一种调谐的双频匹配功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种调谐的双频匹配功率放大器，包括介质板，介质板上分别设有输入端口、输入匹配电路、稳定电路、晶体管、调谐电路、直流偏置电路、输出匹配电路和输出端口；输入端口连接输入匹配电路，输入匹配电路连接稳定电路，稳定电路连接晶体管的栅极，晶体管的源极接地，其漏极连接调谐电路，调谐电路连接输出匹配电路，输出匹配电路连接输出端口；直流偏置电路分别接入晶体管的栅极和漏极，以提供栅极偏置电压和漏极偏置电压。本发明专利技术整个功放结构简单可靠而且加工方便，成本低，功率附加效率高，工作频带外不进行功率放大，更好利用频谱资源。谱资源。谱资源。

【技术实现步骤摘要】
一种调谐的双频匹配功率放大器


[0001]本专利技术涉及无线通信的
，尤其是指一种调谐的双频匹配功率放大器。

技术介绍

[0002]近年来无线通信的高速发展，随着第五代通信系统的到来，越来越多的网络并存的现状对能支持多频段的通信系统也提出了越来越高的要求。微带设计功放由于其重量轻、体积小、易加工、成本低等优点被广泛应用到功放设计中。随着频谱资源日益紧张，迫切需要在非常有限的频谱资源内充分提高频谱利用率，双频或多频功放是应对这一需求的有效方案，越来越多地应用于通信收发系统中。利用微带设计双频功放具有很大研究意义。
[0003]对现有技术进行调查了解，具体如下：
[0004]刘元安教授和其研究生在2018年提出阻抗轨迹圆的旋转补偿作为功放的匹配电路。加载开路枝节形成史密斯圆图上的阻抗的圆轨迹，从而实现对应频率的阻抗匹配。后面的输入输出阻抗匹配也是基于这一原理。
[0005]Kenle Chen等人在2012年利用微带线结构实现了功放的调谐网络,并以此实现了F类和逆F类结合的双频高效率功放。
[0006]总的来说，现有的工作中，有不少关于双频功放的研究，但是很多设计方法利用的是单纯的双频阻抗匹配，容易造成效率的下降。因此，设计一款简单的调谐双频功放具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种调谐的双频匹配功率放大器，整个功放结构简单可靠而且加工方便，成本低，功率附加效率高，工作频带外不进行功率放大，更好利用频谱资源。
[0008]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种调谐的双频匹配功率放大器，所述功率放大器包括上表面覆铜层、下表面接地层的介质板，所述介质板上分别设有输入端口、输入匹配电路、稳定电路、晶体管、调谐电路、直流偏置电路、输出匹配电路和输出端口；所述输入端口连接输入匹配电路，通过输入匹配电路来匹配功率放大器的最佳增益输入阻抗；所述输入匹配电路连接稳定电路，通过稳定电路来防止自激的产生，以增加功率放大器的带内稳定性；所述稳定电路连接晶体管的栅极，所述晶体管的源极接地，其漏极连接调谐电路，通过调谐电路来调节谐波阻抗到高反射状态；所述调谐电路连接输出匹配电路，通过输出匹配电路来匹配功率放大器的最佳效率和输出功率的输出阻抗；所述输出匹配电路连接输出端口；所述直流偏置电路分别接入晶体管的栅极和漏极，以提供栅极偏置电压和漏极偏置电压。
[0009]进一步，所述功率放大器的工作频率为1.4GHz和2.0GHz，通过双频阻抗匹配和调节谐波阻抗，能够实现双频带各有120MHz以上的带宽，且双频带都有39dBm以上的功率输出，功率附加效率达到59％以上。
[0010]进一步，所述输入匹配电路包括第一传输线、第二传输线、第三传输线及五个开路枝节，所述第一传输线的一端分别连接输入端口和一个开路枝节，其另一端连接第二传输线的一端，所述第二传输线的另一端连接第三传输线的一端，所述第三传输线的另一端连接一个开路枝节，且每相邻的两个传输线之间均连接有两个对称分布的开路枝节，该两个开路枝节位于传输线的两侧；其中，该五个开路枝节为输入匹配电路阻抗轨迹在史密斯圆图上产生两个关于实轴对称的小圆作为匹配点，该第一传输线和第二传输线的导纳决定了匹配点的实部和虚部大小，该第三传输线的作用是使匹配阻抗轨迹整体在史密斯圆图上去旋转到所需匹配状态。
[0011]进一步，所述输出匹配电路包括第四传输线、第五传输线、第六传输线及三个开路枝节，所述第四传输线的一端与调谐电路连接，其另一端连接第五传输线的一端，所述第五传输线的另一端连接第六传输线的一端，所述第六传输线的另一端连接一个开路枝节，且每相邻的两个传输线之间均连接有一个开路枝节，所有开路枝节位于传输线的同一侧；其中，该三个开路枝节为输出匹配电路阻抗轨迹在史密斯圆图上产生两个关于实轴对称的小圆作为匹配点，该第五传输线和第六传输线的导纳决定了匹配点的实部和虚部大小，该第四传输线的作用是使匹配阻抗轨迹整体在史密斯圆图上去旋转到所需匹配状态。
[0012]进一步，所述调谐电路包括第七传输线和四个开路枝节，所述第七传输线的一端分别连接晶体管的漏极和两个对称分布的开路枝节，该两个开路枝节分别为第一开路枝节和第二开路枝节，并位于第七传输线的两侧，所述第七传输线的另一端分别连接输出匹配电路和另外两个对称分布的开路枝节，该两个开路枝节分别为第三开路枝节和第四开路枝节，并位于第七传输线的两侧；其中，所述第一开路枝节和第二开路枝节用于分别调节两个工作频点的二次谐波阻抗，使其阻抗调节至0，二次谐波阻抗呈短路状态；所述第三开路枝节、第四开路枝节和第七传输线的作用是调节两个工作频点的三次谐波阻抗，使其阻抗调节至无穷大，三次谐波阻抗呈短路状态。
