[发明专利]一种双通带功率放大器设计方法

说明书

本发明公开了一种双通带功率放大器设计方法，包括以下步骤：根据双通带功放的设计指标，确定带通滤波器的工作参数；所述带通滤波器的工作带宽包含双通带的两个工作频段；由带通滤波器的工作参数确定低通原型滤波器的工作频段及其阶数；将低通原型滤波器的输出阻抗进行诺顿变换至50Ω；将诺顿变换后的低通原型滤波器的通带中插入传输零点；将插入传输零点后的低通原型滤波器转化为微带线形式。本发明一种双通带功率放大器设计方法，通过在单通带匹配滤波器中插入传输零点，获得匹配与滤波功能融合的双通带输出电路，从而简单有效，设计相对简便，且电路尺寸不会因为传输零点的引入而增加。

技术领域

本发明涉及微波通信领域，具体涉及一种双通带功率放大器设计方法。

背景技术

双通带或多通带在现代通信系统中的应用越来越广泛，双通带放大器可以同时工作(简称并发模式)于两个不同频段，这适应了现代无线通信系统多样化的趋势。在射频前端中，放大器作为占空间最大的模块，使用双模或多模放大器可以避免设计额外的放大电路，从而大大减小尺寸。而匹配电路作为放大器不可或缺的一部分，其结构与性能直接决定了放大器的工作状态是否理想。

设计双通带放大器匹配网络的方法有多种，最常见的做法是通过对放大器阻抗特性的分析，实现在两个工作频段的匹配。这种方法因为考虑晶体管的不同阻抗特性，存在设计过程比较复杂，且最终电路尺寸较大等缺点。第二个比较常见的方法是使用开关，比如微机电系统(MEMS)、PIN开关二极管等。这种设计方法因为开关的引入使插入损耗增大，且不能设计为并发的双通带系统，这让开关的使用在双通带系统中受到限制。最近提出的一种设计并发双通带放大器的方法是在单通带匹配网络后串联枝节负载线，从而使单通带匹配网络变为双通带，实现了双通带放大器。在设计这种双通带放大器时，首先设计了一种单通带的功放，这个功放的工作频段同时包含有f₁和f₂，然后在匹配电路后串联了枝节负载线，这段传输线可以在频率f₁和f₂中产生一个传输零点，从而实现了双通带的效果。但是，正因为串联负载线的引入，原先的单通带匹配电路需要额外增加尺寸。虽然这种设计方法简便易于实现，可是却存在电路尺寸较大的缺点，不符合现代通通信系统小型化的设计要求。其原理图和整体结构如图1所示。

在传统的双通带放大器中，主要可分为并发与非并发两种。并发模式放大器可以同时工作在不同的频段，而非并发模式不能同时工作于不同的频段。对于并发模式的放大器，最常见的设计匹配电路的方法是通过对放大器模型的仿真分析获得模型阻抗，然后分别在两个频段实现匹配。这个过程既要保证工作频段的匹配，也要考虑带外的抑制效果，因此其设计过程往往比较复杂。另一种并发双通带匹配技术解决了上述传统匹配的复杂设计过程，直接在单通带放大器后级联负载谐振器，从而在单通带内产生传输零点，实现了双频段放大(如图1所示结构)。这种方法简单有效，但是因为额外的级联网络，匹配电路的整体尺寸变大很多，这不利于小型化设计。对非并发模式放大器，往往通过引入射频开关(MEMS，PIN开关二极管等)来实现，这使这种工作模式因为射频开关的引入有较大的插入损耗。

研究状况表明，对于放大器的匹配电路，传统的并发双通带匹配电路的设计方法繁琐或者电路尺寸较大，基于射频开关的非并发匹配电路又具有较大的插入损耗。以上的设计方法都难以做到即是并发系统、又有较小的插入损耗，同时还符合小型化的设计要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对于放大器的匹配电路，传统的并发双通带匹配电路的设计方法繁琐或者电路尺寸较大，基于射频开关的非并发匹配电路又具有较大的插入损耗，以上的设计方法都难以做到即是并发系统、又有较小的插入损耗，目的在于提供一种双通带功率放大器设计方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：