一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，包括输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、高效谐波控制E类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络。本发明专利技术采用基于自偏结构的二堆叠晶体管结构，并结合了高效谐波控制E类输出匹配网络，使得电路具有高效率、高增益、高功率输出能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器
本专利技术属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路
，具体涉及一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器的设计。
技术介绍
随着现代军用、民用通信技术的发展，射频前端发射机也向小型化、高效率、高增益、高功率输出的方向发展。因此市场迫切的需求小型化、高效率、高增益、高功率的功率放大器。然而，在传统高效率功率放大器的设计中，一直存在一些设计难题，主要体现在小型化、高效率指标相互制约：为了保证放大器的高效率工作，晶体管要工作在过驱动模式下，类似于开关状态，但是过驱动开关功率放大器的谐波阻抗控制单元往往需要占据较大的电路尺寸，这影响了电路小型化的指标。常见的高效率功率放大器的电路结构有很多，最典型的是传统AB类、C类，开关型D类、E类、F类功率放大器等，但是，这些高效率放大器仍然存在一些不足，主要体现在：传统AB类放大器理论极限效率为78.5％，相对较低；C类放大器极限效率为100％，但是功率输出能力较低；开关型D类、E类、F类功率放大器等需要依赖精确的谐波阻抗控制，或者严格的阻抗匹配条件，这些控制和条件往往需要占据较大的电路尺寸。除此之外，现有高效率场效应管功率放大器往往是基于单个共源晶体管实现的，受到单个晶体管的限制，功率输出能力和功率增益能力都相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，利用自偏置晶体管堆叠技术以及高效率谐波控制E类匹配技术，实现高效率、高增益、高功率输出特性。本专利技术的技术方案为：一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，包括输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、高效谐波控制E类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；输入基波匹配网络的输入端为整个高效率E类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；高效谐波控制E类输出匹配网络的输出端为整个高效率E类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；栅极供电偏置网络与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及高效谐波控制E类输出匹配网络连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用基于自偏结构的二堆叠晶体管结构，并结合了高效谐波控制E类输出匹配网络，使得电路具有高效率、高增益、高功率输出能力。输入基波匹配网络包括微带线TL1，微带线TL1的一端为输入基波匹配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端以及接地电容C1连接，微带线TL2的另一端分别与电容C3的一端以及接地电容C2连接，电容C3的另一端为输入基波匹配网络的输出端。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术采用的输入基波匹配网络能够实现对射频输入的基波信号进行阻抗匹配。二堆叠自偏置功率放大网络包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管Md2和底层晶体管Md1；底层晶体管Md1的源极接地，其栅极与微带线TL4的一端连接，微带线TL4的另一端为二堆叠自偏置功率放大网络的输入端；顶层晶体管Md2的漏极为二堆叠自偏置功率放大网络的输出端，其栅极与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及接地电容C7连接，电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R5连接，电阻R4的另一端与漏极供电偏置网络连接；底层晶体管Md1的漏极和顶层晶体管Md2的源极之间通过微带线TL5连接，顶层晶体管Md2的源极与微带线TL5的连接节点还与微带线TL6的一端连接，微带线TL6的另一端与接地电容C6连接。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术的核心架构采用的二堆叠放大网络，可以帮助现有高效率开关功率放大器提升功率容量和功率增益。并且本专利技术采用的二堆叠自偏置功率放大网络加入了自偏置结构，同时不需要额外的堆叠栅极偏置电压，大大简化了堆叠结构的外围栅极供电结构。微带线TL6及接地电容C6用于实现高效率E类堆叠功率放大器在晶体管堆叠间的漏极电压波形整形，使得放大器开关从“on”到“off”的瞬间，漏极电压近似为零；从“off”到“on”的瞬间，漏极电压波形的斜率近似为零。栅极供电偏置网络包括微带线TL3，微带线TL3的一端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，其另一端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端分别与接地电容C4、接地电容C5以及低压偏置电源VG连接。上述进一步方案的有益效果是：栅极供电偏置网络能够对二堆叠自偏置功率放大网络中的底层晶体管Md1起到良好的栅极供电及偏置作用。高效谐波控制E类输出匹配网络包括依次串联的微带线TL7、电容C10、微带线TL9、微带线TL12和微带线TL15，微带线TL7未连接电容C10的一端为高效谐波控制E类输出匹配网络的输入端，微带线TL15未连接微带线TL12的一端为高效谐波控制E类输出匹配网络的输出端；微带线TL7与电容C10的连接节点还与漏极供电偏置网络连接，电容C10和微带线TL9的连接节点还连接有接地微带线TL8，微带线TL9和微带线TL12的连接节点还连接有开路微带线TL10和开路微带线TL11，微带线TL12和微带线TL15的连接节点还连接有开路微带线TL13和开路微带线TL14。