本發(fā)明涉及無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器。

背景技術(shù)：

功率放大器和濾波器都是射頻收發(fā)機(jī)中關(guān)鍵組成部分，它們的性能對(duì)整個(gè)收發(fā)機(jī)的性能產(chǎn)生重要的影響。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，功率放大器和濾波器的輸入輸出端口阻抗都被設(shè)計(jì)成50ω，然后通過(guò)50ω傳輸線(xiàn)將它們級(jí)聯(lián)起來(lái)。這種方法不僅會(huì)引入額外的損耗，而且會(huì)增大電路的體積。

為了減小體積和損耗，可以將濾波器和功率放大器合并成一個(gè)濾波功率放大器電路。近年來(lái)，針對(duì)如何設(shè)計(jì)濾波功率放大器，學(xué)術(shù)界提出了一些解決方法，例如緊湊型的諧振單元、帶有陷波的超寬帶濾波器和低通濾波器可嵌入到f類(lèi)功率放大器，用來(lái)控制高次諧波，使整個(gè)功放展現(xiàn)出高效率，但是這些電路沒(méi)有帶通濾波響應(yīng)。此外，還有學(xué)者將微帶帶通濾波器或者微帶與腔體結(jié)合的濾波器來(lái)替代傳統(tǒng)功放的輸出匹配電路，通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，整個(gè)電路得以簡(jiǎn)化，從而可以減少電路的體積，同時(shí)還能保持良好的濾波效果，但是隨著無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的高速發(fā)展,通信頻譜變得非常擁擠,頻譜帶寬很窄窄，這就要求濾波器具有窄帶濾波響應(yīng)，而以上所提到的微帶濾波器和微帶腔體混合濾波器的相對(duì)帶寬都比較大。為解決這個(gè)問(wèn)題，有學(xué)者采用了高q值的腔體諧振器作為功放的輸入匹配電路，實(shí)現(xiàn)窄帶功放。除了腔體濾波器之外，介質(zhì)濾波器也具有高q值的特征，但目前為止，還沒(méi)有公開(kāi)提出介質(zhì)濾波器和功率放大器的融合設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器。

本發(fā)明將介質(zhì)濾波器植入到f類(lèi)功率放大器中，并通過(guò)一段調(diào)諧微帶線(xiàn)來(lái)轉(zhuǎn)化復(fù)數(shù)阻抗為實(shí)數(shù)阻抗，這樣簡(jiǎn)化了功率放大器的輸出匹配電路，同時(shí)由于介質(zhì)諧振器具有較高的q值，可以實(shí)現(xiàn)較高功率附加效率時(shí)得到其他濾波匹配網(wǎng)絡(luò)所不能實(shí)現(xiàn)的更窄的帶寬，除此之外，通過(guò)引入交叉耦合，可以在通帶兩側(cè)各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，提高了濾波器的選擇性。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器，包括輸入端口，直流偏置電路、輸入匹配電路、功率放大晶體管、諧波控制電路及輸出匹配電路，所述輸出匹配電路包括用于實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)阻抗到純實(shí)數(shù)阻抗轉(zhuǎn)化的調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)和用于實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)阻抗到負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)化的介質(zhì)匹配濾波器，所述調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)與介質(zhì)匹配濾波器連接。

所述介質(zhì)匹配濾波器包括輸入饋電結(jié)構(gòu)、輸出饋電結(jié)構(gòu)及至少兩個(gè)介質(zhì)諧振器，所述的輸入饋電結(jié)構(gòu)、輸出饋電結(jié)構(gòu)及至少兩個(gè)介質(zhì)諧振器采用主耦合及交叉耦合方式連接，所述輸入饋電結(jié)構(gòu)與調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)連接。

所述輸入饋電結(jié)構(gòu)包括微帶線(xiàn)及焊接在微帶線(xiàn)上的金屬桿。

所述輸入匹配電路、功率放大晶體管、諧波控制電路及調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)依次連接，所述直流偏置電路有兩個(gè)，分別設(shè)置在功率放大晶體管的輸入端及輸出端。

所述調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度及寬度由所述功率放大器晶體管所需的最佳阻抗匹配點(diǎn)決定，所述的介質(zhì)匹配濾波器的輸入端與其他所有濾波器節(jié)點(diǎn)的耦合強(qiáng)度根據(jù)所述的調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)轉(zhuǎn)化的純實(shí)數(shù)阻抗決定，用于將這個(gè)純實(shí)數(shù)阻抗轉(zhuǎn)化為負(fù)載阻抗。

本發(fā)明的有益效果：

(1)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)于傳統(tǒng)的將功率放大器與帶通濾波器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中濾波電路嵌入到輸出匹配電路，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)；

(2)電路損耗小，相對(duì)于傳統(tǒng)的將功率放大器與帶通濾波器級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明省去了濾波器和功率放大器之間的級(jí)聯(lián)線(xiàn)，減小了電路損耗，此外與現(xiàn)有的同類(lèi)工作相比，可以實(shí)現(xiàn)同等功率附加效率時(shí)具有其他濾波匹配網(wǎng)絡(luò)所不能實(shí)現(xiàn)的更窄的帶寬。

(3)選擇性好，相對(duì)于現(xiàn)有的同類(lèi)工作，本發(fā)明所述的基于介質(zhì)諧振器的帶通濾波器，在濾波器各個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在交叉耦合，用于在通帶兩側(cè)產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，改善了電路的選擇性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的s參數(shù)測(cè)試結(jié)果圖；

