[发明专利]一种基于有源负载调制的宽带功率放大器及其设计方法

说明书

本发明提供一种基于有源负载调制的宽带功率放大器及其设计方法，包括宽带功率分配器、宽带功率放大电路、负载调制功率放大电路。当输入信号频率处于倍频程以下时，宽带功率放大器输出阻抗条件良好，负载调制功率放大电路未工作；当输入信号频率进入倍频程以上时，宽带功率放大器的基波阻抗开始降低，这时负载调制功率放大电路开始工作，在其输出端产生电流Isubgt;2/subgt;，而宽带功率放大电路的输出电流为Isubgt;1/subgt;。根据有源负载调制的原理，宽带功率放大电路的负载阻抗Zsubgt;1/subgt;被提高，再经过宽带输出匹配电路的阻抗变换，其基波阻抗被提高至高效率区内。这样，宽带功率放大器的基波阻抗能在更宽的频带内处于高效率区，因此能够在更宽的频带内获得较高的效率，变相地拓展了功率放大器的带宽。

技术领域

本发明涉及射频通讯技术领域，尤其涉及一种基于有源负载调制的宽带功率放大器及其设计方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，射频功率放大器朝着更高效率、更宽频带和高线性的方向发展。然而，由于晶体管寄生参数以及宽带输出匹配电路频率响应的复杂性，在宽频带范围内获得高效率将变得十分困难。兼顾高效率和宽频带的射频功率放大器成为学术界和工业界的研究热点之一。连续型功率放大器因为最优阻抗解空间的拓宽，从而降低了基波和谐波阻抗的要求，成为宽带功率放大器的主流形式。一个典型的连续F类功率放大器具有最优阻抗条件为：

Z_3F＝∝

通过在宽带范围内使得基波和谐波阻抗对应不同的γ值，功率放大器便能在宽频带上获得非常高的效率。

实际上，连续F类放大器的输出阻抗，只要基波阻抗在高效率区域，二次谐波阻抗处于短路点(或者在短路点附近)，三次谐波处于开路点(远远大于基波阻抗，要求最不严格)，就可以获得较高的效率。但是，由此也引发了一些问题。如果基波f₀阻抗位于高效率区，而二次谐波2f₀位于短路点附近，就无法在倍频程附近获得较好的阻抗条件，因为此时2f₀作为基波的阻抗早已不在高效率区。通常的解决办法是降低基波最低频率处的二次谐波条件，或者是基波最高频率远离倍频程，但是这样做或多或少都会降低频带上部分效率或者部分带宽。

因此，需要研究新型的拓扑结构以满足连续型功率放大器倍频程处高效率阻抗的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于有源负载调制的宽带功率放大器及其设计方法，通过增加辅功放回路并采用新型的匹配电路实现有源负载调制，解决了连续型功率放大器在倍频程以上基波阻抗变低的问题，极大提高了连续型功率放大器的带宽。

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的技术方案如下：

一种基于有源负载调制的宽带功率放大器，至少包括宽带功率分配器、宽带功率放大电路以及负载调制功率放大电路，其中，

所述宽带功率分配器用于将输入信号在宽的频率范围内分别输出给宽带功率放大电路和负载调制功率放大电路，所述的宽带功率放大电路的输出端与负载调制功率放大电路的输出端直接并联将功率合路输出给负载；

所述宽带功率放大电路包括依次串接的宽带输入匹配电路、宽带功率放大器、宽带输出匹配电路；

所述负载调制功率放大电路包括相位补偿线、窄带输入匹配电路、负载调制功率放大器、负载调制输出匹配电路；

所述窄带输入匹配电路具有窄带特性，用于抑制频率在倍频程以下的输入信号；当输入信号频率处于倍频程以下，窄带输入匹配电路位于阻带，负载调制功率放大器处于截止状态，负载调制功率放大电路无电流输出；