射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法及所用之史密斯圓圖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法及所用之史密斯圓圖，是在寬帶功放設(shè)計中的新思路：寬帶設(shè)計的新工具——立體三維史密斯圓圖。該立體史密斯圓圖是在傳統(tǒng)經(jīng)典的二維史密斯圓圖基礎(chǔ)之上進(jìn)行拓展，增加頻率坐標(biāo)，實現(xiàn)了寬帶設(shè)計時大量數(shù)據(jù)的可視化，避免了傳統(tǒng)經(jīng)典的二維史密斯圓圖在寬頻帶上顯示出現(xiàn)重疊導(dǎo)致圖解困難的問題，使得在寬頻段內(nèi)也可以進(jìn)行簡化計算和圖解，尤其是在寬帶功放設(shè)計的匹配網(wǎng)絡(luò)中。該立體三維史密斯圓圖的顯示便于使用者從整體上把握寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的整體效果，使得以前的寬帶復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)變的直觀，使寬帶設(shè)計更加方便有效?？偠灾Ⅲw史密斯圓圖可有效應(yīng)用于寬帶網(wǎng)絡(luò)阻抗分析和寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之中。
【專利說明】射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法及所用之史密斯圓圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法及所用之史密斯圓圖，屬于射頻通信【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在國內(nèi)國外不斷發(fā)展的無線通信大環(huán)境下，射頻功放的關(guān)鍵指標(biāo)在整個通信系統(tǒng)中顯得至關(guān)重要。甚至在某些情況下可以說，射頻功放的性能代表了整個無線通信系統(tǒng)的性能。
[0003]隨著不斷出現(xiàn)的各種先進(jìn)通信標(biāo)準(zhǔn)，無論是對從信號帶寬的要求，還是從基站升級考慮的各種頻段要求，都使得寬帶設(shè)計成為日益亟需解決的問題。
[0004]同時隨著工業(yè)界制造工藝的等技術(shù)的發(fā)展，射頻晶體管，如GaAs，GaN, SiC等大功率器件的工作頻段已經(jīng)可以擴展到很寬頻帶，幾乎可以涵蓋現(xiàn)有的所有通信頻段，如2G, 3G, 4G通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因而現(xiàn)在最需要的突破就是在寬帶拓?fù)淦ヅ渚W(wǎng)絡(luò)上的設(shè)計。
[0005]史密斯圓圖是由Phillip H.Smith于1939年發(fā)明的，他的發(fā)明為拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的分析提供了一種簡化計算、基礎(chǔ)的圖解方法，是一種設(shè)計計算工具，通過圖形將傳輸線阻抗或者其反射系數(shù)直觀、形象地展示出來，廣泛應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)阻抗分析，匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，噪聲系數(shù)，增益，環(huán)路穩(wěn)定性等的計算，將繁瑣的數(shù)字計算轉(zhuǎn)變成圖形修改，讀取修改后的圖形輪廓所對應(yīng)的參數(shù)值即得到設(shè)計計算值，使設(shè)計計算變得簡便、高效。
[0006]但是，經(jīng)典 的史密斯圓圖是一種二維平面圓圖，只能體現(xiàn)出傳輸線阻抗或者其反射系數(shù)實數(shù)部分與虛數(shù)部分二者之間的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系，不能體現(xiàn)出傳輸線阻抗隨頻率變化的動態(tài)過程，即不能體現(xiàn)出傳輸線阻抗實數(shù)部分、虛數(shù)部分、頻率三者之間的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系，也就是說，經(jīng)典的史密斯圓圖只能解二元方程，不能解三元方程。
[0007]并且，在進(jìn)行寬帶網(wǎng)絡(luò)阻抗分析時，通常要按不同的頻率做多個圓圖，這些圓圖重疊在同一平面上，混淆不清，不便辨認(rèn)，極易造成計算失誤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一，是克服經(jīng)典史密斯圓圖的缺點，提供一種三維立體史密斯圓圖，能體現(xiàn)出傳輸線阻抗隨頻率變化的動態(tài)過程，即體現(xiàn)出傳輸線阻抗實數(shù)部分、虛數(shù)部分、頻率三者之間的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系，其技術(shù)方案是:
[0009]一種史密斯圓圖，具有一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分1\的乂軸，一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分1\的￥軸，其特征在于，還具有一個表征頻率F的Z軸，構(gòu)成三維立體史密斯圓圖。
[0010]本發(fā)明的目的之二，是提供一種用三維立體史密斯圓圖進(jìn)行射頻功放匹配電路設(shè)計的方法，其技術(shù)方案是:
[0011]一種射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法，包括步驟:[0012]( I)將設(shè)計參數(shù)傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分 P傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分 x、頻率F放進(jìn)三維立體史密斯圓圖，分別找到各參數(shù)變化值所對應(yīng)的坐標(biāo)點，將同一參數(shù)所有變化值的坐標(biāo)點平滑連接，得到該參數(shù)的變化曲線，將所有參數(shù)的變化曲線擬合，得到設(shè)計方案的三維立體圖形表達(dá)；
