一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器制造技术

技术编号:20874603 阅读:16 留言:0更新日期:2019-04-17 11:08
本发明专利技术提供一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器,电路包括输入匹配网络网络,栅极、漏极偏置电路,漏极基波匹配电路网络和新型谐波控制网络网络,其中偏置电路为晶体管提供稳定的工作电压,匹配电路网络是把晶体管的源阻抗和负载阻抗分别匹配到50Ω,同时对电压和电流波形进行波形塑造,使晶体管漏极电压为方波,电流为半正弦波,从而获得较高的功率和效率。相对于现有技术,本发明专利技术通过改进F类功放的谐波控制网络,不只限于控制F类功放的二次、三次谐波,而是增加了对F类功放谐波的控制阶数,进而在拓宽功放带宽的同时也提高了工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器
本专利技术属于射频通信领域,其应用在手机通信、电子对抗、卫星通信等无线通信领域,尤其是一种基于耦合环路谐振网络的超宽带高效率的F类功率放大器。技术背景随着无线通信技术的迅速发展,射频通信技术在人们的日常生活中越来越重要。无线通信的信号频率越来越高,带宽也越来越宽,所以为了满足当今及未来移动通信对于高速率、大容量传输的要求,通信商对无线通信发射机系统中的功放的续期也愈加苛刻,为此通常采用非常复杂的调制方式,这将会增加电路的复杂度同时也会导增大误差,而使用传统的功率放大器如A类、AB类对信号进行放大效率比较低,所以兼顾宽带宽和高效率的射频功率放大器成为学术界和工业界的研究热点。射频功放单元是无线通信系统中的核心组件,为了实现信号远距离传输、保障信号可靠接收,在无线通信系统收发组件中必须使用功率放大器放大信号。可以说功率放大器的性能好坏将直接影响到整个系统的工作状况。F类功放因其具有高效率、宽带宽、线性度好等优点而成为当今研究的主要对象。一个典型的F类功放是有输入匹配网络,偏置电路,输出匹配网络以及谐波控制网络组成。谐波控制网络通过对功放晶体管的漏极电压电流波形重塑,是的电压为方波,电流为半正弦波,分别对电压电流傅里叶展开,电压的偶次谐波为零,电流的奇次谐波为零,从而避免了电压电流的重叠,其谐波阻抗偶次谐波短路,奇次谐波开路,从而使得高次谐波功率消耗为零。但是对于当前传统的F类功放谐波控制网络,一般的只能控制二次三次谐波,并且现今的F类功放都是通过若干段短路或开路微带线的串并联而实现偶次谐波阻抗谐为零,奇次谐波为无穷大,从而达到对谐波的控制。由于考虑到电路的复杂度而舍弃了高次谐波的控制,这就限制了其效率的提升,从而也限制了其带宽的拓宽。故,针对目前现有技术中存在的上述缺陷,实有必要进行研究,以提供一种方案,解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术通过改进传统的谐波控制网络,提出一种结构简单并能够对高次谐波进行控制的基于耦合环路谐振网络的超宽带高效率的F类功率放大器,通过环路耦合谐波控制网络实现对高次谐波的控制,从而改善了传统串并联短截线只能控制到二次、三次谐波的缺点;同时,采用耦合滤波器实现阻抗匹配可以获得更宽的带宽,更适合用于进行阻抗匹配网络的设计,以此在拓宽带宽的同时也能保证功放的高效率。所以为改善现有的技术缺陷,采用以下技术方案:一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器,至少包括输入匹配网络、功放单元、谐波控制网络以及基波匹配电路,其中,所述谐波控制网络与功放单元的输出端相连接,用于将功放单元输出的功率信号进行谐波控制并经基波匹配电路输出至负载;所述谐波控制网络为耦合滤波匹配网络,至少包括第一微带线TL1、第二微带线TL2、第一平行耦合线CLin1、第二平行耦合线CLin2、第一环路线Curve1、第二环路线Curve2、第三环路线Curve3和第四环路线Curve4,所述第一微带线TL1一端与功放单元的输出相连,其另一端与所述的第一平行耦合线CLin1的第一输入端和第二输入端相连,所述第一平行耦合线CLin1的第一输出端与所述第一环路线Curve1的一端相连接,所述第一平行耦合线CLin1的第二输出端与所述第三环路线Curve3的一端相连;所述第二微带线TL2的一端作为输出端与所述基波匹配电路相连接,其另一端与所述第二平行耦合线CLin2的第一输出端和第二输出端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第一输入端与所述第二环路线Curve2的一端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第二输入端与所述第四环路线Curve4的一端相连;所述第一环路线Curve1的另一端与所述第二环路线Curve2的另一端相连接,所述第三环路线Curve3的另一端与所述第四环路线Curve4的一端相连接。作为进一步的改进方案,所述功放单元至少包括栅极偏置网络、漏极偏置网络和功放晶体管。作为进一步的改进方案,所述输入匹配网络用于实现电路的输入阻抗和功放晶体管的源阻抗实现共轭匹配以达到最大功率的输入。作为进一步的改进方案,所述栅极偏置电路为栅源提供稳定的﹣2.8V电压,所述漏极偏置电路为漏源提供28V的稳定电压。作为进一步的改进方案,所述的谐波控制网络是对漏极电压电流进行波形塑造,使电压呈方波,电流呈半正弦波,并且偶次谐波阻抗为零,奇次谐波阻抗为无穷大,从而避免了电压和电流的重叠,实现了效率的提高。传统的谐波匹配电路网络是通过开路或短路微带线的串联和并联来实现谐波的控制,由于设计的带宽较宽,传统的匹配方法,需要在匹配网络中市容大量的λ/4短截线,这会使电路网络更加复杂,不利于后期的调与预加工,因此一般仅对电路的二次和三次谐波进行短路和开路控制,而所述的滤波匹配电路可以实现对高次谐波控制,从而能进一步的提高效率。