[发明专利]一种基于精确谐波控制的高效率双频功率放大器及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于精确谐波控制的高效率双频功率放大器及其设计方法，其中功率放大器包括输入匹配网络、栅极偏置电路、晶体管、漏极偏置电路与输出匹配电路，其中输入匹配网络采用三段式匹配电路进行匹配；输出匹配电路包括漏极偏置电路、谐波匹配网络与基波匹配电路，谐波匹配网络用于实现谐波的精确控制以实现F与逆F类模式从而提升效率，基波匹配电路用于实现所需频段内的双频匹配。本发明能够实现对于谐波的精确控制，使其工作在开关类模式下并保证其在两个频率下的高效率输出。

技术领域

本发明属于射频技术领域，涉及一种基于精确谐波控制的高效率双频功率放大器及其设计方法。

背景技术

无线通信系统的快速发展和新标准的推出要求射频前端能够支持多种标准，以满足不同工业应用的需求。目前5G通信设备正在我国如火如荼的铺设中，同时推进了物联网的快速发展与移动终端的急剧增多。相较于4G基站而言，5G通信设备消耗的能量是其三倍之多，而在其中，功率放大器消耗了超过50％的能量，为了降低消耗，节省资源，提高功率放大器的效率成为了最为简单有效的方法。与此同时，5G通信频率与通信带宽也达到了一个新的高度，对射频前端，尤其是对功放设计提出了更高的要求。

提高功率放大器效率常用的方法是对其谐波进行精确控制，例如F类功放、E类功放等，然而此类功放的实现通常仅能在窄带内实现，连续类功放虽有效的拓展了带宽，但却无法在整个带宽范围内保持高效率，在目标频段内实现高效率输出成为了最好的选择。因此多频带功率放大器也被认为是宽带或者多频带通信系统的有效方法，并发双频功率放大器作为多频功放的最简单形式，已经被广泛研究。双频功率放大器包括可重构模式和并发模式等，可重构功放具有更高的灵活性，它的实现通常需要用到可重构器件例如变容二极管、PIN开关等，其通过改变匹配电路来使其工作于不同的模式之下；并发双频功率放大器的实现则完全由匹配电路决定，其设计难度较高，但较为实用。

故，针对上述应用需求，有必要研究一种设计方案用于实现双频功率放大器的设计。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于精确谐波控制的高效率双频功率放大器及其设计方法，通过对谐波进行精确控制，使所设计功率放大器在两频率下分别工作于F类与逆F类模式下，有效的提高了功放的效率，同时降低了双频功率放大器的设计难度。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于精确谐波控制的高效率双频功率放大器，包括输入匹配网络、栅极偏置电路、晶体管、漏极偏置电路、谐波控制网络和基波匹配电路，其中，

所述输入匹配网络的输入端作为功率输入端，其输出端接所述晶体管栅极，其通过三段式结构实现双频匹配；

所述栅极偏置电路并联在输入匹配网络中，末端通过去耦电容C_gate并联到地；

所述晶体管漏极与谐波控制网络的输入端相连接，谐波控制网络与基波匹配电路连接，基波匹配电路的输出端作为功率输出端，漏极偏置电路并联于谐波控制网络中，末端通过去耦电容C_drain并联到地。

所述第一微带线表示为T1，第二微带线表示为T2，以此类推；低频段中心频率表示为f₁，高频段中心频率表示为f₂，f₂＝kf₁。

优选地，所述输入匹配网络包括微带线T0、T1、T2、T3、T4和隔直电容C₁；微带线T0的一端与输入端连接，微带线T0的另一端与隔直电容C₁的一端相接；隔直电容C₁的另一端与微带线T1的一端相接，微带线T1、T2和T3依次串联；微带线T3另一端与微带线T4和栅极偏置T5相连接，其中T5并联在输入匹配电路中；微带线T4与晶体管的栅极端相接。