【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率放大器，具体为一种宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法。
技术介绍
1、随着无线终端在消费类、工业生产等方面不断普及，各类无线通信制式随之大量涌现，从而能够同时支持多种通信制式的无线终端成为技术发展的必然方向。然而，由于多种无线通信制式的工作频带各不相同，无线终端中的多频发射机必须为每个工作频带设计发射链路，导致多频无线终端存在整体尺寸大、效率低、成本高的问题。双频高效率功率放大器能够支持双频工作且具有较高的效率，具备同时解决多频发射机设计问题的潜力。
2、但是，随着5g通信的快速演进，新一代无线终端的工作频带不断提高，同时还必须支持低频带的传统无线通信制式，频率比需求随之提高，而现有的双频高效率功率放大器工作频带频率比较低，因此宽频比的双频高效率功率放大器设计成为当前亟需解决的难题。
3、目前，高效率功率放大器设计主要采用load-pull牵引仿真技术或者传统波形工程的高效率模式获得工作频带最佳漏极输出阻抗，尤其是采用波形工程理论构建高效率模式的方法可以设计出相对较大的最佳漏极输出阻抗空间，有效地降低了输出阻抗匹配设计的难度，因此多种基于波形工程理论构建高效率模式的方法已经应用于功率放大器设计。
4、但是在宽频比双频高效率功率放大器的设计上，传统高效率模式的最佳漏极输出阻抗空间在smith圆图中的位置分布及范围，仍然无法满足宽频比的双频阻抗匹配要求。近年来，国外团队利用晶体管输入端的非线性特性，提出了基于输入输出波形理论设计的j类、f类和逆f类高效率功率放大器，随后又提出
技术实现思路
1、为解决以上采用现有高效率模式设计宽频比双频高效率功率放大器时，阻抗设计空间仍相对较小，且在这些阻抗设计空间分布的区域中难以设计宽频比的双频复数阻抗变换电路，从而无法实现宽频比双频高效率功率放大器的设计难题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，包括以下具体步骤：
2、s1、基于晶体管漏极电流面上的漏极电压和受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流，建立第一种高效率模式，获取该模式下的基波输出功率和漏极效率；
3、s2、基于晶体管漏极电流面上的漏极电压和受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流，建立第二种高效率模式，获取该模式下的基波输出功率和漏极效率；
4、s3、根据两种高效率模式晶体管电流面上的漏极电压与漏极电流，获得基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗，并根据基波输出功率和漏极效率的需求确定两种模式下的最佳漏极阻抗设计空间；
5、s4、选择两个工作频带，设计晶体管漏极输出端的双频复数阻抗变换电路的理论原型，使对应的两个工作频带在晶体管漏极电流面上的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗落入最佳漏极阻抗设计空间内；
6、s5、针对设计的输出端双频复数阻抗变换电路的理论原型，选择基板进行微带电路设计，获得输出端双频复数阻抗变换电路的微带电路形式；
7、s6、仿真获取晶体管封装寄生参数等效电路和输出端双频复数阻抗变换电路微带形式共同构成的电路在两个相应工作频带的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗，验证获得的两个工作频带的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗是否落入最佳漏极阻抗空间中，若落入，继续下一步；
8、s7、根据两种高效率模式，在设计好输出端双频复数阻抗变换电路的基础上再设计稳定电路理论原型和具有二次谐波源阻抗控制的输入端双频复数阻抗变换电路的理论原型；
9、s8、根据选择的两个工作频带，针对稳定电路理论原型和设计的输入端双频复数阻抗变换电路的理论原型，选择与s5步骤中相同的基板进行微带电路设计，获得稳定电路和输入端双频复数阻抗变换电路的微带电路形式；
10、s9、仿真获取输入端双频复数阻抗变换电路的基波阻抗和二次谐波阻抗，验证获得的两个工作频带的基波阻抗和二次谐波阻抗是否落入设定的与目标源阻抗接近的范围之内，若落入，获得功率放大器。
11、进一步的，所述s6中验证获得的两个工作频带的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗若未落入最佳漏极阻抗空间，返回s4，重新设计晶体管漏极输出端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
12、进一步的，所述s9中验证获得的两个工作频带的基波阻抗和二次谐波阻抗若未落入设定的与目标源阻抗接近的范围之内，返回s7，重新设计输入端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
13、进一步的，所述第一种高效率模式下的漏极电压为：
14、
15、其中，vds为晶体管电流面上的漏极电压，vdc为漏极供电电压，vk为膝电压，θ为电压波形的角频率，因子ξ在-1和1之间取值，θ1用于调整漏极电压与电流之间的相位；
16、所述第一种高效率模式下的受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流为：
17、
18、其中，α为导通角，ip为峰值电流，γ为二次谐波源电压与基波电压的比值，β为过零截止角，ir2为二次谐波漏极电流的实部；
19、所述过零截止角β和二次谐波漏极电流的实部ir2分别为：
20、
21、进一步的，根据第一种模式下的所述漏极电压、受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流、过零截止角和二次谐波漏极电流的实部获得漏极基波输出阻抗z1,mode1、二次谐波输出阻抗z2,mode1、基波输出功率pout,mode1和漏极效率ηmode1：
