一种新型高效率功率放大器电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型高效率功率放大器电路，所述放大器电路包括：晶体管、输入端谐波调制网络和输出端谐波调制网络，该输入端谐波调制网络，用于对晶体管的输入端寄生参数引起的反馈高次谐波进行调整，使其相应输入端的谐波分量得到控制；输出端谐波调制网络，用于对晶体管的输出端寄生参数引起的输出端高次谐波进行调整，使其相应输出端的谐波分量得到控制。
【专利说明】
一种新型高效率功率放大器电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及功率放大器的设计领域，尤其涉及一种新型高效率功率放大器电路。
【背景技术】
[0002]射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发射设备中，随着现代移动通信服务的快速增长，特别是近年来，随着3G网络的大规模建设运营，为了降低CAPER(设备投资)和OPEX(运营成本)，功率放大器效率的提高越来越成为设备供应商和运营商关注的焦点。
[0003]功率放大器设计的核心问题是线性化和高效率，因此，新一代功率放大器线性化技术数字预失真(DB))技术得到了极大的发展。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:包络跟踪(Envelope tracking)、包络消除再生技术(Envelope eliminat1n restorat1n)、自适应偏置技术(adaptive bias)、峰值减小技术(Crest factor reduct1n)等。
[0004]上述的解决方案需要对放大器电路设计外围的控制电路加以配合，这样不仅增加了设计电路的成本，也使得电路结构复杂，占用更大的空间，这对于大规模生产和高度集成化的电路结构来说是非常不理想的。
【实用新型内容】
[0005]实用新型目的:针对上述现有技术存在的问题和不足，本实用新型的目的是提供一种新型高效率功率放大器电路，以降低硬件成本，减少电路尺寸和设计的复杂度。
[0006]技术方案:本实用新型公开了一种新型高效率功率放大器电路，其特征在于，所述放大器电路包括:晶体管、输入端谐波调制网络和输出端谐波调制网络，该输入端谐波调制网络，用于对晶体管的输入端寄生参数引起的反馈高次谐波进行调整，使其相应输入端的谐波分量得到控制;输出端谐波调制网络，用于对晶体管的输出端寄生参数引起的输出端高次谐波进行调整，使其相应输出端的谐波分量得到控制。
[0007]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的输入端谐波调制网络，包括将所述晶体管输入端二次谐波阻抗调整为开路状态的输入端二次谐波调整网络和将所述晶体管输入端三次谐波阻抗调整为短路状态的输入端三次谐波调整网络，该输入端二次谐波调整网络调节晶体管寄生参数引起的反馈二次谐波的阻抗为无穷大，使晶体管的输入端二次谐波为开路状态，使其只有电压分量;输入端三次谐波调整网络调节晶体管寄生参数引起的反馈三次谐波的阻抗为零，使晶体管的输入端三次谐波为短路状态，使其只有电流分量。
[0008]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的输出端谐波调制网络，包括用于将所述晶体管输出端二次谐波阻抗调整为短路状态的输出端二次谐波调整网络和用于将所述晶体管输出端三次谐波阻抗调整为开路状态的输出端三次谐波调整网络，输出端二次谐波调整网络调节晶体管输出端寄生参数引起的输出端二次谐波的阻抗为零，使晶体管的输出端二次谐波为短路状态，使其只有电流分量;输出端三次谐波调整网络调节晶体管输出端寄生参数引起的输出端三次谐波的阻抗为无穷大，使晶体管的输出端三次谐波为开路状态，使其只有电压分量。
[0009]作为本实用新型的进一步优化，本实用新型所述的放大器电路还包括用于对基波频率进行调整的基波匹配网络，实现对放大器工作频率和增益的调节。
