[实用新型]一种高次谐波可控的新型F类功放匹配电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线通信功放技术领域，尤其涉及一种高次谐波可控的新型F类功放匹配电路。

背景技术

目前，随着移动通信系统的进一步发展，高效率功率放大器会成为未来多标准通信终端的关键构成部分。同时，随着无线通讯系统对高效率射频功率放大器的需求逐渐增加，如何提高功率放大器的工作效率已成为一个重要课题。为提高效率，研究人员将大量精力专注于放大器的工作模式上，例如D类，E类，F类和逆F类功率放大器。F类和逆F类两种模式的高效率功率放大器由于理论效率可以达到100%，因此在近几年成为研究焦点。

一般的F类功率放大器由依次相连的晶体管、谐波控制电路和输出基波阻抗匹配电路几个模块构成。对一般的F类功率放大器而言，谐波控制电路将信号的偶次谐波匹配到晶体管的漏极端呈短路状态，将奇次谐波匹配到晶体管的漏极端呈开路状态。从而使漏极端电流表现为半正弦波形式，而电压则为方波形式，且在理想情况下，电压与电流在时间上无重叠区域。这样，理想的F类功率放大器便能实现100%的工作效率。实际的F类功率放大器设计中，我们一般只考虑二次谐波和三次谐波。经典F类功率放大器（仅有三次谐波控制）的电路原理图如图1所示。

所以，为了满足高效率功率放大器的要求，结合F类功率放大器的设计原则，可控制高次谐波的F类功率放大器的设计成为一个热门的研究领域。

传统的高次谐波控制的F类功率放大器的基本原理框图，如图2所示。传输线T₂-T_n由n-1根开路短截线组成。传输线T₁₁的电长度为（为基波频率下的载波波长）。因此，若传输线T₂-T_n的电长度为，则在晶体管漏极看到的奇次谐波呈现开路状态，偶次谐波下呈现短路状态，满足了高次谐波控制的要求。传输线T₁₂使得在基波频率下阻抗为R+jX的形式。

因此，上述高次谐波控制的F类功率放大器结构相比传统的F类功率放大器相比，虽然增加了电路的复杂程度，但是对于高次谐波实现了有效控制，而不仅仅满足于2，3次谐波的控制。介于此，晶体管漏极电压与电流在时间上的重叠区域更小，工作效率更高，可以接近100%。

近年来，高次谐波控制的F类功率放大器的研究刚刚处于起步阶段。文献[1]对经典的F类功率放大器进行了详细而准确的解释。文献[2]是Kazuhiko Honjo所提出的电路结构。本实用新型结合Kazuhiko Honjo所提出的电路，提出了一种高次谐波可控的新型F类功放匹配电路设计方法。这种电路相比于Kazuhiko Honjo所提出的电路更加节约材料和空间，对于降低电路成本和提高电路集成度有着深远意义。

【参考文献】

[1] Raab .FH，“Class-F power amplifiers with maximally flat waveforms，”IEEE Trans MTT 1997;45(11);2007-12。

[2]Kazuhiko Honjo，“A simple circuit synthesis method for microwave class-F ultrahigh efficiencyamplifiers with reactance-compensation circuits” Solid-state Electronics 44 (2000) 1477-1482。

发明内容

针对现有技术中存在的难题，本实用新型对Kazuhiko Honjo所提出的电路进行改进，创新性的提出了一种新型结构。这种结构节约了电路的材料和所需空间，对于降低电路成本和提高电路的集成度有着深远意义。

一种高次谐波可控的新型F类功放匹配电路，具体电路如图4所示。其特征在于：

匹配电路包括：电长度为（为基波频率下的载波波长）的传输线T₁₁；在高次谐波各自频率下呈现的开路短截线T₂-T_n；与开路短截线T₂-T_n构成基波频率下谐振的短路短截线T₂ ^*-T_n^*；串联短截线T₁₂及50欧姆的输出阻抗。