一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路制造技术

技术编号:19326647 阅读:16 留言:0更新日期:2018-11-03 13:59
一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,晶体管的输出端由并联型E类功率放大器电路、逆F类高次谐波控制电路及晶体管偏置电路构成,其特征在于:所述E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间,所述的E类功率放大器由LC电路及串联的L0、C0组成;所述的逆F类高次谐波控制电路由串联的Ln、Cn组成;所述的偏置电路由电源Vbb到晶体管基极的电路和电源Vcc到晶体管集电极的电路组成;所述功率放大结构为共射极的功放管,所述功放管的输入端为基极,输出端为集电极;能够提高高效E逆F类功率放大器的载波频率,在更广范围内,更高频率下应用E逆F功率放大器。

A matching circuit for improving the carrier frequency of high efficiency E inverse F class power amplifier

A matching circuit for improving carrier frequency of high efficiency class E inverse F power amplifier is presented. The output terminal of the transistor consists of a parallel class E power amplifier circuit, a class F inverse high order harmonic control circuit and a transistor bias circuit. The characteristics of the circuit are as follows: the class E inverse F circuit is located between the output end of the transistor and the load impedance, and the class E work is described. The rate amplifier is composed of LC circuit and series L0 and C0; the Ln and Cn of the inverse F high order harmonic control circuit in series; the bias circuit is composed of the power supply Vbb to the transistor base and the power supply Vcc to the transistor collector; the power amplifier structure is a common emitter power amplifier, and the power amplifier is composed of a common emitter power amplifier. The input terminal is the base and the output terminal is the collector. It can improve the carrier frequency of the class E inverse F power amplifier and apply the class E inverse F power amplifier in a wider range and at higher frequencies.

