高效率高谐波抑制功率放大器电路的设计与实现

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上传日期: 2017-10-27

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标签:功率放大器(437)

  随着无线通信的快速发展和广泛普及,无线系统标准对收发机的性能要求越来越高。功率放大器作为发射机的主要组成部分,其指标决定着发射机的性能,如效率 决定着整机功耗,线性度决定着整机的动态范围,谐波分量大小又是发射机线性度的度量。传统的功率放大器为了获得较高效率,功放管通常会工作于饱和状态,这 时将有大量的谐波分量产生。如果不对谐波分量加以回收和抑制,这不单会造成能量的浪费,降低了其效率,还会对其他信道的信号造成干扰。

  通常功率放大 器为了获得较高的效率和较低的谐波分量都使得功率放大器工作于F类,但该结构需要采用λ/4传输线,占用空间面大,不利于小型化。采用了 低通输出匹配网络设计了一个工作于E类的功率放大器,在11 dBm输入时的2~5阶谐波分量分别为:-19 dBc、-30 dBc、-38.5 dBc、-41.7 dBc。但该结构采用E类放大器,它要求功放管具有较高的集电极击穿电压,这与集成电路发展趋势相违背。采用GaN工艺设计的功率放大器,为了 获得较好的谐波性能,该设计在输出匹配网络中引入了两根开路传输线,但开路传输线的使用使得该方法与现代电路向小型化、集成度高方向发展相违背。

  本文提出了一种结构简单、利于集成且具有谐波抑制功能的输出匹配网络,利用该方法采用InGaP/GaAs HBT工艺设计了一个工作于2 GHz频率的功率放大器。测试结果表明,利用该方法设计的功率放大器获得了较高的效率和很好的谐波性能。

  1 电路设计

  一个典型的功率放大器通常由输入匹配网络、放大电路、直流偏置电路和输出匹配网络组成。然而对功率放大器性能起决定性作用的还是匹配网络。它作为 功率放大器的重要组成部分,任何一个不合适的匹配网络都可能会引起电路的不稳定,导致功率放大器输出功率小、效率低,恶化其线性度。设计匹配网络时,在满 足基本的阻抗变换的同时,还要兼顾到其谐波阻抗,插入损耗以及网络的带宽,最后还需要考虑所设计的网络是否易于实现以及小型化。

  1.1 具有谐波抑制功能的输出匹配网络

  输出匹配网络作为匹配网络中最重要的部分,决定着功率放大器的功率和效率,以及最终功率放大器的谐波性能。文献[6-7]详细说明了输出匹配网络二次谐 波阻抗对其效率的影响,但都忽略了高次谐波的影响。本文设计的输出匹配网络在考虑二次谐波阻抗的同时,还兼顾了高次谐波阻抗,其结构如图1所示。

高效率高谐波抑制功率放大器电路的设计与实现

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