一种高效率高宽带的谐波功率放大电路及射频功率放大器制造技术

技术编号:14592969 阅读:227 留言:0更新日期:2017-02-08 22:21
本实用新型专利技术适用于射频通信领域,提供了一种高效率高宽带的谐波功率放大电路及射频功率放大器,该电路包括:输入匹配网络、晶体管及输出匹配网络;晶体管的栅极连接输入匹配网络的输出端,晶体管的漏极连接输出匹配网络的输入端,晶体管的源极接地;输出匹配网络使谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式;输出匹配网络与晶体管的寄生网络形成低通滤波器。本实用新型专利技术通过连续型逆F类功率放大器工作模式向连续型F类功率放大器工作模式的过度,有效地将连续型谐波控制类功率放大器的效率提高到大于60%,将相对带宽提高到大于80%,并且谐波阻抗匹配简单、容易实现。

High efficiency and high bandwidth harmonic power amplifying circuit and radio frequency power amplifier

The utility model is suitable for RF communications, provides a high efficiency broadband harmonic power amplifying circuit and RF power amplifier, the circuit includes an input matching network and the output matching network, transistor; transistor gate is connected to the input and output matching network, transistor drain is connected to output matching network input transistor the source of the ground; the output matching network the harmonic power amplifying circuit under continuous inverse class F amplification mode, the harmonic power amplifying circuit with above work in continuous type class F amplification mode; parasitic network output matching network and the transistor formed low pass filter. The utility model has the advantages of inverse class F power amplifier through continuous to continuous class F power amplifier working mode is excessive, effectively will improve the efficiency of continuous harmonic control power amplifier to more than 60%, the relative bandwidth is increased to more than 80%, and the harmonic impedance matching is simple and easy to realize.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于射频通信领域,尤其涉及一种高效率高宽带的谐波功率放大电路及射频功率放大器。
技术介绍
目前第五代移动通信系统对通信标准的兼容性要求越来越强大,从而对射频功率放大器的带宽要求也越来越高,同时,随着绿色经济的进一步发展,市场对功率放大器的效率也要求越来越高。而高效率、高宽带的功率放大器一般主要基于E类功率放大器结构和谐波控制类功率放大器的结构进行设计。然而,E类功率放大器虽然结构简单,效率高,但是由于E类功率放大器理论上存在工作频率上限,从而限制了E类功率放大器在较高频率范围的进一步应用;而对于适用于较高工作频率的谐波控制类功率放大器,例如F类功率放大器和逆F类功率放大器,不仅需要在晶体管漏极进行精确的谐波阻抗的控制,而且带宽窄,为了扩展带宽,基于谐波控制类功率放大器结构发展出了连续型谐波控制类功率放大器,包括连续型F类功率放大器和连续型逆F类功率放大器,但是,连续型F类功率放大器和连续型逆F类功率放大器在提供大于70%的效率和大于50%的相对带宽时需要在一定的带宽内同时满足二次谐波和三次谐波的阻抗条件,给匹配电路的设计带来了巨大挑战,并且其复杂的匹配电路在一定程度上恶化了效率。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种高效率高宽带的谐波功率放大电路,旨在解决现有功率放大电路无法同时实现高效率、高宽带,并且谐波阻抗匹配容易的问题。本技术实施例是这样实现的,一种高效率高宽带的谐波功率放大电路,所述谐波功率放大电路包括:输入匹配网络、晶体管,及使所述谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使所述谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式的输出匹配网络;所述输入匹配网络的输入端为所述谐波功率放大电路的输入端,所述输入匹配网络的输出端与所述晶体管的栅极连接,所述晶体管的漏极与所述输出匹配网络的输入端连接,所述晶体管的源极接地,所述输出匹配网络的输出端为所述谐波功率放大电路的输出端;所述输出匹配网络使所述谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使所述谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式;所述输出匹配网络与所述晶体管的寄生网络形成低通滤波器。进一步地,所述输入匹配网络为四阶低通滤波器。更进一步地,所述谐波功率放大电路下边带的中心频率与上半边带的中心频率关系为:f1=2/3f2,其中f1为下半边带的中心频率,f2为上半边带的中心频率。更进一步地,所述晶体管为GaN晶体管,所述晶体管的工作频率为0-6GHz,所述晶体管的输出功率为10W。更进一步地,所述输出匹配网络与所述晶体管的寄生网络形成三阶低通滤波器,所述晶体管的寄生网络的输入端连接晶体管的固有漏极,所述晶体管的寄生网络的输出端连接所述输出匹配网络的输入端;所述三阶低通滤波器的拓扑结构包括:电感L1、电感L2、电感L3、电容C1、电容C2、电容C3;所述电感L1的一端为所述寄生网络的输入端,所述电感L1的另一端通过所述电容C1接地,所述电感L1的另一端还与所述电感L2的一端连接,所述电感L2的另一端通过所述电容C2接地,所述电感L2的另一端还与所述电感L3的一端连接,所述电感L3的另一端为所述寄生网络的输出端通过所述电容C3接地。更进一步地,所述输出匹配网络为星型传输线结构,包括:第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线、第五传输线、第六传输线、第七传输线、第八传输线、第九传输线、第十传输线;所述第一传输线的一端为所述输出匹配网络的输入端,所述第一传输线的另一端同时与所述第二传输线、所述第三传输线、所述第四传输线的一端连接,所述第二传输线的另一端为所述输出匹配网络的偏置端,所述第四传输线的另一端同时连接所述第五传输线、所述第六传输线、所述第七传输线的一端,所述第七传输线的另一端同时连接所述第八传输线、所述第九传输线、所述第十传输线的一端,所述第十传输线的另一端为所述输出匹配网络的输出端。本技术实施例的另一目的在于,提供一种采用上述高效率高宽带的谐波功率放大电路的射频功率放大器。本技术实施例将连续型F类功率放大器和连续型逆F类功率放大器结合起来,通过连续型逆F类功率放大器工作模式向连续型F类功率放大器工作模式的过度,拓宽了单一的连续型谐波控制类功率放大器的设计空间,有效地将连续型谐波控制类功率放大器的效率提高到大于60%,将相对带宽提高到大于80%,并且谐波阻抗匹配简单、容易实现。附图说明图1为本技术实施例提供的高效率高宽带的谐波功率放大电路的结构图;图2为连续型F类功率放大器的Smith圆图;图3为连续型逆F类功率放大器的Smith圆图;图4为本技术实施例提供的高效率高宽带的谐波功率放大电路中输出匹配网络与晶体管的寄生网络形成的三阶低通滤波器的拓扑结构图;图5为本技术实施例提供的高效率高宽带的谐波功率放大电路中晶体管的寄生网络图;图6为本技术实施例提供的高效率高宽带的谐波功率放大电路中输出匹配网络的设计方法的流程结构。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本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仅用以解释本技术,并不用于限定本技术。此外,下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本技术实施例将连续型F类功率放大器和连续型逆F类功率放大器结合起来,通过连续型逆F类功率放大器工作模式向连续型F类功率放大器工作模式的过度,拓宽了单一的连续型谐波控制类功率放大器的设计空间,有效地将连续型谐波控制类功率放大器的效率提高到大于60%,将相对带宽提高到大于80%,并且谐波阻抗匹配简单、容易实现。以下结合具体实施例对本技术的实现进行详细描述:图1示出了本技术实施例提供的高效率高宽带的谐波功率放大电路的结构,为了便于说明,仅示出了与本技术相关的部分。作为本技术一实施例,该高效率高宽带的谐波功率放大电路可以应用于任何射频功率放大器中,包括:输入匹配网络11、晶体管M及输出匹配网络12;输入匹配网络11的输入端为谐波功率放大电路的输入端与偏置单元中的电容Ci的一端连接,电容Ci的另一端为射频输入端,输入匹配网络11的输出端与晶体管M的栅极连接,晶体管M的漏极与输出匹配网络12的输入端连接,晶体管M的源极接地,输出匹配网络12的输出端为谐波功率放大电路的输出端与偏置单元中的电容Co的一端连接,电容Co的另一端为射频输出端,输入匹配网络11的偏置端通过偏置单元中的电感LG和电容Cbypass1连接栅源电压VGS,输出匹配网络12的偏置端通过偏置单元中的电感LD和电容Cbypass2连接漏源电压VDS;输出匹配网络12使谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式;输出匹配网络12与晶体管M的寄生网络形成低通滤波器。在本技术实施例中,根据波形设计理论,连续型F类功率放大器的电流波形为半正弦,而电压波形并不唯一,在只考虑三次谐波的情况下,归一化的电压表达式如下:vCF=(1-23cosθ+133cos3θ)×(1-γsinθ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效率高宽带的谐波功率放大电路,其特征在于,所述谐波功率放大电路包括:输入匹配网络、晶体管,及使所述谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使所述谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式的输出匹配网络;所述输入匹配网络的输入端为所述谐波功率放大电路的输入端,所述输入匹配网络的输出端与所述晶体管的栅极连接,所述晶体管的漏极与所述输出匹配网络的输入端连接,所述晶体管的源极接地,所述输出匹配网络的输出端为所述谐波功率放大电路的输出端;所述输出匹配网络与所述晶体管的寄生网络形成低通滤波器。

