一种射频超宽带高效率功率放大器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种射频超宽带高效率功率放大器的设计方法及电路，包括多频点晶体管输入输出阻抗测试、最大功率传输输出阻抗匹配网络设计、宽频带输入多节阻抗匹配网络设计、输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计、晶体管偏置网络设计。所述晶体管输入输出阻抗测试技术，实现晶体管输入输出阻抗的精准计算；所述最大功率传输输出阻抗匹配网络实现晶体管阻抗匹配和最大功率传输；所述宽频带多节阻抗匹配网络，实现宽频带晶体管输入阻抗匹配；所述输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计完成在晶体管的输入端和输出端消除高次谐波影响，降低损耗，提高放大器的功率附加效率；所述偏置网络设计，提供晶体管工作电压。该功率放大器可获得更高的频率带宽、输出功率和功率附加效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率放大器的设计领域，更具体地说，本专利技术涉及一种射频超宽带高效率功率放大器的设计技术，它适用于无线通信、电子对抗、雷达、导航等领域的高性能功率放大器的仿真设计和科学研究工作，对提高相关系统的整体性能指标具有重要意义。
技术介绍
射频功率放大器广泛应用于无线通信、电子对抗、雷达、导航等系统的发射设备中，功率放大器对于系统性能的改进、新功能和新应用的研究都具有重要的意义，因此提升功率放大器的性能成为各系统厂商关注的焦点。功率放大器研究的核心问题是宽频带和高效率，在宽频带放大器研究领域，由于S11和S21是关于频率的函数，S11随频率每倍频程下降6dB，S21随频率每倍频程上升6dB，S11和S21决定了电路的稳定性，因此在较宽的频带内，无法实现电路稳定工作，放大器的噪声系数和驻波也会随着频率的变换而恶化，目前，提高功率放大器工作带宽的方法主要有，补偿匹配网络、分布式放大器、负反馈放大器、平衡放大器、有源匹配式放大器、电阻电抗匹配式放大器等。而增强效率的技术发展相对比较滞后，可以提高功率放大器效率的技术常见的有：Doherty技术、包络跟踪(Envelopetracking)、包络消除再生技术(Envelopeeliminationrestoration)、自适应偏置技术(adaptivebias)、峰值减小技术(Crestfactorreduction)等。然而，在理论研究和实际工程设计中发现要提升放大器某一项指标相对较容易解决，但是当宽频带和高效率放在一起时，设计难度将倍增，很多时候这几乎是不可能实现的设想。
技术实现思路
专利技术目的：就是要解决目前在射频超宽带高效率放大器设计研究领域技术的不足，针对宽频带功率放大器设计过程中的技术问题，提出一系列的设计方法、电路结构和网络融合方案，从理论分析、仿真设计和工程实践的角度对超宽带高效率功率放大器设计这一学术界难题，提供一整套系统的解决策略。技术方案：本专利技术公开了一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，包括多频点晶体管输入输出阻抗测试、最大功率传输输出阻抗匹配网络设计、宽频带输入多节阻抗匹配网络设计、输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计、晶体管偏置网络设计。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的多频点晶体管输入/输出阻抗测试，采用阻抗牵引迭代测试的方法，根据晶体管的工作频率，先给定一个晶体管输入阻抗初始值，对晶体管输出功率和功率效率进行分析，计算在最大功率传输和功率效率的条件下，晶体管输出阻抗，然后再根据晶体管输出阻抗，进一步计算晶体管的输入阻抗，并通过迭代分析方法，最终确定晶体管在基波、二次谐波和三次谐波频点的输入/输出阻抗。本专利技术所述的多频点晶体管输入/输出阻抗测试采用迭代测试电路，其包括提供射频信号的信号源、晶体管、与所述晶体管漏极相连的单端口S参数调节器、与晶体管栅极相连的第一直流电源、与所述晶体管漏极相连的第二直流电源、用于测试晶体管栅极与第一直流电源支路的电流信号的第一电流表、用于测试晶体管漏极与单端口S参数调节器支路的电流信号的第二电流表、用于测试晶体管漏极和第二直流电源支路的电路信号的第三电流表，利用AdvancedDesignSystem电磁仿真软件，设计搭建仿真电路。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的最大功率传输输出端阻抗匹配网络设计实现晶体管输出阻抗与终端负载阻抗的共轭匹配，采用微带线结构，该最大功率传输输出端阻抗匹配网络与输出谐波抑制网络和晶体管漏极偏置网络融合。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的宽频带输入多节阻抗匹配网络设计实现晶体管输入阻抗与源阻抗的共轭匹配，采用混合集总参数和传输线元件的匹配网络，该混合集总参数和传输线元件的匹配网络与输入谐波抑制网络和晶体管栅极偏置网络融合，在设计中可适当接入有耗增益补偿匹配网络，实现增益、带宽和反射系数之间一定的折中。