[发明专利]一种非连续频带工作的宽带功率放大器

说明书

本发明公开了一种支持非连续频带工作的宽带功率放大器。该功率放大器的特征在于使用了基于带通结构的匹配电路。在目标设计频带上，该结构实现对功率放大器最优复阻抗的非连续频带宽带匹配，而在非设计频点上，通过有目的的阻抗失配，压缩非设计频带上的可用增益、减弱功率输出能力并降低功率转换效率。该电路由五段传输线组成，即，两条位于传输路径上的四分之一波长传输线以及三条半波长的支节传输线，各段传输线的阻抗值可根据本发明给出的设计公式得到。本发明提出的功率放大器是一种支持非连续频带单独工作和共时多模式工作的宽带功率放大器，十分适合当前通信系统需同时兼容多种通信协议的应用情景，能满足其对通信带宽和多频带工作的需求。

技术领域

本发明涉及一种非连续频带工作的宽带功率放大器，属于移动通信系统中 功率放大器的设计领域。

背景技术

功率放大器作为无线通信系统中最为关键的单元，其性能在系统层面决定 着收发系统的性能指标。当前的无线通信系统，多种通信协议并存，导致系统 需要同时支持多个工作频带。此外，当前的无线通信系统为了提高数据的传输 速率，一方面采用更加复杂的调制和编码方式来提高频谱利用效率，另一方面 通过不断提高载波的带宽，即通常采用的多载波和载波聚合技术，来满足高速 数据传输对信号带宽的需求。

申请人对国内外相关技术文献进行检索发现，很多学者已经对相关的功放 设计问题进行了一系列的扩展研究。目前，应对上述无线通信系统面临的问题， 收发终端的解决方案主要分为两类：1)应用多频技术，能实现双频/多频共时 工作的功率放大器；2)应用宽带匹配技术设计的支持连续宽频带工作的宽带功 率放大器。对于前者，比如文献《Concurrent Dual-Band GaN-HEMT Power Amplifier at 1.8GHz and 2.4GHz》，虽然其具有双频带工作的能力，但是在1.8 GHz和2.4GHz两个工作频带上，其可用带宽都比较窄。显然，这一缺点不能满 足以追求更高传输速率为目标的现代通信系统对信号带宽的需求。对于后者， 比如文献《Design of Highly Efficient Broadband Class-E Power AmplifierUsing Synthesized Low-Pass Matching Networks》，虽然其一个倍频程的工作频带足以满足大多数通信系统对带宽的要求，但在具体应用中，非设计频带上的信号放 大能力会使收发系统变得复杂，需要加入滤波器等器件抑制带外信号，否则， 在多系统共存、信道不理想时，收发机之间互相干扰问题会变得尤其严重，比 如阻塞干扰、互调干扰等。

综上所述，传统的设计方案都有各自的不足。传统双频/多频功率放大器的 不足体现在有限的可用通信带宽，而支持连续宽带工作的功率放大器在非设计 频点上仍然有可观的功率放大能力，这会在多方面带来系统层面的问题。因此， 有必要提供一种频段不连续，但在各自频带上都呈现宽带工作特性的功率放大 器，来满足目前无线通信系统的切实需求。

发明内容

有鉴于此，本发明引入基于解析的计算公式提供一种实现非连续频带工作 的宽带功率放大器的设计方法，核心是应用基于带通结构的宽带匹配匹配网络 完成功率放大器的设计。本发明的目的是提供一种能够解决现有技术的缺陷和 填补技术空白的设计方案，设计的基本原则是：1)在目标设计频带上，使用基 于带通结构的宽带匹配网络实现对相应最优复阻抗的宽带匹配；2)在非设计频 带上，通过有意的阻抗失配，压缩非设计频带上的可用增益、减弱功率输出能 力并降低功率转换效率。

总体来讲，基于集总参数的偏置电路、稳定电路、隔直电路与基于分布参 数的匹配电路形成的混合电路实现本专利所述的具有非连续频带响应的宽带功 率放大器。输入、输出匹配电路是本发明的核心，分别用于实现系统端接特性 阻抗(50Ω)与最优源阻抗(Z_S,OPT)以及最优负载阻抗(Z_L,OPT)之间的阻抗变 换，确保管芯处于优化的工作状态，并且确保整体设计满足行业标准的输入、 输出VSWR指标。