一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法组成比例

本发明专利技术公开一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法，应用于无线通信领域，针对现有的连续类功放设计的实频宽带匹配方法以及高阶滤波器结构宽带匹配方法均存在的弊端：计算复杂、匹配电路结构复杂、插损大，微带线实现方式不适用于功率放大器芯片的集成的问题；本发明专利技术基于集总参数元器件实现的适用于功率放大器芯片的双极点宽带匹配方法，有效避免传统宽带匹配方法的计算复杂、匹配电路结构复杂、插损大、不适用芯片高集成度设计宗旨的问题。且该方法还可以移植到固态功率放大器模块的设计中，为功率放大器的设计研究者提供一种全新的宽带匹配设计方法与思路，具有相当的科学研究和商业应用价值。的科学研究和商业应用价值。的科学研究和商业应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法


[0001]本专利技术属于无线通信领域，特别涉及一种功率放大器的宽带匹配技术。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步与发展，无线通信技术已经在人们的各种生产活动中发挥了巨大的作用。其中，射频微波功率放大器(PA)芯片作为现代无线通信系统射频前端的核心器件之一，也是制约系统性能和技术水平的关键部件。在无线通信
，需要使用功放芯片将调制信号以较大功率形式发射出去，这种发射规范要求又由各种相互独立的无线通信协议标准决定，包括发射频率、带宽、负载、发射功率、效率、线性度等，这些规范要求即是对射频微波功放芯片的性能要求。
[0003]这其中，由于现代尖端无线通信系统如5G移动通信等对射频前端宽带特性的要求越来越迫切，因此功率放大器芯片的宽带特性是设计、研究者们一直以来孜孜不倦的追求。常见的AB类、C类、E类、F类、逆F类等传统类型的功率放大器芯片一般情况下只适用于窄带条件，功放芯片的性能会随着带宽变宽而迅速下降。因此，寻找一种简洁、通用、适用于功率放大器芯片的宽带匹配方法具有相当的科学研究和商业应用价值。
[0004]现有的宽带功率放大器芯片设计方法包括：连续类功放设计及匹配方法、高阶滤波器结构法等。连续类功放是近年来宽带功放的研究热点，相比较于传统功放，连续类工作模式拓展了功放的阻抗解空间，为宽带功放的设计提供了理论基础。功放的工作模式确定后，便能得到功放的阻抗解空间，必须将源、负载阻抗匹配到相应的阻抗解空间，才能确保功放在宽频带内工作在高效率模式，因此，针对连续类功放的主流宽带匹配办法是实频法，即采用实际的频率点阻抗参数进行计算和匹配，理论匹配效果一般较好；高阶滤波器结构法即采用切比雪夫、巴特沃斯等高阶滤波器结构实现宽带匹配，可以理解为多级L型窄带匹配网络级联实现的宽带匹配，同样往往具有不错的理论匹配效果。
[0005]但是连续类功放设计及实频宽带匹配方法以及高阶滤波器结构宽带匹配方法均存在的弊端为：计算复杂、匹配电路结构复杂、插损大，微带线实现方式不适用于功率放大器芯片的集成。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法，基于集总参数元器件实现的简洁、通用、适用于功率放大器芯片的宽带匹配。
[0007]本专利技术采用的技术方案为：一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法，包括：
[0008]S1、了解功放芯片工作中心频率；
[0009]S2、获得功放芯片端口阻抗；
[0010]S3、基于常规窄带高Q值匹配方法设计初始匹配电路；
[0011]S4、分析初始匹配电路端口阻抗；
[0012]S5、采用MATLAB获得端口阻抗的实部参数曲线和虚部参数曲线；
[0013]S6、修改初始匹配电路，具体的：将实部参数曲线的极大值点调整至功放芯片工作中心频率点；
[0014]S7、设计LC串联谐振电路，以工作中心频率点为中心，在预期工作带宽内，LC串联谐振电路的阻抗与功放芯片的输入阻抗的虚部互为相反数，且LC串联谐振电路的阻抗随频率变化的斜率与功放芯片的输入阻抗的虚部随频率变化的斜率相反。
[0015]还包括测试验证过程，若达标则完成设计，否则返回步骤S6。
