一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路制造技术

一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，包括：第一微带线、第二微带线和基片集成波导；第一微带线与F类功率放大器中的三极管输出端连接，且第一微带线通过第二微带线与基片集成波导连接；基片集成波导具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通，并通过短路面使得三次谐波在第一微带线和第二微带线连接处为短路的特性，本发明专利技术中的匹配电路同时实现了F类功率放大器的输出匹配(基波、二次和三次匹配)和馈电网络，以极简的形式最大程度上满足了F类功率放大器输出匹配电路的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种功率放大器输出匹配电路，特别是一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，属于微波

技术介绍
传统的F类功率放大器基于微带枝节匹配实现。对于经典的F类功率放大器输出匹配电路如图1所示，该输出匹配电路的输出匹配要求为：Z1＝Zopt，n为偶数时，Zn＝0，n为奇数时，Zn＝∞，其中Zopt为最优匹配阻抗。功率放大器的漏级(或集电极)供电一般通过微带枝节馈入。因为考虑到DC和RF的隔离，需要附加电感使得其对RF开路，或者电容到地来使得其对RF短路。当然，使用λ/4枝节也是较为常用的方式来在馈电枝节上对RF进行短路处理。传统设计方法的问题也因此而较为明显：(1)输出匹配网络和馈电网络的结合，往往会相互影响；(2)输出匹配网络需要用到多个枝节，匹配复杂；(3)使用电感实现RF隔离的方法只有在S频段及以下才有效，且足够的电感量来获取隔离特性往往意味着更大的直流损耗和更低的电流要求，这几乎同时限制了频段、功率和效率；(4)电容到地的滤波网络对接地特性要求很高，枝节为λ/4，相对电感开路的方式(一般需要的枝节长度为λ/8)较长，这往往导致对基波和三次谐波的匹配非常困难，也限制了放大器工作带宽。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，通过两个微带线和一个基片集成波导
的电路结构，同时实现F类功率放大器的输出匹配(基波、二次和三次匹配)和馈电网络，最大程度上满足了F类功率放大器输出匹配电路的需求。本专利技术的技术解决方案是：一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，包括：第一微带线、第二微带线和基片集成波导；所述第一微带线与F类功率放大器中的三极管输出端连接，且第一微带线通过第二微带线与基片集成波导连接；所述基片集成波导具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通的特性，通过RF短路面使得三次谐波在第一微带线和第二微带线连接处为短路的特性。所述第一微带线和第二微带线的长度均为λ/4，所述λ为F类功率放大器中心频率对应波长。所述基片集成波导具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通的特性，通过调整基片集成波导的结构宽度实现。所述基片集成波导通过RF短路面使得三次谐波在第一微带线和第二微带线连接处为短路的特性，通过调整基片集成波导的结构长度实现。所述输出匹配电路还包括调试开路线，所述阻抗调试开路线与第一微带线连接，用于实现对输出匹配电路输出阻抗进行微调。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术利用两个微带线和一个基片集成波导的电路结构，同时实现了对功率放大器基波、二次和三次谐波的输出匹配，结构简单。(2)本专利技术中的输出匹配电路采用两个微带线和一个基片集成波导的结构，实现了输出匹配网络和馈电网络的一体化设计，拓扑自身已消除了相互影响，满足了F类功率放大器输出匹配电路的需求。(3)本专利技术中的输出匹配电路采用两个微带线和一个基片集成波导的结构，无需使用电感等隔离RF的器件，不受限于频率，适用于大电流大功率场合。(4)本专利技术中的匹配电路RF隔离不需要再使用现有技术方案中的λ/4枝
