【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电功率放大器，具体为一种具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器及设计方法。
技术介绍
1、近年来，随着网络视频的普及，对于通信服务需求的巨大增长需要不断增加数据的吞吐量，为了满足无线通信技术的发展，对于放大器的效率和传输速率有了更高的要求，为了节省频谱资源，高阶调制技术如正交频分复用(ofdm)和正交幅度调制(qam)被广泛应用于现代无线通信系统中，但是这些调制方式在多个波叠加时，容易产生较大的瞬时功率，导致这些系统具有较高的峰均功率比（papr）。现在多采用doherty技术，当输入功率在回退点时，采用负载调制技术，将输出负载阻抗值提高原来的2倍，提前达到饱和，提高回退点的效率。但是现有的doherty功率放大器都只考虑基波匹配，而忽略了二次谐波和三次谐波的抑制，导致在回退点和保和点的效率有所下降。
2、中国专利技术专利cn111641390 b公开了一种基于t-pi型合路网络的高效率doherty功率放大器及设计方法，其采用的技术方案是，使用功率分配器将输入信号分为两路，一路连接载波功率放大器，另一路依次连接微带线和峰值功率放大器后与第一路合路，再连接微带线和终端负载。两路信号均连接有双t型谐波抑制网络。
3、本现有专利虽然也可达到f类工作状态，但f类的阻抗条件为二次谐波短路，三次谐波开路，随着频率的变化，阻抗点会偏移短路或者开路，因此该现有技术不能实现宽频带上的f类放大器；且其采用常规doherty结构设计，设计尺寸较大；采用的谐波抑制网络对二次谐波阻抗和三次谐波阻抗的匹配并不紧密
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器及设计方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术首先公开了一种谐波抑制网络，采用了第一微带线tla、第二微带线tlb、第三微带线tlopen1、第四微带线tlopen2交叉连接的布局方式，所述第二微带线tlb后端还和第五微带线tlopen3、开路短截线tlshort交叉连接，所述开路短截线tlshort接地。
3、本专利技术进一步公开了一种基于上述谐波抑制网络的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，采用的技术方案是，包括功率分配器，所述功率分配器将输入信号分为两路输出，第一路连接有载波功率放大器，第二路连接有峰值功率放大器，所述第一路与所述第二路再通过输出合路网络进行合路，连接阻抗变换后输出，所述第一路先连接相移线，后连接所述载波功率放大器；所述第二路先连接所述峰值功率放大器，后连接峰值补偿线；所述载波功率放大器和所述峰值功率放大器中均包含所述谐波抑制网络。采用反向doherty设计，减小了设计的尺寸。
4、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述载波功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依次相连，所述输出匹配还包括基频匹配，所述谐波抑制网络位于所述输出匹配中，连接在所述基频匹配前端，能够使对谐波的抑制不影响基频匹配，并通过扩展阻抗空间，实现连续f类的阻抗变换条件。
5、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述峰值功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依次相连，所述输出匹配还包括基频匹配，所述谐波抑制网络位于所述输出匹配中，连接在所述基频匹配前端。能够使对谐波的抑制不影响基频匹配。
6、本专利技术还公开了上述谐波抑制网络的设计方法，采用的技术方案是，通过在第三微带线tlopen1、第四微带线tlopen2将三次谐波阻抗从无穷大变到短路，再通过第一微带线tla转化为封装面的开路；将通过第五微带线tlopen3将二次谐波阻抗从无穷大变到短路，由第一微带线tla、第二微带线tlb转化为封装面的短路；通过开路短截线tlshort将基波阻抗开路，二次谐波变为短路，开路短截线tlshort实现对直流信号和射频信号的隔离和对二次谐波阻抗的转换作用，从而达到连续f类的阻抗条件。
7、本专利技术还公开了上述无线电功率放大器的设计方法，采用的技术方案是，包括以下步骤：
8、步骤1，设计载波功率放大器；
9、步骤2，设计峰值功率放大器；
10、步骤3，合并两路输出形成doherty放大器；
11、所述步骤1中，先设计所述谐波抑制网络，再将设计好的所述谐波抑制网络用于所述载波功率放大器、所述峰值功率放大器的设计中。
12、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤1还包括以下步骤：
13、步骤11，在ads仿真软件中打开一个设计窗口，在窗口中调出fet curve tracer模板，将curve tracer模板中的原有功率管用所选用的功率管模型代替，根据所需的放大器的工作条件选择适当的栅极电压和漏极电压，设置漏极电压、栅极电压，进行仿真，得到功率管的漏极电压和漏极电流的输出曲线，根据功率放大器的工作方式选择静态偏置点。
14、步骤12，在负载牵引和源牵引时需要进行稳定性分析，在负载牵引模板中加入stabfact控件，调节电阻和电容的值将稳定性系数调节到1以上，以防止功率放大器发生自激振荡。
15、步骤13，在ads仿真软件中打开load-pull模板，将模板中的原有功率管换成所需用的功率管代替，改变选定的漏极电压和栅极电压，并将频率改为所设计的频段的中心频率，输入功率设置为回退点的输入功率和饱和时的输入功率，进行仿真，得到pae和输出功率随着负载阻抗的变化图，分别选择回退时和饱和时的最佳负载阻抗值，然后再打开source-pull模板，将模板中的原有功率管换成所需用的功率管代替，改变选定的漏极电压和栅极电压，并将频率改为所设计的频段的中心频率，输入功率设置为回退点的输入功率和饱和时的输入功率，基频负载阻抗设置为刚才牵引的最优负载阻抗，进行仿真，得到pae和输出功率随着源阻抗的变化图，分别选择回退时和饱和时的最佳源阻抗值。
