[发明专利]一种J类功率放大器

说明书

本发明公开了一种J类功率放大器，包括输入一分三功率分配及阻抗匹配网络、三路功率放大波形形成网络、高频滤波移相网络、三路J类波形合成阻抗匹配网络。本发明采用基于三路自偏方式的功率放大结构形成波形形成网络，结合了三路J类波形合成技术及J类放大器阻抗匹配技术，将放大器输出电压波形直接整形成J类放大器特殊的电压半正弦波形，规避了输出网络的负阻抗限制，提升了传统J类放大器的极限效率，并且使得电路具有超宽带、高增益、高功率输出能力的特性。

技术领域

本发明属于场效应晶体管射频功率放大器和集成电路技术领域，具体涉及一种J类功率放大器的设计。

背景技术

随着通信技术的发展，射频前端发射机迫切的需求超宽带、高效率、高增益、高功率的功率放大器，满足通信系统高速率、高可靠性、低功耗的要求。然而，在传统高效率功率放大器的设计中，晶体管要工作在过驱动模式下，类似于开关状态，可以实现高效率特性，但是其带宽非常窄，不满足现有系统的需求。此外，过驱动高效率功放的另外一个特点是线性度较差，因此高效率过驱动开关功率放大器的带宽和线性度一直是通信系统的技术瓶颈。

常见的高效率功率放大器的电路结构有很多，最典型的是传统AB类、C类，开关型D类、E类、F类功率放大器等，需要依赖精确的谐波阻抗控制，或者严格的阻抗匹配条件，这些控制和条件都大大限制了放大器工作带宽。S.C. Cripps在2006年首次提出了J类功率放大器的概念。J类功率放大器是将功放管偏置在深度AB类接近B类放大器的状态，其二次以上的谐波可以被C_ds电容短路。而且，在基频与二次谐波的共同作用下，J类功放的电压输出呈现出良好的半正弦波形。由于J类功放的基频输出阻抗为复阻抗，这就使漏极交流电压可以免受膝点电压影响，从而避免了跨导骤减带来的非线性恶化现象。因此J类功放具有良好的带宽和线性度特性。但是，为了形成J类放大器特殊的电压半正弦波形，其输出匹配电路的基频输出阻抗只能为复阻抗或者负阻抗，由于负阻抗在实际中无法实现，因此只能采用比较局限的纯电抗的复阻抗形式，但是这样限制了传统J类功放的极限效率。

除此之外，现有高效率场效应管功率放大器往往是基于单个共源晶体管实现的，受到单个晶体管的限制，功率输出能力和功率增益能力都相对较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种J类功率放大器，采用基于三路自偏方式的功率放大结构，形成波形整形网络，将输出电压波形直接整形成J类放大器特殊的电压半正弦波形，规避了输出网络的负阻抗限制，从而提升了传统J类放大器的极限效率，并且使得电路具有超宽带、高增益、高功率输出能力的特性。

本发明的技术方案为：一种J类功率放大器，包括输入一分三功率分配及阻抗匹配网络、三路功率放大波形形成网络、高频滤波移相网络、三路J类波形合成阻抗匹配网络；

输入一分三功率分配及阻抗匹配网络的输入端为整个高效率J类功率放大器的输入端，三路J类波形合成阻抗匹配网络的输出端为整个高效率J类功率放大器的输出端；

输入一分三功率分配及阻抗匹配网络的第一、第二、第三输出端分别与三路功率放大波形形成网络的第一、第二、第三输入端连接；三路功率放大波形形成网络的第一、第二输出端以及高频滤波移相网络的输出端同时与三路J类波形合成阻抗匹配网络的输入端连接，三路功率放大波形形成网络的第三输出端与高频滤波移相网络的输入端连接。

本发明的有益效果是：本发明采用基于三路自偏方式的功率放大结构形成波形整形网络，将放大器输出电压波形直接整形成J类放大器特殊的电压半正弦波形，规避了输出网络的负阻抗限制，提升了传统J类放大器的极限效率，并且使得电路具有超宽带、高增益、高功率输出能力的特性。