一种连续EF类高效率宽带功率放大器制造技术

本实用新型专利技术提供一种连续EF类高效率宽带功率放大器，包括基波输入匹配网络、E类功率放大器、连续型谐波控制网络以及基波输出匹配网络，其中，基波输入匹配网络的输入端与功率输入端相连接，其输出端接E类功率放大器的输入端；E类功率放大器的输出端与连续型谐波控制网络的输入端相连接，连续型谐波控制网络的输出端与基波输出匹配网络的输入端相连接，基波输出匹配网络的输出端作为功率输出。相对于现有技术，本实用新型专利技术在对“连续类思想”进行深入研究的基础上，提出新型基波输出匹配网络和连续型谐波控制网络，能够极大抑制负载阻抗随工作频率的漂移，在保持功放高效率的情况下拓展带宽，极大提升了放大器的整体带宽。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及射频通讯
，尤其涉及一种连续EF类高效率宽带功率放大器。
技术介绍
射频功率放大器，作为整个发射系统中的末级模块，是整个射频系统中功耗最大的部件，它的主要作用是对前级输出的信号进行功率放大，并且将放大后的信号送给天线进行发射。由于功率放大器工作会消耗很大的直流功率，因此效率是功率放大器设计时首先要考虑的重要指标，同时输出功率、线性度、带宽也是功率放大器的关键指标。这主要体现在这样以下几个方面：(1)功率放大器的带宽。由于现在多种通信标准相互兼容，各自工作频段又不同，出于成本与体积的考虑，要求一个射频功率放大器能够应用于多个通信系统如GSM、CMDA、LTE等，这就对整个射频收发系统的带宽提出了更高的要求，特别是对于处于整个射频发射系统末级的功率放大器提出了更高的要求。(2)功率放大器的效率。射频功率放大器是整个射频发射单元的最后一级，必然会消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率尽可能的高。目前我国正处在倡导能源环保化节约化的重要时期。为了保证通信兼容性和运营成本，对更宽频带、高效率功率放大器需求越来越大，尤其是对正在推广的第4代移动通信技术，要求射频功率放大器具有高效率性能指标。同时为了覆盖移动、电信、联通三家运营商的工作频段还需要功率放大器具有更宽带宽的性能。基于上述因素的考虑，国外首先提出了EF类功率放大器的思想。其中，E类功放由开关晶体管和输出端的电容电感构成，通过强驱动使得功放的晶体管以开关状态工作，其波形的特点是：有电流流过时，电压为零；有电压时，流过电流为零，晶体管导通瞬间电压的斜率为零。F类的原理就是通过调整高 次谐波的阻抗，调整对应谐波的电压和电流，从而对总的电压电流波形进行重塑，使得在时域上不出现电压电流的重叠，在频域上高次谐波功率消耗为零。理论上可以达到100％的效率。现有技术的EF类功率放大器结合了E类和F类的设计方法，通过在E类功率放大器中利用谐波控制电路控制高次谐波，并利用负载牵引来回迭代得到最佳基波负载和源阻抗，虽然能获得比E类和F类更高的效率，但其匹配时只是对中心频率进行最优匹配，基于经典的传输线理论，当工作频率偏移中心频率时，相应的输出阻抗亦会偏移最优值，造成放大器性能的衰减，这必将会对功率放大器的效率产生极大的影响，因此，现有技术EF类功率放大器不适宜做宽带，而只能进行窄带设计。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供一种连续EF类高效率宽带功率放大器，在现有技术EF类功率放大器的研究基础上拓展了“连续类”思想，并创新性地提出了新型基波输出匹配网络和连续谐波控制网络，这两种结构是基于“连续类”思想而来。以解决上述问题。为了克服现有技术的缺陷，本技术采用以下技术方案：一种连续EF类高效率宽带功率放大器，包括基波输入匹配网络、E类功率放大器、连续型谐波控制网络以及基波输出匹配网络，其中，所述基波输入匹配网络的输入端与功率输入端相连接，其输出端接所述E类功率放大器的输入端；所述E类功率放大器的输出端与所述连续型谐波控制网络的输入端相连接，所述连续型谐波控制网络的输出端与所述基波输出匹配网络的输入端相连接，所述基波输出匹配网络的输出端作为功率输出；所述连续型谐波控制网络包括第一微带线Z1、第二微带线Z2、第三微带线Z3和第四微带线Z4，所述第一微带线Z1的一端与E类功率放大器的输入端相连接，所述第一微带线Z1的另一端与所述第二微带线Z2的一端、第三微带线Z3的一端和第四微带线Z4的一端相连接，所述第四微带线Z4的另一端与所述基波输出匹配网络相连接；所述第二微带线Z2的另一端和所述第三微带线Z3的另一端接地形成两个短路枝节，使其偶次谐波牵引至短路点，奇次谐波牵引至开路点；所述基波输出匹配网络采用阻抗阶跃式拓扑结构，包括第五微带线Z5、第六微带线Z6和第七微带线Z7，所述第五微带线Z5的一端与所述连续型谐波控制网络的输入端相连接，所述第五微带线Z5的另一端与所述第六微带线Z6的一端相连接，所述第六微带线Z6的另一端与所述第七微带线Z7的一端相连接，所述第七微带线Z7的另一端与功率输出相连接；其中，所述第五微带线Z5、第六微带线Z6和第七微带线Z7的阻抗呈阶跃式变化，使其基波频率下的最佳阻抗值构成一条最佳阻抗线，继而在整个带宽内最佳基波阻抗成为一个平滑连续的曲面。