一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器制造技术

技术编号:19351211 阅读:4 留言:0更新日期:2018-11-07 17:10
本发明专利技术公开了一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器,包括双频输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、双频F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络。本发明专利技术采用基于自偏结构的二堆叠晶体管结构,并结合了双频F类输出匹配网络,使得电路具有双频带工作模式下的高效率、高增益、高功率输出能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器
本专利技术属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路
,具体涉及一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器的设计。
技术介绍
随着现代军用、民用通信技术的发展,射频前端发射机也向双频带甚至多频模式、高效率、高增益、高功率输出的方向发展。因此市场迫切的需求双频带工作模式下、高效率、高增益、高功率的功率放大器。然而,在传统高效率功率放大器的设计中,一直存在一些设计难题,主要体现在双频带工作模式、高效率指标相互制约:为了保证放大器的高效率工作,晶体管要工作在过驱动模式下,类似于开关状态,但是双频过驱动开关功率放大器的实现一直是电路实现的技术瓶颈。常见的高效率功率放大器的电路结构有很多,最典型的是传统AB类、C类,开关型D类、E类、F类功率放大器等,但是,这些高效率放大器仍然存在一些不足,主要体现在:传统AB类放大器理论极限效率为78.5%,相对较低,往往需要牺牲输出插损和效率来增加放大器的带宽;C类放大器极限效率为100%,但是功率输出能力较低;开关型D类、E类、F类功率放大器等需要依赖精确的谐波阻抗控制,或者严格的阻抗匹配条件,这些控制和条件都大大限制了放大器工作方式,尤其限制了双频带的设计应用。除此之外,现有高效率场效应管功率放大器往往是基于单个共源晶体管实现的,受到单个晶体管的限制,功率输出能力和功率增益能力都相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提出一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器,利用自偏置晶体管堆叠技术以及双频F类匹配技术,实现双频带工作模式下高效率、高增益、高功率输出特性。本专利技术的技术方案为:一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器,包括双频输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、双频F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络;双频输入基波匹配网络的输入端为整个高效率双频F类堆叠功率放大器的输入端,其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接;双频F类输出匹配网络的输出端为整个高效率双频F类堆叠功率放大器的输出端,其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接;栅极供电偏置网络与双频输入基波匹配网络连接,漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及双频F类输出匹配网络连接。本专利技术的有益效果是:本专利技术采用基于自偏结构的二堆叠晶体管结构,并结合了双频F类输出匹配网络,使得电路具有双频带工作模式下的高效率、高增益、高功率输出能力。双频输入基波匹配网络包括微带线TL1,微带线TL1的一端为双频输入基波匹配网络的输入端,其另一端分别与微带线TL2的一端以及微带线TL4的一端连接,微带线TL2的另一端与开路微带线TL3连接,微带线TL4的另一端与电容C1的一端连接,电容C1的另一端分别与微带线TL7的一端以及开路微带线TL5连接,并作为双频输入基波匹配网络的输出端,微带线TL7的另一端分别与开路微带线TL6以及栅极供电偏置网络连接。上述进一步方案的有益效果是:本专利技术采用的双频输入基波匹配网络能够实现对射频输入的基波信号在两个频点进行阻抗匹配。二堆叠自偏置功率放大网络包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管Md2和底层晶体管Md1;底层晶体管Md1的源极接地,其栅极与微带线TL9的一端连接,微带线TL9的另一端为二堆叠自偏置功率放大网络的输入端;顶层晶体管Md2的漏极为二堆叠自偏置功率放大网络的输出端,其栅极与电阻R2的一端连接,电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及接地电容C4连接,电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R5连接,电阻R4的另一端与漏极供电偏置网络连接;底层晶体管Md1的漏极和顶层晶体管Md2的源极之间通过微带线TL10连接,顶层晶体管Md2的源极与微带线TL10的连接节点还与微带线TL11的一端连接,微带线TL11的另一端与接地电容C3连接。上述进一步方案的有益效果是:本专利技术的核心架构采用的二堆叠放大网络,可以帮助现有高效率开关功率放大器提升功率容量和功率增益。并且本专利技术采用的二堆叠自偏置功率放大网络加入了自偏置结构,同时不需要额外的堆叠栅极偏置电压,大大简化了堆叠结构的外围栅极供电结构。微带线TL11及接地电容C3用于实现高效率双频F类堆叠功率放大器在晶体管堆叠间的漏极电压波形整形,使得放大器开关从“on”到“off”的瞬间,漏极电压近似为零;从“off”到“on”的瞬间,漏极电压波形的斜率近似为零。栅极供电偏置网络包括微带线TL8,微带线TL8的一端与微带线TL7连接,其另一端分别与电阻R1的一端、扇形开路线STUB1以及接地电容C2连接,电阻R1的另一端与低压偏置电源VG连接。上述进一步方案的有益效果是:栅极供电偏置网络能够对二堆叠自偏置功率放大网络中的底层晶体管Md1起到良好的栅极供电及偏置作用。