一种基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，包括：输入端阻抗匹配网络，用于将所述宽禁带功率器件的输入阻抗与源阻抗进行共轭匹配，实现输入信号的最大功率传输；宽禁带功率器件，用于完成对射频信号输入功率的放大；输出端谐波控制网络，用于调节三个谐波阻抗，对基波和三次谐波短路，对二次谐波开路；输出端漏源寄生参数补偿网络，用于对晶体管输出寄生参数的参数补偿；输出端阻抗匹配网络，用于将调谐网络的阻抗实现功率最大传输。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及功率放大器的设计领域，尤其涉及一种基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路。
技术介绍
众所周知，射频功率放大器是各种无线通信系统中必要的射频模块也是射频模块中功率消耗最大的器件。伴随着现代无线通信服务的快速增长，特别是近年来，随着3G和4G移动通信网络的大规模建设运营，越来越多的设备厂商和电信运营商开始关注降低设备投资和运营成本。当今在射频功率放大器研究领域，核心的技术一方面是半导体功率器件的发开，另一方面就是射频功率放大器设计技术的发展。在射频功率器件方面，以宽禁带功率器件为代表的第三代功率器件引发了产业界的巨大变革，宽禁带功率器件具有高的击穿电压、很高的热导率，明显高于其它材料的电子饱和速率和极佳的抗辐射能力，非常适合制作高温，高频和大功率器件。所以，基于宽禁带半导体材料的功率器件应用技术的开发已经引起了学术界和工程技术人员的广泛关注。在射频功率放大器设计
，主要的研究方向是放大器的线性化和高效率，因此，新一代功率放大器线性化技术数字预失真技术得到了极大的发展。而增强效率的技术发展相对比较滞后，目前，在移动通信领域的射频功率放大器效率提升方法常见的有包络跟踪和平均功率跟踪，通过结合功率检测用来调节漏极直流电压源的电压，从而完成对射频功率放大器效率的改善。但是，很多效率提高的技术方案都需要设计额外的控制电路，如电源控制芯片电路等，从降低电路成本和简化设计电路的复杂度来说，这些方案都需要进行改善。
技术实现思路
技术目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本技术的目的是提供一种基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，该种电路的理想效率可以达到80％以上，而且电路的结构简单，不需要额外的控制电路，有效的降低了电路的设计生产成本和运营成本。技术方案：本技术公开了一种基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，其特征在于：包括：输入端阻抗匹配网络，用于将所述宽禁带功率器件的输入阻抗与源阻抗进行共轭匹配，实现输入信号的最大功率传输；宽禁带功率器件，用于完成对射频信号输入功率的放大；输出端谐波控制网络，用于调节三个谐波阻抗，对基波和三次谐波短路，对二次谐波开路；输出端漏源寄生参数补偿网络，用于对晶体管输出寄生参数的参数补偿；输出端阻抗匹配网络，用于将调谐网络的阻抗实现功率最大传输。其中，宽禁带功率器件的输入端接入输入信号，该输入端阻抗匹配网络与宽禁带功率器件的输入端相连；输出端漏源寄生参数补偿网络与宽禁带功率器件的输出端相连；输出端谐波控制网络的输入端与宽禁带功率器件的输出端相连；输出端阻抗匹配网络的输入端与所述输出端谐波控制网络相连，作为本技术的进一步优化，本技术所述的宽禁带功率器件为采用禁带宽度大于等于3.2eV的半导体材料的功率器件，该宽禁带功率器件工作于开关状态时，导通角为50％，且本技术的宽禁带功率器件可以采用SiC、GaN、金刚石等半导体材料。作为本技术的进一步优化，本技术所述的输入端阻抗匹配网络，采用调谐于基波的并联或/和串联的LC谐振电路，其中，串联或并联的LC振荡电路的数量可以是多个。作为本技术的进一步优化，本技术所述的输出端谐波控制网络采用并联LC谐振电路，调整谐波的阻抗，调整电路二次谐波阻抗为无穷大，使得本技术的射频功率放大器的二次谐波为开路状态，调整电路三次谐波阻抗为零，使得本技术的射频功率放大器的三次谐波为短路状态，输出端谐波控制网络的并联LC谐振电路将射频功率放大器电路调节为二次谐波开路，其相应的谐波分量只有电压分量，并且输出并联LC谐振电路将射频功率放大器电路调节为三次谐波短路，其相应的谐波分量只有电流分量。