一种新型高次谐波控制网络制造技术

本发明专利技术提供了一种新型高次谐波控制网络，包括第四微带线TL4和第五微带线TL5，所述第四微带线TL4为终端开路微带线，电长度为1/8波长，所述第五微带线TL5为终端短路微带线，电长度为1/8波长；其中，功放管输出端与所述第四微带线TL4和所述第五微带线TL5的一端相连接，所述第四微带线TL4的另一端开路，所述第五微带线TL5的另一端接地。采用本发明专利技术的技术方案，通过简洁的电路拓扑结构即可实现对所有偶次谐波的控制，从而无需以扩大电路版图面积和设计复杂度为代价，同时使得输出信号中谐波带有的能量更少，有效的提高了基波信号的输出功率和整个功率放大器的工作效率。

A new type of high order harmonic control network

The present invention provides a control network model including fourth harmonics, microstrip microstrip line TL4 and fifth TL5, the fourth TL4 microstrip line open end microstrip line, the electric length of 1/8 wavelength, the fifth microstrip TL5 Terminal Short-Circuit microstrip line, the electric length of 1/8 wavelength; which connected power amplifier the output end and the fourth and the fifth TL4 microstrip microstrip line TL5, the other end of the fourth TL4 microstrip lines open, the fifth TL5 microstrip line connecting the other end. The technical scheme of the invention, to achieve all the even harmonics control through the circuit topology can be simple, so no need to expand the circuit layout area and design complexity, and makes less energy harmonic with the output signal, effectively improve the output power of the fundamental signal and the power amplifier work efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种新型高次谐波控制网络
本专利技术涉及射频通讯
，尤其涉及一种用于提高射频功率放大器的输出功率和效率的新型高次谐波控制网络。
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。由于现在发射机制的改变和传输距离的增大，功放能够输出足够高的功率并且拥有足够高的效率成为了当下主要追求的技术指标，这主要体现在这样以下几个方面：(1)功率放大器的输出功率。由于目前无线信号传输要求的距离在逐渐增加，随着距离的增加能量损耗就在增加，这就无疑会要求功放必须在末级把输出功率推得足够高，以便长距离传输。(2)功率放大器的效率。由于功率放大器是整个射频发射单元的最后一级，消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率要尽可能的高。由于现代通信系统都以调制信号为主要的传输手段，被放大的信号一般具有较高的峰均比，这就要求功率放大器不仅要在输出最大功率的情况下保持高效率。为了提高功率放大器的效率和输出功率，目前已经有了多种技术，如开关模式功率放大器、采用谐波控制技术的F类功率放大器。采用谐波控制技术的F类功率放大器对于实现高输出功率高效率功率放大器是个不错的选择。然而按照谐波控制理论，各次谐波的控制均需要相应的谐波控制电路，依照该理论，高次谐波的控制就需要设计非常庞大的谐波控制电路，就现实情况而言，以无限制的扩大电路版图为代价，对于效率和功率的提升是得不偿失的。因此，传统F类功率放大器对于谐波的控制往往控制三次以下谐波，对于更高次谐波的控制，电路版图增加带来的电路损耗往往已经和控制高次谐波的效率提升持平。参见图1，所示为传统的谐波控制网络，通过该电路拓扑结构能够实现对二次和三次谐波的控制。图1中，三次谐波控制原理如下：三次谐波阻抗的控制依靠微带线TL1和TL2，微带线TL2终端开路，电长度为十二分之一波长，依据终端开路阻抗变换公式(3)其中，Z2为TL2的特征阻抗，l为微带线的电长度，n为谐波的次数，这里对三次谐波而言将已知条件带入其中可得A点处对三次谐波而言阻抗为0。同时，对于三次谐波而言，微带线TL1为终端短路的微带线，其电长度为十二分之一波长，依据终端短路阻抗变换公式(4)Z＝jZ1tan[βl](4)其中，Z1为TL1的特征阻抗，其他如上式，因此代入电长度的条件可得三次谐波阻抗为无穷。现有技术二次谐波控制原理如下：微带线TL3终端短路，其电长度为四分之一波长，将四分之一波长的微带线看成两个八分之一波长相加。对于第一段终端短路的八分之一波长微带线利用公式(4)可得其另一端阻抗为无穷，此时，另一段八分之一波长微带线对二次谐波而言即视为终端开路，同时利用公式(3)可得其阻抗为0。因此，实现了二次谐波短路。同理，当对四次、五次等高次谐波进行控制时，按照传统谐波控制理论，需要增加相应的谐波控制电路，这势必将增加电路的复杂度。