[发明专利]一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器

说明书

本发明公开了一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络。本发明采用基于自偏置结构的四堆叠晶体管结构，并结合了EF类基波与谐波控制网络的高效率EF类匹配方式，使得电路可以实现EF类放大器输出阻抗的基波、谐波阻抗的精确控制，具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

技术领域

本发明属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器的设计。

背景技术

随着现代军用、民用通信技术的发展，射频前端发射机也向小型化、高效率、高增益、高功率输出的方向发展。因此市场迫切的需求小型化、高效率、高增益、高功率的功率放大器。然而，在传统高效率功率放大器的设计中，一直存在一些设计难题，主要体现在小型化、高效率指标相互制约：为了保证放大器的高效率工作，晶体管要工作在过驱动模式下，类似于开关状态，但是过驱动开关功率放大器的谐波阻抗控制单元往往需要占据较大的电路尺寸，这影响了电路小型化的指标。

常见的高效率功率放大器的电路结构有很多，最典型的是传统AB类、C类，开关型D类、E类、F类功率放大器等，但是，这些高效率放大器仍然存在一些不足，主要体现在：传统AB类放大器理论极限效率为78.5％，相对较低；C类放大器极限效率为100％，但是功率输出能力较低；D类放大器在实现高频特性时较差；E类放大器中晶体管的承受能力对偏置电压的要求非常苛刻，从而使得其相对输出功率能力较差；F类功率放大器等需要依赖精确的谐波阻抗控制，或者严格的阻抗匹配条件，这些控制和条件往往需要占据较大的电路尺寸，并且设计难度较大。除此之外，现有高效率场效应管功率放大器往往是基于单个共源晶体管实现的，受到单个晶体管的限制，功率输出能力和功率增益能力都相对较低。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，缓解晶体管的峰值电压的设计压力，并且具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

本发明的技术方案为：一种基于精确谐波控制的高效率EF类堆叠功率放大器，包括输入稳定及匹配网络、四堆叠自偏置功率放大网络、EF类基波与谐波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；输入稳定及匹配网络的输入端为整个高效率EF类堆叠功率放大器的输入端，其输出端与四堆叠自偏置功率放大网络的输入端连接；EF类基波与谐波控制网络的输出端为整个高效率EF类堆叠功率放大器的输出端，其输入端与四堆叠自偏置功率放大网络的输出端连接；栅极供电偏置网络与输入稳定及匹配网络连接，漏极供电偏置网络分别与四堆叠自偏置功率放大网络以及EF类基波与谐波控制网络连接。

本发明的有益效果是：本发明采用基于自偏置结构的四堆叠晶体管结构，并结合了EF类基波与谐波控制网络的高效率EF类匹配方式，使得电路可以实现EF类放大器输出阻抗的基波、谐波阻抗的精确控制，具有高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

进一步地，输入稳定及匹配网络包括依次串联的隔直电容C₁、RC抑制电路、微带线TL₁以及微带线TL₂，隔直电容C₁未与RC抑制电路连接的一端为输入稳定及匹配网络的输入端，微带线TL₂未与微带线TL₁连接的一端为输入稳定及匹配网络的输出端；RC抑制电路包括并联的电阻R₉和电容C₂，微带线TL₁和微带线TL₂的连接节点还分别与开路微带线TL₃以及栅极供电偏置网络连接。

上述进一步方案的有益效果是：本发明采用的输入稳定及匹配网络除了能对射频输入信号进行阻抗匹配以外，还能实现信号自激抑制功能从而提高电路的稳定性。