22、
23、进一步的，选定α、γ、vdc、vk、ip的值，获取因子ξ在-1和1之间、相位θ1在-20°和20°之间时的晶体管的基波输出功率和漏极效率。
24、进一步的，所述第二种高效率模式下的漏极电压为：
25、
26、其中，χ在-1到1之间取值，vds为晶体管电流面上的漏极电压，vdc为漏极的供电电压，vk为膝电压，θ为电压波形的角频率；
27、所述第二种高效率模式下的受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流为：
28、
29、其中，因子δ在-1到1之间取值，α为导通角，ip为峰值电流，γ为二次谐波源电压与基波电压的比值，β为过零截止角，ir2为二次谐波漏极电流的实部。
30、进一步的，根据第二种模式下的所述漏极电压、受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流、过零截止角和二次谐波漏极电流的实部获得漏极基波输出阻抗z1,mode2、二次谐波输出阻抗z2,mode2、基波输出功率pout,mode2和漏极效率ηmode2：
31、
32、
33本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述S6中验证获得的两个工作频带的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗若未落入最佳漏极阻抗空间，返回S4，重新设计晶体管漏极输出端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
3.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述S9中验证获得的两个工作频带的基波阻抗和二次谐波阻抗若未落入设定的与目标源阻抗接近的范围之内，返回S7，重新设计输入端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
4.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述第一种高效率模式下的漏极电压为：
5.根据权利要求4所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：根据第一种模式下的所述漏极电压、受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流、过零截止角和二次谐波漏极电流的实部获得漏极基波输出阻抗Z1,mode1、二次谐波输出阻抗Z2,mode1、基波输出
6.根据权利要求5所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：选定α、γ、Vdc、Vk、Ip的值，获取因子ξ在-1和1之间、相位θ1在-20°和20°之间时的晶体管的基波输出功率和漏极效率。
7.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述第二种高效率模式下的漏极电压为：
8.根据权利要求7所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：根据第二种模式下的所述漏极电压、受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流、过零截止角和二次谐波漏极电流的实部获得漏极基波输出阻抗Z1,mode2、二次谐波输出阻抗Z2,mode2、基波输出功率Pout,mode2和漏极效率ηmode2：
9.根据权利要求8所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：选定α、γ、Vdc、Vk、Ip的值，获取因子δ在-1和1之间、因子χ在0和1之间时的基波输出功率和漏极效率。
10.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：分别选取两种高效率模式中漏极效率高于70％和基波输出功率大于40dBm时的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗的设计空间作为最佳漏极阻抗设计空间。
...【技术特征摘要】
1.一种宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述s6中验证获得的两个工作频带的基波输出阻抗和二次谐波输出阻抗若未落入最佳漏极阻抗空间，返回s4，重新设计晶体管漏极输出端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
3.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述s9中验证获得的两个工作频带的基波阻抗和二次谐波阻抗若未落入设定的与目标源阻抗接近的范围之内，返回s7，重新设计输入端的双频复数阻抗变换电路的理论原型和实际微带电路。
4.根据权利要求1所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：所述第一种高效率模式下的漏极电压为：
5.根据权利要求4所述的宽频比的双频高效率功率放大器的设计方法，其特征在于：根据第一种模式下的所述漏极电压、受二次谐波源阻抗调谐的漏极电流、过零截止角和二次谐波漏极电流的实部获得漏极基波输出阻抗z1,mode1、二次谐波输出阻抗z2,mode1、基波输出功率pout,mode1和漏极效率ηmode1：
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏正华，叶小兰，刘强，王德刚，
申请(专利权)人：长沙民政职业技术学院，
类型：发明
国别省市：
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