一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：S1：根据功放初始阻抗轨迹进行频率分段，分段规则如下：高频段对应二次谐波阻抗呈现纯电抗特性的基波频率范围，剩下的基波频率就是低频段；S2：在低频段通过二次谐波注入来提升效率，注入二次谐波的幅度和相位由衰减器和移项器进行调整，然后加载到输出匹配网络与后匹配网络之间；S3：在高频段利用无源匹配网络完成连续类功放的谐波阻抗匹配，保证高效率的同时大幅减少二次谐波注入频率范围。本发明专利技术有效解决了跨倍频程功放的二次谐波失配引起的效率衰退问题，与全域二次谐波注入相比，大幅降低了复杂度。大幅降低了复杂度。大幅降低了复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，涉及一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法。

技术介绍

[0002]近年来高效率功率放大器的工作带宽逐步扩展至跨倍频程(即相对带宽超过66.7％)，以满足当前和未来无线移动通信系统的超宽带需求。然而，当工作带宽跨倍频程时必定有部分工作频率的二次谐波位于工作带宽内，这将使得功放无法只依靠无源匹配网络就完成有效的谐波阻抗匹配，从而严重影响功放的效率表现。现有解决方案是在整个带宽内都通过二次谐波注入来完成谐波控制，不仅复杂度高还容易因二次谐波频率超出了部分电路的工作带宽而导致失效。解决工作带宽与效率的矛盾是长久以来功放研究的一大核心问题，而这一问题在跨倍频程高效率功放架构中无疑更为复杂。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法。针对功放在跨倍频程带宽内工作时因二次谐波阻抗失配而导致的效率衰退问题，提出有源注入与无源匹配相结合的双模谐波控制方法，最终完成跨倍频程带宽内的精确二次谐波控制，在降低复杂度的同时大幅提升功放的工作效率。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法，该方法包括以下步骤：
[0006]S1：根据功放初始二次谐波阻抗轨迹进行频率分段；
[0007]S2：在低频段通过二次谐波注入来控制谐波阻抗；
[0008]S3：在高频段通过无源网络匹配来控制谐波阻抗。
[0009]可选的，所述S1中，频率分段规则如下：高频段对应二次谐波阻抗呈现纯电抗特性的基波频率范围，剩下的基波频率就是低频段。
[0010]可选的，所述S2中，低频段注入二次谐波的幅度和相位由衰减器和移项器进行调整，并加载于输出匹配网络与后匹配网络之间。
[0011]可选的，所述S3中，在高频段不进行二次谐波注入，仅依靠无源网络进行二次谐波控制；其中无源网络由输出匹配网络和后匹配网络构成，该无源网络具有连续类功放的阻抗特性。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出的双模谐波阻抗控制方法，根据跨倍频程带宽范围内功放不同的谐波阻抗状态实施具有针对性的谐波控制，采用频率分段的手段通过低频二次谐波注入与高频无源网络匹配相结合，有效解决了跨倍频程功放的二次谐波失配引起的效率衰退问题。与全域二次谐波注入相比，大幅减少了注入频率范围，降低了复杂度。
[0013]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并
且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0014]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0015]图1为双模谐波控制的频率分段示意图；
[0016]图2为二次谐波注入架构；
[0017]图3为双模谐波控制的预期实现效果；
[0018]图4为设计功放实例的输出匹配网络；
[0019]图5为设计功放实例的漏极效率。
具体实施方式
[0020]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021]其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利技术的限制；为了更好地说明本专利技术的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0022]本专利技术实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本专利技术的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0023]对于跨倍频程的宽带功放而言，本专利技术将根据该功放不同的初始二次谐波状态分为高低两个频段，然后只在低频段实施二次谐波注入，而在高频段就不再进行二次谐波注入，只依靠无源匹配网络来保证功放处于高效率状态。
[0024]图1给出了根据功放初始阻抗轨迹的频率分段示意图，分段规则如下：高频段对应二次谐波阻抗呈现纯电抗特性的基波频率范围，剩下的基波频率就是低频段。
[0025]之所以采取这一规则进行分段，是因为根据福斯特电抗理论，无源匹配网络很容易在高频处构建出连续的纯电抗轨迹，而纯电抗的二次谐波又恰好符合连续类功放的阻抗条件。那么通过对无源匹配网络的设计，只要使得功放在高频段的基波和二次谐波阻抗满足任意一种连续类工作模式，即可在不注入二次谐波的情况下，保持功放在高频段具备较
高效率，从而有效降低二次谐波的注入频率范围和复杂度。对于低频段而言，由于二次谐波阻抗存在较大实部，无法达到最优阻抗条件，因此低频段的二次谐波注入必不可少。
[0026]二次谐波注入形式如图2所示，注入二次谐波的幅度和相位可以通过衰减器和移项器进行调整，然后加载到输出匹配网络与后匹配网络之间。这一注入方式对于基波阻抗的影响很小，同时又可以伴随着二次谐波的注入产生一个有效的二次谐波阻抗扰动。合理控制这一扰动可以达到最优的二次谐波阻抗条件，从而解决二次谐波阻抗失配的问题。
[0027]基于上述频率分段策略，本专利技术采取了低频段二次谐波有源注入和高频段无源网络匹配的双模谐波控制方法，预期实现效果如图3所示。
[0028]可以看出，针对高频段利用无源匹配网络完成了连续类功放的谐波阻抗匹配，其效率指标本来就较为优异。而低频段的原始效率相较于高频段则有一定程度衰减，这正是因为其谐波阻抗失配造成的影响。当二次谐波注入启用后，低频段的效率指标有了显著提升。
[0029]实施例
[0030]基于双模谐波控制方法，设计1～2.9GHz的跨倍频程功放，使其漏极效率超过65％。
[0031]该功放的输出匹配网络如图4所示，晶体管电流源端面的阻抗轨迹如图1所示。根据阻抗分布特点，将1～2.2GHz设置为低频段，2.2～2.9GHz设置为高频段。初始状态下，受无源匹配网络控制，功放在高频段满足了连续类工作状态，效率可达68％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：根据功放初始二次谐波阻抗轨迹进行频率分段；S2：在低频段通过二次谐波注入来控制谐波阻抗；S3：在高频段通过无源网络匹配来控制谐波阻抗。2.根据权利要求1所述的一种适用于跨倍频程功率放大器的双模谐波控制方法，其特征在于：所述S1中，频率分段规则如下：高频段对应二次谐波阻抗呈现纯电抗特性的基波频率范围，剩下的基波频率就是低频段。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超意，熊珉，侯洋，周琛，周瑜川，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：