[发明专利]适用于5G网络的射频功率放大器

权利要求书

1.适用于5G网络的射频功率放大器，功率放大电路包括依次连接的输入匹配网络，前级放大电路，直流偏置电路，功率级放大电路以及输出匹配网络；其中前级放大电路和功率级放大电路组成功率放大电路的两级电路结构；所述的前级放大电路采用电流复用技术，所述的功率级放大电路采用F类放大电路结构；所述的输入匹配网络的输入端为所述射频功率放大器的输入端，所述的前级放大电路的输入端与输入匹配网络的输出端相连接；所述前级放大电路和输入匹配网络之间接上一个电阻R1，电阻R1的另一端接上直流电压Vb1用于晶体管的栅极提供直流电压来使得晶体管能够正常工作；所述的功率级放大电路的输入端与前级放大电路的输出端，以及包括电阻R3和R4的直流偏置电路相连接；所述的功率级放大电路的输出端与输出匹配网络的输入端相连，输出匹配网络的输出端为所述功率放大器的输出端；其特征在于：

采用的是LC并串联谐振匹配网络来控制电路的基波、奇次谐波和偶次谐波成分，采用三阶的谐波控制电路来控制信号的一次，二次和三次谐波成分：

输出匹配网路，主要包括电容Cf0，电感Lf0，电容Cf3和电感Lf3，电容Cf0和电感Lf0构成并联谐振网络控制一次谐波，电容Cf3和电感Lf3同样构成并联谐振网络共同控制三次谐波，电容Cf0的值可以由以下公式计算得出：

其中，B为功率放大器的带宽，R0为负载阻抗，电感Lf0又可以根据电容Cf0的值可以根据谐振频率的计算公式得出：

其中，w0为基波角频率，等于2πf0，f0为基波频率；

得到谐波控制网络的输出阻抗的公式为：

由于二阶谐振的阻抗为0，所以可以得到

在3f0谐振处，电感Lf3和电容Cf3的关系式为：

所以公式(4)可以简化为：

在基频处，晶体管M2的漏极和负载R0之间的阻抗为0，所以可以得到

由公式(5)简化得：

C₆＝8C_f3 (8)

把(7)式代入(6)可得：

再根据公式(5)即可计算出Lf3的值。

2.根据权利要求1所述的适用于5G网络的射频功率放大器，其特征在于，

所述的输入匹配网络由T型匹配网络构成，由晶体管栅极进行阻抗匹配得到，可以得到谐波控制网络的输入，输出阻抗的公式为：

因此可以得到反射系数S11,S22的值：

其中，Z_IN为功率放大器的输入阻抗，Z_OUT为功率放大器的输出阻抗，Z_C为特征阻抗，取50Ω；由上可知输入反射系数S11和输出反射系数S22是一个小于1的数，也就是回波损耗，S11－10dB；

稳定系数B1f可以通过S参数的值计算出，如下公式，

B_1f＝1+|S₁₁|²-|S₂₂|²-|S₁₁S₂₂-S₁₂S₂₁|² (14)

当B1f的值大于0时，电路无条件稳定。

3.根据权利要求1至2任一项所述的适用于5G网络的射频功率放大器，其特征在于：前级放大电路包括晶体管M1，晶体管M2，电容C3，电容C4,电容C5，电感L2，电感L3和电感L4，其中晶体管M1的栅极与输入匹配的输出端相连，M1的源极接地，M1的漏极与电感L3和电容C3的一端相连，L3的另一端与晶体管M2的源极和电容C4的一端相连，电容C4的另一端接地；电容C3的另一端与电感L2的一端相连，电感L2的另一端与晶体管M2的栅极相连接并与直流偏置电路中的电阻R2相连接；晶体管M2的漏极与电感L4的一端和电容C5的一端相连接，电感L4的另一端接上电源电压电容C5的另一端是前级放大电路的输出端，也是功率放大级的输入端。