[0010]有益效果:本实用新型与现有技术相比，具有以下优点:本实用新型克服了现有功率放大器功率附加效率低、结构复杂、设计难度大等缺点，通过对晶体管的输入端二次和三次谐波、输出端二次和三次谐波进行调整，在放大器工作中实现谐波分量的电压和电流不会同时出现，减少谐波分量的功率损耗使功率放大器的效率在整体上得到较大幅度的提高，而且电路的结构设计简单，不受多级功放管的影响，同时，在硬件结构上，本实用新型保持了较低的成本，具有良好的经济效益。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型高效率功率放大器的电路结构性示意图；
[0012]图2为本实用新型高效率功率放大器的电路原理框图；
[0013]图3为本实用新型理想状态下谐波控制后功率放大器输出的电压和电流的时域波形图；
[0014]图4为多个输入功率值对应的输出电压和电流的时域仿真图；
[0015]I—输入端谐波调制网络、2—输出端谐波调制网络、3—晶体管、11 一基波匹配网络、12—输入端二次谐波调整网络、13—输入端三次谐波调整网络、22—输出端二次谐波调整网络、23—输出端三次谐波调整网络。
【具体实施方式】
[0016]以下结合具体的实施例对本实用新型进行详细说明，但同时说明本实用新型的保护范围并不局限于本实施例的具体范围，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0017]本公开实施例涉及一种新型高效率功率放大器电路，用于射频功率放大器，作为射频电路的核心模块，功率放大器的效率直接影响了整个射频终端的性能，本公开涉及的终端包括但不限于:移动通信终端、无线通信中继设备、雷达等等。根据微波射频功率放大器设计理论，在放大器电路中存在基波频率和一系列的谐波频率分量，谐波频率分量是基波频率的整数倍的频率分量，其中二次谐波频率分量和三次谐波频率分量是主要谐波分量，对于射频功率放大器电路来说，高次谐波频率分量不仅消耗了大量能源，也会对电路产生干扰。
[0018]本实施例中公开了一种新型高效率功率放大器电路，通过对晶体管输入端和输出端的高次谐波分量进行调制，减少或者消除高次谐波产生的功率，从而达到提高功率放大器效率的目的。
[0019]高次谐波频率的功率消耗可以由其电压和电流乘积表示。因此，在晶体管的端口电路中设计高次谐波调制电路，对谐波频率分量进行控制，降低谐波频率分量的电压或者电流，因此，通过在晶体管的输入端和输出端设计谐波调制电路对二次谐波分量和三次谐波分量进行调整，减少电压和电流的乘积，从而大大降低功率损耗提高放大器的功率效率。
[0020]如图1所示，本实施例的一种新型高效率功率放大器电路，具体包括:晶体管3、
[0021]输入端谐波调制网络I，用于对晶体管3的输入端寄生参数引起的反馈高次谐波进行调整，使其相应输入端的谐波分量得到控制；
[0022]输出端谐波调制网络2，用于对晶体管3的输出端寄生参数引起的输出端高次谐波进行调整，使其相应输出端的谐波分量得到控制。
[0023]本实施例中，功率放大器中的输入端寄生参数引起的反馈高次谐波分量可以为二次谐波、三次谐波、四次谐波等等，由于高次谐波分量的功率损耗主要集中在二次谐波分量和三次谐波分量，另外，综合考虑到简化电路设计结构和因电路过于复杂将导致的功率损耗等因素，本实施例涉及的输入端谐波调制网络将包含二次谐波调整网络和三次谐波调整网络。
[0024]其中，输入端谐波调制网络I包括输入端二次谐波调整网络12和输入端三次谐波调整网络13，输入端二次谐波调整网络12用于调节所述晶体管3寄生参数引起的反馈二次谐波的阻抗为无穷大，使所述晶体管3的输入端二次谐波为开路状态;所述输入端三次谐波调整网络13用于调节所述晶体管3寄生参数引起的反馈三次谐波的阻抗为零，使所述晶体管3的输入端三次谐波为短路状态。
[0025]本实施例中，开路状态时指电路处于断开的状态，此时，电路中没有电流流过，也即输入端二次谐波调整网络12对晶体管3寄生参数引起的反馈二次谐波进行调整，使其只有电压分量，这种情况下，电压和电流的乘积为零;短路状态是指电路的电源的两极之间直接用空导线相连，此时该段电路两端没有电压，也即输入端三次谐波调整网络13对晶体管3寄生参数引起的反馈三次谐波进行调整，使其只有电流分量。
