[发明专利]一种宽带射频功放设计方法及5G低频段射频功放

权利要求书

1.一种宽带射频功放设计方法，其特征在于基于谐波控制技术，在保证宽带射频功放高效率的同时借助ADS EDA仿真软件，对宽带射频功放的基波阻抗设计空间和高次谐波阻抗设计空间进行扫描，找出能在工作带宽范围内实现高效工作的基波阻抗最优设计空间和高次谐波阻抗最优设计空间，实现宽带谐波控制网络的设计，鉴于射频功放输入端谐波控制网络对射频功放性能提升有限，直接采用ADS源牵引系统牵引出晶体管输入端最优基波阻抗，并将其匹配至50欧姆实现宽带射频功放输入匹配网络的设计，简化了射频功放电路设计复杂度，该设计方法具体包括以下步骤：

(1)根据设计射频功放的工作需求及应用场景进行晶体管选型，确定所述的宽带射频功放的设计指标，所述的宽带射频功放的设计指标包括输出功率、效率、工作带宽、增益和增益平坦度；

(2)根据晶体管数据手册设计所述的宽带射频功放的偏置网络，在设计工作带宽内判断所述的宽带射频功放是否绝对稳定，若存在潜在不稳定性则设计所述的宽带射频功放的稳定网络；

(3)基于ADS EDA仿真软件牵引出晶体管源阻抗，设计所述的宽带射频功放的输入匹配电路，将所述的宽带射频功放的工作带宽从低到高平均分成四段，其中第一段记为f₁～f₂，第二段记为f₂～f₃，第三段记为f₃～f₄，第四段记为f₄～f₅；

(4)在f₃频点处设计一个F类或者逆F类射频功放的谐波控制网络；

(5)借助是德科技ADS EDA仿真软件的Load Harmonic Phase Sweep控件对该频点处基波阻抗设计空间和高次谐波阻抗设计空间进行扫描，运行仿真，得到仿真结果，在仿真结果的“Simulated load reflection coefficients”中得到该频点下基波阻抗最优设计空间，并得到“Simulated load reflection coefficients”中的Smith圆上不同相位处对应的“Phase of Load Reflection Coefficient”中所述的宽带射频功放的功率附加效率PAE和饱和输出功率Pout，则最大功率附加效率PAE和最大饱和输出功率Pout所对应的阻抗区间即为基波频率为f₃时，所述的宽带射频功放对应的高次谐波阻抗最优设计空间；

(6)在“Load Harmonic Phase Sweep”控件中将基波频率依次修改为f₁、f₂、f₄、f₅，基于步骤(4)中设计的谐波控制网络，重复步骤(5)，得到不同基波频率处所述的宽带射频功放的对应的基波阻抗最优设计空间和高次谐波阻抗最优设计空间；

(7)调节步骤(4)中设计的f₃频点处的F类或者逆F类射频功放的谐波控制网络，使得到的f₁～f₅基波频率处对应的基波阻抗最优设计空间产生交叠，f₁～f₅基波频率处对应的高次谐波阻抗最优设计空间也产生交叠，则f₁～f₅基波频率处对应的基波阻抗最优设计空间的交叠区域即为所述的宽带射频功放设计时所需的基波阻抗最优设计空间，f₁～f₅基波频率处对应的高次谐波阻抗的最优设计空间的交叠区域即为所述的宽带射频功放设计时所需的高次谐波阻抗的最优设计空间，最终调节后得到的谐波控制网络即为所述的宽带射频功放的宽带谐波控制网络，将得到的设计宽带射频功放所需的基波阻抗最优设计空间匹配至50欧姆，即可实现所述的宽带射频功放的输出匹配电路的设计；

(8)如果步骤(2)处未设计稳定网络，则将上述步骤中设计的偏置网络、输入匹配电路、晶体管、宽带谐波控制网络、输出匹配电路依次连接起来，如果步骤(2)处设计稳定网络，将上述步骤中设计的偏置网络、稳定网络、输入匹配电路、晶体管、宽带谐波控制网络、输出匹配电路依次连接起来，并在射频功放的输入、输出端各加入一段特性阻抗为50欧姆的微带线做射频输入输出端口，由此得到所需设计的射频功放的电路。