圖3是本發(fā)明的輸出功率和pae即功率附加效率的測(cè)試結(jié)果圖；

圖4是本發(fā)明輸出功率、增益、pae和漏極效率測(cè)試結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器，包括輸入端口20，直流偏置電路30、輸入匹配電路21、功率放大晶體管22、諧波控制電路23，在圖1中hcc表示，及輸出匹配電路31，上述電路均按照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行配置，所述輸入匹配電路21、功率放大晶體管22、諧波控制電路23及調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)24依次連接，所述直流偏置電路有兩個(gè)，分別設(shè)置在功率放大晶體管的輸入端及輸出端。

所述輸出匹配電路包括一條用于實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)阻抗到純實(shí)數(shù)阻抗轉(zhuǎn)化的調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)24和用于實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)阻抗到負(fù)載阻抗轉(zhuǎn)化的介質(zhì)匹配濾波器32，所述的介質(zhì)匹配濾波器具有高q值，在實(shí)現(xiàn)窄帶帶通響應(yīng)時(shí)，可獲得較小的插入損耗。

所述調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度和寬度由所述功率放大器晶體管所需的最佳阻抗匹配點(diǎn)決定。

所述介質(zhì)匹配濾波器32包括輸入饋電結(jié)構(gòu)25、輸出饋電結(jié)構(gòu)26及至少兩個(gè)介質(zhì)諧振器27等濾波器節(jié)點(diǎn)，所述輸入饋電結(jié)構(gòu)、輸出饋電結(jié)構(gòu)及至少兩個(gè)介質(zhì)諧振器采用主耦合及交叉耦合方式連接，用于產(chǎn)生傳輸零點(diǎn)，增強(qiáng)選擇性，所述的介質(zhì)匹配濾波器的輸入饋電結(jié)構(gòu)25與其他所有濾波器節(jié)點(diǎn)的耦合根據(jù)所述的調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)24所轉(zhuǎn)化來(lái)的純實(shí)數(shù)阻抗決定，用于將這個(gè)純實(shí)數(shù)阻抗轉(zhuǎn)化為負(fù)載阻抗，節(jié)點(diǎn)之間存在交叉耦合，在通帶兩邊各產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，有效地改善了通帶的選擇性。

所述輸入饋電結(jié)構(gòu)包括微帶線(xiàn)28及焊接在微帶線(xiàn)上的金屬桿29與其他濾波器節(jié)點(diǎn)耦合，使整個(gè)介質(zhì)匹配諧振器與調(diào)諧微帶傳輸線(xiàn)連接。

根據(jù)濾波器理論，以二階為例，所述的介質(zhì)匹配濾波器的耦合矩陣可表示為：

其中msi(i＝1,2,l)為輸入端口與諧振器或輸出端口間的耦合。msi可表示為其中qei為輸入外部品質(zhì)因數(shù)，fbw為相對(duì)帶寬。因?yàn)槠焚|(zhì)因數(shù)qei與歸一化源阻抗rin成正比例。介質(zhì)匹配濾波器的不同輸入阻抗，可以通過(guò)修改相同輸入輸出阻抗的耦合矩陣的元素來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了實(shí)現(xiàn)rin的歸一化輸入阻抗，元素msi修改如下

可以看出，當(dāng)輸入阻抗不同時(shí)，只要通過(guò)調(diào)節(jié)msi,而其他耦合系數(shù)保持不變，便可獲得與原濾波器相同的響應(yīng)。因此，本發(fā)明中提出的介質(zhì)濾波器可作為所述功率放大器的輸出匹配電路的一部分，實(shí)現(xiàn)實(shí)數(shù)阻抗轉(zhuǎn)換，這樣可以減少電路體積，得到較低的損耗和更高的效率。

圖1展示所述的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器實(shí)施例框圖，實(shí)施例中選用的功率放大晶體管22為cree公司的ganhemtcgh40010f，該功率放大晶體管包括柵極g、漏極d和源極s,電路的輸入端、輸出端、柵極g直流偏置電壓vgs和漏極d直流偏置電壓vds如圖1中所標(biāo)注，具體參數(shù)為：vgs＝-2.7v，vds＝28v。

本實(shí)例中所使用的輸入匹配電路21，直流偏置電路30，諧波控制電路23等均按照傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本實(shí)例的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器，加工選用pcb電路板介質(zhì)材料的參數(shù)如下：εr＝2.2，h＝0.508,tanδ＝0.0012。

圖2展示所述的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器在小信號(hào)激勵(lì)下的s參數(shù)測(cè)試結(jié)果，在中心頻率1.88ghz處的小信號(hào)增益為18.3db,3-db帶寬為2.3％，帶內(nèi)回波損耗優(yōu)于15db。此外，通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個(gè)傳輸零點(diǎn)，頻率分別為1.745ghz和2.023ghz,有效地改善了通帶的選擇性。

圖3展示所述的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器實(shí)例在輸入功率固定為28dbm時(shí)，輸出功率和pae(poweraddedefficiency，功率附加效率)的測(cè)試結(jié)果，輸出功率在1.865和1.89ghz這個(gè)頻段區(qū)間內(nèi)，均大于40dbm，此外pae在中心頻率達(dá)到最高功率附加效率70.7％。

圖4展示所述的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器實(shí)例中心頻率保持1.88ghz,輸入功率由5到30dbm時(shí)的輸出功率、增益、pae和漏極效率測(cè)試結(jié)果，由圖可以看出，測(cè)試的最高漏極效率達(dá)到75.8％，說(shuō)明本發(fā)明所述的一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器的電路效率高。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種基于介質(zhì)諧振器的濾波f類(lèi)功率放大器，具有體積小，選擇性好，電路損耗小效率高等多種性能，適合應(yīng)用于許多射頻收發(fā)機(jī)中。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。