[发明专利]适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论

说明书

本发明公开适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论，包括：计算与描述晶体管非线性特性的幂级数以及输入栅极电压有关的参数，根据该参数计算出三次谐波注入时的漏极效率，计算出三次谐波注入时的输出功率，建立三次谐波注入时计算出的漏极效率输出功率与获得的对输入端栅极电压波形，输出端漏极电压波形和电流波形的关系，根据上述关系对晶体管输入端栅极电压波形控制，以实现控制晶体管漏极效率以及输出功率。本发明可以探索出逆F类高效功放的最佳注入波形，进而达到从输入端进行谐波注入来提升逆F类高效功放功率和效率的目的。

技术领域

本发明涉及无线通信功率放大器技术领域，特别是涉及一种适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论。

背景技术

随着无线通信系统的迅速发展，对信息传输的要求也越来越高。而在无线通信领域，射频功率放大器一直是无线收发系统中最为重要的部件之一。为了满足现代通信信号的复杂性和多变性，高效率、高功率、高增益、高线性度的指标已越来越成为功放设计者所关注的焦点。

目前，高效率、高功率功放的研究已趋于成熟，主要包括：开关类功率放大器和谐波调谐类功率放大器。由于谐波调谐类功放相比于开关类功放在漏极峰值电压、适用频率等方面有着诸多的优势，因此成为了一个热门的研究领域。谐波调谐类功放的原理是通过控制输出端基波和谐波的阻抗，使得漏极电压和漏极电流波形在时域上的重叠部分减小，从而降低晶体管功耗提升整体效率，。其中最为典型的就是F类高效功率放大器和逆F类高效功率放大器。逆F类高效功放相比于F类高效功放的优势在于：实际设计中漏极效率高，基波阻抗值小，高输出功率时输出匹配电路设计简单等等，。因此，近年来越来越的学者将研究的重点投入到逆F类高效功放中。

如上所述，传统的谐波调谐类功放都是从晶体管的输出端进行谐波(阻抗)控制进而达到高效率高功率的目的。而新型的研究结果表明，在晶体管的输入端进行谐波注入，也可以使得功放的性能提升。2017年，Amirreza等人首次基于理论和仿真对J类功放进行了谐波注入理论的研究，得出半正弦的波形注入可以使J类功放的功率和效率大幅度提升。

基于上述逆F类高效功放的优势和谐波注入理论的研究基础，本文创新性地提出了一种适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论，从而计算出其最佳注入波形。这种新型理论不仅说明了逆F类功放功率和效率的提升可以通过输入端谐波注入实现，而且其最佳的注入波形也为多级逆F类功放相互级联奠定了良好的基础。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论，可以探索出逆F类高效功放的最佳注入波形，进而达到从输入端进行谐波注入来提升逆F类高效功放功率和效率的目的。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

适用于逆F类高效功率放大器的谐波注入理论，包括：

计算与描述晶体管非线性特性的幂级数a₀-a₃以及输入栅极电压有关的一个参数k₁，

根据该参数k₁，计算出三次谐波注入时的漏极效率η’，

根据三次谐波注入时的功率P’_out与未进行谐波注入时的功率P_out的比值，即注入功率比P_nor关系式，计算出三次谐波注入时的输出功率P’_out，

其中，m表示输入电压三次谐波幅值与基波幅值的比，

表示栅极输入电压三次谐波相对于基波的初相位，V_dc表示晶体管的供电电压和V_k表示晶体管的膝点电压，V_gs3，V_gs1分别表示栅极输入电压的三次谐波幅值与栅极输入电压的基波幅值；