間串聯一個寄生補償電路，能補償掉C_out對三次諧波阻抗的影響，實現很好的三次諧波開路狀態，確保了F類功率放大器的高效率特性。

技術領域

本發明涉及無線通信功放技術領域，特別涉及一種帶寬可調式F類功率放大器。

背景技術

功率放大器作為無線通信系統中重要的前端器件，是利用電源提供的直流能量將已調制的頻帶信號放大到所需要的功率值并送到天線中發射，保證在一定區域內的接收機可以收到滿意的信號電平，其設計的好壞直接影響著整個電路系統。

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，在現有技術方案中，F類輸出匹配網絡根據應用的頻率范圍，其實現形式既可以采用LC集總元件，也可以使用傳輸線，或者是兩者的混合體，針對目前移動通信用的Sub-6GHz頻段，兼顧性能、體積與成本因素，混合型結構一般是最優選擇，如圖1所述，通過并聯LC振蕩回路(L0-C0)調諧至載頻，使其在工作帶寬外的所有頻率上如同短路，傳輸線的長度選擇為載波波長λ的1/4就能等效實現無數個串聯的奇次諧波振蕩器，如此即可在晶體管漏極看到偶次諧波短路與奇次諧波開路的情況，從而實現對輸出電流、電壓波形的整形，理想上呈現出半正弦波電流與峰-峰值為2VDD的方波電壓，兩者之間沒有重疊部分，這意味著沒有能量損耗在功率管上，可實現100％的轉換效率。

但是，現有的F類功率放大器存在以下缺陷：(1)在高頻環境下，部分諧波分量可通過寄生電容C_out泄露，從而影響了奇次諧波開路的狀態，也就造成效率的降低；(2)實際的晶體管均含有寄生的輸出電容C_out，會使得基波阻抗發生偏移。

發明內容

有鑒于此，本發明提出一種帶寬可調式F類功率放大器，能夠解決現有F類功率放大器存在的影響奇次諧波開路狀態、基波阻抗會發生偏移等缺陷。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種帶寬可調式F類功率放大器，包括晶體管、諧波控制電路、寄生補償電路、帶寬可調的基波匹配網絡和負載，所述諧波控制電路的輸入端與所述晶體管的漏極輸出端連接，所述諧波控制電路的輸出端與所述寄生補償電路的輸入端連接，所述寄生補償電路的輸出端與所述帶寬可調的基波匹配網絡的輸入端連接，所述帶寬可調的基波匹配網絡的輸出端與所述負載連接，所述諧波控制電路包括輸入電壓、短路傳輸線和開路傳輸線，所述短路傳輸線并聯所述開路傳輸線形成偶次諧波短路電路，所述輸入電壓與所述偶次諧波短路電路串聯。

作為所述帶寬可調式F類功率放大器的進一步可選方案，所述短路傳輸線的長度等于八分之一基波波長λ，所述開路傳輸線的長度等于八分之一基波波長λ，所述短路傳輸線和所述開路傳輸線的阻抗均為Z₀。

作為所述帶寬可調式F類功率放大器的進一步可選方案，所述帶寬可調的基波匹配網絡包括第一電感、第二電感、第一電容和第二電容，所述第一電感的第一端和第二電感的第一端構成共同端與所述寄生補償電路的輸出端連接，所述第一電感的第二端與所述第一電容的第一端連接，所述第二電感的第二端與所述第二電容的第一端連接，所述第一電容的第二端和所述第二電容的第二端構成共同端接地。

作為所述帶寬可調式F類功率放大器的進一步可選方案，所述諧波控制電路還包括第三電容，所述第三電容的第一端與所述諧波控制電路的輸入電壓連接，所述第三電容的第二端接地。