基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器制造技术

技术编号:20049403 阅读:22 留言:0更新日期:2019-01-09 05:39
本发明专利技术公开了一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,包括栅极直流偏置电路、输入端阻抗匹配电路、功率放大晶体管和输出端阻抗匹配电路,输出端阻抗匹配电路包括调谐微带线和带通滤波器,调谐微带线连接于功率放大晶体管和带通滤波器之间,带通滤波器由平行耦合的第一谐振器和第二谐振器组成。本发明专利技术利用了基于频率选择性耦合的宽带带通滤波器,并且考虑了扩展连续型理论和滤波器合成理论,从而有效提高了滤波功率放大器的工作效率和带宽,同时有效减小传统逆F类功率放大器中阻抗匹配电路的复杂度和面积。

【技术实现步骤摘要】
基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器
本专利技术涉及功率放大器
,更具体地说,涉及一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器和系统。
技术介绍
随着通信技术的进步,无线通讯系统标准具有数据速率高、用户容量大、功耗低等特点。作为射频前端的关键部件,功率放大器对发射机的性能有很大的影响。因此,高效率和宽带工作的功率放大器得到了相当大的发展。为了提高效率,提出了各种开关类功率放大器,例如,D类功率放大器、E类功率放大器和F类功率放大器,理论上上述功率放大器的效率能达到100%。多尔蒂(Doherty)功率放大器和包络跟踪结构被用来提升效率和线性度。为了在提升带宽的同时保持高效率,不断提出了各种不同的技术。在标准开关类功率放大器的基础上,提出了连续型功率放大器,例如,B/J类、连续型F类和连续型逆F类功率放大器;它们将所要求的谐波阻抗在史密斯圆图(Smithchart)上从一个固定的阻抗值放宽成一个连续的纯电抗区域,因此能够实现宽带;之后,扩展连续型功率放大器进一步放宽谐波阻抗的要求从纯电抗区域成电抗-电阻区域。功率放大器通常与低插入损耗带通滤波器级联以抑制带外干扰。虽然连续型功率放大器的带宽已经达到一个倍频程,但是由于滤波器的互连失配和插入损耗,整体的带宽和效率降低了。为了克服这一问题,有人对功率放大器和带通滤波器的协同设计进行了深入的研究。它们主要集中在小型化、功率附加效率(PAE)增强和选择性改善方面。根据“L.Gao,X.Y.Zhang,S.Chen,andQ.Xue,Compactpoweramplifierwithbandpassresponseandhighefficiency,IEEEMicrow.WirelessCompon.Lett.,vol.24,no.10,pp.707-709,Oct.2014”的研究,为了小型化,在输出匹配网络中嵌入了一个尺寸为0.65λg×0.48λg的小型宽带带通滤波器,虽然S参数的带宽很宽,但功率附加效率低于70%。根据“S.Chen,andQ.Xue,Aclass-FpoweramplifierwithCMRC,IEEEMicrow.WirelessCompon.Lett.,vol.21,no.1,pp.31-33,Jan.2011”和“X.Meng,C.Yu,Y.Liu,andY.Wu,Designapproachforimplementationofclass-Jbroadbandpoweramplifiersusingsynthesizedband-passandlow-passmatchingtopology,IEEETrans.Microw.TheoryTechn.,vol.65,no.12,pp.4984-4996,Dec.2017”的研究,对于功率附加效率增强,实现了基于紧凑型微带谐振单元(CMRC)的F类功率放大器和采用合成带通匹配拓扑结构的J类功率放大器。此外,在“S.Y.Zheng,Z.W.Liu,Y.M.Pan,Y.Wu,W.S.Chan,andY.Liu,BandpassfilteringDohertypoweramplifierwithenhancedefficiencyandwidebandharmonicsuppression,IEEETrans.CircuitsSyst.I,Reg.Papers.,vol.63,no.3,pp.337-346,March.2016”的方法中,使用微带带通耦合器代替多尔蒂功率放大器中的传统输入功率分配器以获得高功率附加效率和带通响应,但是通带选择性不好。为了改善滤波器的滚降,在“J.X.Xu,X.Y.Zhang,andX.Q.Song,High-efficiencyfilter-integratedclass-Fpoweramplifierbasedondielectricresonator,IEEEMicrow.WirelessCompon.Lett.,vol.27,no.9,pp.827-829,Sept.2017”的方法中,利用高质量因数介质谐振器(DR),在“Q.Y.Guo,X.Y.Zhang,J.X.Xu,Y.C.Li,andQ.Xue,Bandpassclass-Fpoweramplifierbasedonmultifunctionhybridcavity–microstripfilter,IEEETrans.CircuitsSyst.II,ExpressBriefs,vol.64,no.7,pp.742-746,July.2017”的方法中利用腔体谐振器来匹配功率放大器的基波和谐波。这两种设计都具有较高的选择性和超过68%的整体功率附加效率,但是功率附加效率大于60%的带宽仅为5.4%。