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计，采用并联的终端开路的微带传输线谐波抑制网络，在晶体管的输入端和输出端分别对二次谐波和三次谐波进行抑制，谐波抑制网络能够有效提高晶体管输出功率和功率附件效率，输入端谐波抑制网络部分电路结构可与栅极偏置网络相互融合，输出谐波抑制网络部分电路结构可与漏极偏置网络相互融合，共同作用。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的晶体管偏置网络设计提供晶体管工作电压包括晶体管漏极偏置网络和晶体管栅极偏置网络，均采用微带线结构，晶体管漏极偏置网络完成对输出端三次谐波的抑制，晶体管栅极偏置网络完成对输入端三次谐波的抑制，在晶体管漏极偏置网络设计中采用晶体管漏极偏置网络与输出谐波抑制网络相互融合的设计技术，偏置网络在完成网络功能的同时参与漏极谐波抑制功能的实现；在晶体管栅极偏置网络设计中采用晶体管漏极偏置网络与输入端谐波抑制网络相互融合的设计技术，栅极偏置网络在完成网络功能的同时参与栅极谐波抑制功能的实现。本专利技术还公开了一种超宽带高效率功率放大器电路，包括晶体管、晶体管输入端网络结构和晶体管输出端网络结构，所述晶体管输入端网络结构按照信号输入方向依次包括形成高通匹配网络的输入阻抗匹配网络、用于消除输入信号的谐波分量的输入端谐波抑制网络和用于控制晶体管栅极电压的晶体管栅极偏置网络；所述晶体管输出端网络结构按照信号输出方向依次包括提供晶体管直流工作电压的晶体管漏极偏置网络、对晶体管输出端谐波进行抑制的输出谐波抑制网络和用于在工作频率将输出谐波抑制网络的阻抗与负载阻抗进行匹配的输出阻抗匹配网络，所述晶体管栅极偏置网络兼容于输入端谐波抑制网络中，所述晶体管漏极偏置网络兼容于输出谐波抑制网络中。作为本专利技术的进一步优化，本专利技术所述的输入阻抗匹配网络包括第八微带传输线、第七微带传输线和第三电容，所述第八微带传输线和第七微带传输线串联，该第三电容与第八微带传输线并联；所述输入端谐波抑制网络包括用来控制输入端低频谐波分量的阻抗第一微带传输线、第二微带传输线和第三微带传输线。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术该功率放大器设计技术可获得更高的频率带宽、输出功率和功率附加效率。附图说明图1为本专利技术技术方案一种射频超宽带高效率功率放大器的设计方法的示意图；图2为本专利技术所述阻抗迭代测试负载阻抗测试电路原理图；图3为本专利技术所述阻抗分析smith圆图；图4为本专利技术所述输入多节阻抗匹配网络电路原理图；图5为本专利技术所述输入端网络结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：包括多频点晶体管输入输出阻抗测试、最大功率传输输出阻抗匹配网络设计、宽频带输入多节阻抗匹配网络设计、输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计、晶体管偏置网络设计。

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：包括多频点晶体
管输入输出阻抗测试、最大功率传输输出阻抗匹配网络设计、宽频带输入多节阻
抗匹配网络设计、输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计、晶体管偏置网络
设计。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特
征在于：所述多频点晶体管输入/输出阻抗测试，采用阻抗牵引迭代测试的方法，
根据晶体管的工作频率，先给定一个晶体管输入阻抗初始值，对晶体管输出功率
和功率效率进行分析，计算在最大功率传输和功率效率的条件下，晶体管输出阻
抗，然后再根据晶体管输出阻抗，进一步计算晶体管的输入阻抗，并通过迭代分
析方法，最终确定晶体管在基波、二次谐波和三次谐波频点的输入/输出阻抗。
3.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特
征在于：所述最大功率传输输出端阻抗匹配网络设计实现晶体管输出阻抗与终端
负载阻抗的共轭匹配，采用微带线结构，该最大功率传输输出端阻抗匹配网络与
输出谐波抑制网络和晶体管漏极偏置网络融合。
4.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特
征在于：所述宽频带输入多节阻抗匹配网络设计实现晶体管输入阻抗与源阻抗的
共轭匹配，采用混合集总参数和传输线元件的匹配网络，该混合集总参数和传输
线元件的匹配网络与输入谐波抑制网络和晶体管栅极偏置网络融合。
5.根据权利要求1所述的一种超宽带高效率功率放大器的设计方法，其特
征在于：所述输入谐波抑制网络和输出谐波抑制网络设计，采用并联的终端开路
的微带传输线谐波抑制网络，在晶体管的输入端和输出端分别对二次...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪春，柴豆豆，张量，张鹏，李楠，张晓，
申请(专利权)人：合肥师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34