作为进一步的改进方案,所述的谐波控制网络是由谐波耦合线、弧形微带线、短节阻抗线组成的对称结构的滤波器匹配网络,通过谐波耦合滤波匹配网络可以实现对高次的奇偶次谐波进行控制。作为进一步的改进方案,所述的谐波耦合线根据功放的频率而设定其耦合系数C和电长度θ;作为进一步的改进方案,所述的弧形微带线设定为半圆形微带线使整个耦合电路结构呈对称结构,从而能够减小加工和测量误差;作为进一步的改进方案,所述的短节阻抗线为匹配网络的阻抗补偿线,通过调节其阻抗而使谐波控制网络达到最佳匹配。与现有技术相比较,本专利技术具有如下有益效果:1、本专利技术采用耦合环形滤波匹配网络,能够实现较宽的阻抗匹配自由度和较低的功率损耗;2、本专利技术采用耦合滤波匹配结构控制高次谐波,能够提高功放效率;3、本专利技术采用耦合环形滤波匹配结构,大大简化了结构和工艺,同时避免了开路短截线和短路短截线的串并联匹配结构,有助于减小误差。附图说明图1是本专利技术一种基于耦合环路谐振网络的F类功放的拓扑结构示意图。图2是本专利技术中耦合环路谐振网络原理图。图3是本专利技术中耦合谐振网络的前后两部分等效分割原理图。图4是对于图3a的谐振网络分别在奇偶模激励状态的原理图。图5是对于图3b电路的谐振网络分别在奇偶模激励状态的原理图。图6是对本专利技术耦合环形滤波器的S参数仿真结果示意图。图7是本专利技术功放的仿真结果图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图,对本专利技术的技术方案作进一步的描述,但本专利技术并不限于这些实施例。针对现有技术存在的缺陷,申请人对现有的F类功率放大器的结构进行了深入研究,发现F类功放传统的谐波控制结构一般的都采用短截线的串并联实现二次谐波短路三次谐波开路,并且由于电路的复杂度一般的只控制到三次谐波。为了实现宽带宽高效率的同时,本专利技术提出一种新型的谐波控制网络,实现了对高次谐波的控制,在拓宽带宽的同时实现高效率。参见图1,所示为本专利技术基于耦合环路谐振网络的F类功放的结构框图,至少包括输入匹配网络、功放单元、谐波控制网络以及基波匹配电路,其中,功放单元至少包括栅极偏置网络、漏极偏置网络和功放晶体管。谐波控制网络与功放单元的输出端相连接,用于将功放单元输出的功率信号进行谐波控制并经基波匹配电路输出至负载。参见图2,所示为本专利技术谐波控制网络的电路原理图,通过耦合滤波器实现电路的匹配。耦合滤波匹配网络至少包括第一微带线TL1、第二本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器,其特征在于,至少包括输入匹配网络、功放单元、谐波控制网络以及基波匹配电路,其中,所述谐波控制网络与功放单元的输出端相连接,用于将功放单元输出的功率信号进行谐波控制并经基波匹配电路输出至负载;所述谐波控制网络为耦合滤波匹配网络,至少包括第一微带线TL1、第二微带线TL2、第一平行耦合线CLin1、第二平行耦合线CLin2、第一环路线Curve1、第二环路线Curve2、第三环路线Curve3和第四环路线Curve4,所述第一微带线TL1一端与功放单元的输出相连,其另一端与所述的第一平行耦合线CLin1的第一输入端和第二输入端相连,所述第一平行耦合线CLin1的第一输出端与所述第一环路线Curve1的一端相连接,所述第一平行耦合线CLin1的第二输出端与所述第三环路线Curve3的一端相连;所述第二微带线TL2的一端作为输出端与所述基波匹配电路相连接,其另一端与所述第二平行耦合线CLin2的第一输出端和第二输出端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第一输入端与所述第二环路线Curve2的一端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第二输入端与所述第四环路线Curve4的一端相连;所述第一环路线Curve1的另一端与所述第二环路线Curve2的另一端相连接,所述第三环路线Curve3的另一端与所述第四环路线Curve4的一端相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合环路谐振网络的F类功率放大器,其特征在于,至少包括输入匹配网络、功放单元、谐波控制网络以及基波匹配电路,其中,所述谐波控制网络与功放单元的输出端相连接,用于将功放单元输出的功率信号进行谐波控制并经基波匹配电路输出至负载;所述谐波控制网络为耦合滤波匹配网络,至少包括第一微带线TL1、第二微带线TL2、第一平行耦合线CLin1、第二平行耦合线CLin2、第一环路线Curve1、第二环路线Curve2、第三环路线Curve3和第四环路线Curve4,所述第一微带线TL1一端与功放单元的输出相连,其另一端与所述的第一平行耦合线CLin1的第一输入端和第二输入端相连,所述第一平行耦合线CLin1的第一输出端与所述第一环路线Curve1的一端相连接,所述第一平行耦合线CLin1的第二输出端与所述第三环路线Curve3的一端相连;所述第二微带线TL2的一端作为输出端与所述基波匹配电路相连接,其另一端与所述第二平行耦合线CLin2的第一输出端和第二输出端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第一输入端与所述第二环路线Curve2的一端相连接,所述第二平行耦合线CLin2的第二输入端与所述第四环路线Curve4的一端相连;所述第一环路线Curve1的另一端与所述第二环路线Curve2的另一端相连接,所述第三环路线Curve3的另一端与所述第四环路线Curve4的一端相...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘国华李素东程知群董志华张志维杨仁好陈艺朱艺超
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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