[发明专利]一种宽带F类功率放大器及设计方法

摘要

本发明公开了一种宽带F类功率放大器及设计方法。由于传统的F类功率放大器是利用微带线进行谐波控制，而微带线的高Q值特性往往极大的限制了功率放大器的工作带宽。本发明一种宽带F类功率放大器包括带通输入匹配电路、栅极偏置电路、晶体管、漏极偏置电路、π型谐波控制网络和低通输出匹配电路。晶体管的输入端接栅极偏置电路的电压输出端，输出端接漏极偏置电路的电压输出端。带通输入匹配电路包括第一输入微带线、第二输入微带线、第三输入微带线和第四输入微带线。π型谐波控制网络包括第一谐波微带线、第二谐波微带线、第三谐波微带线和第四谐波微带线。本发明使得F类功率放大器在保持高效率的同时，带宽增大。

主权项

1.一种宽带F类功率放大器，包括栅极偏置电路、晶体管和漏极偏置电路；其特征在于：还包括带通输入匹配电路、π型谐波控制网络和低通输出匹配电路；所述晶体管的输入端接栅极偏置电路的电压输出端，输出端接漏极偏置电路的电压输出端；所述的带通输入匹配电路包括第一输入微带线、第二输入微带线、第三输入微带线和第四输入微带线；第二输入微带线的一端接第一输入微带线的一端，另一端接第三输入微带线、第四输入微带线的一端及接晶体管的输入端；第一输入微带线、第二输入微带线及第四输入微带线的另一端均悬空；第一输入微带线的特征阻抗值Z₁＝ω₀·L₁；第二输入微带线的特征阻抗值第三输入微带线的特征阻抗值Z₃＝ω₀·L₂；第四输入微带线的特征阻抗值其中，g1、g2的取值在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中查取；g1为0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表第一行的第二个参数；g2为0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表第一行的第三个参数；FBW＝(ω₂‑ω₁)/ω₀；ω₁＝2πf₁；ω₂＝2πf₂；f₁为设计带宽的下极限值；f₂为设计带宽的上极限值；R₀＝(V_DS‑V_GS)/I；V_DS为漏极偏置电路输出的电压值；V_GS为栅极偏置电路输出的电压值；I为晶体管的电流值；所述的π型谐波控制网络包括第一谐波微带线、第二谐波微带线、第三谐波微带线和第四谐波微带线；第二谐波微带线的一端接第一谐波微带线的一端，另一端接第三谐波微带线的一端；第三谐波微带线的另一端接第四谐波微带线的一端；第一谐波微带线及第四谐波微带线的另一端均悬空；第二谐波微带线靠近第一谐波微带线的那端接晶体管的输出端；所述的低通输出匹配模块包括第1输出微带线、第2输出微带线、……、第n输出微带线Tn；n为三的倍数，且小于36；第1输出微带线的一端接π型谐波控制网络内第三谐波微带线靠近第四谐波微带线的那端，另一端接第2输出微带线及第3输出微带线的一端；第2输出微带线及第3输出微带线的另一端均悬空；第3i+1输出微带线靠近π型谐波控制网络的那端接第3i‑2输出微带线远离π型谐波控制网络的那端；第3i+1输出微带线远离π型谐波控制网络的那端接第3i+2输出微带线及第3i+3输出微带线的一端；第3i+2输出微带线及第3i+3输出微带线的另一端均悬空，i＝1,2,…,n/3‑1；在i＝1,2,…,n/3的情况下，第3i‑2输出微带线的特征阻抗值第3i‑1输出微带线Z_3i‑1′＝第3i输出微带线的特征阻抗值Z_3i′＝ω₀′·L_i′；其中，为设计带宽的中心频率；C_i′的取值与L_i′的取值在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中查取；查取方法为：在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中找到目标行，即阶对应的那行；目标行的第2i‑1个参数为C_i′的取值，第2i个参数为L_i′的取值。