[发明专利]一种基于多级二次谐波控制的宽带连续型功率放大器及设计方法

说明书

本发明提供一种基于多级二次谐波控制的宽带连续型功率放大器及其设计方法，将目标频段等分成n个频点,对n个频点的基波和二次谐波阻抗进行匹配，引入了多级的二次谐波控制网络，每一级由一段串联传输线以及一段或两段并联开路传输线构成，并联开路传输线的长度分别为n个频点的八分之一波长，并联节点的阻抗对二次谐波来说为短路，使其不受后级电路的影响，然后利用串联传输线和前级电路控制二次谐波阻抗，通过合理的设定每一级的电路参数，就能把n个频点的二次谐波阻抗匹配到最优值。相对于现有技术，本发明通过控制n个频点的基波和二次谐波阻抗，提高了宽带连续型功率放大器所要求的基波和谐波阻抗的准确度，进而提高了宽带连续型功率放大器的效率。

技术领域

本发明涉及射频通讯技术领域，尤其涉及一种基于多级二次谐波控制的宽带连续型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。

在实际的设计中，连续型功率放大器的主要工作在于：对基波和谐波阻抗的精准控制，所以匹配电路的精确程度决定了连续型模式的工作性能。为了满足连续型功率放大器基波和谐波阻抗的要求，多种方式已被应用：切比雪夫低通匹配网络、椭圆函数低通匹配网络以及简化实频技术等。但是，这些匹配网络都是基于比较复杂的函数分析或者是程序运算，并且低通滤波结构为实阻抗-实阻抗变换，而通常功放晶体管要求实阻抗-复阻抗变换，更不能满足连续型功率放大器直接的阻抗要求。

因此，需要研究新型的拓扑结构以满足宽带连续型功率放大器精准匹配电路的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于多级二次谐波控制的宽带连续型功率放大器及其设计方法，将目标频段等分成n个频点,对n个频点的基波和二次谐波阻抗进行匹配。引入多级的二次谐波控制网络和基波调谐网络来控制n个频点的基波和二次谐波阻抗，提高了宽带连续型功率放大器所要求的基波和谐波阻抗的准确度，进而提高了宽带连续型功率放大器的效率。

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的技术方案如下：

一种基于多级二次谐波控制的宽带连续型功率放大器，该功率放大器的输出匹配电路至少包括二次谐波控制网络和基波调谐网络，其中，二次谐波控制网络为(n+1)/2级谐波控制单元串接，n为奇数，用于将n个频点的二次谐波阻抗匹配到最优值，所述基波调谐网络的一端与二次谐波控制网络的输出端相连接，其另一端与终端负载相连接，用于将n个频点的基波阻抗匹配到最优值；

第1级谐波控制单元至少包括一段串联传输线TL1和两段并联开路传输线ST1、ST2，其中，串联传输线TL1的一端与晶体管漏级相连接，其另一端分别与并联开路传输线ST1、ST2的一端相连接并输出至下一级；第k级谐波控制单元至少包括一段串联传输线TLk和两段并联开路传输线ST(2k-1)、ST(2k)，k大于等于2且小于等于(n-1)/2，其中，串联传输线TLk的一端与前级输出相连接，其另一端分别与并联开路传输线ST(2k-1)、ST(2k)的一端相连接并输出至下一级；第(n+1)/2级谐波控制单元至少包括一段串联传输线TL(n+1)/2和一段并联开路传输线STn，其中，串联传输线TL(n+1)/2的一端与前级相连接，其另一端与并联开路传输线STn的一端相连接并输出至基波调谐网络；二次谐波控制网络每一级中的并联开路传输线长度分别为n个频点的八分之一波长。

进一步的，所述二次谐波控制网络第1级到第(n+1)/2级分别包括:串联传输线TL1和并联开路传输线ST1、ST2，串联传输线TL2和并联开路传输线ST3、ST4，…，串联传输线TL(n+1)/2和并联开路传输线STn。