一種e類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于功率放大器領(lǐng)域，特別涉及一種E類功率放大器的電感補(bǔ)償電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，移動(dòng)通信服務(wù)的快速發(fā)展對(duì)低能耗、高效率的器件設(shè)計(jì)提出了更高的要求。 而射頻功率放大器恰恰是無(wú)線發(fā)射終端中耗能最大的模塊。因此功率放大器的效率直接決 定了整個(gè)發(fā)射終端的能耗量級(jí)。所以，提高功率放大器的工作效率成為功率放大器研究領(lǐng) 域的熱點(diǎn)。
[0003] E類功率放大器因其理想工作效率能夠達(dá)到100%而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)， 近年來(lái)，在射頻微波領(lǐng)域受到了廣泛的研究和應(yīng)用。然而，在實(shí)際情況中，E類功率放大器 的高效率特性很大程度上依賴于晶體管的特性。其中，晶體管內(nèi)部的輸出電容是限制E類 功率放大器工作頻率最重要的一個(gè)因素。如何解決晶體管內(nèi)部輸出電容多余而帶來(lái)的工作 頻率的限制，是近年來(lái)E類功率放大器領(lǐng)域內(nèi)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。
[0004] 由于給定的晶體管內(nèi)部的參數(shù)都是固定的，所以解決此問題的最流行的方法是利 用外部電路來(lái)補(bǔ)償多余的電容，來(lái)拓展E類功率放大器的工作頻率?，F(xiàn)有技術(shù)采用集總參 數(shù)的等效電路，分別在基波和2~3次諧波點(diǎn)匹配晶體管的多余輸出電容，在超高頻處能很 好地匹配漏極輸出電容，實(shí)現(xiàn)較好電路性能。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)具有以下缺陷：由于采用的是集總參數(shù)元件，使得該匹配技術(shù)在微波頻 段下的使用受到了諸多限制。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型提供了一種E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，旨在解決現(xiàn)有的E類功 率放大器的電感補(bǔ)償電路不適用于微波頻段的技術(shù)問題。
[0007] 本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，包括高阻抗線 和低阻抗線，所述高阻抗線的第一端與晶體管漏極連接，所述高阻抗線的第二端與所述低 阻抗線的第一端連接，所述低阻抗線的第二端與漏極直流電源連接。
[0008] 另一方面，本實(shí)用新型還提供了一種E類功率放大器，包括如上述的電感補(bǔ)償電 路。
[0009] 本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：
[0010] 從上述本實(shí)用新型可知，由于包括高阻抗線和低阻抗線，高阻抗線的第一端與晶 體管漏極連接，高阻抗線的第二端與低阻抗線的第一端連接，低阻抗線的第二端與漏極直 流電源連接，使用分布參數(shù)元件實(shí)現(xiàn)電感補(bǔ)償電路，因此，使E類功率放大器適用于低頻至 高頻的微波波段。
【附圖說明】 toon] 為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需 要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí) 施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0012] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的示例電路圖；
[0013] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0015] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路Lnex的一種結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，包括高阻抗線Il和低阻抗線12,高阻抗線Il的第一端與晶體管漏極連接，高阻抗線 Il的第二端與低阻抗線12的第一端連接，低阻抗線12的第二端與漏極直流電源連接。 [0016] 具體實(shí)施中，高阻抗線的阻抗可以大于低阻抗線的阻抗。
[0017] 具體實(shí)施中，高阻抗線的阻抗為50歐姆。
