一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器，属于无线通信领域。该功率放大器使用了特殊的源匹配网络控制晶体管栅极波形，源匹配网络由隔直网络、偏置网络和谐波控制网络组成；在连续逆F类负载阻抗条件下，本发明专利技术设计的源匹配网络,利用串联阶梯微带线构成T型结构，对晶体管输入端的二次谐波相位差值进行控制，不仅可以获得优异的效率，还能扩展负载阻抗设计空间，减轻负载匹配网络的复杂度。的复杂度。的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器


[0001]本专利技术属于无线通信领域，涉及一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器。

技术介绍

[0002]近年来，连续模式PA的提出通过扩展阻抗解空间提供更大的灵活性，减轻了输出阻抗匹配的复杂度，为功放的宽带设计提供了可能。但现有的研究大多数都针对于输出的谐波控制技术，和负载网络匹配，而忽略了输入谐波的控制与源匹配对于功放性能的影响。有研究表明，在不同的负载阻抗条件下，输入谐波特别是对二次谐波的控制，会对功放的效率造成不同的影响。合理的二次谐波控制，会使得功放效率显著的提升。
[0003]但在宽带范围内，对整个带内的谐波进行控制，会制约基波阻抗的设计。而基波阻抗如果落在史密斯圆图的低效率区域反而会使得效率严重下降。
[0004]因此合理的控制输入二次谐波，也就是使基波阻抗保持在原有的高效率区域，而二次谐波阻抗落于效率提升区域是源匹配网络的难点。本专利技术通过特有的微带匹配网络，解决这一互相制约问题，并使得二次谐波阻抗位于由源谐波相位差作用下而产生的效率提升区域，从而使功放效率显著提升。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器，解决输入匹配网络对功率放大器性能的影响，并进一步提升功率放大器的效率表现。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器，该功率放大器包括特殊的源匹配网络，特殊的源匹配网络由隔直网络、偏置网络和谐波控制网络组成；
[0008]所述隔直网络由隔直电容与微带线TD1串联组成，隔直电容连接射频源输入，微带线TD1连接谐波控制网络；微带线TD1的特征阻抗设置为与源输入阻抗相同，保证固定的源输入阻抗，为隔直电容的焊接留存物理空间；微带线TD1的宽度与长度分别根据源输入阻抗与隔直电容封装进行合理的调整；
[0009]所述偏置网络由旁路电容与微带线TB1并联组成，微带线TB1一端连接偏置电源输入，一端连接谐波控制网络；微带线TB1的特征阻抗设置为与电源接口VDD相同；旁路电容提供节点耦合到射频地的通路，隔绝偏置网络与谐波控制网络的相互作用；微带线TB1的宽度与长度分别应根据电源接口与旁路电容封装进行合理的调整；
[0010]所述谐波控制网络由三组串联阶梯阻抗微带线构成，形成T型网络结构；第一组微带线TL1、TL2连接隔直网络，第二组微带线TL3、TL4连接晶体管，并为晶体管栅极提供焊盘；第三组微带线TL5、TL6连接偏置网络，并分别与TL12、TL34并联，构成T型结构，使得在1.8
‑
3GHz频带中引入极点，让这一范围内的基波阻抗落在史密斯圆图上的固定区域中。
[0011]可选的所述特殊的源匹配网络控制功率管的栅极波形为：
[0012]式中为归一化输入二次谐波幅度，归一化输入二次谐波幅度等于二次谐波幅值除以基波幅值，为二次谐波相对于基波的相位差值；该栅极波形中的二次谐波分量通过晶体管跨导作用于漏极，改变漏极各次谐波分量，以提升效率与负载阻抗空间。
[0013]本专利技术的有益效果在于：在连续逆F类负载阻抗条件下，本专利技术设计的源匹配网络,利用串联阶梯微带线构成T型结构，对输入端的二次谐波相位差值进行控制，不仅可以获得优异的效率，还能扩展负载阻抗设计空间，减轻负载匹配网络的复杂度。
[0014]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
[0015]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：
[0016]图1为输入二次谐波相位与效率的关系；
[0017]图2为归一化漏极电流波形；
[0018]图3为源匹配网络结构；
[0019]图4为源匹配网络结构；
[0020]图5为源匹配网络阻抗轨迹图；
[0021]图6为PA性能测试。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]高效率功放的工作模式是通过调制负载上的谐波从而对漏极波形进行整形来实现的。通常情况下，谐波调制功放(例如F类、逆F类)都是假定由理想正弦波驱动下进行分析的。这种理想化的情况不仅会被晶体管的非线性电流源改变，而且会受到栅源电容(C
GS
)的严重影响。栅源电容(C
GS
)作为栅源电压(V
GS
)的函数，由此产生非线性引入各次谐波分量。实验表明，C
GS
主要表现出异相二次谐波含量。
[0026]上述输入端产生的非线性，使得输入端偏离理想正弦波形，即使考虑恒定跨导模型下的晶体管，也会将输入端谐波的影响映射到输出，从而影响效率与负载阻抗的设计。
[0027]因此，本专利技术设计了一款特殊的源匹配网络，旨在利用该源匹配网络控制晶体管栅极处的二次谐波相位值，使整个功放工作在高效率区域。源匹配网络控制晶体管输入端的栅极波形为：
[0028]式中为归一化输入二次谐波幅度(二次谐波幅值/基波幅值)，为二次谐波相对于基波的相位差值。该输入波形中的二次谐波分量通过晶体管跨导作用于漏极，在连续逆F类阻抗条件下，生成漏极电流，对漏极电流进行傅里叶级数展开后，得到各次谐波分量，从而观察到输入二次谐波相位差值谐波与功放效率的关系。
[0029]从图1可以看到二次谐波相位在某些取值下可以获本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于源谐波相位差控制的连续逆F类功率放大器，其特征在于：该功率放大器包括特殊的源匹配网络，特殊的源匹配网络由隔直网络、偏置网络和谐波控制网络组成；所述隔直网络由隔直电容与微带线TD1串联组成，隔直电容连接射频源输入，微带线TD1连接谐波控制网络；微带线TD1的特征阻抗设置为与源输入阻抗相同，保证固定的源输入阻抗，为隔直电容的焊接留存物理空间；微带线TD1的宽度与长度分别根据源输入阻抗与隔直电容封装进行合理的调整；所述偏置网络由旁路电容与微带线TB1并联组成，微带线TB1一端连接偏置电源输入，一端连接谐波控制网络；微带线TB1的特征阻抗设置为与电源接口VDD相同；旁路电容提供节点耦合到射频地的通路，隔绝偏置网络与谐波控制网络的相互作用；微带线TB1的宽度与长度分别应根据电源接口与旁路电容封装进行合理的调整；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄超意，聂泽宁，向娜莹，韩蔬宇，刘嘉泰，谭佳妮，何李欣颜，王思韡，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：