[发明专利]一种新型高次谐波控制网络

说明书

技术领域

本发明涉及射频通讯技术领域，尤其涉及一种用于提高射频功率放大器的输出功率和效率的新型高次谐波控制网络。

背景技术

近年来，无线通信技术得到了很大的发展，调制方式也日趋复杂。功率放大器，作为发射机中的末级模块，是整个射频系统中功耗最大的部件，它的主要作用是对前级输出的信号进行功率放大，然后将放大后的信号送给天线进行发射。由于现在发射机制的改变和传输距离的增大，功放能够输出足够高的功率并且拥有足够高的效率成为了当下主要追求的技术指标，这主要体现在这样以下几个方面：(1)功率放大器的输出功率。由于目前无线信号传输要求的距离在逐渐增加，随着距离的增加能量损耗就在增加，这就无疑会要求功放必须在末级把输出功率推得足够高，以便长距离传输。(2)功率放大器的效率。由于功率放大器是整个射频发射单元的最后一级，消耗最多的能量，所以就要求功率放大器的效率要尽可能的高。由于现代通信系统都以调制信号为主要的传输手段，被放大的信号一般具有较高的峰均比，这就要求功率放大器不仅要在输出最大功率的情况下保持高效率。为了提高功率放大器的效率和输出功率，目前已经有了多种技术，如开关模式功率放大器、采用谐波控制技术的F类功率放大器。

采用谐波控制技术的F类功率放大器对于实现高输出功率高效率功率放大器是个不错的选择。然而按照谐波控制理论，各次谐波的控制均需要相应的谐波控制电路，依照该理论，高次谐波的控制就需要设计非常庞大的谐波控制电路，就现实情况而言，以无限制的扩大电路版图为代价，对于效率和功率的提升是得不偿失的。因此，传统F类功率放大器对于谐波的控制往往控制三次以下谐波，对于更高次谐波的控制，电路版图增加带来的电路损耗往往已经和控制高次谐波的效率提升持平。参见图1，所示为传统的谐波控制网络，通过该电路拓扑结构能够实现对二次和三次谐波的控制。

图1中，三次谐波控制原理如下：

三次谐波阻抗的控制依靠微带线TL1和TL2，微带线TL2终端开路，电长度为十二分之一波长，依据终端开路阻抗变换公式(3)

其中，Z₂为TL2的特征阻抗，l为微带线的电长度，n为谐波的次数，这里对三次谐波而言将已知条件带入其中可得A点处对三次谐波而言阻抗为0。

同时，对于三次谐波而言，微带线TL1为终端短路的微带线，其电长度为十二分之一波长，依据终端短路阻抗变换公式(4)

Z＝jZ₁tan[βl](4)

其中，Z₁为TL1的特征阻抗，其他如上式，因此代入电长度的条件可得三次谐波阻抗为无穷。

现有技术二次谐波控制原理如下：

微带线TL3终端短路，其电长度为四分之一波长，将四分之一波长的微带线看成两个八分之一波长相加。对于第一段终端短路的八分之一波长微带线利用公式(4)可得其另一端阻抗为无穷，此时，另一段八分之一波长微带线对二次谐波而言即视为终端开路，同时利用公式(3)可得其阻抗为0。因此，实现了二次谐波短路。

同理，当对四次、五次等高次谐波进行控制时，按照传统谐波控制理论，需要增加相应的谐波控制电路，这势必将增加电路的复杂度。因此，如何以更简洁的电路拓扑结构实现F类功率放大器对高次谐波的控制是一个亟待解决的问题。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型高次谐波控制网络，通过简洁明了的电路拓扑结构，实现对所有偶次谐波阻抗短路，三次和五次谐波阻抗开路，从而提高F类功率放大器的输出功率和效率。

为了克服现有技术的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一种新型高次谐波控制网络，包括第四微带线TL4和第五微带线TL5，所述第四微带线TL4为终端开路微带线，电长度为1/8波长，所述第五微带线TL5为终端短路微带线，电长度为1/8波长；其中，功放管输出端与所述第四微带线TL4和所述第五微带线TL5的一端相连接，所述第四微带线TL4的另一端开路，所述第五微带线TL5的另一端接地。

优选地，对于终端开路微带线TL4，根据阻抗变换的周期特性以及终端开路阻抗变换公式，可得4n-2次谐波阻抗变换公式如下：