一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法，包括输入端口、输入匹配电路、PIN开关、栅极偏置电路、晶体管、漏极偏置电路、输出匹配电路和输出端口。其中，输入匹配网络的输入端和功率输入端相连接，而其输出端与晶体管的栅极连接，栅极偏置电路与栅极并联，漏极偏置电路与漏极并联，晶体管的漏极接输出匹配电路的输入端，输出匹配电路的输出端作为功率输出。本发明专利技术采用PIN开关，有效降低了在制版和性能测试时的实际操作难度，提出新型可重构理论，提高了功放整体的可行性，并且性能也有一定程度的改善。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法
本专利技术涉及射频电路设计领域，涉及提出一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法。
技术介绍
在过去的20年里，无线通信经过专利技术验证和飞速发展，到今天已经成为人类社会必不可缺的重要工具，诸如手机、蓝牙设备、无线局域网设备、卫星通信系统都是无线通信的重要应用，并已经融入人类日常生活的一部分。而功率放大器作为无线通信系统中的重要部分，在上行链路中是天线发射的最后一环，在下行链路中是天线接收的最后一环，必然要面对多频段多模式的工作环境的挑战。可重构功率放大器通过可重构器件的控制可以在不同的模式和频段下切换，结构简单，性能优异的可重构功率放大器可以推动无线通信系统更好的发展。目前，针对可重构功率放大器已经有了诸多报道。2018年，孔晓晓通过在输出端采用梳妆滤波器结果设计了一款工作在0.725GHz到1.225GHz的可重构连续性Doherty功率放大器。测试结果表现效率大于35％，增益大于9dB。总的来说，目前可重构功率放大器的设计比较复杂，可重构器件设计困难并且对电路影响较大，并且可重构功放的匹配电路结构比较单一而且可重构功放的调试比较困难。针对上述存在的技术问题，有必要进行研究和改进，以提供一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法，来解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于PIN开关的可重构功率放大器及其设计方法，通过改变输出匹配电路中PIN开关的工作状态来改变输出匹配电路网络的电路结构，从而实现可重构的功能，使功率放大器在不同模式和不同频段下具有良好的工作性能。为了进一步改善可重构功率放大器的性能，输入匹配电路也采用了同样的设计方式。为了克服现有技术的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：一种基于PIN开关的可重构功率放大器，包括输入端口、可重构输入匹配网络、栅极偏置网络、晶体管、PIN开关、漏极偏置网络、可重构输出匹配网络和输出端口；所述可重构输入匹配网络的输入端与输入端口相适应并连接，其输出端接所述晶体管栅极，所述栅极偏置电路与晶体管栅极并联；所述晶体管漏极与漏极偏置电路并联，晶体管漏极与可重构输出匹配网络的输入端相连接；所述可重构输入匹配电路包括干路微带线和可重构结构；所述干路微带线分别是连接输入端口、晶体管和偏置电路；所述干路微带线上接有若干个可重构结构；所述可重构结构由PIN开关和微带线串联而成；所述输出端口与所述可重构输出匹配电路相适应并连接。所述可重构输出匹配网络中包含了由PIN开关和微带线组成的可重构结构。所述可重构结构在可重构输入匹配和可重构输出匹配中的数量共4个，所述可重构结构可以实现1.75G和2.6G的切换。所述可重构输出匹配网络通过添加由PIN开关和可重构微带线组成的可重构结构来实现频段切换，包括PIN开关1、PIN开关2、第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5、第六微带线TL6和第七微带线TL7，其中，TL1、TL2、TL3、TL4为串联微带线，TL5、TL6和TL7为并联微带线；晶体管的漏极与第一微带线TL1相连接，第一微带线TL1的另一端与第二微带线TL2的一端和第五微带线TL5的一端相连接,第二微带线TL2的一端与第三微带线TL3的一端和PIN开关1的一端相连接，PIN开关1的另一端与第六微带线TL6相连，第三微带线TL3的另一端与第四微带线TL4的一端和PIN开关2的一端相连，PIN开关2的另一端与第七微带线TL7相连接；当PIN开关1闭合，PIN开关2打开时，此时第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第六微带线TL6共同构成匹配电路，而第七微带线TL7则不参与匹配，实现在1.75GHz的输出匹配；当PIN开关1打开，PIN开关2闭合时，此时第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第七微带线TL7共同构成匹配电路，而第六微带线TL6则不参与匹配，实现在2.6GHz的输出匹配。