一種五階f類功率放大電路及開關(guān)功率放大器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于射頻通信領(lǐng)域，尤其涉及一種五階高階次F類功率放大電路及開 關(guān)功率放大器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著"綠色通信"的廣泛普及，高效率、低能耗的通信系統(tǒng)越來越受到消費市場的 青睞。作為射頻通信系統(tǒng)中信號發(fā)射機的末級模塊，射頻功率放大器消耗了發(fā)射機系統(tǒng)超 過70%的能量，因此提高功率放大器的發(fā)射效率是降低能耗，實現(xiàn)"綠色通信"的關(guān)鍵，提高 功率放大器的工作效率成為了學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究熱點。
[0003] F類功率放大器是一種開關(guān)功率放大器，理想情況下，其效率可以達到100%。F類 功率放大器晶體管的輸出負載阻抗比較特殊，除基波阻抗必須滿足最佳負載阻抗需求外， 高次諧波阻抗中，偶次諧波阻抗必須實現(xiàn)短路，奇次諧波阻抗必須實現(xiàn)開路狀態(tài)，這樣晶體 管的輸出電壓波形為方波，輸出電流波形為半正弦波，參見圖1，同時，電壓方波V ds與電流 半正弦波1&相位差為90°，電壓波形與電流波形在時域上沒有交疊，因此沒有直流功率損 耗，晶體管的能量全部轉(zhuǎn)化為射頻信號功率傳輸至負載，由此實現(xiàn)100%的工作效率。
[0004] 對于F類功率放大器，當晶體管輸出負載阻抗二次諧波短路、三次諧波開路時，晶 體管漏極電流包含一次及二次諧波成分，漏極電壓包含一次及三次諧波成分，此時功率放 大器可以實現(xiàn)75%的效率；當晶體管輸出負載阻抗二次與四次諧波短路、三次與五次諧波 開路時，晶體管漏極電流包含一次、二次及四次諧波成分，漏極電壓包含一次、三次及五次 諧波成分，此時功率放大器可以實現(xiàn)83 %的效率，以此類推，包含的諧波越高，則F類功放 的效率越高。
[0005] 但是，在實際F類功放電路設(shè)計中，由于各次諧波阻抗控制電路之間會相互影響， 要想滿足所有高階偶次諧波阻抗短路，所有高階奇次諧波開路的情況是很難的。一般來說， 實際電路設(shè)計中往往只考慮到三次諧波阻抗。而對于實現(xiàn)更高階的F類功放的諧波阻抗設(shè) 計，現(xiàn)有技術(shù)可以達到最高到五次諧波阻抗控制，但是該技術(shù)在利用微帶線結(jié)構(gòu)進行諧波 控制時，各次諧波阻抗控制電路相互之間會產(chǎn)生影響，如在進行二次及四次阻抗短路設(shè)計 時，還需要額外考慮其對三次和五次諧波阻抗的影響，因此無法實現(xiàn)對各次諧波阻抗的獨 立控制，這就大大增加了電路設(shè)計者的設(shè)計復雜度，需要花費大量的時間進行電路仿真及 調(diào)試。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型實施例的目的在于提供一種五階F類功率放大電路，旨在解決現(xiàn)有F 類功率放大電路在實現(xiàn)高階諧波阻抗控制時，無法實現(xiàn)對各次諧波阻抗的獨立控制，設(shè)計 復雜，調(diào)試困難的問題。
[0007] 本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種五階F類功率放大電路，所述電路包括： [000S] 晶體管，及
[0009] 調(diào)節(jié)晶體管寄生參數(shù)對于F類功率放大器的影響的寄生參數(shù)調(diào)節(jié)單元，所述寄生 參數(shù)調(diào)節(jié)單元的輸入端與所述晶體管的功率信號輸出端連接，所述晶體管的功率信號輸入 端為所述五階F類功率放大電路的輸入端；
[0010] 對晶體管電流輸入端的二次諧波至五次諧波分別獨立控制阻抗匹配的高次諧波 阻抗控制單元，所述高次諧波阻抗控制單元的輸入端與所述寄生參數(shù)調(diào)節(jié)單元的輸出端連 接；
[0011] 對晶體管輸入端的基波獨立控制阻抗匹配的基波阻抗控制單元，所述基波阻抗控 制單元的輸入端與所述高次諧波阻抗控制單元的輸出端連接，所述基波阻抗控制單元的輸 出端與電容Cl的一端連接，所述電容Cl的另一端與負載連接；
[0012] 所述寄生參數(shù)調(diào)節(jié)單元為L型微帶線結(jié)構(gòu)；
[0013] 所述高次諧波阻抗控制單元為六段微帶線結(jié)構(gòu)；
[0014] 所述基波阻抗控制單元為L型微帶線結(jié)構(gòu)。
