[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

说明书

一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器，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；该功率放大器可以针对任意高效谐波调谐类开关功率放大器的前三次谐波展开设计，在满足相应阻抗条件，构造所需高效功率放大器的同时，具有电路结构简单，尺寸小的特点。同时该方法也便于电路版图的实现和高效功放更广范围的应用。

技术领域

本发明涉及无线通信功率放大器技术领域，尤其涉及一种基于紧凑型微带谐振单元的高效功率放大器的设计。

背景技术

目前，随着无线通信技术的迅猛发展，整体收发机的性能要求越来越受到人们的关注。而在整个收发机系统中，功率放大器是非常重要的耗能元件。试想功率放大器若以低效率工作，必将引起大量的能量损耗以及运营成本的提高。因此如何设计高效率功率放大器已成为一个热门的研究领域。

目前高效率的功率放大器主要包括两种：谐波调谐类功率放大器和开关类功率放大器。谐波调谐类功率放大器以F类功率放大器（功放）最为典型。F类功放通过对输出匹配网络设置谐波控制电路来改变电压的波形，从而尽可能的使电压与电流错开，而达到更高的效率。而开关类功率放大器以E类功放最为典型。E类功放把晶体管等效成理想开关，利用“软切换”的条件和晶体管的输出电容C_ds使得电压与电流错开，而达到更高的效率。在本专利中，两者统称为高效谐波调谐类开关功率放大器。

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。传统的谐波控制电路大多通过串联微带线和并联微带短截线的组合得到[1-5]。但这种传统的谐波控制电路有两个缺点：第一、并联枝节的微带短截线在基波频率下呈现电抗形式，这使得基波匹配更加复杂。第二、这些谐波控制电路会使得电路的尺寸变大，不利于其应用。因此，寻找更加小型化的谐波控制电路成为了又一个热门领域。

基于传统谐波控制电路的上述缺点，文献[6]、[7]提出加入紧凑型微带谐振单元（CMRC）来代替传统谐波控制电路的方法。紧凑型微带谐振单元（CMRC）不仅可以在非设计频率下呈现带阻特性，更关键的是它的尺寸很小，可以大幅度的减小电路复杂性，便于在更广范围内应用高效谐波调谐类开关功率放大器。这一点相比传统的谐波控制电路有了很大的改进，也为本专利的发明提供了很好的理论基础。

【参考文献】

[1]F. H. Raab, “Class-F power amplifiers with maximally flat waveforms,”IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 45, no. 11,pp. 2007–2012, Nov.1997。

[2]R. Negra, M. Fadhel, M. Ghannouchi, and W. Bachtold, “Study anddesign optimization of multiharmonic transmission-line load networks forClass-E and Class-FK-band MMIC power amplifiers,”IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 55, no. 6, pp. 1390–1394, Jun. 2007。

[3]Y. Y. Woo, Y. Yang, and B. Kim, “Analysis and experiment for highefficiency class-F and inverse class-F power amplifiers,”IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, no. 5, pp. 1969–1974, May 2006。