一种具有谐波抑制能力的微带功率放大器制造技术

本发明专利技术提供一种微带功率放大器，具有突出的带外谐波抑制能力，从而有效得减小元件尺寸。实施例测试结果表明：带外可以实现超过4次谐波的抑制，抑制程度超过55dB；最大附加效率为62％，最大输出功率为40.5dBm，附加效率大于60％的带宽可以达到100MHz。该微带功率放大器具有性能优越、尺寸小等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有谐波抑制能力的微带功率放大器
本专利技术属于通信
，具体涉及一种具有谐波抑制能力的微带功率放大器。
技术介绍
功率放大器是射频发射系统中的主要部分。信号经过射频功率放大器，获得足够大的射频输出功率，才能馈送到天线发射出去。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。此外，其输出中的谐波分量应该尽可能小，以避免对其它系统产生干扰。在射频/微波等较高频段内，基于集总参数元件实现的功率放大器受限于器件难以实现。微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，是应用广泛的一类高频传输线。微带线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。因此，在射频/微波等较高频段内，基于微带的功率放大器是一种重要的实现形式。
技术实现思路
为了克服传统的微带功率放大器的谐波抑制能力不足的缺点。本专利技术提供了一种新型的微带功率放大器，能够实现良好的谐波抑制功能。与现有的同类功率放大器相比，具有谐波抑制较好、尺寸减小等优点。本专利技术所述的微带功率放大器拓扑结构如图1所示，其特征在于：输入信号通过输入端口(In)馈入，输入端口(In)通过第一电容(C1)连接到第一微带传输线节(1)，第一微带传输线节(1)通过电阻(R1)和第二电容(C2)的并联连接到第二微带传输线节(2)，第二微带传输线节(2)连接到第三微带传输线节(3),第三微带传输线节(3)连接到第四微带传输线节(4)，第四微带传输线节(4)连接到晶体管(T)左侧；栅极电压(Vgs)通过并联第四电容(C4)、第五电容(C5)和第六电容(C6)，连接到第八微带传输线节(8)，第八微带传输线节(8)再连接到第二微带传输线节(2)与第三微带传输线节(3)之间；晶体管(T)右侧连接第五微带传输线节(5)，第五微带传输线节(5)连接到第六微带传输线节(6)，第六微带传输线节(6)连接到第七微带传输线节(7)，第七微带传输线节(7)通过第三电容(C3)连接到第十微带传输线节(10)，第十微带传输线节(10)连接到第十一微带传输线节(11)；第十一微带传输线节(11)连接到第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节，第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节一端接地，另外一端连接第十二微带传输线节(12)，第一微带平行耦合线节(P1)的右边线节一端开路，另外一端连接第十三微带传输线节(13)；第十三微带传输线节(13)连接了第十四微带传输线节(14)，同时连接第十五微带传输线节(15)；第十五微带传输线节(15)连接到第二微带平行耦合线节(P2)的左边线节一端，左边线节的另外一端开路，第二微带平行耦合线节(P2)的右边线节一端短路，另外一端连接第十六微带传输线节(16)，同时右边线节连接第十七微带传输线节(17)；第十七微带传输线节(17)连接第十八微带传输线节(18)，第十八微带传输线节(18)连接到输出端口(Out)；漏极电压(Vds)通过并联第七电容(C7)、第八电容(C8)和第九电容(C9)，连接到第九微带传输线节(9)，第九微带传输线节(9)再连接到第五微带传输线节(5)与第六微带传输线节(6)之间。图1所示的微带功率放大器所包含的部分匹配网络结构，如图2所示。为了简化分析图2中的部分匹配网络结构，采用图3所示的近似结构来进行等效分析。