[发明专利]一种提高高效双频带E类功率放大器载波频率的补偿电路

说明书

一种提高高效双频带E类功率放大器载波频率的补偿电路，晶体管的输出端包括：双频带E类功率放大器补偿电路，双频带E类谐波控制电路，双频带漏极直流偏置电路及双频带输出匹配电路；该补偿电路不仅能在两个频带对二次谐波和基波均进行补偿，从而消除E类功率放大器理论工作频率的限制，而且与已有的双频带E类功放相比，这种新型补偿电路将很大程度上提高其效率，从而降低了功耗，减少了运行成本，为在更广范围内应用高效率双频带E类功率放大器奠定了理论基础。

技术领域

本发明涉及无线通信功率放大器（功放）技术领域，尤其涉及一种提高高效双频带E类功率放大器载波频率补偿电路的设计。

背景技术

近年来，随着科学技术的不断发展，射频电路在无线通信系统领域中的应用与日俱增。射频功率放大器作为链路系统中功耗高、体积大的模块，其性能直接影响了整个射频收发机的工作成本。同时，随着各种无线通信标准的发展，人们对射频集成电路提出了多模式、多频带的新要求。因此，高效率多带功率放大器的设计已成为功放研究领域的热点。而高效率双频带功率放大器是其中最基本的一类。

高效E 类功率放大器是在 1975 年由 N. O. Sokal提出的一种开关类功率放大器[1]。在晶体管导通的瞬间，E 类功率放大器晶体管漏极电压以及电压的变化率都近似为0，即实现了“软开关”。这很好地避免了晶体管输出电容Cds放电所造成的巨大能量损耗。E类功率放大器因其理想工作效率能够达到100%，结构简单，容易实现等优点，近年来，在射频微波领域受到了广泛的研究和应用。而高效率双频带E类功率放大器因其具有双频多模式的特性和E类功率放大器的特点，因此成为了一个热门的研究领域。

2007年，Seung Hun Ji等人首次基于混合左右手传输线提出了双频带E类功率放大器[2]。其分别在0.836 GHz和1.95 GHz实现了22.4dBm、22.2dBm的输出功率和42.5%、42.6%的功率附加效率（PAE）。2009年, Chi-Tsan Chen等人提出面向W-CDMA和WiMAX的双频带E类功率放大器[3]。其分别在1.9 GHz和2.14 GHz实现了29dBm、28.7dBm的输出功率和65.7%、63.6%的功率附加效率（PAE）。综上所述，不难看出双频带E类功放已经逐步成型，虽然其双频多模特性已经显现出来，但其缺点均是效率不高。这与E类功放高效率的特点并不相符。主要原因在于：E类功率放大器的高效率特性很大程度上依赖于晶体管的特性。其中，晶体管内部的输出电容是限制E类功率放大器最重要的一个因素。根据E类功率放大器的工作原理[1]，其最大载波频率反比于晶体管的输出电容。因此若想晶体管工作在较高频率，其输出电容必定需要补偿。而这也是导致目前双频带E类功率放大器效率偏低的重要因素。在目前的文献中，如何解决晶体管内部输出电容多余而带来的工作频率的限制，也是近年来E类功率放大器领域内研究的一个热点。而对于高效率双频带E类功率放大器而言，这更是一个创新点。

由于给定的晶体管内部的参数都是固定的，所以解决此问题的最流行的方法是利用外部电路来补偿多余的电容，从而拓展E类功率放大器的工作频率。其中，“电感补偿”技术是最有效的方案[4]-[6]。

【参考文献】

[1]N. Sokal and A. Sokal, “Class E-A New Class of high-efficiency tunedsingle-ended switching power amplifiers,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol.10, no. 3, pp. 168–176, Jun. 1975。