[0013](2)根據(jù)圖形的輪廓形狀判斷匹配電路的性能，與設(shè)計的目標(biāo)性能進(jìn)行比較；
[0014](3)修改圖形的輪廓形狀，使其滿足匹配電路的性能要求；
[0015](4)讀取修改后的圖形輪廓所對應(yīng)的參數(shù)值，即得到設(shè)計計算值。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]本發(fā)明的三維立體史密斯圓圖，能直觀、形象地體現(xiàn)出傳輸線阻抗隨頻率變化的動態(tài)過程，即體現(xiàn)出傳輸線阻抗實數(shù)部分、虛數(shù)部分、頻率三者之間的數(shù)量對應(yīng)關(guān)系，簡化寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)計算和匹配電路的設(shè)計過程，提高設(shè)計效率，減輕設(shè)計人員的勞動強度，并可避免經(jīng)典史密斯圓圖因圖形重疊引起的誤算，確保設(shè)計計算的正確率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為歸一化頻率下立體史密斯圓圖的示意圖；
[0019]圖2為輸入阻抗計算的示意圖；
[0020]圖3為幾種常用的微帶線結(jié)構(gòu)；
[0021]圖4為幾種常用的微帶線結(jié)構(gòu)的輸入阻抗在立體史密斯圓圖中的示意圖；
[0022]圖5為Load-Pull (負(fù)載牽引)出的最佳基波阻抗在立體史密斯圓圖上的示意圖；
[0023]圖6為連續(xù)F類功率放大器最佳基波阻抗在立體史密斯圓圖上的示意圖；
[0024]圖7為功率管CGH40010的寄生參數(shù)模型；
[0025]圖8為圖解出的一個寬帶拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，本發(fā)明的史密斯圓圖，具有一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分\的X軸，一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分1\的￥軸，其特征在于，還具有一個表征頻率F的Z軸，構(gòu)成三維立體史密斯圓圖。用該圓圖設(shè)計射頻功率放大器寬帶匹配電路的方法包括如下步驟:
[0027]( I)將設(shè)計參數(shù)傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分 P傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分 χ、頻率F放進(jìn)三維立體史密斯圓圖，分別找到各參數(shù)變化值所對應(yīng)的坐標(biāo)點，將同一參數(shù)所有變化值的坐標(biāo)點平滑連接，得到該參數(shù)的變化曲線，將所有參數(shù)的變化曲線擬合，得到設(shè)計方案的三維立體圖形表達(dá)；
[0028](2)根據(jù)圖形的輪廓形狀判斷匹配電路的性能，與設(shè)計的目標(biāo)性能進(jìn)行比較；
[0029(3)修改圖形的輪廓形狀，使其滿足匹配電路的性能要求；
[0030](4)讀取修改后的圖形輪廓所對應(yīng)的參數(shù)值，即得到設(shè)計計算值。
[0031]下面用幾個應(yīng)用實例詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0032]為了清楚說明本發(fā)明的獨到之處，也為了使本發(fā)明的應(yīng)用更加清楚明白，本文將提供兩個不同的示例進(jìn)行詳細(xì)描述。此外，特別聲明，此示例只是本發(fā)明應(yīng)用的冰山一角，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下，所獲得的其他應(yīng)用示例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0033]本文將以寬帶射頻微波功率放大器最常用的微帶線電路進(jìn)行匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計為例進(jìn)行詳細(xì)說明。在寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計之前，先簡要的把常用的三種微帶線結(jié)構(gòu)在此立體史密斯圓圖上進(jìn)行分析計算和圖解。
[0034]如圖2所示的輸入阻抗為:
【權(quán)利要求】
1.一種史密斯圓圖，具有一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分1\的乂軸，一個表征傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分1\的￥軸，其特征在于，還具有一個表征頻率F的Z軸，構(gòu)成三維立體史密斯圓圖。
2.一種射頻功率放大器寬帶匹配電路的設(shè)計方法，包括步驟: (1)將設(shè)計參數(shù)傳輸線阻抗反射系數(shù)實數(shù)部分gamma r、傳輸線阻抗反射系數(shù)虛數(shù)部分gamma X、頻率F放進(jìn)三維立體史密斯圓圖，分別找到各參數(shù)變化值所對應(yīng)的坐標(biāo)點，將同一參數(shù)所有變化值的坐標(biāo)點平滑連接，得到該參數(shù)的變化曲線，將所有參數(shù)的變化曲線擬合，得到設(shè)計方案的三維立體圖形表達(dá)； (2)根據(jù)圖形的輪廓形狀判斷匹配電路的性能，與設(shè)計的目標(biāo)性能進(jìn)行比較； (3)修改圖形的輪廓形狀，使其滿足匹配電路的性能要求； (4)讀取修改后的圖形輪廓所對應(yīng)的參數(shù)值，即得到設(shè)計計算值。
【文檔編號】H03F3/20GK103457551SQ201310415732
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】何松柏, 童仁彬, 江中坡, 張渤海, 游飛 申請人:電子科技大學(xué)