作为本技术的进一步优化，本技术所述的输出端漏源寄生参数补偿网络采用并联电容结构，该并联电容等效于器件内部的输出电容和外加于网络的外在电容，由于该输出端漏源寄生参数补偿网络与宽禁带功率器件并联，故当宽禁带功率器件处于闭合状态时，通过并联电容的电流为零，当宽禁带功率器件处于断开状态时，通过宽禁带功率器件的电流为零；因此，当宽禁带功率器件闭合时，宽禁带功率器件两端电压为零，电流由直流电流和通过宽禁带功率器件的负载电流组成，当宽禁带功率器件时，宽禁带功率器件两端存在电压，电流通过并联电容。作为本技术的进一步优化，本技术所述的输出阻抗匹配网络采用调谐于基波的并联或/和串联的LC谐振电路，其中，串联或并联的LC振荡电路的数量可以是多个。有益效果：本技术与现有技术相比，具有以下优点：本技术的宽禁带功率器件的输出电压和电流波形之间不存在交叠的部分，使得宽禁带功率器件没有任何功率损耗，从而达到提高该种射频功率放大器电路效率的目的。附图说明图1为本技术高效率功率放大器的电路框图；图2为本技术高效率功率放大器的实施例电路原理图。图3为本技术高效率功率放大器漏极输出电流和电压波形图；1--功率器件栅极直流电压源、2--输入阻抗匹配网络、3--宽禁带功率器件、4--宽禁带功率器件漏极直流电压源、5--漏极射频扼流圈、6--输出端漏源寄生参数补偿网络并联电容、7—输出谐波控制网络、8--输出阻抗匹配网络、9--终端负载阻抗。具体实施方式以下结合具体的实施例对本技术进行详细说明，但同时说明本技术的保护范围并不局限于本实施例的具体范围，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1、图2所示，本技术的基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，具体包括：功率器件栅极直流电压源1，串联在宽禁带功率器件输入端的并联LC谐振输入阻抗匹配网络2，宽禁带功率器件3，宽禁带功率器件漏极直流电压源4，漏极射频扼流圈5，输出端漏源寄生参数补偿网络并联电容6，串联在信号输出端的输出谐波控制网络7，并联在信号输出端的并联LC谐振输出阻抗匹配网络8和终端负载阻抗9。如图2所示，宽禁带功率器件漏极直流电压源1为宽禁带功率器件3工作提供能量，射频信号经过串联在宽禁带功率器件3输入端的并联LC谐振输入阻抗匹配网络2，由网络进行选频，将基波信号以做大功率传输模式传递到宽禁带功率器件3，宽禁带功率器件漏极直流电压源4给宽禁带功率器件3提供一个偏置电压使得宽禁带功率器件3工作在开关模式下，等本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，其特征在于：包括：输入端阻抗匹配网络，用于将所述宽禁带功率器件的输入阻抗与源阻抗进行共轭匹配，实现输入信号的最大功率传输；宽禁带功率器件，用于完成对射频信号输入功率的放大；输出端谐波控制网络，用于调节三个谐波阻抗，对基波和三次谐波短路，对二次谐波开路；输出端漏源寄生参数补偿网络，用于对晶体管输出寄生参数的参数补偿；输出端阻抗匹配网络，用于将调谐网络的阻抗实现功率最大传输；所述输入端阻抗匹配网络与宽禁带功率器件的输入端相连；所述输出端漏源寄生参数补偿网络与宽禁带功率器件的输出端相连；所述输出端谐波控制网络的输入端与宽禁带功率器件的输出端相连；所述输出端阻抗匹配网络的输入与所述输出端谐波控制网络相连。

【技术特征摘要】
1.基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器电路，其特征在于：包括：
输入端阻抗匹配网络，用于将所述宽禁带功率器件的输入阻抗与源阻抗进行
共轭匹配，实现输入信号的最大功率传输；
宽禁带功率器件，用于完成对射频信号输入功率的放大；
输出端谐波控制网络，用于调节三个谐波阻抗，对基波和三次谐波短路，对
二次谐波开路；
输出端漏源寄生参数补偿网络，用于对晶体管输出寄生参数的参数补偿；
输出端阻抗匹配网络，用于将调谐网络的阻抗实现功率最大传输；
所述输入端阻抗匹配网络与宽禁带功率器件的输入端相连；所述输出端漏源
寄生参数补偿网络与宽禁带功率器件的输出端相连；所述输出端谐波控制网络的
输入端与宽禁带功率器件的输出端相连；所述输出端阻抗匹配网络的输入与所述
输出端谐波控制网络相连。
2.根据权利要求1所述的基于宽禁带功率器件的高效率射频功率放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪春，王辉，张忠祥，张鹏，赵远洋，张晓，
申请(专利权)人：合肥师范学院，
类型：新型
国别省市：安徽;34