[发明专利]一种基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，其特征在于，至少包括输入匹配网络、栅极直流馈电网络、晶体管、漏极直流馈电网络和输出匹配网络，其中，

所述输入匹配网络与晶体管的输入端相连接，用于将50欧姆阻抗匹配到晶体管通过源牵引得到最佳源阻抗的共轭，使功率放大器获得最大的输入功率；

所述栅极直流馈电网络和漏极直流馈电网络分别与晶体管的栅极和漏极相连接，用于阻断射频信号流入电源以及设置静态工作点；

所述晶体管，用于对输入信号进行放大；

所述输出匹配网络与晶体管的输出端相连接，用于将晶体管负载牵引得到的最佳输出阻抗匹配到50欧姆，使功率放大器实现最大效率传输，

所述输出匹配网络不仅具有阻抗匹配的作用，而且对谐波具有抑制作用，其采用端接耦合线级联结构的网络拓扑，包括第一并联开路传输线TL9、第二并联开路传输线TL10、第三并联开路传输线TL11、第四并联开路传输线TL12、第一平行耦合线CLin1和第二平行耦合线CLin2，其中，第一并联开路传输线TL9与第一平行耦合线CLin1的2端口连接作为输入端，第一平行耦合线CLin1的3端口与第二平行耦合线CLin2的2端口和第二并联开路传输线TL10连接，第一平行耦合线CLin1的4端口与第二平行耦合线CLin2的1端口和第三并联开路传输线TL11连接，第四并联开路传输线TL12与第二平行耦合线CLin2的3端口连接作为负载端。

2.根据权利要求1所述的基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括隔直电容C1、第一串联传输线TL1、第二串联传输线TL2、第三串联传输线TL3、第四串联传输线TL5和RC并联稳定电路，其中，隔直电容C1的一端与射频源输入端相连接，隔直电容C1的另一端与第一串联传输线TL1的一端连接，第一串联传输线TL1的另一端与第二串联传输线TL2的一端连接，第二串联传输线TL2的另一端与RC并联稳定电路的一端连接，RC并联稳定电路的另一端与第三串联传输线TL 3的一端连接，第三串联传输线TL 3的另一端与第四串联传输线TL 5的一端连接，第四串联传输线的另一端与晶体管的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，其特征在于，所述栅极直流馈电网络包括了微带传输线TL 4、稳定电阻R 2和耦合电容C 3，其中，微带传输线的一端和电源以及电容C 3的一端连接，电容C 3的另一端接地，微带传输线TL 4的另一端与电阻R 2的一端连接，电阻R 2的另一端与晶体管的输入端连接，所述栅极直流馈电网络的偏压为-2.8V；所述漏极直流馈电网络包括微带传输线TL7和电容C4，，其中，微带传输线TL7的一端和电源以及电容C4的一端连接，电容C4的一端接地，微带传输线TL7的另一端与晶体管的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，其特征在于，所述的输出匹配网络是通过开路短截线加载在耦合线的不同端口，然后将耦合线进行级联组成的对称匹配网络。

5.根据权利要求1所述的基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，其特征在于，所述晶体管采用GaN HEMT CGH40010F晶体管。

6.一种基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器的设计方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

步骤S1：对晶体管的栅极和漏极在中心频率下进行源牵引和负载牵引得到最佳源阻抗和最佳负载阻抗；

步骤S2：根据步骤S1获得的最佳源阻抗，采用步进阻抗匹配方法实现从输入端口到最佳源阻抗的共轭匹配，对输入匹配网络进行设计；

步骤S3：采用四分之一波长传输线设计偏置电路；

步骤S4：根据步骤S1获得的最佳负载阻抗来设计输出滤波匹配网络；其中，采用两段平行耦合微带线级联来扩展工作带宽，在平行耦合微带线的不同端口枝节加载四条开路短截线TL9、TL10、TL11、TL12来组成输出滤波匹配网络；

步骤S5：将设计好的各模块搭建成一个整体电路。