[0016]将步骤S6中实部参数曲线的极大值点调整至大于功放芯片工作中心频率点处10Ω～20Ω的范围。
[0017]本专利技术的有益效果：本专利技术提出的一种基于集总参数元器件实现的双极点宽带匹配方法，具有简洁、通用、适用于功率放大器芯片的特点，功放的输入、输出、级间匹配电路均可使用，有效避免传统宽带匹配方法的计算复杂、匹配电路结构复杂、插损大、不适用芯片高集成度设计宗旨的问题。且该方法还可以移植到固态功率放大器模块的设计中，为功率放大器的设计研究者提供一种全新的宽带匹配设计方法与思路，具有相当的科学研究和商业应用价值。
附图说明
[0018]图1为功放芯片的常规结构；
[0019]图2为采用常规的窄带高Q值窄带匹配结构的功放芯片输入匹配电路；
[0020]图3为输入匹配电路输入阻抗的实部和虚部随频率变化示意图；
[0021]图4为双极点匹配电路原理图；
[0022]图5为中心频率f0＝3.55GHz的双极点宽带匹配电路设计；
[0023]图6为设计中心频率f0＝3.55GHz时的双极点匹配过程频率响应示意图；
[0024]图7为双极点匹配效果图；
[0025]其中，(a)为双极点匹配后的阻抗特性；(b)为右双极点匹配后的S参数特性；
[0026]图8为适用于功率放大器芯片的双极点宽带匹配方法的流程图；
[0027]图9为针对功放芯片原始匹配电路为多节LC并联的示意图；
[0028]图10为基于双极点匹配方法拓展多节LC并联原始匹配电路的功放芯片带宽示意图。
具体实施方式
[0029]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0030]常规的功率放大器芯片中的放大电路由一个或者多个晶体管构成，因此，常规的内匹配功率放大器芯片中会设计有输入和输出匹配电路，多级级联的大功率功放芯片除了输入和输出匹配电路外还具有级间匹配电路。要实现功率放大器芯片的宽带化，需要针对性设计宽带匹配电路，为此本专利技术提出一种双极点宽带匹配方法，旨在带内产生两个传输极点，拓展匹配带宽。功放芯片的常规结构如图1所示。
[0031]输入匹配电路的输出端口负载阻抗为晶体管放大电路的输入阻抗的共轭值，如果
采用常规的窄带L型高Q值窄带匹配电路(完整的L型高Q值窄带输入匹配电路会带有输入隔直电容，但因其容值大而基本不参与匹配，此处予以省略)，其结构如图2所示。
[0032]由图2可知，看向该匹配输入端口的阻抗Zin为：
[0033]Z
in
＝(Z
L
+Z
L1
)//Z
C1
[0034][0035]其中，Z
L
为负载阻抗、Z
L1
为电感器的阻抗、//为并联符号、Z
C1
为电容器的阻抗、R为负载阻抗的实部值、j为虚数符号、X为负载阻抗的虚部值、ω为角频率、L1为电感器的感值、C1为电容器容值；ω＝2πf0。
[0036]将实部与虚部分离，其实部与虚部表达式如下式所示。
[0037][0038][0039]对该阻抗的实部和虚部进行分析，将实部方程分母括号中的判别方程提出
[0040]f(ω)＝ω2L1C1+ωXC1‑1[0041]该方程的判别式为
[0042][0043]根据二次函数根判别式可知该方程一定存在两个实数解，可解得这两个解为：
[0044][0045]解ω2显然小于0，因此在实频域内，也即是f(ω)在实频域内有且仅有一个解ω1，那么如果f(ω)＝0，那么f2(ω)＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于射频微波功率放大器芯片的宽带匹配方法，其特征在于，包括：S1、根据功放芯片工作中心频率、功放芯片端口阻抗，基于常规窄带高Q值匹配方法设计初始匹配电路；S2、分析初始匹配电路端口阻抗；S3、采用MATLAB获得端口阻抗的实部参数曲线和虚部参数曲线；S4、修改初始匹配电路，具体的：S41、将实部参数曲线的极大值点调整至功放芯片工作中心频率点；S42、设计LC串联谐振电路，以工作中心频率点为中心，在预期工作带宽内，LC串联谐振电路的阻抗与功放芯片的输入阻抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇兵，黄峻杰，李港，张晋荣，文光俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：