[0018] 具體實(shí)施中，高阻抗線的電長(zhǎng)度與低阻抗線的電長(zhǎng)度相等。
[0019] 具體實(shí)施中，高阻抗線和低阻抗線組成的電感補(bǔ)償電路等效于基波和二次諧波并 聯(lián)電感。
[0020] 一種E類功率放大器，包括如上述的電感補(bǔ)償電路。
[0021] 如圖1所示，E類功率放大器還包括晶體管Q、輸出電容Cout、漏極偏置電源Vdd、 柵極偏置電源Vgg、輸入電壓Vin、負(fù)載電阻R0、串聯(lián)濾波電容CO以及串聯(lián)濾波電感L0,晶 體管Q包括輸出電容Cout，輸出電容Cout連接于晶體管Q的漏極和晶體管Q的源極之間。
[0022] 晶體管Q的漏極與串聯(lián)濾波電感LO的第一端連接，晶體管Q的柵極與輸入電壓 Vin的正極連接，晶體管Q的源極與負(fù)載電阻RO的第一端和漏極偏置電源Vdd的負(fù)極連接， 輸入電壓Vin的負(fù)極與柵極偏置電源Vgg的正極連接，串聯(lián)濾波電感LO的第二端與串聯(lián)濾 波電容CO的第一端連接，負(fù)載電阻RO的第二端與串聯(lián)濾波電容CO的第二端連接。
[0023] 其中，輸出電容Cout由選擇的晶體管決定；漏極偏置電源Vdd和柵極偏置電源 Vgg由選擇晶體管的所需輸出功率決定，負(fù)載電阻R0、串聯(lián)濾波電容CO和串聯(lián)濾波電感LO 由工作頻率和E類功放工作模式?jīng)Q定。
[0024] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的器件參數(shù)獲取方法，包 括以下步驟：
[0025] 101 :確定E類功率放大器的設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)包括E類功率放大器的理論所需 電感值和電容系數(shù)，電容系數(shù)為多余的電容和理論所需電容的比值。
[0026] 102 :使用下述非線性方程組計(jì)算高阻抗線的參數(shù)和低阻抗線的參數(shù)：
[0027]
[0028]
[0029] 其中L為E類功率放大器的理論所需電感值，3為電容系數(shù)，ω。為基波的角頻率， Ζ。為高阻抗線的特征阻抗，M為高阻抗線的特征阻抗和低阻抗線的特征阻抗的比值，Θ同 時(shí)為高阻抗線和低阻抗線的電長(zhǎng)度。
[0030] 優(yōu)選的，在步驟102之前還包括步驟101-2。
[0031] 101-2 :預(yù)設(shè)高阻抗線的特征阻抗。
[0032] 如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的等效電路 圖，包括電感補(bǔ)償電路的等效電感Lnex、晶體管Q、理論所需電容C、理論所需電感L、多余的 電容Cex、漏極偏置電源Vdd、柵極偏置電源Vgg、輸入電壓Vin、負(fù)載電阻R0、串聯(lián)濾波電容 CO以及串聯(lián)濾波電感L0,晶體管Q包括理論所需電容C和多余的電容Cex，理論所需電容C 連接于晶體管Q的漏極和晶體管Q的源極之間，多余的電容Cex連接于晶體管Q的漏極和 晶體管Q的源極之間。
[0033] 晶體管Q的漏極與串聯(lián)濾波電感LO的第一端和等效電感Lnex的第一端連接，晶 體管Q的柵極與所述輸入電壓Vin的正極連接，所述晶體管Q的源極與所述負(fù)載電阻RO的 第一端和所述漏極偏置電源Vdd的負(fù)極連接，所述輸入電壓Vin的負(fù)極與所述柵極偏置電 源Vgg的正極連接，所述串聯(lián)濾波電感LO的第二端與所述串聯(lián)濾波電容CO的第一端連接， 所述負(fù)載電阻RO的第二端與所述串聯(lián)濾波電容CO的第二端連接，等效電感Lnex的第二端 與漏極偏置電源Vdd的正極連接。
[0034] 將電感補(bǔ)償電路等效為等效電感Lnex，即可得到上述非線性方程組以計(jì)算電感補(bǔ) 償電路的高阻抗線的參數(shù)和低阻抗線的參數(shù)。其中，ω。和2ω。分別為基波和二次諧波的 角頻率，電容系數(shù)3，
[0035] 具體實(shí)施中，M的取值范圍為：Μ > 1。
[0036] 具體實(shí)施中，可先選定高阻抗線的特征阻抗Ζ。的具體取值（如50 Ω )，再求解高阻 抗線的特征阻抗和低阻抗線的特征阻抗的比值Μ，以及高阻抗線和低阻抗線的電長(zhǎng)度Θ。
[0037] 具體實(shí)施中，晶體管Q可選用型號(hào)為MRF21010的IOW的LDMOS晶體管。當(dāng)設(shè)計(jì) 的E類功率放大器的指標(biāo)為：工作頻率為433MHz，漏極偏置電壓為20V，輸出功率為10W，晶 體管內(nèi)部的輸出電容Cout為10pF，柵極偏置電壓為3V。由此，計(jì)算得到多余的電容Cex為 5. 389pF，電容系數(shù)3為1. 169。取Z。= 50 Ω，計(jì)算得出E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路的 參數(shù)如下：高阻抗線的特征阻抗為50 Ω，低阻抗線的特征阻抗為41. 79 Ω，高阻抗線和低阻 抗線的電長(zhǎng)度為102. 26 Γ。
