[發(fā)明專利]一種基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器及其設(shè)計(jì)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011076370.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112332787A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉國(guó)華;簡(jiǎn)葉龍;王維榮;趙眾;黃謝鑌;程知群
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)富陽(yáng)電子信息研究院有限公司;杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03F1/56
• 分類號(hào): H03F1/56;H03F1/42;H03F1/02
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 陸永強(qiáng)

1.一種基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器，其特征在于，至少包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、柵極直流饋電網(wǎng)絡(luò)、晶體管、漏極直流饋電網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與晶體管的輸入端相連接，用于將50歐姆阻抗匹配到晶體管通過(guò)源牽引得到最佳源阻抗的共軛，使功率放大器獲得最大的輸入功率；

所述柵極直流饋電網(wǎng)絡(luò)和漏極直流饋電網(wǎng)絡(luò)分別與晶體管的柵極和漏極相連接，用于阻斷射頻信號(hào)流入電源以及設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)；

所述晶體管，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大；

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與晶體管的輸出端相連接，用于將晶體管負(fù)載牽引得到的最佳輸出阻抗匹配到50歐姆，使功率放大器實(shí)現(xiàn)最大效率傳輸，

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)不僅具有阻抗匹配的作用，而且對(duì)諧波具有抑制作用，其采用端接耦合線級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌ǖ谝徊⒙?lián)開(kāi)路傳輸線TL9、第二并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL10、第三并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL11、第四并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL12、第一平行耦合線CLin1和第二平行耦合線CLin2，其中，第一并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL9與第一平行耦合線CLin1的2端口連接作為輸入端，第一平行耦合線CLin1的3端口與第二平行耦合線CLin2的2端口和第二并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL10連接，第一平行耦合線CLin1的4端口與第二平行耦合線CLin2的1端口和第三并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL11連接，第四并聯(lián)開(kāi)路傳輸線TL12與第二平行耦合線CLin2的3端口連接作為負(fù)載端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器，其特征在于，所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)包括隔直電容C1、第一串聯(lián)傳輸線TL1、第二串聯(lián)傳輸線TL2、第三串聯(lián)傳輸線TL3、第四串聯(lián)傳輸線TL5和RC并聯(lián)穩(wěn)定電路，其中，隔直電容C1的一端與射頻源輸入端相連接，隔直電容C1的另一端與第一串聯(lián)傳輸線TL1的一端連接，第一串聯(lián)傳輸線TL1的另一端與第二串聯(lián)傳輸線TL2的一端連接，第二串聯(lián)傳輸線TL2的另一端與RC并聯(lián)穩(wěn)定電路的一端連接，RC并聯(lián)穩(wěn)定電路的另一端與第三串聯(lián)傳輸線TL 3的一端連接，第三串聯(lián)傳輸線TL 3的另一端與第四串聯(lián)傳輸線TL 5的一端連接，第四串聯(lián)傳輸線的另一端與晶體管的輸入端連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器，其特征在于，所述柵極直流饋電網(wǎng)絡(luò)包括了微帶傳輸線TL 4、穩(wěn)定電阻R 2和耦合電容C 3，其中，微帶傳輸線的一端和電源以及電容C 3的一端連接，電容C 3的另一端接地，微帶傳輸線TL 4的另一端與電阻R 2的一端連接，電阻R 2的另一端與晶體管的輸入端連接，所述柵極直流饋電網(wǎng)絡(luò)的偏壓為-2.8V；所述漏極直流饋電網(wǎng)絡(luò)包括微帶傳輸線TL7和電容C4，，其中，微帶傳輸線TL7的一端和電源以及電容C4的一端連接，電容C4的一端接地，微帶傳輸線TL7的另一端與晶體管的輸出端連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器，其特征在于，所述的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)開(kāi)路短截線加載在耦合線的不同端口，然后將耦合線進(jìn)行級(jí)聯(lián)組成的對(duì)稱匹配網(wǎng)絡(luò)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器，其特征在于，所述晶體管采用GaN HEMT CGH40010F晶體管。

6.一種基于端接耦合線結(jié)構(gòu)的寬帶高效率功率放大器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟S1：對(duì)晶體管的柵極和漏極在中心頻率下進(jìn)行源牽引和負(fù)載牽引得到最佳源阻抗和最佳負(fù)載阻抗；

步驟S2：根據(jù)步驟S1獲得的最佳源阻抗，采用步進(jìn)阻抗匹配方法實(shí)現(xiàn)從輸入端口到最佳源阻抗的共軛匹配，對(duì)輸入匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)；

步驟S3：采用四分之一波長(zhǎng)傳輸線設(shè)計(jì)偏置電路；

步驟S4：根據(jù)步驟S1獲得的最佳負(fù)載阻抗來(lái)設(shè)計(jì)輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)；其中，采用兩段平行耦合微帶線級(jí)聯(lián)來(lái)擴(kuò)展工作帶寬，在平行耦合微帶線的不同端口枝節(jié)加載四條開(kāi)路短截線TL9、TL10、TL11、TL12來(lái)組成輸出濾波匹配網(wǎng)絡(luò)；

步驟S5：將設(shè)計(jì)好的各模塊搭建成一個(gè)整體電路。