The invention discloses a design method of a broadband high efficiency class J power amplifier, which comprises an input matching network, a power amplifier, an output matching network, a gate bias network and a drain power supply network. The invention proposes a new objective function, which can control both the fundamental impedance and the second harmonic impedance at the same time; proposes a two-dimensional optimization method, in which the width and length of the transmission line are taken as optimization variables, and the synthesized fundamental impedance and the second harmonic impedance in the working frequency band are close to each other and change with the change of the objective impedance value, thus increasing the matching flexibility and enhancing the matching The wide-band characteristics and efficiency characteristics of class J power amplifier can be better enhanced. In the application background of high efficiency broadband power amplifier, the invention has the advantages of simple structure, flow-based design steps and wider applicability in accordance with the requirements of broadband high efficiency design method.
【技术实现步骤摘要】
一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法
本专利技术涉及射频微波通信领域，尤其涉及一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，各种电子设备之间的联系也变得更加密切。为了满足日益增加的高速宽带数据业务需求，同时也为了降低通信基站的运营成本，多模多制式的通信系统已经被广泛应用。这使得本就有限的频谱资源变得更加紧张，并且调制信号的带宽也变得越来越宽，尤其是即将到来的5G通信系统将需要更大的带宽，这些需求都对无线通信系统的带宽提出了更高的要求。作为无线通信系统的重要组成部分，功率放大器的宽带特性也成为了衡量功率放大器的重要指标。功率放大器的另一个重要指标是效率特性。作为无线通信系统中最耗能的部分，功率放大器的效率提升，对于减少整个系统的能耗、延长设备的运行时间并且减轻散热装置的压力都有着重要的影响，尤其是在提倡节能环保的今天，更是有着重要的意义。因此，能够兼顾宽带特性和高效率特性的功率放大器已经成为当今功率放大器领域的热点课题。目前宽带高效率功率放大器的常用设计方法之一就是J类功率放大器的设计，J类功率放大器能够在一个很大的带宽内实现高效率。宽带高效率J类功率放大器的特点是一般偏置在AB类或B类模式；对基波阻抗和二次谐波阻抗进行控制，假设三次及以上的高次谐波短路，并且基波阻抗含有感抗成分，二次谐波阻抗呈现纯容抗；电压和电流波形都呈现半正弦波，并且它们的波形在时域上不重叠。宽带高效率J类功率放大器的常规设计方法是预先选定宽带内中心频率处的基波阻抗和二次谐波阻抗作为匹配的...
【技术保护点】
1.一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法，该宽带高效率J类功率放大器包括输入匹配网络1、功率放大器2、输出匹配网络3、栅极偏置网络4、漏极供电网络5；/n所述输入匹配网络1包括顺序连接的第一串联传输线11、第二串联传输线12、第三串联传输线14、第四串联传输线15；第一并联短路传输线13的一端与第二串联传输线12的一端、第三串联传输线14的一端连接(即第一并联短路传输线13、第二串联传输线12、第三串联传输线14并联)，第一并联短路传输线13的另一端与栅极偏置网络4连接；第一串联传输线11的一端作为输入匹配网络1的输入端，另一端与第二串联传输线12的另一端连接；第四串联传输线15的一端作为输入匹配网络1的输出端，另一端与第三串联传输线14的另一端连接；该输入匹配网络1的输出端与功率放大器2的栅极连接；/n所述输出匹配网络3包括顺序连接的第五串联传输线31、第六串联传输线34；第二并联短路传输线32的一端与第五串联传输线31的一端、第六串联传输线34的一端、第三并联开路传输线33的一端连接(即第二并联短路传输线32、第五串联传输线31、第六串联传输线34、第三并联开路传输线33并联)，...
【技术特征摘要】
1.一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法，该宽带高效率J类功率放大器包括输入匹配网络1、功率放大器2、输出匹配网络3、栅极偏置网络4、漏极供电网络5；
所述输入匹配网络1包括顺序连接的第一串联传输线11、第二串联传输线12、第三串联传输线14、第四串联传输线15；第一并联短路传输线13的一端与第二串联传输线12的一端、第三串联传输线14的一端连接(即第一并联短路传输线13、第二串联传输线12、第三串联传输线14并联)，第一并联短路传输线13的另一端与栅极偏置网络4连接；第一串联传输线11的一端作为输入匹配网络1的输入端，另一端与第二串联传输线12的另一端连接；第四串联传输线15的一端作为输入匹配网络1的输出端，另一端与第三串联传输线14的另一端连接；该输入匹配网络1的输出端与功率放大器2的栅极连接；
所述输出匹配网络3包括顺序连接的第五串联传输线31、第六串联传输线34；第二并联短路传输线32的一端与第五串联传输线31的一端、第六串联传输线34的一端、第三并联开路传输线33的一端连接(即第二并联短路传输线32、第五串联传输线31、第六串联传输线34、第三并联开路传输线33并联)，第二并联短路传输线32的另一端与漏极供电网络5连接；第三并联开路传输线33的另一端开路；第五串联传输线31的另一端作为输出匹配网络3的输入端，第六串联传输线34的另一端作为输出匹配网络3的输出端；该输出匹配网络3的输入端与功率放大器2的漏极连接；
所述栅极偏置网络4包括栅极电源VGS，3个旁路电容C41-C43；其中栅极电源VGS一端连接第一并联短路传输线13，另一端与旁路电容C41的一端、旁路电容C42的一端、旁路电容C43的一端连接，旁路电容C41、C42、C43的另一端全部接地；
所述漏极供电网络5包括栅极电源VDS，3个旁路电容C51-C53；其中漏极电源VDS一端连接第二并联短路传输线32，另一端与旁路电容C51的一端、旁路电容C52的一端、旁路电容C53连接，旁路电容C51、C52、C53的另一端全部接地；
所述输入匹配网络1的输入端和输出匹配网络3的输出端均串联一个耦合电容C6；
其特征在于该方法具体是：
步骤1、按照设计指标，根据功率放大器2的器件模型，通过ADS软件进行谐波负载牵引仿真，在工作频带内获取功率放大器2的输入阻抗目标值Zopt,,s、基波阻抗目标值Zopt,1和二次谐波阻抗目标值Zopt,2；
步骤2、调试输出匹配网络3
S21、选择并确定输出匹配网络3的结构；
S22、根据由公式(1)-(3)可知，输出匹配网络3中的各传输线的ABCD矩阵，由于ABCD矩阵具有级乘特性，那么输出匹配网络3总的ABCD矩阵就可以由这四段传输线各自的ABCD矩阵级乘得到；
串联传输线(a)的ABCD矩阵为
其中θ是传输线的电长度；
并联开路传输线(b)的ABCD矩阵为
并联短路传输线(c)的ABCD矩阵为
式中Ze是传输线的特征阻抗，λ定义为
式中f为工作频率，传输线的长度是λ/8，fe是传输线的截止频率；
输出匹配网络3总的ABCD矩阵为
式中Z31、Z32、Z33和Z34分别是传输线31、32、33和34的特征阻抗并且作为优化变量，
λ31、λ32、λ33和λ34由公式(4)计算得到λ31＝j·tan(2πf/8/f31)，λ32＝j·tan(2πf/8/f32)，λ33＝j·tan(2πf/8/f33)，λ34＝j·tan(2πf/8/f34)，式中f为工作频带，每段传输线的长度...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈世昌，曾毛宁，徐魁文，赵鹏，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学温州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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