[发明专利]一种Class-E功率放大器

说明书

本发明公开了一种Class‑E功率放大器，在功率放大器驱动级的输出端采用了电感和电容串联构成的四次谐波滤除电路，使加载到输出级的共源晶体管栅端的电压更接近方波；在输出级的共栅晶体管的栅端采用了二极管构成的自偏置电路。本发明能够根据不同的电源电压，调整功率放大器输出功率的大小。电源电压高时，功率放大器输出功率比较高，电源电压低时，输出功率比较小，进而实现开关功率放大器的线性化。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，应用在3G、4G通信以及无线局域网中的射频发射机当中，尤其涉及射频发射机当中的Class-E功率放大器。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，手机等无线终端已经成为人们日常生活中的一部分。当前无线通信系统需要低成本、高效率、高集成度和高可靠性的设备。为了实现这些功能，将功率放大器集成到整个发射机中是一种很好的解决方案。此外由于功率放大器是发射机链路当中的最后一个模块，也是消耗功耗最大的模块，所以整个功率放大器的性能决定了发射机的性能。高效率的攻放更是可以节省功耗，提高电池的寿命、增加用户体验感。

随着频谱资源的减小，现代无线通信系统多采用幅度调制和相位调制相结合的信号调制方式来提高频谱的利用率，例如OFDM等调制方式。这些调制方式比传统的调制方式在单位带宽内包含更多的信息，但是带来包络的变化，导致信号有非常高的峰均比，这导致功率放大器需要回退大量的功率才能满足上述高峰均比调制信号的线性度要求。功率回退又导致功率放大器大多数时间都工作在较小的输出功率状态下，因此效率非常低。为解决此问题，学术界提出了基于开关功率放大器的极坐标发射机电路结构，如图1所示。调制信号首先通过限幅器变成相位调制信号。与此同时，调制信号的幅度被包络检波器检测出。这样幅度信息和相位信息就被分离开来了。这里的非线性功放一般采用Class-E功率放大器。由于Class-E功率放大器的输出功率和电源电压的平方成正比，所以将包络加载到非线性功放的电源电压上，这样功率放大器的输出也包含了幅度信息。极坐标发射机的好处是用到了一个高效率的开关功放。在不影响开关功放效率的情况下，使得开关功放线性化。这种结果解决了发射机线性化和效率的矛盾。

在极坐标发射机当中，Class-E功放的电源电压是在不断变化的。由于Class-E攻放漏端电压最高可以达到3.56倍的电源电压，为了提高攻放的可靠性，防止晶体管被击穿，一般都采用自偏置技术。然而变化的电源电压使得Class-E攻放在电源的电压比较低时，效率降低太多。功放中开关切换的时间比较长而导致功放效率比较低的两个难点亟待解决。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种Class-E功率放大器，用以解决开关切换的时间长且功放效率低的问题。

(二)技术方案

本发明提供一种Class-E功率放大器，包括依信号流依次连接的输入匹配网络、驱动级、二次谐波滤除模块、输出级、高次谐波滤除模块、输出匹配网络，其中，该功率放大器还包括四次谐波滤除模块，并联于二次谐波滤除模块两侧，用于使驱动信号成为方波，缩短开关的切换时间。

其中，四次谐波滤除模块包括串联连接的一第四电感L₄和一第四电容C₄，第四电容C₄的一端接地，另一端接第四电感L₄的一端，第四电感L₄的另一端接驱动级；其中：

第四电感L₄，用于通直流，阻交流；

第四电容C₄，用于通交流，阻直流。

其中，所述二次谐波滤除模块用于滤除二次谐波分量，包括一第三电感L₃和一第三电容C₃，第三电容C₃的一端接地，另一端接第三电感L₃的一端，第三电感L₃的另一端接驱动级；