[实用新型]一种基于左右手传输线的高效率F类堆叠功率放大器

说明书

本实用新型公开了一种基于左右手传输线的高效率F类堆叠功率放大器，包括输入基波控制网络、四堆叠自偏置功率放大网络、寄生参数补偿网络、左右手传输线谐波控制网络、输出基波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络。本实用新型采用基于自偏置结构的四堆叠晶体管结构，并结合了左右手传输线谐波控制网络的高效率F类匹配方式，使得电路在具备晶体管寄生补偿能力下，可以独立地控制输出阻抗的基波、二次谐波与三次谐波阻抗，实现放大器高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

技术领域

本实用新型属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种基于左右手传输线的高效率F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；开关型D类、E类、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。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。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种基于左右手传输线的高效率F类堆叠功率放大器，实现放大器高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

本实用新型的技术方案为：一种基于左右手传输线的高效率F类堆叠功率放大器，包括输入基波控制网络、四堆叠自偏置功率放大网络、寄生参数补偿网络、左右手传输线谐波控制网络、输出基波控制网络、栅极供电偏置网络和漏极供电偏置网络；输入基波控制网络、四堆叠自偏置功率放大网络、寄生参数补偿网络、左右手传输线谐波控制网络和输出基波控制网络依次连接；输入基波控制网络的输入端为整个高效率F类堆叠功率放大器的输入端，输出基波控制网络的输出端为整个高效率F类堆叠功率放大器的输出端；栅极供电偏置网络与输入基波控制网络连接，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输出基波控制网络连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用自偏置四堆叠晶体管技术结合了左右手传输线谐波控制技术实现F类放大器匹配方式，使得电路在具备晶体管寄生补偿能力下，可以独立的控制输出阻抗的基波、二次谐波与三次谐波阻抗，实现放大器高效率、高增益、高功率输出能力，且占用较小的电路尺寸。

进一步地，输入基波控制网络包括依次串联的隔直电容C₁、微带线TL₁以及微带线TL₂，隔直电容C₁未与微带线TL₁连接的一端为输入基波控制网络的输入端，微带线TL₂未与微带线TL₁连接的一端为输入基波控制网络的输出端，微带线TL₁和微带线TL₂的连接节点还分别与接地电容C₂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：本实用新型采用的输入基波控制网络能够实现对射频输入的基波信号进行阻抗匹配，其中微带线TL₁、微带线TL₂和接地电容C₂组成的T型LCL匹配枝节能够有效强化对信号的阻抗匹配作用。