【技术实现步骤摘要】
一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路
本专利技术涉及无线通信功放
,尤其涉及一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路。
技术介绍
现代无线移动网络的基站系统在传送信号到移动终端时需消耗大量能量,系统的效率越来越受到重视,特别是作为基站系统末端的功率放大器,传统意义上的线性功率放大器有非常低的能量传输效率。而差的传输效率将直接影响整个系统的操作成本,产生热耗散。开关类功率放大器相比于传统的线性模式功率放大器能够提供更高的效率。因此,包括E,F在内的开关类功率放大器成为了近年来功率放大器的研究热点。高效E类功率放大器是在1975年由N.O.Sokal提出的一种开关类功率放大器[1]。在晶体管导通的瞬间,E类功率放大器晶体管漏极电压以及电压的变化率都近似为0,即实现了所谓的软开关。这很好地避免了晶体管输出电容Cds放电所造成的巨大能量损耗。E类放大器以其高效率的特性很快便成为了学术界的研究焦点,特别是在近些年,有大量的E类放大器被报道出来。高效F类功率放大器的概念早在1958年就由V.J.Tyler首次提出了。Tyler被认为是提出带有多谐振F类放大器的第一人,他提出可以通过调整导通角使电压和电流交替出现,形成“开关”类输出[2]。1997年F.H.Raab提出为了进一步提高F类功率放大器的输出功率和效率,减少功率损耗,必须使晶体管漏端电压和电流波形实现最大平坦化[3][4]。Raab的理论使F类功率放大器的理论基本成型。高效E逆F功率放大器的理论推导由Grebennikov在2011年首次提出[5]。具体电路图如图1所示。他在E类功率放大器的基础上加入了逆F类功率放大器的结构,首次在Ghz以下采用集总元件和Ghz以上采用分立元件同时实现了E逆F功率放大器。2015年,MuryThian等人提出补偿晶体管输出寄生电容,提高EF功率放大器载波频率的电路结构[6]。这个电路结构不论是在三次谐波,还是五次谐波都很好的补偿了晶体管的寄生电容,使得载波频率极大的提高。本专利技术结合了高效E逆F类功放的电路结构特点和提高EF功率放大器载波频率的电路结构特点,创新性的提出了一种提高E逆F功率放大器载波频率的电路结构。在保持开关类E逆F功率放大器高效率优点的同时,在基波和二次谐波频率下成功的补偿了晶体管的输出寄生电容,使得载波频率相比原有的E逆F功率放大器提高了很多,为在更广范围内,更高频率下应用E逆F功率放大器提供了良好的理论基础。【参考文献】[1]SokalNO,SokalAD.“ClassEAnewclassofhigh-efficiencytunedsingle-endedswitchingpoweramplifiers.”Solid-StateCircuits,IEEEJournalof,1975,10(3):168-176。[2]Tyler,V.J.“Anewhigh-efficiencyhigh-poweramplifier.”TelecomAustralia,1958。[3]Raab,FrederickH.“Anintroductiontoclass-Fpoweramplifiers.”RFDesign19.5(1996):79-84。[4]Raab,FrederickH.“Class-Fpoweramplifierswithmaximallyflatwaveforms.MicrowaveTheoryandTechniques”,IEEETransactionson45.11(1997):2007-2012。[5]AndreiGrebennikov.“High-EfficiencyClassE/FLumpedandTransmission-LinePowerAmplifiers”IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,VOL.59,NO.6,JUNE2011。[6]MuryThian,AymanBarakat.“High-EfficiencyHarmonic-PeakingClass-EFPowerAmplifiersWithEnhancedMaximumOperatingFrequency.”IEEEtransactionsonmicrowavetheoryandtechniques,VOL.63,NO.2,FEBRUARY2015。
技术实现思路
一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,能够提高高效E逆F类功率放大器的载波频率,在更广范围内,更高频率下应用E逆F功率放大器。一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,晶体管的输出端由并联型E类功率放大器电路、逆F类高次谐波控制电路及晶体管偏置电路构成。其特征在于:所述E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间,所述的E类功率放大器由LC电路及串联的L0、C0组成。所述的逆F类高次谐波控制电路由串联的Ln、Cn组成。所述的偏置电路由电源Vbb到晶体管基极的电路和电源Vcc到晶体管集电极的电路组成。所述功率放大结构为共射极的功放管,所述功放管的输入端为基极,输出端为集电极。所述一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率匹配电路的电路结构如图2所示。这里,所述电路的晶体管被看做一个在关断到导通状态下切换的理想开关。因此,当开关处于开路状态时,所述电路的晶体管集电极电压波形由所述负载网络的短暂响应所决定。为了分析方便,我们有如下几个假设:.所述电路晶体管的膝点电压为零,饱和时的电阻为零,关断时的电阻为无穷大。并且所述电路的晶体管被视为无损且瞬时变化的开关。.所述电路的并联电容C是线性的。.所述电路的串联谐振电路在n次谐波下,阻抗为零;在其他谐波下,阻抗为无穷大。所述电路除了负载以外是无损的。.所述电路的串联L0和C0谐振电路被调谐到基波频率下,且其品质因数足够大。根据文献[5],基波频率以及各谐波频率下在并联电容C后的最优阻抗条件为:(1)且所述的E逆F功率放大器电路结构中的电容,电感均取决于工作频率、集电极电压及输出负载阻抗,即:(2)(3)(4)(5)另一方面,若把C=Cout带入(3)式,可求得所述的E逆F功率放大器最大载波频率的表达式,即:(6)从上式可知,当所述的E逆F功率放大器的输出功率和集电极电压给定时,所述的E逆F功率放大器的最大载波频率仅由决定,且越大,越小。因此,所述的E逆F功率放大器的最大载波频率受限定。上述推导假设C=Cout。而在实际电路设计中,晶体管的输出寄生电容,即:(7)这里,假设,则有:(8)将上式带入(5),则有:(9)因此,如果能采用新的电路结构补偿所述E逆F功率放大器的,则可以将所述E逆F功率放大器的最大载波频率提高(1+k)倍,为在更广范围内,更高频率下应用E逆F功率放大器提供了可能。所述的一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率匹配电路的具体电路图如图2所示。所述电路在构造时是采用微带线实现的。根据电路设计的要求:在基波和二次谐波频率下,不仅要在B点满足E逆F的阻抗条件,还要通过电路设计补偿掉晶体管多余的输出电容。而在三次谐波频率下由于在B点要满足短路的阻抗条件,因此晶体管多余的输出电容对于三次谐波并不产生影响,因此不必对其进行本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,其特征在于:晶体管的输出端由并联型E类功率放大器电路、逆F类高次谐波控制电路及晶体管偏置电路构成。

【技术特征摘要】
1.一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,其特征在于:晶体管的输出端由并联型E类功率放大器电路、逆F类高次谐波控制电路及晶体管偏置电路构成。2.根据权利要求1所述一种提高高效E逆F类功率放大器载波频率的匹配电路,其特征在于:所述E逆F类电路位于晶体管输出端和负载...

【专利技术属性】
技术研发人员:马建国成千福刘畅朱守奎傅海鹏
申请(专利权)人:天津大学青岛海洋工程研究院有限公司
类型:发明
国别省市:山东,37

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