[发明专利]一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器

权利要求书

1.一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：晶体管的输出端包括：电长度为传输线的晶体管偏置电路，紧凑型微带谐振单元，调谐传输线及基波匹配电路。

2.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：所述调谐传输线位于晶体管输出端和紧凑型微带谐振单元之间，所述紧凑型微带谐振单元位于调谐传输线和基波匹配电路之间；所述基波匹配电路位于紧凑型微带谐振单元和负载之间。

3.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：所述的偏置电路由电源V_bb到晶体管基极的电路和电源V_cc到晶体管集电极的电长度为传输线电路组成。

4.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：所述功率放大器为共射极的功放管，所述功放管的输入端为基极，输出端为集电极。

5.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：功率放大器均针对前三次谐波的阻抗条件展开分析，晶体管的封装寄生网络一般情况是无电阻的状态，基于阻抗参考面转化方法，高效谐波调谐类开关功率放大器在封装参考面Z_pkg上得到的高次谐波阻抗条件也呈现电抗的形式。

6.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：对于二次谐波而言，电源V_cc到晶体管集电极的电长度为传输线偏置电路除了提供直流偏置外，还对于基波呈现开路状态，对于二次谐波呈现短路状态；电长度为传输线电路为调谐传输线TL₁提供了二次谐波短路点；根据传输线原理，可以通过在封装参考面Z_pkg上得到的高次谐波阻抗条件：Z_2f0=jX₂,计算出调谐传输线TL₁特征阻抗和电长度的理论值；再通过调谐和优化对其进行微调。

7.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：对于三次谐波而言，紧凑型微带谐振单元(CMRC)可以在三次谐波频率下呈现带阻特性；根据传输线原理，可以通过在封装参考面Z_pkg上得到的高次谐波阻抗条件：Z_3f0=jX₃，计算出调谐传输线TL₂特征阻抗和电长度的理论值；再通过调谐和优化对其进行微调；与此同时，紧凑型微带谐振单元(CMRC)可以在基波频率下呈现标准50欧姆特征阻抗的传输线，很大程度上减少了基波匹配电路的复杂性。

8.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：对于基波而言，由于要满足最大功率传输的要求，即要满足阻抗共轭的条件；紧凑型微带谐振单元(CMRC)之后得到的基波阻抗并不是标准的50欧姆，因此需要加入基波匹配电路，把紧凑型微带谐振单元(CMRC)得到输出阻抗值匹配到标准的50欧姆端口上。

9.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：高效谐波调谐类开关功率放大器的设计核心在于根据阻抗参考面上得到的阻抗条件来设计谐波控制电路；根据高效谐波调谐类开关功率放大器的分类，在设计电路时通常有两种阻抗参考面，即：谐波调谐类功放中的内部等效电流源参考面Z_I和开关类功放中的组合式开关电容参考面Z_C；另一方面由于实际晶体管存在封装寄生效应，从而导致实际得到的阻抗条件和理论值存在偏差；因此在实际设计时，还需对电路进行优化和调谐。

10.根据权利要求1所述一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，其特征在于：合适的阻抗参考面可以简化电路设计；倘若晶体管的封装寄生网络已知，可以将两种阻抗参考面得到的阻抗条件Z_I = [Z_I1, Z_I2, Z_I3]或者Zc = [Z_c1, Z_c2, Z_c3]转化到封装参考面Z_pkg上，得到封装参考面Z_pkg上的阻抗条件Z_pkg = [Z_P1, Z_P2, Z_P3]；之后，再通过谐波控制电路和调谐传输线调谐即可得到此阻抗条件；这样做的优势在于：1，将谐波调谐类功放中的内部等效电流源参考面Z_I和开关类功放中的组合式开关电容参考面Z_C统一起来，得到了高效谐波调谐类开关功率放大器统一的阻抗参考面，即：封装参考面Z_pkg，这对于设计所有的高效谐波调谐类开关功率放大器均有效；2，对于封装寄生网络已知的晶体管，通过阻抗参考面的转化可以得到精确的阻抗条件，为调谐传输线提供了很好的理论值，很大程度上减小了调谐的复杂性。