[发明专利]宽带射频功放的设计方法及宽带射频功放

说明书

本发明公开了一种宽带射频功放的设计方法及宽带射频功放，基于连续F类的理论，使用ADS软件对管芯进行负载牵引，得到基波最佳设计空间和高次谐波阻抗最佳设计空间，根据得到的最佳设计空间设计输出电路（输出偏置电路，输出谐波控制电路，输出匹配电路），再对加入输出电路的管芯进行源负载牵引，得到源端的基波最佳设计空间和高次谐波最佳设计空间，设计输入电路（输入偏置电路，输入谐波控制电路，输入匹配电路），最终得到整体的射频功放，该方法减小了匹配网络带来的设计误差。本发明很好的解决了匹配网络带来误差而导致宽带功放效率下降的问题，增加了设计的准确性，设计出来的功放可广泛应用于现代无线通信系统。

技术领域

本发明设计一种射频宽带功放技术，尤其是涉及一种宽带射频功放的设计方法及宽带射频功放。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，现代的通信系统都将满足多频段多模式的工作要求。作为射频系统中的重要组成部分，功率放大器的带宽，输出功率和效率对整个射频系统有着重大的影响。现今无线通信技术发展极为迅速，为了提高数据传输的效率，通信系统对于带宽的要求越来越高。电子战也成为未来战争的核心战场，通信系统的抗干扰都需要功率放大器具有宽带高效的性能特征。

第三代半导体氮化镓（GaN），具有禁带宽度大（3.4eV），击穿场强高（3×10⁶V/cm），电子饱和漂移速度高（2×10⁷cm/s）等特点。使得功放管的击穿电压大大提高，由最初的不到30V提高到了现在的120V。相比于砷化镓（GaAs），氮化镓可以实现高频以及更大功率的输出，是当前国际上微波功率晶体管研究的热门。

常见的高效率功率放大器的电路结构有很多，主要是通过控制谐波来提高功放的效率。F类作为经典的谐波控制类功放，通过精确的谐波阻抗控制或者严格的阻抗匹配条件，这些对于谐波阻抗的严格要求都极大地限制了功放的带宽，因而F类也仅可设计窄带的功放。连续F类功放通过引入修正因子，扩大了F类功放的阻抗解空间，提升了匹配网络的设计空间，实现了F类功放的频带拓展。但是跨倍频程的连续F类功放的设计因为二次谐波的频带与基波的频带会相交叠，会影响连续F类功放的设计效果。因而在连续F类功放的理论基础上，又引入了拓展连续F类的功放理论，它引入了电阻性的二次谐波阻抗，进一步拓展了功放的设计空间，为实现跨倍频程连续F类功放提供了理论基础。

然而宽带功放输出匹配网络的轨迹不可能在全频带内与输出最优阻抗点相一致。输出匹配网络所带来的误差会影响输入基波和谐波阻抗点的位置，在跨倍频程时，输出匹配网络误差带来的影响尤为明显。

因此，当前宽带连续F类功放的设计方法虽然能满足设计的基本要求。但是匹配网络所带来的设计误差会增加功放设计的工作量。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提出一种宽带射频功放的设计方法及宽带射频功放，在高效率的基础上，同时具有较宽的工作带宽，能够满足现代通信系统对宽频带，高效率的要求。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

宽带射频功放的设计方法，包含以下步骤：

步骤1），根据设计功放的工作指标对晶体管选型，功放的工作指标包括输出功率、效率、工作带宽、增益和增益平坦度；

判断晶体管在工作带宽内是否绝对稳定，若不是则设计稳定网络；

使用晶体管器件模型在ADS仿真软件的谐波负载牵引电路，基于多谐波双向牵引技术得到管芯的最佳基波阻抗设计空间和最佳高次谐波阻抗设计空间；

步骤2），基于获得的最佳基波阻抗设计空间和最佳高次谐波阻抗设计空间，在宽带的各个频点选取基波阻抗匹配点和谐波阻抗匹配点，设计输出电路，所述输出电路包含输出偏置网络、输出谐波控制网络和输出匹配网络；

步骤3），将加入输出电路的管芯电路放入ADS里负载牵引，得到基波和谐波的最佳阻抗空间；