一种高效率宽频功率放大器及射频收发机制造技术

本发明专利技术公开了一种高效率宽频功率放大器及射频收发机，包括输入端口、宽频输入匹配电路、输入宽频直流偏置电路、功率放大晶体管、输出宽频直流偏置电路、低通滤波网络、辅助匹配传输线及输出负载；所述输入端口与宽频输入匹配电路的一端连接，其另一端与功率放大晶体管的栅极连接，所述功率放大晶体管的漏极分别与输出宽频直流偏置电路及低通滤波网络的一端连接，所述低通滤波网络的另一端、辅助匹配传输线及输出负载依次连接，所述输入宽频直流偏置电路与宽频输入匹配电路连接，所述功率放大晶体管的源极接地。本发明专利技术能够在很宽的频带范围内工作，适应多种通信频段，尺寸小、效率高等多种性能，适用于许多射频系统中。

A high efficiency broadband power amplifier and RF transceiver

【技术实现步骤摘要】
一种高效率宽频功率放大器及射频收发机
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种高效率宽频功率放大器及射频收发机。
技术介绍
随着当前4G-LTE系统的部署和将来5G系统的推动，下一代无线通信系统需要工作在多个通信标准和通信频段以应对不同的应用场景。支持多模多频工作的通信系统也能极大的节省企业研发、更换和维护大量设备的成本。功率放大器是射频收发机中的关键组成部分，高效率是功率放大器的重要指标，因为它占基站能耗的40％-60％，其效率的提高将极大的延长设备电池的使用寿命，另一方面，在基站设备中功耗的降低将减小资源的消耗和二氧化碳的排放。高效率的宽频功率放大器在与未来无限通信标准的潜在兼容性方面具有很好地可拓展性，因此高效率宽频功放具有很重要的研究价值。近年来，针对如何设计宽频功率放大器，学术界提出了一些解决方案，例如使用实频技术来实现宽频匹配网络，但是实频技术在带宽超过一倍频时实现困难，不仅如此所产生的网路也可能不满足实际的加工需求。此外，还有学者提出了切比雪夫低通滤波网络作用宽频功率放大器输入输出匹配网络，但是，这种方法所产生的滚降过于平缓，不利于抑制谐波。为了解决上述问题，有学者改进切比雪夫低通滤波网络使之形成椭圆型滤波响应，因此提高了谐波抑制效果。但是整个工作频段的阻抗匹配只是基于一个频点的阻抗，因此带宽只能限制在一个倍频内。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供一种高效率宽频功率放大器，本专利技术是基于低通滤波匹配网络，通过使用四分之一波长和半波长开路枝节可以产生椭圆型滤波响应并且能够实现超过2倍频的工作带宽以及超过3次谐波的宽频谐波抑制效果。本专利技术的另一个目的是提供一种射频收发机。本专利技术采用如下技术方案：一种高效率宽频功率放大器，包括输入端口、宽频输入匹配电路、输入宽频直流偏置电路、功率放大晶体管、输出宽频直流偏置电路、低通滤波网络、辅助匹配传输线及输出负载；所述输入端口与宽频输入匹配电路的一端连接，其另一端与功率放大晶体管的栅极连接，所述功率放大晶体管的漏极分别与输出宽频直流偏置电路及低通滤波网络的一端连接，所述低通滤波网络的另一端、辅助匹配传输线及输出负载依次连接，所述输入宽频直流偏置电路与宽频输入匹配电路连接，所述功率放大晶体管的源极接地。所述宽频输入匹配网络包括依次连接的第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线及第七微带线。所述低通滤波网络具有椭圆型滤波响应，包括两个四分之一波长的开路枝节、一段微带线及一个半波长的开路枝节，所述两个四分之一波长的开路枝节并联，再串联一段微带线后，与半波长的开路枝节并联。所述半波长的开路枝节通过阶跃型阻抗来实现。所述输入宽频直流偏置电路及输出宽频直流偏置电路的结构及尺寸相同。所述输入宽频直流偏置电路及输出宽频直流偏置电路均包括一段等效四分之一波长的微带线、两个旁路电容以及两个扇形枝节，所述两个旁路电容及两个扇形枝节并联连接后与一段四分之一波长微带线串联。所述辅助匹配传输线的长度和宽度由所述功率放大器的最佳阻抗匹配点决定。所述等效四分之一波长的微带线通过阶跃阻抗实现。所述低通滤波网络中一段串联微带线以及四分之一波长的开路枝节的宽度由所述宽频功率放大器的带外抑制决定。一种射频收发机，包括权利要求1-9任一项所述的高效率宽频功率放大器。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术阻抗匹配带宽宽，相比传统宽频匹配方案，本专利技术能够通过更为简单的结构实现超过2倍频的带宽；(2)本专利技术谐波抑制效果好，相比于传统的切比雪夫低通匹配网络的平缓滚降，本专利技术通过宽频偏置电路实现更加陡峭的滚降，从而实现更好的谐波抑制，谐波抑制效果。附图说明图1是本专利技术一种基于低通滤波匹配网络的高效率宽频功率放大器的结构示意图；图2是本专利技术的测试的漏极效率和增益分别在0.8、1.3、1.8、2.3、2.8GHz随输出功率变化结果图；图3是本专利技术的输出功率、增益和漏极效率在整个频带的测试结果图。