技术实现思路
为了克服上述技术中存在的问题,本专利技术提供了一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,基于频率选择性耦合的宽带带通滤波器,并且考虑了扩展连续型理论和滤波器合成理论,从而有效提高了滤波功率放大器的工作效率和带宽,同时有效减小传统逆F类功率放大器中阻抗匹配电路的复杂度和面积。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是:提供一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,包括栅极直流偏置电路、输入端阻抗匹配电路、功率放大晶体管和输出端阻抗匹配电路,所述栅极直流偏置电路连接于所述输入端阻抗匹配电路,所述输入端阻抗匹配电路连接于所述功率放大晶体管,所述功率放大晶体管连接于所述输出端阻抗匹配电路,所述输出端阻抗匹配电路包括调谐微带线和带通滤波器,所述调谐微带线连接于所述功率放大晶体管和所述带通滤波器之间,所述带通滤波器由平行耦合的第一谐振器和第二谐振器组成。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述第一谐振器包括第一短路端和第一开路端,所述第二谐振器包括第二短路端和第二开路端,所述第一谐振器的耦合区域为从第一短路端开始占所述第一谐振器长度的三分之二,所述第二谐振器的耦合区域为从所述第二开路端开始占所述第二谐振器长度的三分之二,所述第一谐振器的所述第一短路端与所述第二谐振器的所述第二开路端对齐。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述第一谐振器和所述第二谐振器的长度分别为λg/4,λg为位于工作频率的波导波长。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述第一谐振器的所述第一短路端连接于直流电源,所述第一短路端还经电容接地。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述带通滤波器的输入端口连接于所述第一谐振器上,所述带通滤波器的输出端口连接于所述第二谐振器上。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述调谐微带线的输入端连接于所述功率放大晶体管的漏极,所述调谐微带线的输出端连接于所述带通滤波器的输入端口,所述带通滤波器的输出端口通过负载阻抗接地。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述调谐微带线的长度由最优基波阻抗匹配点的虚部大小决定。在本专利技术提供的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器中,所述第一谐振器由依次连接的第一微带线、第二微带线、第三微带线本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,包括栅极直流偏置电路(10)、输入端阻抗匹配电路(20)、功率放大晶体管(30)和输出端阻抗匹配电路(40),所述栅极直流偏置电路(10)连接于所述输入端阻抗匹配电路(20),所述输入端阻抗匹配电路(20)连接于所述功率放大晶体管(30),所述功率放大晶体管(30)连接于所述输出端阻抗匹配电路(40),其特征在于,所述输出端阻抗匹配电路(40)包括调谐微带线(410)和带通滤波器(420),所述调谐微带线(410)连接于所述功率放大晶体管(30)和所述带通滤波器(420)之间,所述带通滤波器(420)由平行耦合的第一谐振器(422)和第二谐振器(424)组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,包括栅极直流偏置电路(10)、输入端阻抗匹配电路(20)、功率放大晶体管(30)和输出端阻抗匹配电路(40),所述栅极直流偏置电路(10)连接于所述输入端阻抗匹配电路(20),所述输入端阻抗匹配电路(20)连接于所述功率放大晶体管(30),所述功率放大晶体管(30)连接于所述输出端阻抗匹配电路(40),其特征在于,所述输出端阻抗匹配电路(40)包括调谐微带线(410)和带通滤波器(420),所述调谐微带线(410)连接于所述功率放大晶体管(30)和所述带通滤波器(420)之间,所述带通滤波器(420)由平行耦合的第一谐振器(422)和第二谐振器(424)组成。2.根据权利要求1所述的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,其特征在于,所述第一谐振器(422)包括第一短路端和第一开路端,所述第二谐振器(424)包括第二短路端和第二开路端,所述第一谐振器(422)的耦合区域为从第一短路端开始占所述第一谐振器(422)长度的三分之二,所述第二谐振器(424)的耦合区域为从所述第二开路端开始占所述第二谐振器(424)长度的三分之二,所述第一谐振器(422)的所述第一短路端与所述第二谐振器(424)的所述第二开路端对齐。3.根据权利要求2所述的基于频率选择性耦合的宽带带通滤波功率放大器,其特征在于,所述第一谐振器(422)和所述第二谐振器(424)的长度分别为λg/4,λg为位于工作频率的波导波长。4.根据权利要求2所述的基于频率选...

【专利技术属性】
技术研发人员:李园春陈钦创薛泉
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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