[發明專利]一種J類功率放大器

有效

• 申請號: 202110362886.4
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112737531B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 劉林盛;秦輝
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 張玲

本發明公開了一種J類功率放大器，包括輸入一分三功率分配及阻抗匹配網絡、三路功率放大波形形成網絡、高頻濾波移相網絡、三路J類波形合成阻抗匹配網絡。本發明采用基于三路自偏方式的功率放大結構形成波形形成網絡，結合了三路J類波形合成技術及J類放大器阻抗匹配技術，將放大器輸出電壓波形直接整形成J類放大器特殊的電壓半正弦波形，規避了輸出網絡的負阻抗限制，提升了傳統J類放大器的極限效率，并且使得電路具有超寬帶、高增益、高功率輸出能力的特性。

技術領域

本發明屬于場效應晶體管射頻功率放大器和集成電路技術領域，具體涉及一種J類功率放大器的設計。

背景技術

隨著通信技術的發展，射頻前端發射機迫切的需求超寬帶、高效率、高增益、高功率的功率放大器，滿足通信系統高速率、高可靠性、低功耗的要求。然而，在傳統高效率功率放大器的設計中，晶體管要工作在過驅動模式下，類似于開關狀態，可以實現高效率特性，但是其帶寬非常窄，不滿足現有系統的需求。此外，過驅動高效率功放的另外一個特點是線性度較差，因此高效率過驅動開關功率放大器的帶寬和線性度一直是通信系統的技術瓶頸。

常見的高效率功率放大器的電路結構有很多，最典型的是傳統AB類、C類，開關型D類、E類、F類功率放大器等，需要依賴精確的諧波阻抗控制，或者嚴格的阻抗匹配條件，這些控制和條件都大大限制了放大器工作帶寬。S.C. Cripps在2006年首次提出了J類功率放大器的概念。J類功率放大器是將功放管偏置在深度AB類接近B類放大器的狀態，其二次以上的諧波可以被C_ds電容短路。而且，在基頻與二次諧波的共同作用下，J類功放的電壓輸出呈現出良好的半正弦波形。由于J類功放的基頻輸出阻抗為復阻抗，這就使漏極交流電壓可以免受膝點電壓影響，從而避免了跨導驟減帶來的非線性惡化現象。因此J類功放具有良好的帶寬和線性度特性。但是，為了形成J類放大器特殊的電壓半正弦波形，其輸出匹配電路的基頻輸出阻抗只能為復阻抗或者負阻抗，由于負阻抗在實際中無法實現，因此只能采用比較局限的純電抗的復阻抗形式，但是這樣限制了傳統J類功放的極限效率。

除此之外，現有高效率場效應管功率放大器往往是基于單個共源晶體管實現的，受到單個晶體管的限制，功率輸出能力和功率增益能力都相對較低。

發明內容

本發明的目的是提出一種J類功率放大器，采用基于三路自偏方式的功率放大結構，形成波形整形網絡，將輸出電壓波形直接整形成J類放大器特殊的電壓半正弦波形，規避了輸出網絡的負阻抗限制，從而提升了傳統J類放大器的極限效率，并且使得電路具有超寬帶、高增益、高功率輸出能力的特性。

本發明的技術方案為：一種J類功率放大器，包括輸入一分三功率分配及阻抗匹配網絡、三路功率放大波形形成網絡、高頻濾波移相網絡、三路J類波形合成阻抗匹配網絡；

輸入一分三功率分配及阻抗匹配網絡的輸入端為整個高效率J類功率放大器的輸入端，三路J類波形合成阻抗匹配網絡的輸出端為整個高效率J類功率放大器的輸出端；

輸入一分三功率分配及阻抗匹配網絡的第一、第二、第三輸出端分別與三路功率放大波形形成網絡的第一、第二、第三輸入端連接；三路功率放大波形形成網絡的第一、第二輸出端以及高頻濾波移相網絡的輸出端同時與三路J類波形合成阻抗匹配網絡的輸入端連接，三路功率放大波形形成網絡的第三輸出端與高頻濾波移相網絡的輸入端連接。

本發明的有益效果是：本發明采用基于三路自偏方式的功率放大結構形成波形整形網絡，將放大器輸出電壓波形直接整形成J類放大器特殊的電壓半正弦波形，規避了輸出網絡的負阻抗限制，提升了傳統J類放大器的極限效率，并且使得電路具有超寬帶、高增益、高功率輸出能力的特性。