【技术特征摘要】
1.一种高效率高宽带的谐波功率放大电路,其特征在于,所述谐波功率放大电路包括:输入匹配网络、晶体管,及使所述谐波功率放大电路下边带工作在连续型逆F类放大模式,使所述谐波功率放大电路上边带工作在连续型F类放大模式的输出匹配网络;所述输入匹配网络的输入端为所述谐波功率放大电路的输入端,所述输入匹配网络的输出端与所述晶体管的栅极连接,所述晶体管的漏极与所述输出匹配网络的输入端连接,所述晶体管的源极接地,所述输出匹配网络的输出端为所述谐波功率放大电路的输出端;所述输出匹配网络与所述晶体管的寄生网络形成低通滤波器。2.如权利要求1所述的谐波功率放大电路,其特征在于,所述输入匹配网络为四阶低通滤波器。3.如权利要求1所述的谐波功率放大电路,其特征在于,所述谐波功率放大电路下边带的中心频率与上半边带的中心频率关系为:f1=2/3f2,其中f1为下半边带的中心频率,f2为上半边带的中心频率。4.如权利要求1所述的谐波功率放大电路,其特征在于,所述晶体管为GaN晶体管,所述晶体管的工作频率为0-6GHz,所述晶体管的输出功率为10W。5.如权利要求1所述的谐波功率放大电路,其特征在于,所述输出匹配网络与所述晶体管的寄生网络形成三阶低通滤波器,所述晶体管的寄生网络的输入端连接晶体管的固有漏极,所述晶体管的寄生网络的输出端连接...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱守奎丁庆
申请(专利权)人:深圳市华讯方舟微电子科技有限公司华讯方舟科技有限公司
类型:新型
国别省市:广东;44

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