[发明专利]一种带宽可调式F类功率放大器

说明书

本发明公开了一种带宽可调式F类功率放大器，包括晶体管、谐波控制电路、寄生补偿电路、带宽可调的基波匹配网络和负载,谐波控制电路包括输入电压、短路传输线和开路传输线，短路传输线并联开路传输线形成偶次谐波短路电路，输入电压与偶次谐波短路电路串联；通过在谐波控制电路中将短路传输线和开路传输线进行并联形成偶次谐波短路电路，能够使得谐波控制电路只针对偶次谐波起作用，基波与奇次谐波处由于呈现开路而不会对电路产生影响，提高功率放大器的效率，此外，通过在谐波控制电路和带宽可调的基波匹配网络之间串联一个寄生补偿电路，能补偿掉C_out对三次谐波阻抗的影响，实现很好的三次谐波开路状态，确保了F类功率放大器的高效率特性。

技术领域

本发明涉及无线通信功放技术领域，特别涉及一种带宽可调式F类功率放大器。

背景技术

功率放大器作为无线通信系统中重要的前端器件，是利用电源提供的直流能量将已调制的频带信号放大到所需要的功率值并送到天线中发射，保证在一定区域内的接收机可以收到满意的信号电平，其设计的好坏直接影响着整个电路系统。

F类功率放大器因其理想工作效率能够达到100％而受到了大量的关注，在现有技术方案中，F类输出匹配网络根据应用的频率范围，其实现形式既可以采用LC集总元件，也可以使用传输线，或者是两者的混合体，针对目前移动通信用的Sub-6GHz频段，兼顾性能、体积与成本因素，混合型结构一般是最优选择，如图1所述，通过并联LC振荡回路(L0-C0)调谐至载频，使其在工作带宽外的所有频率上如同短路，传输线的长度选择为载波波长λ的1/4就能等效实现无数个串联的奇次谐波振荡器，如此即可在晶体管漏极看到偶次谐波短路与奇次谐波开路的情况，从而实现对输出电流、电压波形的整形，理想上呈现出半正弦波电流与峰-峰值为2VDD的方波电压，两者之间没有重叠部分，这意味着没有能量损耗在功率管上，可实现100％的转换效率。

但是，现有的F类功率放大器存在以下缺陷：(1)在高频环境下，部分谐波分量可通过寄生电容C_out泄露，从而影响了奇次谐波开路的状态，也就造成效率的降低；(2)实际的晶体管均含有寄生的输出电容C_out，会使得基波阻抗发生偏移。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种带宽可调式F类功率放大器，能够解决现有F类功率放大器存在的影响奇次谐波开路状态、基波阻抗会发生偏移等缺陷。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种带宽可调式F类功率放大器，包括晶体管、谐波控制电路、寄生补偿电路、带宽可调的基波匹配网络和负载，所述谐波控制电路的输入端与所述晶体管的漏极输出端连接，所述谐波控制电路的输出端与所述寄生补偿电路的输入端连接，所述寄生补偿电路的输出端与所述带宽可调的基波匹配网络的输入端连接，所述带宽可调的基波匹配网络的输出端与所述负载连接，所述谐波控制电路包括输入电压、短路传输线和开路传输线，所述短路传输线并联所述开路传输线形成偶次谐波短路电路，所述输入电压与所述偶次谐波短路电路串联。

作为所述带宽可调式F类功率放大器的进一步可选方案，所述短路传输线的长度等于八分之一基波波长λ，所述开路传输线的长度等于八分之一基波波长λ，所述短路传输线和所述开路传输线的阻抗均为Z₀。

作为所述带宽可调式F类功率放大器的进一步可选方案，所述带宽可调的基波匹配网络包括第一电感、第二电感、第一电容和第二电容，所述第一电感的第一端和第二电感的第一端构成共同端与所述寄生补偿电路的输出端连接，所述第一电感的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电感的第二端与所述第二电容的第一端连接，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端构成共同端接地。

作为所述带宽可调式F类功率放大器的进一步可选方案，所述谐波控制电路还包括第三电容，所述第三电容的第一端与所述谐波控制电路的输入电压连接，所述第三电容的第二端接地。