16、步骤14，输入匹配采用多节阶梯阻抗匹配，通过smith chart工具将牵引的源阻抗值经过多节微带线匹配到50欧姆，在多节阶梯阻抗中间加入rc并联，其并不会影响输入阻抗的匹配；通过使用多节阶梯阻抗，能够降低匹配的复杂性。
17、步骤15，输出匹配采用设计好的谐波抑制网络和多节阶梯阻抗匹配，将调节多节阶梯微带线的长度和宽度，将回退时的最佳负载阻抗值匹配到25欧姆，将饱和时的最佳负载阻抗匹配到50欧姆；在进行匹配要保证输出匹配可以同时满足回退时和饱和时的阻抗要求；此结构匹配复杂度低。
18、步骤16，栅极偏置和漏极偏置线均采用四分之一波长传输线处加入对地的电容的方式以隔离射频信号和直流信号。
19、步骤17，打开一个新的电路窗口，进行整体的载波功率放大器的仿真。
20、作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤2还包括以下步骤：
21、步骤21，在ads仿真软件中打本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型谐波抑制网络，其特征在于：所述谐波抑制网络采用了第一微带线TLa、第二微带线TLb、第三微带线TLopen1、第四微带线TLopen2交叉连接的布局方式，所述第二微带线TLb后端还和第五微带线TLopen3、开路短截线TLshort交叉连接，所述开路短截线TLshort接地。
2.一种基于如权利要求1所述的新型谐波抑制网络的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，包括功率分配器，所述功率分配器将输入信号分为两路输出，第一路连接有载波功率放大器，第二路连接有峰值功率放大器，所述第一路与所述第二路再通过输出合路网络进行合路，连接阻抗变换后输出，其特征在于：所述第一路先连接相移线，后连接所述载波功率放大器；所述第二路先连接所述峰值功率放大器，后连接峰值补偿线；所述载波功率放大器和所述峰值功率放大器中均包含所述谐波抑制网络。
3.根据权利要求2所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，其特征在于：所述载波功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依次相连，所述输出匹配还包括基频匹配，所述谐波抑制网络位于所述输出匹配中，连接在所述基频匹配前端
4.根据权利要求2所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，其特征在于：所述峰值功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依次相连，所述输出匹配还包括基频匹配，所述谐波抑制网络位于所述输出匹配中，连接在所述基频匹配前端。
5.一种适用于权利要求1所述的新型谐波抑制网络的设计方法，其特征在于：通过在第三微带线TLopen1、第四微带线TLopen2将三次谐波阻抗从无穷大变到短路，再通过第一微带线TLa转化为封装面的开路；将通过第五微带线TLopen3将二次谐波阻抗从无穷大变到短路，由第一微带线TLa、第二微带线TLb转化为封装面的短路；通过开路短截线TLshort将基波阻抗开路，二次谐波变为短路，开路短截线TLshort实现对直流信号和射频信号的隔离和对二次谐波阻抗的转换作用，从而达到连续F类的阻抗条件。
6.一种基于权利要求5所述的新型谐波抑制网络设计方法的适用于权利要求2-4中任一项所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器的设计方法，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器的设计方法，其特征在于，所述步骤1还包括以下步骤：
8.根据权利要求6所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器的设计方法，其特征在于，所述步骤2还包括以下步骤：
9.根据权利要求6所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器的设计方法，其特征在于，所述步骤3还包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种新型谐波抑制网络，其特征在于：所述谐波抑制网络采用了第一微带线tla、第二微带线tlb、第三微带线tlopen1、第四微带线tlopen2交叉连接的布局方式，所述第二微带线tlb后端还和第五微带线tlopen3、开路短截线tlshort交叉连接，所述开路短截线tlshort接地。
2.一种基于如权利要求1所述的新型谐波抑制网络的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，包括功率分配器，所述功率分配器将输入信号分为两路输出，第一路连接有载波功率放大器，第二路连接有峰值功率放大器，所述第一路与所述第二路再通过输出合路网络进行合路，连接阻抗变换后输出，其特征在于：所述第一路先连接相移线，后连接所述载波功率放大器；所述第二路先连接所述峰值功率放大器，后连接峰值补偿线；所述载波功率放大器和所述峰值功率放大器中均包含所述谐波抑制网络。
3.根据权利要求2所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，其特征在于：所述载波功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依次相连，所述输出匹配还包括基频匹配，所述谐波抑制网络位于所述输出匹配中，连接在所述基频匹配前端。
4.根据权利要求2所述的具有高效率及谐波抑制的无线电功率放大器，其特征在于：所述峰值功率放大器还包括了输入匹配、晶体管和输出匹配，三者依...
【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，李驰，李冬伟，范光华，刘晓雨，刘玉芳，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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