[发明专利]一种基于等电阻面的微带线E类功率放大器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于等电阻面的微带线E类功率放大器设计方法，属于基本电子电路的技术领域。该方法包括如下步骤：首先对Kuroda规则进行简化和补充，形成简化的Kuroda规则；在实现集总参数E类功放和微带线E类功放的转换过程中，为保证E类功率放大器的最佳基波阻抗和最佳源阻抗不变，提出“等电阻面”的设计方法；利用“等电阻面”的设计方法，对于E类功放不同的输出匹配电路，可通过确定等电阻面，实现不同输出匹配方式下，E类功放输出电路集总参数和微带线之间的等效转换；利用“等电阻面”的设计方法，对E类功放的输入匹配电路，可通过构建等电阻面，实现输入匹配的谐波抑制功能。

技术领域

本发明公开了一种基于等电阻面的微带线E类功率放大器设计方法，属于基本电子电路的技术领域。

背景技术

E类功率放大器自1975年被提出以来，因其漏极产生的大电压和大电流不交叠、理论效率为100％而受到广泛关注。最初的E类功率放大器均采用集总参数元件，由电源V_d、晶体管Q、并联输出电容C、串联谐振电路、剩余电感L_X及负载R_L组成，如图1(a)所示。

在MHz频率范围内，E类功率放大器实际最高工作效率可达96％。然而在GHz或者更高频段，由于集总参数元件存在着频率谐振点和高频寄生参数，E类功率放大器的设计会受限于集总参数元件而不易实现，采用微带线代替集总参数元件可使电路工作于更高的频段，并且易于调试。图2是一种常见的微带线负载网络，理论上，E类功率放大器负载网络要求对所有谐波都必须具有无限大阻抗，然而实际工程研究表明只要对二次、三次谐波进行恰当的阻抗匹配，就可以达到比较高的效率。图2通过设计四节开路线的电长度分别为二次、三次、四次、五次谐波的1/4波长，从而可以实现对二次、三次、四次、五次谐波的抑制。

目前，实现微带线E类功率放大器的一种通用设计方法是：在传统集总参数E类功率放大器电路中，根据微波传输线理论，采用串联高阻抗线近似代替串联电感，并联低阻抗开路线代替并联电容。这种方法的一个显著缺点是，因为其只能实现串联高阻抗线和串联电感的近似代替，所以无法保证E类功放的最佳基波阻抗和最佳源阻抗不变，即无法实现集总参数元件和微带线的精确等效。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于等电阻面的微带线E类功率放大器设计方法，通过确定或者构建等电阻面实现了集总参数元件和微带线的精确等效，解决了微带线E类功放无法精确设计的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

本发明对射频滤波器中常用的Kuroda规则进行简化和补充，形成了简化的Kuroda规则，其通过在分布电感两端加入单位元件，从而可实现串联电感向并联电容的转换。

对于E类功放而言，微带线实现可分为输入匹配和输出匹配电路两部分进行，输出匹配常指从50Ω标准阻抗到负载阻抗R_L的匹配，其只涉及实数阻抗之间的转换，如图1(b)所示。输入匹配则常涉及到复数阻抗到标准阻抗50Ω的转换，即复数到实数阻抗的转化。本发明提出的“等电阻面”设计方法，可在保证E类功率放大器最佳基波阻抗和最佳源阻抗不变的前提下，通过确定或者构建E类功放中的等电阻面，选择其所在位置为单位元件插入位置，实现集总参数元件和微带线的精确等效。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

(1)可在保证E类功放最佳基波阻抗和最佳源阻抗不变的情况下，实现集总参数E类功放和微带线E类功放的精确等效。

(2)对于采用不同输出匹配方式的E类功率放大器，均可通过确定等电阻面来实现微带线E类功放的设计。

(3)对于E类功放的输入匹配电路，可利用该方法实现输入端微带线E类功放的设计，同时能够实现输入端谐波抑制功能，即能够实现输入端滤波功能的设计。

附图说明