优选地，所述第二微带线Z2和所述第三微带线Z3的参数根据功率放大器的频率相应调节。相对于现有技术，本技术提供的连续EF类高效率宽带功率放大器，在对“连续类思想”进行深入研究的基础上，提出新型基波输出匹配网络和连续型谐波控制网络，能够极大抑制负载阻抗随工作频率的漂移，在保持功放高效率的情况下拓展带宽，极大提升了放大器的整体带宽。附图说明图1是“连续类”思想中电流面最佳阻抗值的示意图。图2是本技术连续EF类高效率宽带功率放大器的架构图。图3是本技术连续EF类高效率宽带功率放大器中连续型谐波控制网络和基波输出匹配网络的拓扑结构图。具体实施方式以下是本技术的具体实施例并结合附图，对本技术的技术方案作进一步的描述，但本技术并不限于这些实施例。针对现有技术存在的缺陷，申请人对现有技术中EF类功率放大器的结构进行了深入的研究，申请人发现现有技术中EF类功率放大器是基于经典的传输线理论对中心频率进行最优匹配。我们知道：一般情况下为了进行简化分析，传统EF类功率放大器的电流波形采用半余弦整流波形，对其进行傅里叶分解及归一化后的漏极电流波形公式为： i d s = 1 π + 1 2 c o s θ + 2 3 π c o s 2 θ - 2 15 π c o s 4 θ + ... ]]>同理，控制到三次谐波后的电压波形公式为： v d s = ( 1 - 2 3 c o s θ ) 2 · ( 1 + 1 3 c o s θ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续EF类高效率宽带功率放大器，其特征在于，包括基波输入匹配网络、E类功率放大器、连续型谐波控制网络以及基波输出匹配网络，其中，所述基波输入匹配网络的输入端与功率输入端相连接，其输出端接所述E类功率放大器的输入端；所述E类功率放大器的输出端与所述连续型谐波控制网络的输入端相连接，所述连续型谐波控制网络的输出端与所述基波输出匹配网络的输入端相连接，所述基波输出匹配网络的输出端作为功率输出；所述连续型谐波控制网络包括第一微带线Z1、第二微带线Z2、第三微带线Z3和第四微带线Z4，所述第一微带线Z1的一端与E类功率放大器的输入端相连接，所述第一微带线Z1的另一端与所述第二微带线Z2的一端、第三微带线Z3的一端和第四微带线Z4的一端相连接，所述第四微带线Z4的另一端与所述基波输出匹配网络相连接；所述第二微带线Z2的另一端和所述第三微带线Z3的另一端接地形成两个短路枝节，使其偶次谐波牵引至短路点，奇次谐波牵引至开路点；所述基波输出匹配网络采用阻抗阶跃式拓扑结构，包括第五微带线Z5、第六微带线Z6和第七微带线Z7，所述第五微带线Z5的一端与所述连续型谐波控制网络的输入端相连接，所述第五微带线Z5的另一端与所述第六微带线Z6的一端相连接，所述第六微带线Z6的另一端与所述第七微带线Z7的一端相连接，所述第七微带线Z7的另一端与功率输出相连接；其中，所述第五微带线Z5、第六微带线Z6和第七微带线Z7的阻抗呈阶跃式变化，使其基波频率下的最佳阻抗值构成一条最佳阻抗线，继而在整个带宽内最佳基波阻抗成为一个平滑连续的曲面。...

【技术特征摘要】
1.一种连续EF类高效率宽带功率放大器，其特征在于，包括基波输入匹配网络、E类功率放大器、连续型谐波控制网络以及基波输出匹配网络，其中，所述基波输入匹配网络的输入端与功率输入端相连接，其输出端接所述E类功率放大器的输入端；所述E类功率放大器的输出端与所述连续型谐波控制网络的输入端相连接，所述连续型谐波控制网络的输出端与所述基波输出匹配网络的输入端相连接，所述基波输出匹配网络的输出端作为功率输出；所述连续型谐波控制网络包括第一微带线Z1、第二微带线Z2、第三微带线Z3和第四微带线Z4，所述第一微带线Z1的一端与E类功率放大器的输入端相连接，所述第一微带线Z1的另一端与所述第二微带线Z2的一端、第三微带线Z3的一端和第四微带线Z4的一端相连接，所述第四微带线Z4的另一端与所述基波输出匹配网络相连接；所述第二微带线Z2的另一端和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江舟，程知群，张明，董志华，刘国华，周涛，柯华杰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33