因此，如何以更简洁的电路拓扑结构实现F类功率放大器对高次谐波的控制是一个亟待解决的问题。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新型高次谐波控制网络，通过简洁明了的电路拓扑结构，实现对所有偶次谐波阻抗短路，三次和五次谐波阻抗开路，从而提高F类功率放大器的输出功率和效率。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：一种新型高次谐波控制网络，包括第四微带线TL4和第五微带线TL5，所述第四微带线TL4为终端开路微带线，电长度为1/8波长，所述第五微带线TL5为终端短路微带线，电长度为1/8波长；其中，功放管输出端与所述第四微带线TL4和所述第五微带线TL5的一端相连接，所述第四微带线TL4的另一端开路，所述第五微带线TL5的另一端接地。优选地，对于终端开路微带线TL4，根据阻抗变换的周期特性以及终端开路阻抗变换公式，可得4n-2次谐波阻抗变换公式如下：其中，Z4是微带线TL4的特征阻抗，f4n-2是4n-2次谐波，f0为基波；当n取1,2,3…时可得在谐波为2、6、10…次时，依据公式(1)可得其阻抗为0。3、根据权利要求1所述的新型高次谐波控制网络，其特征在于，对于终端短路微带线TL5，根据阻抗变换的周期特性以及终端短路阻抗变换公式，总结可得4n次谐波阻抗变换公式如下：其中，Z5是微带线TL5的特征阻抗，f4n是4n次谐波，f0为基波；当n取1,2,3…时可得在谐波为4、8、12…次时，依据公式(2)可得其阻抗为0。优选地，还包括第六微带线TL6和第七微带线TL7，用于控制三次谐波阻抗，其中，功放管输出端与第六微带线TL6的一端和第四微带线TL4的一端相连接，第四微带线TL4的一端开路；所述第六微带线TL6的的另一端与所述第七微带线TL7的一端和第五微带线TL5的一端相连接作为合路点B，并共同与后级电路相连接，所述第七微带线TL7的另一端开路，所述第五微带线TL5的一端接地。优选地，第六微带线TL6的长度为1/12波长，第七微带线TL7的长度为1/12波长。优选地，还包括第八微带线TL8和第九微带线TL9，用于控制五次谐波阻抗，其中，所述第八微带线TL8的一端与合路点B相连接，所述第八微带线TL8的的另一端与所述第六微带线TL9的一端相连接并与基波匹配网络相连接，所述第九微带线TL9的另一端开路。优选地，所述第八微带线TL8的长度为1/20波长，所述第九微带线TL9的长度为1/20波长。相对于现有技术，本专利技术提供的一种新型高次谐波控制网络，通过简洁明了的电路拓扑结构，实现对所有偶次谐波阻抗短路，三次和五次谐波阻抗开路，最终使得功放输出的电流波形更加接近为半正弦波，电压波形更加接近为方波，同时使得输出信号中谐波带有的能量更少。在保证功率放大器的整体面积较小的情况下，从而有效的提高了整个F类功率放大器的基波信号的输出功率和工作效率。附图说明图1为现有技术谐波控制网络拓扑图；图2为本专利技术提出的所有偶数次谐波控制网络拓扑图；图3为本专利技术一种新型高次谐波控制网络的拓扑图；图4为对图3谐波控制网络拓扑的仿真效果图。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。针对现有技术存在的缺陷，申请人对现有技术中F类功率放大器的谐波控制网络进行深入的研究，按照谐波控制理论，各次谐波的控制均需要相应的谐波控制电路，对于更高次谐波的控制，意味着需要设计非常庞大的控制电路，就现实情况而言，可行性不高。因为以扩大电路版图为代价实现高次谐波控制，对于效率和功率的提升是得不偿失的。因此，现有技术一般只对三次以内的谐波进行控制，常用拓扑结构如图1所示。按照现有理论可知，所有的偶次谐波频率均是二次谐波频率的倍数，因此，所有偶次谐波阻抗均呈现一定的周期在变化。幸运的是，申请人在研究中发现，利用这种周期性变化的规律，通过使用特定电长度的微带线，便可以实现控制所有的偶次谐波。为此，申请人总结出阻抗变换的一套公式并提出一种新的拓扑电路，在一定程度上弥补了高次谐波控制的难题。参见图2，所示为偶次谐波控制网络拓扑图。其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高次谐波控制网络，其特征在于，包括第四微带线TL4和第五微带线TL5，所述第四微带线TL4为终端开路微带线，电长度为1/8波长，所述第五微带线TL5为终端短路微带线，电长度为1/8波长；其中，功放管输出端与所述第四微带线TL4和所述第五微带线TL5的一端相连接，所述第四微带线TL4的另一端开路，所述第五微带线TL5的另一端接地。

【技术特征摘要】
1.一种新型高次谐波控制网络，其特征在于，包括第四微带线TL4和第五微带线TL5，所述第四微带线TL4为终端开路微带线，电长度为1/8波长，所述第五微带线TL5为终端短路微带线，电长度为1/8波长；其中，功放管输出端与所述第四微带线TL4和所述第五微带线TL5的一端相连接，所述第四微带线TL4的另一端开路，所述第五微带线TL5的另一端接地。2.根据权利要求1所述的新型高次谐波控制网络，其特征在于，对于终端开路微带线TL4，根据阻抗变换的周期特性以及终端开路阻抗变换公式，可得4n-2次谐波阻抗变换公式如(1)：其中，Z4是微带线TL4的特征阻抗，f4n-2是4n-2次谐波，f0为基波；当n取1,2,3…时可得在谐波为2、6、10…次时，依据公式(1)可得其阻抗为0。3.根据权利要求1所述的新型高次谐波控制网络，其特征在于，对于终端短路微带线TL5，根据阻抗变换的周期特性以及终端短路阻抗变换公式，总结可得4n次谐波阻抗变换公式如(2)：

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，轩雪飞，刘国华，
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