其中，YS和YL分别表示从所示方向看进去的输入导纳，Z0和θ0表示第十一微带传输线节(11)的特征阻抗和电长度，Z1e、Z1o和θ1表示第一微带平行耦合线节(P1)的偶模和奇模阻抗以及电长度，Z2和θ2表示第十二微带传输线节(12)的特征阻抗和电长度，Z3和θ3表示第十三微带传输线节(13)的特征阻抗和电长度，Z4和θ4表示第十四微带传输线节(14)的特征阻抗和电长度，Z5和θ5表示第十五微带传输线节(15)的特征阻抗和电长度，Z6e、Z6o和θ6表示第二微带平行耦合线节(P2)的偶模和奇模阻抗以及电长度，Z7和θ7表示第十六微带传输线节(16)的特征阻抗和电长度，Z8和θ8表示第十七微带传输线节(17)的特征阻抗和电长度；这些参数统称为电参数。图3中的近似结构用图4中的集总参数等效电路来进行等效。进而，用图4中的集总参数等效电路来近似等效图2中的部分匹配网络结构。其中，L′1、L2、L3和L′4是电感；C′1、C2、C3和C′4是电容；Js1和JL4是导纳倒置器；K12、K23和K34是阻抗倒置器，且K12＝1/(ωC12)，K23＝ωL23-1/(ωC23)，K34＝1/(ωC34)，L23是电感，C12和C34是电容，ω是复频率变量。图4中集总参数等效电路的连接关系为：第一导纳倒置器(Js1)并联第一电感(L′1)和第一电容(C′1)，再与第二导纳倒置器(Js1)级联，第二导纳倒置器(Js1)与第一阻抗倒置器(K12)级联；第一阻抗倒置器(K12)串联第二电感(L2)和第二电容(C2)，再与第二阻抗倒置器(K23)级联；第二阻抗倒置器(K23)串联第三电感(L3)和第三电容(C3)，再与第三阻抗倒置器(K34)级联；第三阻抗倒置器(K34)与第三导纳倒置器(JL4)级联，第三导纳倒置器(JL4)并联第四电感(L′4)和第四电容(C′4)，再与第四导纳倒置器(JL4)级联。图3中近似结构的电参数与图4中集总参数等效电路的元件值之间的关系，称之为等效关系，通过以下公式描述：计算步骤为：①由YS、Z0和JS1，通过公式(1)计算得到θ0。②在角频率处，θ1+θ2＝π/2，用公式(2)确定Z1e+Z1o；通过公式(3)求得Z1e-Z1o，从而分别确定Z1e和Z1o。③通过公式(4)确定Z2；通过公式(5)确定Z3，在角频率处，θ1+θ3＝π/2。④通过公式(6)确定Z4；在频率处，θ4＝π/2。⑤由YL、Z8和JL4，通过公式(7)计算得到θ8。⑥在角频率处，θ6+θ7＝π/2，用公式(8)确定Z6e+Z6o；通过公式(9)求得Z6e-Z6o，从而分别确定Z6e和Z6o。⑦通过公式(10)确定Z7；通过公式(11)确定Z5，在角频率处，θ5+θ6＝π/2。本专利技术所述的微带功率放大器的有益效果是：可以保证一定效率和带宽的前提下，具有突出的谐波抑制能力；尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。附图说明图1：微带功率放大器结构示意图；图2：微带功率放大器所包含的部分匹配网络结构示意图；图3：部分匹配网络结构的近似结构示意图；图4：集总参数等效电路示意图；图5：实施例一的仿真结果对比图；图6：实施例二的标注示意图；图7：实施例二的小信号测试结果图；图8：当输入功率一定时，实施例二的输出功率和附加效率随频率变化图；图9：当输入功率变化时，实施例二的输出功率、增益和功率附加效率测试结果图。具体实施方式为了体现本专利技术的创造性和新颖性，下面借助于实施例进行深入技术方案的实施和效果。在分析过程中，将结合附图和具体实施例进行阐述，但本专利技术的实施方式不限于此。不失一般性，实施例选用一款常用微带基片，其相对介电常数为3.66，基片厚度为0.508mm。实施例一用于验证图4中集总参数等效电路与图2中部分匹配网络结构之间的等效性。不失一般性，当图4中集总参数等效电路的元件值为：JS1＝JL4＝0.0112S，L′1＝L′4＝2.6864·10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微带功率放大器，其特征在于：输入信号通过输入端口(In)馈入，输入端口(In)通过第一电容(C1)连接到第一微带传输线节(1)，第一微带传输线节(1)通过电阻(R1)和第二电容(C2)的并联连接到第二微带传输线节(2)，第二微带传输线节(2)连接到第三微带传输线节(3),第三微带传输线节(3)连接到第四微带传输线节(4)，第四微带传输线节(4)连接到晶体管(T)左侧；栅极电压(Vgs)