[0038] 綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例通過包括高阻抗線和低阻抗線，高阻抗線的第一端 與晶體管漏極連接，高阻抗線的第二端與低阻抗線的第一端連接，低阻抗線的第二端與漏 極直流電源連接，使用分布參數(shù)元件實(shí)現(xiàn)電感補(bǔ)償電路，因此，使E類功率放大器適用于低 頻至高頻的微波波段。
[0039] 上述本實(shí)用新型實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0040] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過硬件 來(lái)完成，也可以通過程序來(lái)指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀 存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。
[0041] 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，其特征在于，包括高阻抗線和低阻抗線，所述 高阻抗線的第一端與晶體管漏極連接，所述高阻抗線的第二端與所述低阻抗線的第一端連 接，所述低阻抗線的第二端與漏極直流電源連接。2. 如權(quán)利要求1所述的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，其特征在于，所述高阻抗線的 阻抗大于所述低阻抗線的阻抗。3. 如權(quán)利要求1所述的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，其特征在于，所述高阻抗線的 阻抗為50歐姆。4. 如權(quán)利要求1所述的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，其特征在于，所述高阻抗線的 電長(zhǎng)度與所述低阻抗線的電長(zhǎng)度相等。5. 如權(quán)利要求1所述的E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，其特征在于，所述高阻抗線和 所述低阻抗線組成的電感補(bǔ)償電路等效于基波和二次諧波并聯(lián)電感。6. -種E類功率放大器，其特征在于，所述E類功率放大器包括如權(quán)利要求1至5任一 項(xiàng)所述的電感補(bǔ)償電路。7. 如權(quán)利要求6所述的E類功率放大器，其特征在于，所述E類功率放大器還包括晶體 管、輸出電容、漏極偏置電源、柵極偏置電源、輸入電壓、負(fù)載電阻、串聯(lián)濾波電容以及串聯(lián) 濾波電感，所述晶體管包括輸出電容，所述輸出電容連接于所述晶體管的漏極和所述晶體 管的源極之間； 所述晶體管的漏極與所述串聯(lián)濾波電感的第一端連接，所述晶體管的柵極與所述輸入 電壓的正極連接，所述晶體管的源極與所述負(fù)載電阻的第一端和所述漏極偏置電源的負(fù)極 連接，所述輸入電壓的負(fù)極與所述柵極偏置電源的正極連接，所述串聯(lián)濾波電感的第二端 與所述串聯(lián)濾波電容的第一端連接，所述負(fù)載電阻的第二端與所述串聯(lián)濾波電容的第二端 連接。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于功率放大器領(lǐng)域，提供了一種E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路。E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路包括高阻抗線和低阻抗線，高阻抗線的第一端與晶體管漏極連接，高阻抗線的第二端與低阻抗線的第一端連接，低阻抗線的第二端與漏極直流電源連接。本實(shí)用新型通過所述E類功率放大器的電感補(bǔ)償電路，使E類功率放大器適用于低頻至高頻的微波波段。
【IPC分類】H03F3/217
【公開號(hào)】CN204794918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520417025
【發(fā)明人】吳光勝, 馬建國(guó), 成千福, 朱守奎, 鄔海峰
【申請(qǐng)人】深圳市華訊方舟科技有限公司, 天津大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年6月16日