节，电路简单，基本无寄生参数，可实现电路精确仿真设计。附图说明图1是传统F类功率放大器输出匹配电路示意图；图2是具备本专利技术提出的输出匹配电路的F类功率放大器原理框图；图3是本专利技术具体实施例中F类功率放大器输出匹配电路结构示意图；图4是本专利技术具体实施例中F类功率放大器输出匹配电路结果示意图；图5是本专利技术具体实施例中F类功率放大器拓扑图；图6是本专利技术具体实施例中F类功率放大器电流电压波形示意图；图7是本专利技术具体实施例中F类功率放大器负载线特性示意图；图8是本专利技术具体实施例中F类功率放大器仿真设计结果图；图9是本专利技术具体实施例中F类功率放大器输出功率示意图；图10是本专利技术具体实施例中F类功率放大器功率增益和漏级效率示意图。其中，1--第一微带线，2--第二微带线，3--基片集成波导，4--阻抗调试开路线。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图2所示为具备本专利技术提出的输出匹配电路的F类功率放大器原理框图，图2中的F类功率放大器包括输入匹配和栅极供电电路、三极管和输出匹配电路，其中输入匹配和栅极供电电路与三极管的输入端连接，输出匹配电路与三极管的输出端连接，从图2可知，本专利技术中的基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，包括第一微带线1、第二微带线2和基片集成波导3；所述第一微带线1与F类功率放大器中的三极管输出端连接，且第一微带线1通过第二微带线2与基片集成波导3连接；所述基片集成波导3具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通，通过
RF短路面使得三次谐波在第一微带线1和第二微带线2连接处为短路的特性。因为SIW对基波截止，呈短路特性，则通过微带线2，在基波f0上表现为开路，从而实现供电和RF的隔离，并且不影响基波匹配，而基波匹配主要通过调整微带线1的宽度来实现(即通过调整微带线1的宽度，可以实现良好的最优匹配阻抗)，所述微带线1的宽度根据不同的输出匹配要求而不同；具体宽度由仿真设计或者工程测试获得。因为SIW对二次谐波截止，呈短路特性，则通过微带线2枝节，在二次谐波2*f0上表现为短路；进一步地，为了更快速地取得最好的匹配效果，第一微带线1和第二微带线2的初始长度均为λ/4，所述λ为F类功率放大器工作频带中心频率对应波长，这样，当微带线1选取为λ/4(在二次谐波上看是λ/2)时，在二次谐波上，在晶体管漏级看到的二次谐波阻抗仍为短路；此外，因为微带线1在基波上为λ/4，则对于三次谐波而言，为3λ/4，这样，在三次谐波上，在晶体管漏级看到的三次谐波阻抗为开路。因为SIW对基波、二次谐波呈现截止特性，并通过短路面对三次谐波以及更高次谐波均呈现短路特性，因而其对DC和RF进行了隔离，使得DC能够直接从SIW上端馈入晶体管。进一步地，在实际工程中，通过调整基片集成波导3的结构宽度实现基片集成波导3对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通的特性；通过调整基片集成波导3的结构长度(SIW短路面到SIW输入口的距离)实现基片集成波导3使得三次谐波在第一微带线1和第二微带线2连接处为短路的特性。所述宽度和长度均根据不同的输出匹配电路而不同；具体取值由仿真设计或者工程测试获得。进一步地，为了在实际工程应用中对输出匹配电路的输出阻抗进行微调，输出匹配电路还包括阻抗调试开路线4，所述阻抗调试开路线4与第一微带线1连接，通过阻抗调试开路线4阻值的调整实现对输出匹配电路输出阻抗的调
整。本专利技术利用两个微带线和一个基片集成波导3的电路结构，同时实现了对功率放大器基波、二次和三次谐波的输出匹配，结构简单。同时，本专利技术中的输出匹配电路采用两个微带线和一个基片集成波导3的结构，实现了输出匹配网络和馈电网络的一体化设计，拓扑自身已消除了相互影响，满足了F类功率放大器输出匹配电路的需求；且无需使用电感等隔离RF的器件，不受限于频率，适用于大电流大功率场合。与现有方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，其特征在于包括：第一微带线(1)、第二微带线(2)和基片集成波导(3)；所述第一微带线(1)与F类功率放大器中的三极管输出端连接，且第一微带线(1)通过第二微带线(2)与基片集成波导(3)连接；所述基片集成波导(3)具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通的特性，并具有使得三次谐波在第一微带线(1)和第二微带线(2)连接处为短路的特性。

【技术特征摘要】
1.一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，其特征在于包括：第一微带线(1)、第二微带线(2)和基片集成波导(3)；所述第一微带线(1)与F类功率放大器中的三极管输出端连接，且第一微带线(1)通过第二微带线(2)与基片集成波导(3)连接；所述基片集成波导(3)具有对基波和二次谐波截止，对三次谐波导通的特性，并具有使得三次谐波在第一微带线(1)和第二微带线(2)连接处为短路的特性。2.根据权利要求1所述的一种基于基片集成波导的F类功率放大器输出匹配电路，其特征在于：所述第一微带线(1)和第二微带线(2)的长度均为λ/4，所述λ为F类功率放大器工作频带中心频率对应波长。3.根据权利要求1所述的一种基于基片集成...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨飞，于洪喜，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61