一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路制造技术

一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路，该并联型E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间，并联型E类功率放大器由并联的L、C和串联的L0、C0组成，逆F类高次谐波控制电路由串联的Ln、Cn组成，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，功率放大结构为共射极的功放管，功放管的输入端为基极，输出端为集电极；该匹配电路在满足经典E类功率放大器在关断状态切换到导通状态时的边界条件的前提下，引入了逆F类的高次谐波控制电路，从而在有效实现高效率功率放大器的同时，降低了晶体管对于击穿电压的要求，达到了在更广范围利用E类功率放大器的效果；并且其功率输出能力相比E类其他功放都要大。

A high efficiency parallel E inverse F class power amplifier matching circuit

A high-efficiency parallel E-inverse F-type power amplifier matching circuit is presented. The parallel E-inverse F-type power amplifier is located between the output terminal of the transistor and the load impedance. The parallel E-type power amplifier consists of parallel L, C and series L0 and C0. The inverse F-type high-order harmonic control circuit consists of series Ln and Cn. The bias circuit consists of power Vbb to crystal. The structure of power amplifier is a common emitter power amplifier. The input end of the amplifier is the base and the output end is the collector. The matching circuit is introduced on the premise of satisfying the boundary condition of the classical class E power amplifier when switching off state to on state. The high-order harmonic control circuit of inverse F class is designed, so that the high-efficiency power amplifier can be realized effectively, the breakdown voltage requirement of transistors can be reduced, and the effect of using class E power amplifier in a wider range can be achieved, and its power output capacity is larger than that of other class E power amplifiers.

