一种高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法技术

本发明专利技术提供一种高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法，一种高效宽带有序的谐波匹配结构，包括谐波控制电路和基波匹配电路，功率放大器的输出信号经所述谐波控制电路和基波匹配电路加载到负载端，所述谐波控制电路包括N个十字形匹配结构，每个十字形匹配结构形成λ/4微带线并有序串行连接，直至第N十字形匹配结构的输出端与所述基波匹配电路的输入端相连接，所述基波匹配电路的输出端与负载端相连接。相对于现有技术，本发明专利技术提供的高效宽带有序的谐波匹配结构，将现有以中心频率的谐波控制结构扩展为对不同频率点谐波进行控制，在保持功放高效率的情况下拓展带宽，极大提升了放大器的整体带宽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频通讯
，尤其涉及一种高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法。
技术介绍
近年来，无线通信技术得到了很大的发展，调制方式也日趋复杂。功率放大器，作为发射机中的末级模块，是整个射频系统中功耗最大的部件，它的主要作用是对前级输出的信号进行功率放大，然后将放大后的信号送给天线进行发射。由于功率放大器会消耗很大的直流功率，同时通信设备工作的频带资源很紧缺，因此效率和带宽是功率放大器设计时首先要考虑的重要指标，但现有技术的功率放大器效率高但是频带很窄，频带宽效率又很低。现有技术的功率放大器可分为甲类功放(又称A类)、乙类功放(又称B类)、甲乙类功放(又称AB类)，C类功放和F类功放。甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，但是无法扩宽带宽。F类理论效率100％，但是需要控制所有的高次谐波难度很高带宽又很窄，因此无法得到广泛应用，如何在保证F类功率放大器高效率的同时进一步扩宽带宽是一个亟待解决的问题。现有技术F类功率放大器匹配时只是对中心频率进行最优匹配，也即通常只是在史密斯原图上进行单频点匹配，然后在调节整个匹配电路以达到宽带高效的作用，这个调节过程没有理论支撑，通常是根据经验调节，然后仿真或实测进行验证，设计难度比较大。而根据经典的传输线理论可知，当工作频率偏移中心频率时，相应的输出阻抗亦会偏移最优值，造成放大器性能的衰减，这必将会对功率放大器的效率产生极大的影响，从而本领域普通技术人员通常认为现有技术EF类功率放大器不适宜做宽带，而只能进行窄带设计。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
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法，通过采用有序的十字形匹配结构对不同频率(f0、f1、f2...fn)处的谐波进行控制，从而保持高效率的同时能够通过匹配不同中心频率处的高次谐波来扩宽功放的带宽，以解决上述问题。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：一种高效宽带有序的谐波匹配结构，包括谐波控制电路和基波匹配电路，功率放大器的输出信号经所述谐波控制电路和基波匹配电路加载到负载端，所述谐波控制电路包括N个十字形匹配结构，每个十字形匹配结构形成λ/4微带线并有序串行连接，其中，第一十字形匹配结构的输入端与功率放大器的输出端相连接，所述第一十字形匹配结构的输出端与第二十字形匹配结构的输入端相连接，第二十字形匹配结构的输出端与第三十字形匹配结构的输入端，依次有序串行连接，直至第N十字形匹配结构的输出端与所述基波匹配电路的输入端相连接，所述基波匹配电路的输出端与负载端相连接；任一个十字形匹配结构用于匹配与其相对应的频率点的谐波控制，包括第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3，其中，N为任何大于0的自然数，所述第N1微带线TLN1用于二次谐波控制，所述第N2微带线TLN2用于三次谐波控制，所述第N3微带线TLN3用于级间调谐；所述第N1微带线TLN1的一端与所述第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的一端相连接，所述第N1微带线TLN1的另一端与地端短接，所述第N2微带线TLN2的另一端开路，任一个十字形匹配结构中各微带线的电长度关系为：EN1+EN3＝λ/8、EN2+EN3＝λ/12，调节第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的阻抗值使其匹配到电抗线，从而实现不同频率点的谐波匹配；所述基波匹配电路采用阶跃微带匹配结构。优选地，所述第N1微带线TLN1和第N2微带线TLN2关于基波匹配电路平面对称。优选地，所述谐波控制电路根据实际信号频率带宽添加多个不同频率点的十字形匹配结构。优选地，十字形匹配结构的个数为3至10之间。优选地，所述功率放大器采用晶体管实现。优选地，所述负载阻抗为50欧。为了克服现有技术缺陷，本专利技术还提出了一种高效宽带有序的谐波控制方法，包括以下步骤：步骤1：调试一个标准的功率放大器；步骤2：根据实际信号带宽需求，选取N个合适的频率点；步骤3：在所述功率放大器的输出端加载谐波匹配结构，所述谐波匹配结构至少包括N个十字形匹配结构并有序串行连接，使每个十字形匹配结构形成λ/4微带线，用于将其对应的频率点处二次谐波和三次谐波抑制；步骤4：调节每个十字形匹配结构的参数从而匹配到电抗线使其匹配到电抗线，从而实现不同频率点的谐波匹配。优选地，所述谐波匹配结构包括谐波控制电路和基波匹配电路，功率放大器的输出信号经所述谐波控制电路和基波匹配电路加载到负载端，所述谐波控制电路包括N个十字形匹配结构，每个十字形匹配结构形成λ/4微带线并有序串行连接，其中，第一十字形匹配结构的输入端与功率放大器的输出端相连接，所述第一十字形匹配结构的输出端与第二十字形匹配结构的输入端相连接，第二十字形匹配结构的输出端与第三十字形匹配结构的输入端，依次有序串行连接，直至第N十字形匹配结构的输出端与所述基波匹配电路的输入端相连接，所述基波匹配电路的输出端与负载端相连接；任一个十字形匹配结构用于匹配不同频率点的谐波控制，包括第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3，其中，N为任何大于0的自然数，所述第N1微带线TLN1用于二次谐波控制，所述第N2微带线TLN2用于三次谐波控制，所述第N3微带线TLN3用于级间调谐；所述第N1微带线TLN1的一端与所述第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的一端相连接，所述第N1微带线TLN1的另一端与地端短接，所述第N2微带线TLN2的另一端开路，任一个十字形匹配结构中各微带线的电长度关系为：EN1+EN3＝λ/8、EN2+EN3＝λ/12，调节第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的阻抗值使其匹配到电抗线，从而实现不同频率点的谐波匹配；所述基波匹配电路采用阶跃微带匹配结构。相对于现有技术，本专利技术提供的高效宽带有序的谐波匹配结构及其谐波控制方法，将现有以中心频率的谐波控制结构扩展为对不同频率点谐波进行控制，可以应用于各种功率放大器；本专利技术在保持高效率的情况下，利用多级谐波匹配来抑制二次和三次谐波为功放提供足够高的效率和宽带；同时具有有序匹配特性，使谐波匹配变得更加容易。附图说明图1是本专利技术高效宽带有序的谐波匹配结构的框图。图2是史密斯圆图上理论计算得出的最佳阻抗线。图3是本专利技术高效宽带有序的谐波匹配结构中基波匹配结构的拓扑结构图。图4是本专利技术实施方式的实测效果图。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。随着功率放大器技术的不断进步，其效率和带宽也不断提高和扩宽，比如，F类延续出来的连续F类，已经得到越来越多的青睐。在对谐波进行控制时，本领域普通技术人员对其改进时，也试图采用连续F类的思想对现有的单频点谐波控制结构进行改进，但是连续F类思想结构需要通过拟合算法进行计算，过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，包括谐波控制电路和基波匹配电路，功率放大器的输出信号经所述谐波控制电路和基波匹配电路加载到负载端，所述谐波控制电路包括N个十字形匹配结构，每个十字形匹配结构形成λ/4微带线并有序串行连接，其中，第一十字形匹配结构的输入端与功率放大器的输出端相连接，所述第一十字形匹配结构的输出端与第二十字形匹配结构的输入端相连接，第二十字形匹配结构的输出端与第三十字形匹配结构的输入端，依次有序串行连接，直至第N十字形匹配结构的输出端与所述基波匹配电路的输入端相连接，所述基波匹配电路的输出端与负载端相连接；任一个十字形匹配结构用于匹配与其相对应的频率点的谐波控制，包括第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3，其中，N为任何大于0的自然数，所述第N1微带线TLN1用于二次谐波控制，所述第N2微带线TLN2用于三次谐波控制，所述第N3微带线TLN3用于级间调谐；所述第N1微带线TLN1的一端与所述第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的一端相连接，所述第N1微带线TLN1的另一端与地端短接，所述第N2微带线TLN2的另一端开路，任一个十字形匹配结构中各微带线的电长度关系为：EN1+EN3＝λ/8、EN2+EN3＝λ/12，调节第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的阻抗值使其匹配到电抗线，从而实现不同频率点的谐波匹配；所述基波匹配电路采用阶跃微带匹配结构。...

