[发明专利]一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法

说明书

本发明公开一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法，该功率放大器包括输入匹配网络、功率放大器、输出匹配网络、栅极偏置网络、漏极供电网络。本发明提出了一个新的目标函数，能够同时控制基波阻抗和二次谐波阻抗；提出了二维度优化方法，传输线的宽度和长度都作为优化变量，在工作频带内合成的基波阻抗和二次谐波阻抗都接近且随着目标阻抗值的变化而变化，这样增加了匹配的灵活度、增强了匹配的效果，能更好地增强J类功率放大器的宽带特性和效率特性。本发明在高效率宽带功率放大器应用背景下，针对宽带高效率设计方法需求，具有结构简单、设计步骤流程化、适用性更加广泛的优点。

技术领域

本发明涉及射频微波通信领域，尤其涉及一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，各种电子设备之间的联系也变得更加密切。为了满足日益增加的高速宽带数据业务需求，同时也为了降低通信基站的运营成本，多模多制式的通信系统已经被广泛应用。这使得本就有限的频谱资源变得更加紧张，并且调制信号的带宽也变得越来越宽，尤其是即将到来的5G通信系统将需要更大的带宽，这些需求都对无线通信系统的带宽提出了更高的要求。作为无线通信系统的重要组成部分，功率放大器的宽带特性也成为了衡量功率放大器的重要指标。

功率放大器的另一个重要指标是效率特性。作为无线通信系统中最耗能的部分，功率放大器的效率提升，对于减少整个系统的能耗、延长设备的运行时间并且减轻散热装置的压力都有着重要的影响，尤其是在提倡节能环保的今天，更是有着重要的意义。因此，能够兼顾宽带特性和高效率特性的功率放大器已经成为当今功率放大器领域的热点课题。

目前宽带高效率功率放大器的常用设计方法之一就是J类功率放大器的设计，J类功率放大器能够在一个很大的带宽内实现高效率。宽带高效率J类功率放大器的特点是一般偏置在AB类或B类模式；对基波阻抗和二次谐波阻抗进行控制，假设三次及以上的高次谐波短路，并且基波阻抗含有感抗成分，二次谐波阻抗呈现纯容抗；电压和电流波形都呈现半正弦波，并且它们的波形在时域上不重叠。

宽带高效率J类功率放大器的常规设计方法是预先选定宽带内中心频率处的基波阻抗和二次谐波阻抗作为匹配的目标值，先进行二次谐波阻抗匹配，然后在此基础上再进行基波阻抗匹配。这种分开处理基波阻抗和二次谐波阻抗的设计方法不仅增加了复杂度，而且不利于小型化的设计。此外，宽带高效率J类功率放大器的另一种设计方法是利用实频技术进行设计。实频技术的特点是用S参数来描述匹配网络，可以在一个很大的带宽内将合成的阻抗值靠近目标值。但实频技术也有缺点，只有传输线的宽度这一个优化变量，在分布式参数中，合成的匹配网络一般都是串联结构，并且所有的传输线一般也都是等长的结构。这样就降低了匹配的灵活度和匹配的效果。

针对目前现有技术中存在的不足，实有必要进行研究，以提供一种宽带高效率J类功率放大器的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种宽带高效率J类功率放大器的设计方法，提出了一个新的目标函数，能够同时控制基波阻抗和二次谐波阻抗。提出了二维度优化方法，传输线的宽度和长度都作为优化变量，匹配网络不全是串联结构，也不是等长结构。这种设计方法增加了匹配的灵活度，增强了匹配的效果。

为了克服现有技术的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一种宽带高效率J类功率放大器，包括输入匹配网络1、功率放大器2、输出匹配网络3、栅极偏置网络4、漏极供电网络5。