[发明专利]功率放大器

说明书

本发明涉及一种功率放大器。本发明特别涉及可在0.5GHz至40GHz之间的频率范围内工作的开关式功率放大器，该放大器被配置为输出1W至1kW范围内的功率。本发明还涉及用于这种功率放大器的阻抗匹配级。本发明的阻抗匹配级包括位于其输入的短路短截线，位于其输出的开路短截线，以及连接输入和输出的串联支路。通过选择合适的短截线和串联支路的特征阻抗和电气长度，可以独立地选择在基波和二次谐波频率下呈现给功率晶体管的阻抗。

技术领域

本发明涉及一种功率放大器。本发明特别涉及射频(RF)功率放大器，更特别地涉及可在0.5GHz至40GHz之间的频率范围内操作并且被配置为输出1W至1kW范围内的功率的开关式功率放大器。本发明还涉及用于这种功率放大器的阻抗匹配级。

背景技术

功率放大器是本领域公知的。例如，功率放大器用于放大基站中的电信信号。典型地，这些功率放大器包括硅基横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管或氮化镓基场效应晶体管(FET)。

为了获得合适的功率附加效率和增益值，重要的是在晶体管的输出提供适当的阻抗，不仅在基频，还有在二次谐波频率及更高的谐波频率。这种阻抗通常使用阻抗匹配级来提供，这些阻抗匹配级将连接到功率放大器的负载的阻抗值转换为提供给功率放大器的功率晶体管的适当阻抗值。

当功率放大器是开关式功率放大器时，在谐波频率提供合适的阻抗水平特别重要，其中谐波阻抗负责产生期望的电压和/或电流波形，例如以允许零电压切换。

设计上述类型的功率放大器的一个常见问题是，在基频和二次谐波频率及更高谐波频率处的阻抗通常是相关的。结果，当针对基频处的给定阻抗优化阻抗匹配级时，二次谐波频率及更高谐波频率处的阻抗电平也受到影响。因此，对于同时针对基频处的给定阻抗和谐波频率处的给定阻抗设计阻抗匹配级是复杂的。该问题特别与二次谐波频率处的阻抗有关。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻抗匹配级，在该阻抗匹配级中上述问题不会出现或至少在更小程度上出现。

根据本发明，该目的利用如在所附权利要求1中定义的阻抗匹配级来实现，该阻抗匹配级包括输入和输出、连接到输入的短路短截线(short-circuitedstub)、连接到输出的开路短截线以及布置在输入和输出之间的串联支路。

根据本发明，当负载阻抗连接到输出时，开路短截线和串联支路被配置为根据负载阻抗将阻抗匹配级的输入阻抗设置在基频。短路短截线被配置为将阻抗匹配级的输入阻抗设置为二次谐波频率。

在本发明的上下文中，用语基频和二次谐波频率可对应于功率放大器或阻抗匹配级所连接的其它电子组件的操作频率的1倍或2倍。该操作频率通常位于给定范围内，例如在0.5GHz和40GHz之间。对于用于电信的功率放大器，操作频率可以对应于载波的频率。

开路的短截线和串联支路可以被配置为当连接到输出时，在基频将负载阻抗变换为第一期望阻抗，而在二次谐波频率不影响或最多略微影响阻抗匹配级的输入阻抗。另外，短路短截线可被配置为在二次谐波频率具有基本上等于第二期望阻抗的输入阻抗，而在基频不影响或最多略微影响阻抗匹配级的输入阻抗。

注意，第一期望输入阻抗和第二期望阻抗通常由连接到阻抗匹配级的输入的功率晶体管或其他电子组件确定。阻抗匹配级的组件的配置通常取决于这些阻抗以及连接到阻抗匹配级的输出端的负载的负载阻抗。

开路短截线和串联支路可以被配置为当连接到输出时，在基频将负载阻抗基本变换为输入处的第一期望阻抗，并且在二次谐波频率在输入处呈现基本上大于第二期望阻抗的阻抗。此外，在基频的短路短截线的输入阻抗可以基本上大于第一期望阻抗，并且在二次谐波频率的短路短截线的输入阻抗可以基本上等于第二期望阻抗。