通过并联第四电容(C4)、第五电容(C5)和第六电容(C6)，连接到第八微带传输线节(8)，第八微带传输线节(8)再连接到第二微带传输线节(2)与第三微带传输线节(3)之间；晶体管(T)右侧连接第五微带传输线节(5)，第五微带传输线节(5)连接到第六微带传输线节(6)，第六微带传输线节(6)连接到第七微带传输线节(7)，第七微带传输线节(7)通过第三电容(C3)连接到第十微带传输线节(10)，第十微带传输线节(10)连接到第十一微带传输线节(11)；第十一微带传输线节(11)连接到第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节，第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节一端接地，另外一端连接第十二微带传输线节(12)，第一微带平行耦合线节(P1)的右边线节一端开路，另外一端连接第十三微带传输线节(13)；第十三微带传输线节(13)连接了第十四微带传输线节(14)，同时连接第十五微带传输线节(15)；第十五微带传输线节(15)连接到第二微带平行耦合线节(P2)的左边线节一端，左边线节的另外一端开路，第二微带平行耦合线节(P2)的右边线节一端短路，另外一端连接第十六微带传输线节(16)，同时右边线节连接第十七微带传输线节(17)；第十七微带传输线节(17)连接第十八微带传输线节(18)，第十八微带传输线节(18)连接到输出端口(Out)；漏极电压(Vds)通过并联第七电容(C7)、第八电容(C8)和第九电容(C9)，连接到第九微带传输线节(9)，第九微带传输线节(9)再连接到第五微带传输线节(5)与第六微带传输线节(6)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种微带功率放大器，其特征在于：输入信号通过输入端口(In)馈入，输入端口(In)通过第一电容(C1)连接到第一微带传输线节(1)，第一微带传输线节(1)通过电阻(R1)和第二电容(C2)的并联连接到第二微带传输线节(2)，第二微带传输线节(2)连接到第三微带传输线节(3),第三微带传输线节(3)连接到第四微带传输线节(4)，第四微带传输线节(4)连接到晶体管(T)左侧；栅极电压(Vgs)通过并联第四电容(C4)、第五电容(C5)和第六电容(C6)，连接到第八微带传输线节(8)，第八微带传输线节(8)再连接到第二微带传输线节(2)与第三微带传输线节(3)之间；晶体管(T)右侧连接第五微带传输线节(5)，第五微带传输线节(5)连接到第六微带传输线节(6)，第六微带传输线节(6)连接到第七微带传输线节(7)，第七微带传输线节(7)通过第三电容(C3)连接到第十微带传输线节(10)，第十微带传输线节(10)连接到第十一微带传输线节(11)；第十一微带传输线节(11)连接到第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节，第一微带平行耦合线节(P1)的左边线节一端接地，另外一端连接第十二微带传输线节(12)，第一微带平行耦合线节(P1)的右边线节一端开路，另外一端连接第十三微带传输线节(13)；第十三微带传输线节(13)连接了第十四微带传输线节(14)，同时连接第十五微带传输线节(15)；第十五微带传输线节(15)连接到第二微带平行耦合线节(P2)的左边线节一端，左边线节的另外一端开路，第二微带平行耦合线节(P2)的右边线节一端短路，另外一端连接第十六微带传输线节(16)，同时右边线节连接第十七微带传输线节(17)；第十七微带传输线节(17)连接第十八微带传输线节(18)，第十八微带传输线节(18)连接到输出端口(Out)；漏极电压(Vds)通过并联第七电容(C7)、第八电容(C8)和第九电容(C9)，连接到第九微带传输线节(9)，第九微带传输线节(9)再连接到第五微带传输线节(5)与第六微带传输线节(6)之间。2.根据权利要求1所述的微带功率放大器，在通带右侧具有一个传输零点。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，亓孝博，吴超超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51