【技术特征摘要】
1.一种高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，包括谐波控制电路和基波匹配电路，功率放大器的输出信号经所述谐波控制电路和基波匹配电路加载到负载端，所述谐波控制电路包括N个十字形匹配结构，每个十字形匹配结构形成λ/4微带线并有序串行连接，其中，第一十字形匹配结构的输入端与功率放大器的输出端相连接，所述第一十字形匹配结构的输出端与第二十字形匹配结构的输入端相连接，第二十字形匹配结构的输出端与第三十字形匹配结构的输入端，依次有序串行连接，直至第N十字形匹配结构的输出端与所述基波匹配电路的输入端相连接，所述基波匹配电路的输出端与负载端相连接；任一个十字形匹配结构用于匹配与其相对应的频率点的谐波控制，包括第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3，其中，N为任何大于0的自然数，所述第N1微带线TLN1用于二次谐波控制，所述第N2微带线TLN2用于三次谐波控制，所述第N3微带线TLN3用于级间调谐；所述第N1微带线TLN1的一端与所述第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的一端相连接，所述第N1微带线TLN1的另一端与地端短接，所述第N2微带线TLN2的另一端开路，任一个十字形匹配结构中各微带线的电长度关系为：EN1+EN3＝λ/8、EN2+EN3＝λ/12，调节第N1微带线TLN1、第N2微带线TLN2和第N3微带线TLN3的阻抗值使其匹配到电抗线，从而实现不同频率点的谐波匹配；所述基波匹配电路采用阶跃微带匹配结构。2.根据权利要求1所述高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，所述第N1微带线TLN1和第N2微带线TLN2关于基波匹配电路平面对称。3.根据权利要求1所述高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，所述谐波控制电路根据实际信号频率带宽添加多个不同频率点的十字形匹配结构。4.根据权利要求3所述高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，十字形匹配结构的个数为3至10之间。5.根据权利要求1所述高效宽带有序的谐波匹配结构，其特征在于，所述功率放大器采用晶体管实现。6.根据权利要求1所述高效宽带有序的谐波匹配结...

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，赵子明，刘国华，董志华，
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