[发明专利]采用碎片离散结构匹配网络优化设计的连续逆F类功率放大器

说明书

本发明公开了一种采用碎片离散结构匹配网络优化设计的连续逆F类功率放大器，包括输入匹配网络、输出匹配网络。输出匹配网络包括碎片离散结构匹配网络和规则结构基波匹配网络。其中，碎片离散结构匹配网络用于实现谐波频段的传输零点，可离散化为矩形形状的子网格，用0或1对每个子网格进行描述，1表示该网格区域为金属材质，0表示未附着金属。规则结构基波匹配网络用于实现宽频段内的基波阻抗匹配。本发明通过使用多目标优化算法对功率放大器的碎片离散结构谐波匹配网络进行优化，解决了传统切比雪夫低通匹配网络带外抑制差、滤波特性不够理想的问题。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种采用碎片离散结构匹配网络优化设计的连续逆F类功率放大器。

背景技术

随着无线通信的快速发展，移动通信传输的信息量不断增大，数据速率逐步提高，对功率放大器的性能要求也随之提高。传统连续类功率放大器包含J类，连续F类，连续逆F类等改进谐波控制类，由于其具有宽带高效率的优点，连续类功率放大器受到了工业界和学术界的广泛关注。

一方面，连续类放大器所需的谐波负载不是固定的开路或者短路，而是一系列在Smith圆图边沿连续分布的阻抗。所以，其输出匹配网络中不需要谐振电路结构，可以在实现宽带工作的同时维持高效率。传统连续类功率放大器如图1所示。其输出匹配网络有两个部分组成。1)基波匹配网络：基波匹配网络则是实现基波负载阻抗与标准负载50Ω的匹配。2)谐波匹配网络：与传统谐波控制类放大器不同，因连续类功率放大器不需要将谐波控制在标准的短路或开路状态，只需要将谐波阻抗匹配到特定的阻抗区域内，所以连续类功放可以实现宽带内的阻抗匹配。连续类功率放大器可以实现比传统谐波控制类放大器更宽的带宽范围，可以有效地放大移动通信系统中宽带的调制信号。但是，由于规则匹配结构中电路尺寸的限制，所实现的负载阻抗难以覆盖预期的最佳负载阻抗所在的区域，由此可能会带来功率放大器功率和效率的下降。

另一方面，常规功率放大器设计通常采用“理论设计—参数调整”的设计模式，该设计模式在功率放大器输出匹配网络结构和参数调整方面不够灵活，具有一定的局限性，难以满足更高性能的需求。因此，利用优化算法对功率放大器进行优化设计成为一个重要研究领域。

综上所述，通过研究发现，一方面，传统连续类功率放大器只使用规则结构来对匹配网络进行设计，而碎片离散结构的强灵活性和大自由度是规则结构远不能及的。另一方面，常规功率放大器设计通常采用“理论设计—参数调整”的设计模式，该设计模式在功率放大器输出匹配网络结构和参数调整方面不够灵活，具有一定的局限性。因此，使用优化算法对碎片离散结构的连续类功率放大器设计有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用碎片离散结构匹配网络优化设计的连续逆F类功率放大器，即通过基于阻抗和S参数作为优化目标的多目标优化算法对碎片离散结构输出匹配网络的功率放大器进行优化设计，来扩展连续类功率放大器的带宽。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种采用碎片离散结构匹配网络优化设计的连续逆F类功率放大器，包括输入匹配网络(10)、功放管(20)和输出匹配网络(30)；其特征在于：输入信号连接所述输入匹配网络(10)的输入端；所述输入匹配网络(10)的输出端连接所述功放管(20)的输入端；所述功放管(20)的输出端连接所述输出匹配网络(30)的输入端。所述输出匹配网络(30)由碎片离散结构谐波匹配网络(301)和规则结构基波匹配网络(302)串联连接组成。

所述输出匹配网络(30)是由碎片离散结构谐波匹配网络(301)和规则结构基波匹配网络(302)串联连接组成。所述碎片离散结构谐波匹配网络(301)用于实现谐波频段的传输零点，可离散化为矩形形状的子网格，用0或1对每个子网格进行描述，对应该设计空间的二进制矩阵编码，0-1编码可以表征每个子网格空间的电路特性，1表示该网格区域为金属材质，0表示未附着金属。所述规则结构基波匹配网络(302)采用低通切比雪夫结构，用于实现宽频带基波阻抗的匹配。