所述可重构输入匹配电路采用与可重构输出匹配结构相同；所述漏极偏置电路在给晶体管供电的同时，并要求在可重构功率放大器工作的频段上的损耗达到最低，漏极偏置电路包括第八微带线TL8、第九微带线TL9和第十微带线TL10和隔直电容C1，其中第八微带线TL8的一端与晶体管漏极相连，第八微带线TL8的另一端与第九微带线TL9和第十微带线TL10相连接，第九微带线TL9是并联开路微带线，第十微带线TL10的另一端与漏极电源相连接。所述栅极偏置电路采用与漏极偏置电路相同的电路结构。本专利技术还公开了一种基于PIN开关的可重构功率放大器的设计方法，包括如下步骤：步骤S1：对GaNHEMTCGH40010F晶体管进行多次负载牵引和源牵引，在功率附加效率和最大输出功率时得出该晶体管最佳负载阻抗和最佳源阻抗；步骤S2：采用四分之一波长微带线可以实现实阻抗变换的设计理念来设计栅极偏置网络和漏极偏置网络，以保证功率放大器具有稳定的直流供电电压，其中，采用了三条微带线TL8、TL9、TL10和短路电容C1构成，其中微带线TL8和TL10是串联微带线，微带线TL9是并联微带线；步骤S3：设计可重构输出匹配电路，通过不同频率下的最佳负载阻抗经过微带线后沿Smith圆图上的轨迹，优化可重构输出匹配结构，寻找合适的微带线电长度和特征阻抗；其中，可重构输出匹配电路包括PIN开关1、PIN开关2、第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5、第六微带线TL6和第七微带线TL7，其中，微带线TL1、TL2、TL3、TL4为串联微带线，TL5、TL6和TL7为并联微带线；晶体管的漏极与第一微带线TL1的一端相连接，第一微带线TL1的另一端与第二微带线TL2的一端和第五微带线TL5的一端相连接,第二微带线TL2的另一端与第三微带线TL3的一端和PIN开关1的一端相连接，PIN开关1的另一端与第六微带线TL6相连，第三微带线TL3的另一端与第四微带线TL4的一端和PIN开关2的一端相连，PIN开关2的另一端与第七微带线TL7相连接；当PIN开关1闭合，PIN开关2打开时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第六微带线TL6共同构成匹配电路，而第七微带线TL7则不参与匹配；当PIN开关1打开，PIN开关2闭合时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第七微带线TL7共同构成匹配电路，而第六微带线TL6则不参与匹配；步骤S4：设计可重构结构，可重构结构由PIN开关和重构支节构成，通过改变可重构结构中PIN开关的开关状态来实现输出匹配网络的重构，由于微带线TL1、TL2、TL3、TL4、TL5的电长度和特征阻抗均已经确定，在1.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PIN开关的可重构功率放大器，其特征在于，至少包括等输入端口、可重构输入匹配电路、栅极偏置电路、晶体管、可重构输出匹配电路，漏极偏置电路和输出端口；其中，/n所述可重构输入匹配网络的输入端与输入端口相适应并连接，其输出端接所述晶体管栅极，所述栅极偏置电路与晶体管栅极并联；/n所述晶体管漏极与漏极偏置电路并联，晶体管漏极与输出匹配网络的输入端相连接；/n所述可重构输入匹配电路包括干路微带线和可重构结构，所述干路微带线用于连接输入端口、晶体管和偏置电路；所述干路微带线上接有若干个可重构结构；所述可重构结构由PIN开关和微带线串联而成；/n所述输出端口与所述输出匹配电路相适应并连接；/n可重构输出匹配电路包括PIN开关1、PIN开关2、第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5、第六微带线TL6和第七微带线TL7，其中，微带线TL1、TL2、TL3、TL4为串联微带线，TL5、TL6和TL7为并联微带线；晶体管的漏极与第一微带线TL1的一端相连接，第一微带线TL1的另一端与第二微带线TL2的一端和第五微带线TL5的一端相连接,第