【技术实现步骤摘要】
一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路
本专利技术涉及无线通信功放
，尤其涉及一种高效率并联型E逆F类功率放大器。
技术介绍
目前，随着移动通信系统的进一步发展，功率放大器现已广泛应用于通信系统，在当今通信领域，随着便携式蜂窝终端、基站等尺寸的减小与重量的降低以及第四代移动通信系统的使用，通信系统对功率放大器效率和线性度要求越来越高。因此高效率功率放大器会成为未来通信终端的关键构成部分，而高效率功率放大器的设计也必将成为功放研究领域的热点。在效率功率放大器中，开关型E类功率放大器是其中最基本的一类。E类功率放大器因晶体管轮流经历导通与截止状态，通过减小晶体管电流与电压重叠的程度来降低晶体管本身的消耗功率，从而在理论上可以达到100%的效率。经典的E类功率放大器由晶体管、并联电容、基波的串联LC谐振电路、串联的剩余电感及偏置电路几个模块构成。具体电路如图1所示。经典的E类功率放大器通过满足在关断状态切换到导通状态时的边界条件，即：零电压开关和零电压导数转换，使得晶体管电流与电压交叠程度为零，来达到理论效率100%。由Grebennikov提出的新型并联型E类功率放大器，沿袭了开关类功率放大器的高效率特点。其电路结构由晶体管、并联LC电路、基波的串联LC谐振电路及偏置电路几个模块构成。具体电路如图2所示。其原理与经典的E类功率放大器一致，同样要满足在关断状态切换到导通状态时的边界条件。但相比于经典的E类功率放大器，并联型E类功率放大器对于晶体管的击穿电流要求更低，最大载波频率更高，因而并联型E类功率放大器的设计成为一个热门的研究领域。对于经典的E类功率放大器，文献[1]对其进行了推导和合理的解释，成功的将E类功率放大器带入人们的视野中。而近年来，并联型E类功率放大器的研究也悄然起步。文献[2]提出了并联型E类功率放大器的基本结构。而文献[3]提出了并联E类功率放大器新型的拓扑结构，为并联E类功率放大器的研究提供了新思路。文献[4]提出了E逆F类功率放大器的结构，为本专利技术提供了理论基础。【参考文献】[1]F.H.Raab，“IdealizedOperationoftheClassETunedPowerAmplifier，”IEEETrans.CircuitsandSystems，Vol.CAS-24，pp.725-735，Dec.1977。[2]A.GrebennikovandH.Jaeger，“ClassEwithparallelcircuit—Anewchallengeforhigh-efficiencyRFandmicrowavepoweramplifiers，”inIEEEMTT-SInt.Microw.Symp.Dig.，2002，vol.3，pp.1627–1630。[3]JesusCumanaandAndreiGrebennikov，“AnExtendedTopologyofParallel-CircuitClass-EPowerAmplifiertoAccountforLargerOutputCapacitances”IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，vol.59，no.12，Dec.2011。[4]A.Grebennikov，“High-EfficiencyClassE/FLumpedandTransmission-LinePowerAmplifiers”IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques，vol.59，no.6，Dec.2011。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术结合了并联型E类功放和经典的逆F类功率放大器的结构，创新性的提出了一种同时具有并联型E类功率放大器和逆F类功率放大器阻抗条件的E逆F功率放大器，在满足经典E类功率放大器在关断状态切换到导通状态时的边界条件的前提下，引入了逆F类的高次谐波控制电路，从而在有效实现高效率功率放大器的同时，降低了晶体管对于击穿电压的要求，达到了在更广范围利用E类功率放大器的效果；并且其功率输出能力相比E类其他功放都要大。一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路，其原理框图如图3所示。晶体管输出端包括：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。所述并联型E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间，所述的并联型E类功率放大器由并联的LC和串联的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。经典的并联型E逆F功率放大器电路如图3所示。负载网络由并联电感L、并联电容C、对于n次谐波谐振的串联LnCn电路、基波的串联L0C0谐振电路、负载R构成。这里，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，晶体管集电极电压波形由负载网络的短暂响应所决定。这里，为了分析方便，我们有如下几个假设：．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。并且晶体管被视为无损且瞬时变化的开关。．并联电容C是线性的。．串联的谐振电路在n次谐波下，阻抗为零；在其他谐波下，阻抗为无穷大。．整个电路除了负载以外是无损的。．串联L0C0谐振电路被调谐到基波频率下，且其品质因数足够大。经典的E类功率放大器的晶体管开关条件可以写成：这里的电压指的是开关两端的电压。流过负载的电流iR和n次谐波的电流in均是正弦波，因此可以被写成：这里，IR是基波频率下电流的幅值，In是n次谐波下电流的幅值，是电流的初相位。当开关在0≤ωt≤π开启时，开关两端的电压v和流过并联电容的电流iC都等于零。因此，v(ωt)=Vdd–vL(ωt)=0，且iC(ωt)=ωC[dv(ωt)/d(ωt)]=0。所以流过开关的电流可以被写成负载电流iR(ωt)、n次谐波电流in(ωt)和电感上的电流iL(ωt)之和，即：对于初始的开启状态，i(0)=0。在ωt=0时，流过直流馈电电感L的电流iL(ωt)可以写成因此：对于任意的n，其谐波电流In的幅值可以被写成：这里：因此，n次谐波的电流In与基波频率下的电流IR的比值可以被写成:当开关在π≤ωt≤2π处于关断状态时，流过开关的电流i(ωt)等于零。而流过并联电容的电流iC(ωt)可以表示成电感上的电流iL(ωt)、n次谐波电路上的电流in(ωt)和负载上的电流iR(ωt)之和，即：根据初始条件v(π)=0和。上述方程可以表示成二阶非线性微分方程：其通解形式可以写成：这里系数C1和C2可以通过ωt=π的边界条件求得。直流供电电压Vdd可以表示成（13）的傅里叶展开式：由于基波频率下的漏极电压被完全加到了负载上，因此其电抗部分必须为0，即：因此，对于特定的三次谐波调谐电路，即n=3。通过（1），（15）和（16），我们可以解的其中的三个未知参数的值：在图4(a)-(e)中，当ωt处于[π，2π]时，理想并联型E逆F3型功率放大器的归一化漏极电压、漏极电流、流过电容的电流、流过3次谐波的电流和负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路，其特征在于：晶体管输出端包括：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；所述并联型E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间。

【技术特征摘要】
1.一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路，其特征在于：晶体管输出端包括：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；所述并联型E逆F类电路位于晶体管输出端和负载阻抗之间。2.根据权利要求1所述一种高效率并联型E逆F类功率放大器匹配电路，其特征在于：所述的并联型E类功率放大器由并联的L、C和串联的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...

【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