[0013]进一步，所述直流偏置电路包括栅极偏置电路和漏极偏置电路；所述栅极偏置电路包括第一电阻、第八传输线、第一电容和第一直流电源，所述漏极偏置电路包括第九传输线、第二电容和第二直流电源；所述第一电阻的一端分别连接输入端口和输入匹配电路，所述第一电阻的另一端连接第八传输线的一端，所述第八传输线的另一端连接并联在一起的第一电容和第一直流电源的一端，并联在一起的第一电容和第一直流电源的另一端接地；所述第九传输线的一端分别连接输出匹配电路和输出端口，所述第九传输线的另一端连接并联在一起的第二电容和第二直流电源的一端，并联在一起的第二电容和第二直流电源的另一端接地；其中，所述第一电阻用于增加功率放大器的带外稳定性；第八传输线和第九传输线为高阻抗传输线；所述第一电容和第二电容的作用是防止射频信号进入直流电源导致电源的损坏；所述第一直流电源为晶体管的栅极提供栅极偏置电压即负压偏置，所述第二直流电源为晶体管的漏极提供漏极偏置电压即正压偏置。
[0014]进一步，所述稳定电路包括并联在一起的第二电阻和第三电容。
[0015]进一步，所述输入端口通过第一隔直电容连接输入匹配电路，所述输出匹配电路通过第二隔直电容连接输出端口。
[0016]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0017]1、本专利技术的功率放大器工作频率为1.4GHz和2.0GHz，工作带宽均达到120MHz，工
作频带外不进行功率放大，更好利用频谱资源。
[0018]2、本专利技术的功率放大器在调节谐波阻抗后各频带可以实现59％以上的功率附加效率。
[0019]3、本专利技术的功率放大器在保持9.5dB以上的增益同时达到39dBm以上的工作频带内功率输出。
[0020]4、本专利技术的功率放大器整体加工简单，重量轻，加工成本低，有效利用频谱资源，具有很好的应用前景。
附图说明
[0021]图1为双频匹配功率放大器的结构示意图。
[0022]图2为输入匹配电路的结构示意图。
[0023]图3为输出匹配电路的结构示意图。
[0024]图4为调谐电路的结构示意图。
[0025]图5为栅极偏置电路的结构示意图。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调谐的双频匹配功率放大器，所述功率放大器包括上表面覆铜层、下表面接地层的介质板，其特征在于：所述介质板上分别设有输入端口、输入匹配电路、稳定电路、晶体管、调谐电路、直流偏置电路、输出匹配电路和输出端口；所述输入端口连接输入匹配电路，通过输入匹配电路来匹配功率放大器的最佳增益输入阻抗；所述输入匹配电路连接稳定电路，通过稳定电路来防止自激的产生，以增加功率放大器的带内稳定性；所述稳定电路连接晶体管的栅极，所述晶体管的源极接地，其漏极连接调谐电路，通过调谐电路来调节谐波阻抗到高反射状态；所述调谐电路连接输出匹配电路，通过输出匹配电路来匹配功率放大器的最佳效率和输出功率的输出阻抗；所述输出匹配电路连接输出端口；所述直流偏置电路分别接入晶体管的栅极和漏极，以提供栅极偏置电压和漏极偏置电压。2.根据权利要求1所述的一种调谐的双频匹配功率放大器，其特征在于：所述功率放大器的工作频率为1.4GHz和2.0GHz，通过双频阻抗匹配和调节谐波阻抗，能够实现双频带各有120MHz以上的带宽，且双频带都有39dBm以上的功率输出，功率附加效率达到59％以上。3.根据权利要求1所述的一种调谐的双频匹配功率放大器，其特征在于：所述输入匹配电路包括第一传输线、第二传输线、第三传输线及五个开路枝节，所述第一传输线的一端分别连接输入端口和一个开路枝节，其另一端连接第二传输线的一端，所述第二传输线的另一端连接第三传输线的一端，所述第三传输线的另一端连接一个开路枝节，且每相邻的两个传输线之间均连接有两个对称分布的开路枝节，该两个开路枝节位于传输线的两侧；其中，该五个开路枝节为输入匹配电路阻抗轨迹在史密斯圆图上产生两个关于实轴对称的小圆作为匹配点，该第一传输线和第二传输线的导纳决定了匹配点的实部和虚部大小，该第三传输线的作用是使匹配阻抗轨迹整体在史密斯圆图上去旋转到所需匹配状态。4.根据权利要求1所述的一种调谐的双频匹配功率放大器，其特征在于：所述输出匹配电路包括第四传输线、第五传输线、第六传输线及三个开路枝节，所述第四传输线的一端与调谐电路连接，其另一端连接第五传输线的一端，所述第五传输线的另一端连接第六传输线的一端，所述第六传输线的另一端连接一个开路枝节，且每相邻的两个传输线之间均连接有一个开路枝节，所有开路枝节位于传输线的同一侧；其中，该三个开路枝节为输出匹配电路阻抗轨迹在史密斯圆图上...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈付昌，张泽宾，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：