图4是本专利技术的测试与仿真的输出功率随频率变化的结果。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1及图2所示，一种高效率宽频功率放大器，包括输入端口、宽频输入匹配电路、宽频直流偏置电路、功率放大晶体管、低通滤波网络及辅助匹配传输线，所述宽频直流偏置电路包括输入宽频直流偏置电路及输出宽频直流偏置电路。所述输入端口与宽频输入匹配电路的一端连接，其另一端与功率放大晶体管的栅极连接，所述功率放大晶体管的漏极分别与输出宽频直流偏置电路及低通滤波网络的一端连接，所述低通滤波网络的另一端、辅助匹配传输线及输出负载依次连接，所述输入宽频直流偏置电路与宽频输入匹配电路连接，所述功率放大晶体管的源极接地。本实施例中所述波长均是指工作频带的中心频率的波长。所述宽频输入匹配电路由依次连接的第三微带线3、第四微带线4、第五微带线5、第六微带线6及第七微带线7构成，所述第三微带线通过第一电容C1通过第二微带线2与输入端口1连接。所述宽频输入匹配电路中的微带线的宽度和长度有实际牵引得到的最佳源阻抗得到，所述第七微带线的另一端与功率放大晶体管T的栅极连接。所述输入宽频直流偏置电路及输出宽频直流偏置电路的结构尺寸均相同。所述输入宽频直流偏置电路连接在第六微带线及第七微带线之间，包括一段等效四分之一波长的微带线、两个旁路电路以及两个扇形枝节，所述两个旁路电容及两个扇形枝节并联连接后与一段等效四分之一波长的微带线串联，本实施例的实现方式：包括第九微带线9、第十微带线10、第二旁路电容C2、第三旁路电容C3、第一扇形枝节11、第二扇形枝节12及第十三微带线13，所述第九微带线及第十微带线构成等效四分之一波长线，该微带线通过阶跃阻抗实现，具体连接方式为：第九微带线的一端与第六及第七微带线之间连接，其另一端与第十微带线的一端串联连接，所述第十微带线的另一端分别与第一旁路电容C2、第一扇形枝节11、第二扇形枝节12连接，所述第一旁路电容C2的另一端接地，所述第十三微带线的另一端分别与第一旁路电容C2、第一扇形枝节11、第二扇形枝节12连接，其另一端分别与第二旁路电容C3及电压VG连接，其中VG为-3.1V。所述输出宽频直流偏置电路分别与第十四微带线14的一端及第二十微带线20的一端连接，所述第十四微带线的另一端与功率放大晶体管的漏极连接，所述功率放大晶体管的源极接地，其中第十四微带线及第二十微带线起到调整谐波阻抗的作用，其长度和宽度由功率放大晶体管的最佳二次谐波阻抗匹配点决定。所述输出宽频直流偏置电路包括一段等效四分之一波长的微带线、两个旁路电路以及两个扇形枝节，所述两个旁路电容及两个扇形枝节并联连接后与一段四分之一波长微带线串联，其中等效四分之一波长的线通过阶跃阻抗来实现(第十五微带线和第十六微带线)，并且在通带右侧引入零点来实现更为陡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效率宽频功率放大器，其特征在于，包括输入端口、宽频输入匹配电路、输入宽频直流偏置电路、功率放大晶体管、输出宽频直流偏置电路、低通滤波网络、辅助匹配传输线及输出负载；/n所述输入端口与宽频输入匹配电路的一端连接，宽频输入匹配电路另一端与功率放大晶体管的栅极连接，所述功率放大晶体管的漏极分别与输出宽频直流偏置电路及低通滤波网络的一端连接，所述低通滤波网络的另一端、辅助匹配传输线及输出负载依次连接，所述输入宽频直流偏置电路与宽频输入匹配电路连接，所述功率放大晶体管的源极接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效率宽频功率放大器，其特征在于，包括输入端口、宽频输入匹配电路、输入宽频直流偏置电路、功率放大晶体管、输出宽频直流偏置电路、低通滤波网络、辅助匹配传输线及输出负载；
所述输入端口与宽频输入匹配电路的一端连接，宽频输入匹配电路另一端与功率放大晶体管的栅极连接，所述功率放大晶体管的漏极分别与输出宽频直流偏置电路及低通滤波网络的一端连接，所述低通滤波网络的另一端、辅助匹配传输线及输出负载依次连接，所述输入宽频直流偏置电路与宽频输入匹配电路连接，所述功率放大晶体管的源极接地。


2.根据权利要求1所述的一种高效率宽频功率放大器，其特征在于，所述宽频输入匹配网络包括依次连接的第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线及第七微带线。


3.根据权利要求1所述的一种高效率宽频功率放大器，其特征在于，所述低通滤波网络具有椭圆型滤波响应，包括两个四分之一波长的开路枝节、一段微带线及一个半波长的开路枝节，所述两个四分之一波长的开路枝节并联，再串联一段微带线后，与半波长的开路枝节并联。


4.根据权利要求3所述的一种高效率宽频功率放大器，其特征在于，所述半波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：章秀银，陈航，徐金旭，孔志华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44