[0026]本实施例中，功率放大器中的输出端寄生参数引起的高次谐波分量可以为二次谐波、三次谐波、四次谐波等等。同上述输入端谐波调制电路一样，综合考虑到谐波对效率的影响以及电路设计结构和电路复杂度等因素，本实施例涉及的输出端谐波调制网络将包含二次谐波调整网络和三次谐波调整网络。
[0027]其中，输出端谐波调制网络2包括输出端二次谐波调整网络22和输出端三次谐波调整网络23，该输出端二次谐波调整网络22用于调节所述晶体管3输出端寄生参数引起的输出端二次谐波的阻抗为零，使所述晶体管3的输出端二次谐波为短路状态，使其只有电流分量;输出端三次谐波调整网络23用于调节所述晶体管3输出端寄生参数引起的输出端三次谐波的阻抗为无穷大，使所述晶体管3的输出端三次谐波为开路状态，使其只有电压分量，这种情况下，电压和电流的乘积为零。
[0028]图2为本实施例提供了上述装置应用与射频功率放大器的电路原理图。该放大器电路包括晶体管3、基波匹配网络11、输入端谐波调制网络I和输出端谐波调制网络2。其中，晶体管3是放大器的主要工作部件，在外围电路的作用下，实现对输入信号的功率放大。基波匹配网络11用于对基波频率进行调整，实现对放大器工作频率和增益的调节。输入端谐波调制网络I中的输入端二次谐波调整网络12将二次谐波调整为开路状态，输入端三次谐波调整网络13将三次谐波调整为短路状态。经过输入端谐波调制网络I调整后，输入端的谐波分量得到有效抑制。输出端谐波调制网络2中的输出端二次谐波调整网络22将二次谐波调整为短路状态，输出端三次谐波调整网络23将三次谐波调整为开路状态，经过输出端谐波调制网络2调整后，输出端的谐波分量得到有效抑制。
[0029]此时，射频功率放大器输出的电压近似为基波电压和三次谐波输出电压之和。射频功率放大器输出的电流近似为基波电流和二次谐波输出电流之和。参见图3，为本实施例提供的理想状态下谐波控制后功率放大器输出的电压和电流的时域波形图，由图可以看出，输出电压和电流在时域上没有交叠，功率放大器的功率损耗很小，从而达到提高放大器效率的目的。
[0030]本实施例中，上述对放大器的谐波进行调整是在放大器的输入功率设置在某一固定的值的条件下进行的，放大器的输入信号功率值是可以进行修改的，且放大器输入信号功率值修改后，上述的调整过程是相同的。
[0031]为了更好的说明本实施例公开的技术方案达到的射频功率放大器效率提升的效果，参见图4，本实施例还提供了多个输入功率值对应的输出电压和电流的时域仿真图。可以看出，射频功率放大器的输出电压和电流交叠部分很少，仿真结果有效的证实了本实施例对射频功率放大器谐波调整的结论。
[0032]本实用新型所提出的一种新型尚效率功率放大器电路，能够大大提尚现有功率放大器的整体工作效率，具有较广阔的应用前景。
[0033]本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1.一种新型高效率功率放大器电路，其特征在于，所述放大器电路包括:晶体管和 输入端谐波调制网络，用于对放大器晶体管的输入端寄生参数引起的反馈高次谐波进行调整，使其相应输入端的谐波分量得到控制； 输出端谐波调制网络，用于对放大器晶体管的输出端寄生参数引起的输出端高次谐波进行调整，使其相应输出端的谐波分量得到控制。2.根据权利要求1所述的一种新型高效率功率放大器电路，其特征在于，所述输入端谐波调制网络，包括将所述晶体管输入端二次谐波阻抗调整为开路状态的输入端二次谐波调整网络和将所述晶体管输入端三次谐波阻抗调整为短路状态的输入端三次谐波调整网络。3.根据权利要求1或2所述的一种新型高效率功率放大器电路，其特征在于，所述输出端谐波调制网络，包括用于将所述晶体管输出端二次谐波阻抗调整为短路状态的输出端二次谐波调整网络和用于将所述晶体管输出端三次谐波阻抗调整为开路状态的输出端三次谐波调整网络。4.根据权利要求1所述的一种新型高效率功率放大器电路，其特征在于，所述放大器电路还包括用于对基波频率进行调整的基波匹配网络。
【文档编号】H03F1/02GK205490426SQ201620022554
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月6日
【发明人】倪春, 王怡影, 鲁世斌, 赵远洋, 沐贤锋, 鲁凯乐
【申请人】合肥师范学院