[发明专利]输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器及其设计方法

权利要求书

1.输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：包括一个GaN HEMT晶体管、一个输出匹配网络、一个输入谐波调谐网络、一个相位偏移网络、一个栅极偏置网络和一个漏极偏置网络；输出匹配网络用于将晶体管的最优负载阻抗匹配到标准的负载阻抗；输入谐波调谐网络用于调谐输入到晶体管栅极的二次谐波分量至最优的状态，即能达到最大整流效率的状态；相位偏移网络用于维持栅极和漏极之间的最优相位差，以获得最大化的整流效率；栅极偏置网络用于给晶体管栅极提供直流偏压，确保晶体管工作在合适的直流偏置状态，漏极偏置网络用于将晶体管漏极输出的直流分量输出给直流负载。

所述的最优输入谐波状态根据所期望达到的整流效率来选取。

2.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述的输出匹配网络包括传输线TO1、TO2、TO3、TO4和TO5，传输线TO1的一端与晶体管的漏极相连，传输线TO1的另一端依次串联TO2、TO4、TO5后，与射频功率输入端和相位偏移网络的一端相连；在传输线TO2和TO4之间并联TO3以使得三次谐波呈现开路状态。

3.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述的输入谐波调谐网络包括传输线TI1、TI2、TI3和TI4，传输线的TI1的一端与晶体管的栅极相连，传输线的TI1的另一端依次串联TI2、TI4后，与相位偏移网络的另一端相连；在传输线TI2和TI4中间并联TI3以使得三次谐波呈现开路状态。

4.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述的相位偏移网络包括传输线TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6、TP7和TP8，传输线TP1的一端接输入谐波调谐网络，传输线TP1的另一端依次串联TP2、电容C1、TP3、TP5、TP6、TP7、TP8后，接输出匹配网络；在传输线TP3和TP5之间并联TP4以使得三次谐波呈现开路状态。

5.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述栅极偏置和漏极偏置网络为四分之一波长传输线。

6.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述晶体管的偏置状态在B类。

7.如权利要求1所述的输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器，其特征在于：所述漏极与栅极之间最优的相位差为180°。

8.用于设计权利要求1所述输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器的方法，其特征在于：

具体包括如下步骤：

步骤一、设计晶体管基的F类射频整流器：

根据选用的晶体管、所期望的整流效率，设置导通角α、栅极偏置电压，使得晶体管处于AB类工作状态；

步骤二、根据所期望的整流效率，选取合适的栅极输入端二次谐波分量；在直流偏置和输入谐波分量的基础上确定晶体管漏极的负载阻抗，对晶体管进行漏极输出匹配电路、输入谐波调谐网络和相位偏移网络的设计以满足二次谐波分量参数、漏极负载、相移的要求；

步骤三、设计的输出匹配网络将漏极负载匹配到标准的50欧姆负载；

步骤四、偏置电路由四分之一波长的传输线构成，将所有的网络组合起来完成输入谐波调谐的整流效率增强型射频整流器的设计。