[發明專利]一種帶寬可重構的高效率分布式功率放大器

有效

• 申請號: 202110317557.8
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113206644B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 楊濤;劉倬豪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F1/42
• 分類號: H03F1/42;H03H11/28
• 代理公司: 成都拓荒者知識產權代理有限公司 51254
• 代理人: 鄒廣春

本發明公開了一種帶寬可重構的高效率分布式功率放大器，包括并聯設置在輸入傳輸線和輸出傳輸線之間的多個增益模塊，輸入傳輸線和輸出傳輸線上均串聯有多個阻抗元件，每個所述增益模塊插接設置在兩個阻抗元件之間，每個增益模塊包括晶體管，晶體管的柵極通過并聯的電容C和電阻R與輸入傳輸線連接，晶體管的漏極連接輸出傳輸線；至少一個阻抗元件被設置為可重構阻抗元件，至少一個所述電容C上并聯有一個可重構電容單元。所提供的分布式功率放大器，可實現兩個放大器工作頻段的重構，打破了帶寬對于效率的限制，提升了放大器的功率附加效率。

技術領域

本發明涉及通信濾波器件，尤其涉及一種具有連續頻率可調特性的帶寬可重構的高效率分布式功率放大器。

背景技術

近20年來，在2-18GHZ的頻帶上，多倍頻程的寬帶功率放大器越來越被重視，具有寬帶特性的分布式放大器是很適合的拓撲結構，目前分布式功率放大器的設計有以下幾種方式:(1)采用NDPA的結構，這種結構利用分布式放大器的行波結構、電流疊加的特點，各級晶體管輸出端的功率匹配可以與各級人造漏極傳輸線的特征阻抗建立聯系，從而可以控制各級漏極傳輸線的特征阻抗來實現晶體管輸出端的功率匹配，進而完成高輸出功率與高效率的功率放大器的設計；(2)基于獨立偏置的分布式功率放大器結構，這種結構的設計是基于對于傳統分布式放大器的分析，這種結構是均勻式結構，各級晶體管漏極統一偏置，因為電流是從第一級到末級增加的，導致從第一級晶體管到最后一級晶體管，晶體管的輸出功率是逐漸增大的，這就意味著只有最后一級晶體管可以輸出飽和功率，而前面的各級晶體管與最后一級的直流功耗相同，那么前面各級晶體管的輸出電壓擺幅無疑是浪費掉的，所以提出了獨立偏置結構，如附圖1所示，Zd為漏極傳輸線的特征阻抗，Zg為柵極傳輸線的特征阻抗，Rg為柵極傳輸線的終端電阻，用來提供良好的匹配，C為電容，起到隔離各個晶體管不同的漏極電壓的作用，L為電感，與電容一起組成一個高通濾波器，再與漏極傳輸線結合組成一個帶通的結構，同時L的更重要的作用是饋電漏極電壓，LG是柵極饋電的扼流圈，這種結構的原理是第一級到末級晶體管的漏極偏置電壓呈線性增加的關系(最左面晶體管為第一級，向右級數依次增加)，這樣就不會浪費掉晶體管的輸出電壓擺幅，各級晶體管都等效工作在A類工作狀態，從而理論上這種基于獨立偏置的分布式功率放大器結構可以有50％的效率，但是實際效果因為較多非理想因素，并沒有很好的效率呈現。

然而，以上兩類放大器存在的問題是受限于寬帶匹配本身，根據Bode-Fano準則，匹配的帶寬與匹配的效果是成反比的，也就是說帶寬越寬，匹配的效果越差，對于功率放大器來說，寬帶的結構相對于窄帶的結構，效率會低，效率受到固有的頻帶限制。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種帶寬可重構的高效率分布式功率放大器。

本發明的目的是這樣實現的，提供一種帶寬可重構的高效率分布式功率放大器，包括并聯設置在輸入傳輸線和輸出傳輸線之間的多個增益模塊，輸入傳輸線和輸出傳輸線上均串聯有多個阻抗元件，每個所述增益模塊插接設置在兩個阻抗元件之間，每個增益模塊包括晶體管，晶體管的柵極通過并聯的電容C和電阻R與輸入傳輸線連接，晶體管的漏極連接輸出傳輸線；至少一個阻抗元件被設置為可重構阻抗元件，至少一個所述電容C上并聯有一個可重構電容單元。

優選的，所述輸出傳輸線上設置有多個獨立偏置，所述輸入傳輸線上共用一個偏置，以實現晶體管的獨立偏置控制。

優選的，包括五個所述增益模塊，從輸入端到輸出端依次為：第一級增益模塊、第二級增益模塊、第三級增益模塊、第四級增益模塊和第五級增益模塊；第一級增益模塊至第三級增益模塊之間的輸入傳輸線和輸出傳輸線均被設置為可重構的傳輸線，所述可重構的傳輸線由主級線圈、設置在主級線圈內的次級線圈以及加在次級線圈中的控制開關組成，主級線圈通過端口1、端口2和端口3依次連接第一級增益模塊、第二級增益模塊和第三級增益模塊，通過切換次級線圈中控制開關的狀態實現傳輸線阻抗的可重構。