双频F类输出匹配网络包括依次串联的微带线TL12、微带线TL15、微带线TL18、微带线TL23、微带线TL26以及电容C10,微带线TL12未连接微带线TL15的一端为双频F类输出匹配网络的输入端,电容C10未连接微带线TL26的一端为双频F类输出匹配网络的输出端;微带线TL12和微带线TL15的连接节点还与第一LRC谐振电路连接,微带线TL15和微带线TL18的连接节点还与第二LRC谐振电路连接,微带线TL18和微带线TL23的连接节点还与微带线TL19的一端连接,微带线TL19的另一端分别与第三LRC谐振电路以及漏极供电偏置网络连接,微带线TL23和微带线TL26的连接节点还与第四LRC谐振电路连接;第一LRC谐振电路包括依次串联的微带线TL13、第一RC并联谐振单元和开路微带线TL14,微带线TL13连接于微带线TL12和微带线TL15的连接节点,第一RC并联谐振单元包括并联的电阻R6和电容C5;第二LRC谐振电路包括依次串联的微带线TL16、第二RC并联谐振单元和开路微带线TL17,微带线TL16连接于微带线TL15和微带线TL18的连接节点,第二RC并联谐振单元包括并联的电阻R7和电容C6;第三LRC谐振电路包括依次串联的微带线TL20、第三RC并联谐振单元和开路微带线TL21,微带线TL20与微带线TL19连接,第三RC并联谐振单元包括并联的电阻R8和电容C7;第四LRC谐振电路包括依次串联的微带线TL24、第四RC并联谐振单元和开路微带线TL25,微带线TL24连接于微带线TL23和微带线TL26的连接节点,第四RC并联谐振单元包括并联的电阻R9和电容C9。上述进一步方案的有益效果是:现有的开关功率放大器的输出网络往往是针对单频点窄带的输出阻抗进行独立控制的,而本专利技术所提出的双频F类输出匹配网络采用双频F类匹配架构,使得电路可以在两个频点实现F类功率放大器二次谐波短路,三次谐波开路的输出阻抗,从而实现双频的高效率指标。漏极供电偏置网络包括微带线TL22,微带线TL22的一端与微带线TL19连接,其另一端分别与电阻R4、扇形开路线STUB2、接地电容C8以及高压偏置电源VD连接。上述进一步方案的有益效果是:漏极供电偏置网络能够对二堆叠自偏置功率放大网络中的顶层晶体管Md2起到良好的漏极供电及偏置作用。附图说明图1所示为本专利技术实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器,其特征在于,包括双频输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、双频F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络;所述双频输入基波匹配网络的输入端为整个所述高效率双频F类堆叠功率放大器的输入端,其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接;所述双频F类输出匹配网络的输出端为整个所述高效率双频F类堆叠功率放大器的输出端,其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接;所述栅极供电偏置网络与双频输入基波匹配网络连接,所述漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及双频F类输出匹配网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于精确谐波控制的高效率双频F类堆叠功率放大器,其特征在于,包括双频输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、双频F类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络;所述双频输入基波匹配网络的输入端为整个所述高效率双频F类堆叠功率放大器的输入端,其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接;所述双频F类输出匹配网络的输出端为整个所述高效率双频F类堆叠功率放大器的输出端,其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接;所述栅极供电偏置网络与双频输入基波匹配网络连接,所述漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及双频F类输出匹配网络连接。2.根据权利要求1所述的高效率双频F类堆叠功率放大器,其特征在于,所述双频输入基波匹配网络包括微带线TL1,所述微带线TL1的一端为双频输入基波匹配网络的输入端,其另一端分别与微带线TL2的一端以及微带线TL4的一端连接,所述微带线TL2的另一端与开路微带线TL3连接,所述微带线TL4的另一端与电容C1的一端连接,所述电容C1的另一端分别与微带线TL7的一端以及开路微带线TL5连接,并作为双频输入基波匹配网络的输出端,所述微带线TL7的另一端分别与开路微带线TL6以及栅极供电偏置网络连接。3.根据权利要求1所述的高效率双频F类堆叠功率放大器,其特征在于,所述二堆叠自偏置功率放大网络包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管Md2和底层晶体管Md1;所述底层晶体管Md1的源极接地,其栅极与微带线TL9的一端连接,所述微带线TL9的另一端为二堆叠自偏置功率放大网络的输入端;所述顶层晶体管Md2的漏极为二堆叠自偏置功率放大网络的输出端,其栅极与电阻R2的一端连接,所述电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及接地电容C4连接,所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R5连接,所述电阻R4的另一端与漏极供电偏置网络连接;所述底层晶体管Md1的漏极和顶层晶体管Md2的源极之间通过微带线TL10连接,所述顶层晶体管Md2的源极与微带线TL10的连接节点还与微带线TL11的一端连接,所述微带线TL11的另一端与接地电容C3连接。4.根据权利要求2所述的高效率双频F类堆叠功率放大器,其特征在于,所述栅极供电偏置网络包括微带线TL8,所述微带线T...

【专利技术属性】
技术研发人员:吕继平邬海峰滑育楠陈依军胡柳林童伟王测天
申请(专利权)人:成都嘉纳海威科技有限责任公司
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1