一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、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置结构的四堆叠晶体管结构，并结合了EF类基波与谐波控制网络的高效率EF类匹配方式，使得电路可以实现EF类放大器输出阻抗的基波、谐波阻抗的精确控制，具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

【技术实现步骤摘要】
一种基于精确谐波控制的高效率EF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EF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小型化、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小型化、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，主要体现在小型化、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，但是过驱动开关功率放大器的谐波阻抗控制单元往往需要占据较大的电路尺寸，这影响了电路小型化的指标。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；C类放大器极限效率为100％，但是功率输出能力较低；D类放大器在实现高频特性时较差；E类放大器中晶体管的承受能力对偏置电压的要求非常苛刻，从而使得其相对输出功率能力较差；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，这些控制和条件往往需要占据较大的电路尺寸，并且设计难度较大。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EF类堆叠功率放大器，缓解晶体管的峰值电压的设计压力，并且具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。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EF类堆叠功率放大器，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；输入稳定及匹配网络的输入端为整个高效率EF类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与四堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；EF类基波与谐波控制网络的输出端为整个高效率EF类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与四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输入稳定及匹配网络连接，漏极供电偏置网络分别与四堆叠自偏置功率放大网络以及EF类基波与谐波控制网络连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用基于自偏置结构的四堆叠晶体管结构，并结合了EF类基波与谐波控制网络的高效率EF类匹配方式，使得电路可以实现EF类放大器输出阻抗的基波、谐波阻抗的精确控制，具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。进一步地，输入稳定及匹配网络包括依次串联的隔直电容C1、RC抑制电路、微带线TL1以及微带线TL2，隔直电容C1未与RC抑制电路连接的一端为输入稳定及匹配网络的输入端，微带线TL2未与微带线TL1连接的一端为输入稳定及匹配网络的输出端；RC抑制电路包括并联的电阻R9和电容C2，微带线TL1和微带线TL2的连接节点还分别与开路微带线TL3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：本专利技术采用的输入稳定及匹配网络除了能对射频输入信号进行阻抗匹配以外，还能实现信号自激抑制功能从而提高电路的稳定性。进一步地，栅极供电偏置网络包括电阻R8，微带线TL1和微带线TL2的连接节点与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电感L1的一端以及接地电容C4连接，电感L1的另一端分别与接地电容C3以及低压偏置电源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四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。进一步地，四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Md4、第二中间层晶体管Md3、第一中间层晶体管Md2以及底层晶体管Md1；底层晶体管Md1的源极接地，其栅极为四堆叠自偏置功率放大网络的输入端；第一中间层晶体管Md2的栅极分别与电阻R2的一端以及接地电容C5连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及接地电阻R1连接；第二中间层晶体管Md3的栅极分别与电阻R4的一端以及接地电容C6连接，电阻R4的另一端分别与电阻R3的另一端以及电阻R5的一端连接；顶层晶体管Md4的漏极为四堆叠自偏置功率放大网络的输出端，其栅极分别与电阻R6的一端以及接地电容C7连接，电阻R6的另一端分别与电阻R5的另一端以及电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与漏极供电偏置网络连接。上述进一步方案的有益效果是：传统高效率开关功率放大器往往采用单一晶体管，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，与之相比，本专利技术采用的四堆叠放大网络可以有效提升功率容量和功率增益；同时，本专利技术采用的四堆叠自偏置放大网络加入了自偏置结构，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。进一步地，EF类基波与谐波控制网络包括依次串联的微带线TL4、微带线TL6、电容C10、微带线TL9、微带线TL12以及微带线TL15，微带线TL4未与微带线TL6连接的一端为EF类基波与谐波控制网络的输入端，微带线TL15未与微带线TL12连接的一端为EF类基波与谐波控制网络的输出端；微带线TL4和微带线TL6的连接节点还分别与开路微带线TL5以及漏极供电偏置网络连接，微带线TL9和微带线TL12的连接节点还分别与开路微带线TL10以及接地微带线TL11连接，微带线TL12和微带线TL15的连接节点还分别与开路微带线TL13以及开路微带线TL14连接。上述进一步方案的有益效果是：现有技术中，开关功率放大器的输出网络往往是针对窄带的输出阻抗进行独立控制的，并且往往需要占据较大的电路尺寸；本专利技术采用基于精确谐波控制的EF类匹配架构可以实现输出阻抗的基波、谐波阻抗的精确控制，结合F类与E类放大器的输出阻抗电路共性，将峰值电压控制在F类和E类中间，缓解了晶体管的峰值电压的设计压力，并且具有高效率、高增益、高功率输出能力，占用较小的电路尺寸。进一步地，漏极供电偏置网络包括依次串联的微带线TL8、微带线TL7、电感L2以及接地电容C9，微带线TL4和微带线TL6的连接节点与微带线TL8连接，微带线TL8和微带线TL7的连接节点还与扇形开路线STUB1连接，微带线TL7和电感L2的连接节点还与接地电容C8连接，电感L2和接地电容C9的连接节点还分别与电阻R7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四堆叠自偏置功率放大网络中的顶层晶体管Md4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一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器原理框图。图2所示为本专利技术实施例提供的一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器电路图。具体实施方式现在将参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的原理和精神，而并非限制本专利技术的范围。本专利技术实施例提供了一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，如图1所示，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；所述输入稳定及匹配网络的输入端为整个所述高效率EF类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与四堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；所述EF类基波与谐波控制网络的输出端为整个所述高效率EF类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与四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输入稳定及匹配网络连接，所述漏极供电偏置网络分别与四堆叠自偏置功率放大网络以及EF类基波与谐波控制网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；所述输入稳定及匹配网络的输入端为整个所述高效率EF类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与四堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；所述EF类基波与谐波控制网络的输出端为整个所述高效率EF类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与四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输入稳定及匹配网络连接，所述漏极供电偏置网络分别与四堆叠自偏置功率放大网络以及EF类基波与谐波控制网络连接。2.根据权利要求1所述的高效率EF类堆叠功率放大器，其特征在于，所述输入稳定及匹配网络包括依次串联的隔直电容C1、RC抑制电路、微带线TL1以及微带线TL2，所述隔直电容C1未与RC抑制电路连接的一端为输入稳定及匹配网络的输入端，所述微带线TL2未与微带线TL1连接的一端为输入稳定及匹配网络的输出端；所述RC抑制电路包括并联的电阻R9和电容C2，所述微带线TL1和微带线TL2的连接节点还分别与开路微带线TL3以及栅极供电偏置网络连接。3.根据权利要求2所述的高效率EF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电阻R8，所述微带线TL1和微带线TL2的连接节点与电阻R8的一端连接，所述电阻R8的另一端分别与电感L1的一端以及接地电容C4连接，所述电感L1的另一端分别与接地电容C3以及低压偏置电源VG连接。4.根据权利要求1所述的高效率EF类堆叠功率放大器，其特征在于，所述四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Md4、第二中间层晶体管Md3、第一中间层晶体管Md2以及底层晶体管Md1；所述底层晶体管Md1的源极接地，其栅极为四堆叠自偏置功率放大网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡柳林，邬海峰，滑育楠，陈依军，吕继平，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