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术采用的基于精确谐波控制高效率E类匹配架构可以使得电路实现近似于E类工作状态的“on”与“off”之间的波形整形，从而实现高功率及高效率指标，并且电路尺寸较小。漏极供电偏置网络包括微带线TL16，微带线TL16的一端连接于微带线TL7和电容C10的连接节点，其另一端分别与接地电容C8、接地电容C9、电阻R4以及高压偏置电源VD连接。上述进一步方案的有益效果是：漏极供电偏置网络能够对二堆叠自偏置功率放大网络中的顶层晶体管Md2起到良好的漏极供电及偏置作用。附图说明图1所示为本专利技术实施例提供的一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器原理框图。图2所示为本专利技术实施例提供的一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器电路图。具体实施方式现在将参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本专利技术的原理和精神，而并非限制本专利技术的范围。本专利技术实施例提供了一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，如图1所示，包括输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、高效谐波控制E类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；输入基波匹配网络的输入端为整个高效率E类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；高效谐波控制E类输出匹配网络的输出端为整个高效率E类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；栅极供电偏置网络与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及高效谐波控制E类输出匹配网络连接。如图2所示，输入基波匹配网络包括微带线TL1，微带线TL1的一端为输入基波匹配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端以及接地电容C1连接，微带线TL2的另一端分别与电容C3的一端以及接地电容C2连接，电容C3的另一端为输入基波匹配网络的输出端。二堆叠自偏置功率放大网络包括按照源极-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、高效谐波控制E类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；所述输入基波匹配网络的输入端为整个所述高效率E类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；所述高效谐波控制E类输出匹配网络的输出端为整个所述高效率E类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；所述栅极供电偏置网络与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，所述漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及高效谐波控制E类输出匹配网络连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于精确谐波控制的高效率E类堆叠功率放大器，其特征在于，包括输入基波匹配网络、二堆叠自偏置功率放大网络、高效谐波控制E类输出匹配网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；所述输入基波匹配网络的输入端为整个所述高效率E类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；所述高效谐波控制E类输出匹配网络的输出端为整个所述高效率E类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与二堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；所述栅极供电偏置网络与二堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接，所述漏极供电偏置网络分别与二堆叠自偏置功率放大网络以及高效谐波控制E类输出匹配网络连接。2.根据权利要求1所述的高效率E类堆叠功率放大器，其特征在于，所述输入基波匹配网络包括微带线TL1，所述微带线TL1的一端为输入基波匹配网络的输入端，其另一端分别与微带线TL2的一端以及接地电容C1连接，所述微带线TL2的另一端分别与电容C3的一端以及接地电容C2连接，所述电容C3的另一端为输入基波匹配网络的输出端。3.根据权利要求1所述的高效率E类堆叠功率放大器，其特征在于，所述二堆叠自偏置功率放大网络包括按照源极-漏极相连堆叠构成的顶层晶体管Md2和底层晶体管Md1；所述底层晶体管Md1的源极接地，其栅极与微带线TL4的一端连接，所述微带线TL4的另一端为二堆叠自偏置功率放大网络的输入端；所述顶层晶体管Md2的漏极为二堆叠自偏置功率放大网络的输出端，其栅极与电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端分别与电阻R3的一端以及接地电容C7连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端以及接地电阻R5连接，所述电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：童伟，邬海峰，滑育楠，陈依军，胡柳林，吕继平，王测天，
申请(专利权)人：成都嘉纳海威科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51