[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

说明书

本发明公开了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，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。相对于现有技术，本发明提出了一种新的输出匹配网络拓扑结构，级联端接耦合线结构用于设计功率放大器的输出匹配网络，通过在耦合微带线的四个端口选择不同的终端阻抗条件，端接耦合线不仅可以实现阻抗变换，还可以对谐波阻抗进行控制，可提高所设计功率放大器的效率，利用两段耦合线级联来扩展所设计功率放大器的带宽。与传统设计方法相比，无需分别设计谐波控制电路和基波匹配电路，在保持高效性能的同时简化了功率放大器的设计。

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域，尤其涉及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。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，对射频前端电路的要求越来越高。功率放大器作为射频前端电路中的关键模块，其性能和特性对整个无线通信系统有着极其重要的影响。尤其是5G通信的到来，对无线通信系统的带宽提出了更高的要求，而作为无线通信系统的重要组成部分，功率放大器的带宽特性成为了衡量功率放大器的一个重要指标。功率放大器同时是无线通信系统中最耗能的部分，对整个系统的耗能、设备工作的时间以及散热装置的压力都有着重要的影响，所以功率放大器的效率同样是衡量功率放大器的另一重要指标。因此如何设计在带宽较宽的同时维持较高的效率的功率放大器成为当今无线通讯技术领域的热点问题。

然而在功率放大器的设计中，通常设计出来的功放有着较高的效率，但带宽较窄，或者有着较宽的带宽，但效率较低。在现有的设计中，大多先采用谐波控制网络来控制谐波，然后再通过基波匹配网络进行匹配，这种设计方法在一定程度上增加了电路设计的复杂度且体积较大，成本较高。

故，针对存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种性能更佳的宽带高效率功率放大器设计方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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，提出了一种新的输出匹配网络拓扑结构，级联端接耦合线用作功率放大器的输出匹配网络，通过在耦合线的四个端口选择不同的终端阻抗条件，不仅可以实现阻抗变换，还实现了对谐波的控制，同时利用两段耦合微带线级联来扩展功率放大器的工作带宽。相对于传统的功率放大器，此输出匹配网络结构简单，易于实现，无需再分别设计谐波控制电路和基波匹配电路，在实现高性能的同时极大地简化了电路设计的复杂度，同时也进一步缩小了电路的体积，降低了生产成本。

为了克服现有技术的缺陷，本发明采用以下技术方案：

一种基于端接耦合线结构的宽带高效率功率放大器，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，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连接晶体管的栅极和漏极，给晶体管的栅极和漏极施加电压，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，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。