二微带线TL2的另一端与第三微带线TL3的一端和PIN开关1的一端相连接，PIN开关1的另一端与第六微带线TL6相连，第三微带线TL3的另一端与第四微带线TL4的一端和PIN开关2的一端相连，PIN开关2的另一端与第七微带线TL7相连接；当PIN开关1闭合，PIN开关2打开时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第六微带线TL6共同构成匹配电路，而第七微带线TL7则不参与匹配；当PIN开关1打开，PIN开关2闭合时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第七微带线TL7共同构成匹配电路，而第六微带线TL6则不参与匹配；/n所述漏极偏置电路包括第八微带线TL8、第九微带线TL9和第十微带线TL10和隔直电容C1，其中第八微带线TL8的一端与晶体管漏极相连，第八微带线TL8的另一端与第九微带线TL9和第十微带线TL10相连接，第九微带线TL9是并联开路微带线，第十微带线TL10的另一端与漏极电源相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于PIN开关的可重构功率放大器，其特征在于，至少包括等输入端口、可重构输入匹配电路、栅极偏置电路、晶体管、可重构输出匹配电路，漏极偏置电路和输出端口；其中，
所述可重构输入匹配网络的输入端与输入端口相适应并连接，其输出端接所述晶体管栅极，所述栅极偏置电路与晶体管栅极并联；
所述晶体管漏极与漏极偏置电路并联，晶体管漏极与输出匹配网络的输入端相连接；
所述可重构输入匹配电路包括干路微带线和可重构结构，所述干路微带线用于连接输入端口、晶体管和偏置电路；所述干路微带线上接有若干个可重构结构；所述可重构结构由PIN开关和微带线串联而成；
所述输出端口与所述输出匹配电路相适应并连接；
可重构输出匹配电路包括PIN开关1、PIN开关2、第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5、第六微带线TL6和第七微带线TL7，其中，微带线TL1、TL2、TL3、TL4为串联微带线，TL5、TL6和TL7为并联微带线；晶体管的漏极与第一微带线TL1的一端相连接，第一微带线TL1的另一端与第二微带线TL2的一端和第五微带线TL5的一端相连接,第二微带线TL2的另一端与第三微带线TL3的一端和PIN开关1的一端相连接，PIN开关1的另一端与第六微带线TL6相连，第三微带线TL3的另一端与第四微带线TL4的一端和PIN开关2的一端相连，PIN开关2的另一端与第七微带线TL7相连接；当PIN开关1闭合，PIN开关2打开时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第六微带线TL6共同构成匹配电路，而第七微带线TL7则不参与匹配；当PIN开关1打开，PIN开关2闭合时，第一微带线TL1、第二微带线TL2、第三微带线TL3、第四微带线TL4、第五微带线TL5和第七微带线TL7共同构成匹配电路，而第六微带线TL6则不参与匹配；
所述漏极偏置电路包括第八微带线TL8、第九微带线TL9和第十微带线TL10和隔直电容C1，其中第八微带线TL8的一端与晶体管漏极相连，第八微带线TL8的另一端与第九微带线TL9和第十微带线TL10相连接，第九微带线TL9是并联开路微带线，第十微带线TL10的另一端与漏极电源相连接。


2.根据权利要求1所述的基于PIN开关的可重构功率放大器，其特征在于，所述的可重构输出匹配电路中包括可重构结构。


3.根据权利要求1所述的基于PIN开关的可重构功率放大器，其特征在于，所述可重构结构可以组合切换，实现1.75G和2.6G的频段切换。


4.根据权利要求1所述的基于PIN开关的可重构功率放大器，其特征在于，所述栅极偏置电路采用与漏极偏置电路相同的电路结构。


5.一种基于PIN开关的可重构功率放大器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：对GaNHEMTCGH40010F晶体管进行多次负载牵引和源牵引，在功率附...

【专利技术属性】
技术研发人员：程知群，王宋业，乐超，秦泽，黄谢镔，简叶龙，刘国华，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学富阳电子信息研究院有限公司，杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33