[0015] 進一步地，所述功率放大電路還包括：
[0016] 輸入穩(wěn)定單元、輸入基波匹配單元以及電容C5 ;
[0017] 所述輸入穩(wěn)定單元的輸入端與所述電容C5的一端連接，所述電容C5的另一端為 所述功率放大電路的輸入端，所述輸入穩(wěn)定單元的輸出端與所述輸入基波匹配單元的輸入 端連接，所述輸入基波匹配單元的輸出端與所述晶體管的功率信號輸入端連接。
[0018] 更進一步地，所述功率放大電路還包括：
[0019] 柵極直流偏置單元和漏極直流偏置單元；
[0020] 所述柵極直流偏置單元的饋電端與所述輸入基波匹配單元的直流饋電端連接，所 述柵極直流偏置單元的偏置端與柵極偏置電壓相連；
[0021] 所述漏極直流偏置單元的饋電端與所述高次諧波阻抗控制單元的直流饋電端連 接，所述漏極直流偏置單元的偏置端與漏極偏置電壓相連。
[0022] 更進一步地，基波阻抗匹配條件為：
[0023]
[0024] 其中，Zfund為晶體管電流輸入端的基波阻抗，Z mteh為基波阻抗控制單元輸入端的 基波阻抗。
[0025] 更進一步地，所述高次諧波阻抗控制單元包括：
[0026] 第一串聯(lián)微帶線、第二串聯(lián)微帶線、第一開路微帶線、第二開路微帶線、第三開路 微帶線和短路微帶線；
[0027] 所述第一串聯(lián)微帶線的一端為所述高次諧波阻抗控制單元的輸入端，所述第一串 聯(lián)微帶線的另一端同時與所述第二串聯(lián)微帶線、所述第一開路微帶線、所述第二開路微帶 線的一端連接，所述第二串聯(lián)微帶線的另一端為所述高次諧波阻抗控制單元的輸出端同時 與所述第三開路微帶線、所述短路微帶線的一端連接，所述短路微帶線的另一端接地。
[0028] 更進一步地，所述基波阻抗控制單元包括：
[0029] 第三微帶線和第四微帶線；
[0030] 所述第三微帶線的一端為所述基波阻抗控制單元的輸入端，所述第三微帶線的另 一端為所述基波阻抗控制單元的輸出端與所述第四微帶線的一端連接；
[0031] 所述第三傳輸線的電長度（Θ D和所述第四傳輸線的電長度（Θ 2)分別為：
[0032]
[0033] _ 、 、 ^ … yJ
[0034] 其中，η為整數(shù)，Z。為微帶的特征阻抗，ω。為基波角頻率，C ds為寄生電容，L d為寄 生電感，Cp為封裝寄生電容，R_最佳負載阻抗。
[0035] 更進一步地，所述輸入穩(wěn)定單元包括：
[0036] 電阻R1、電阻R2、電容C2 ;
[0037] 所述電阻R2的一端為所述輸入穩(wěn)定單元的輸入端同時與所述電容C2的一端和所 述電阻Rl的一端連接，所述電阻Rl的另一端接地，所述電阻R2的另一端與所述電容C2的 另一端連接，同時為所述輸入穩(wěn)定單元的輸出端。
[0038] 更進一步地，所述輸入基波匹配單元包括：
[0039] 第五微帶線、第六微帶線、第七微帶線和直流偏置線；
[0040] 所述第五微帶線、所述第六微帶線、所述第七微帶線構(gòu)成L型微帶線結(jié)構(gòu)，所述第 六微帶線和所述第七微帶線的一端連接，同時為所述輸入基波匹配單元的輸入端，所述第 六微帶線的另一端同時與所述第五微帶線和所述直流偏置線的一端連接，所述第五微帶線 的另一端為所述輸入基波匹配單元的輸出端，所述直流偏置線的另一端為所述輸入基波匹 配單元的饋電端。
[0041] 更進一步地，所述柵極直流偏置單元包括：
[0042] 第八微帶線和電容C3 ;
[0043] 所述第八微帶線的一端為所述柵極直流偏置單元的饋電端與所述電容C3的一端 連接，所述第八微帶線的另一端為所述柵極直流偏置單元的偏置端，所述電容C3的另一端 接地；
[0044] 所述漏極直流偏置單元包括：
[0045] 第九微帶線和電容C4 ;
[0046] 所述第九微帶線的一端為所述漏極直流偏置單元的饋電端與所述電容C4的一端 連接，所述第九微帶線的另一端為所述漏極直流偏置單元的偏置端，所述電容C4的另一端 接地。
[0047] 本實用新型實施例的另一目的在于，提供一種采用上述五階F類功率放大電路的 開關(guān)功率放大器。
[0048] 本實用新型實施例通過高次諧波阻抗控制單元實現(xiàn)了 F類功率放大器的最高至 五次諧波阻抗的精確控制，從而使得晶體管的能量損耗降低，有效的提升了功率放大器的 工作效率，并且該設(shè)計方法對F類功率放大器各次諧波阻抗獨立設(shè)計，實現(xiàn)的各次諧波阻 抗控制電路不會相互影響，不需要后期優(yōu)化調(diào)試工作，大大降低了設(shè)計的復雜度，減少了后 期調(diào)試的繁冗工作。
【附圖說明】
[0049] 圖1為理想情況下F類功率放大電路中晶體管漏極輸出端電流與電壓波形示意圖 圖；
[0050] 圖2為本實用新型實施例提