一种具有高双频比宽带特性的双频带BJ类功率放大器

一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器
技术领域
1.本发明涉及功率放大器技术领域，尤其涉及一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器。


背景技术：

2.在无线通信产业持续发展的同时，不同的通信标准被相继提出，导致现网所使用的频段极其分散，且随着5g网络的持续推进部署，这一趋势更加明显，这就要求移动通信系统要兼顾各个频段，而功率放大器作为整个系统中最重要的模块之一，其工作频段同样需要覆盖所有频段。为达到射频信号不失真、维持较高的能量利用率等性能要求，扩宽功率放大器带宽、提升效率、提高输出功率和高线性度等性能一直是功放研究中的重点。但是，为应对当前多模多频的应用情景，仅针对单频带功率放大器进行性能提升已经不足以满足通信系统发展的需求，早期常用的做法有设计超宽带功率放大器或者可重构功率放大器。然而当前的超宽带功放无法统筹全部的通信频段，可重构功率放大器的设计则复杂度较高，这与现代无线通信系统的低成本、小型化和降低系统复杂度的设计理念相悖。为了满足当前多模多频的应用情景，并发双频带功放的研究受到国内外学者的关注。
3.现有的双频带功率放大器可以采用π型或t型匹配网络来实现；或基于解析解的设计方法实现复阻抗到共轭阻抗的转换；或利用简化实频技术合成匹配网络；或结合doherty架构以提升回退下的效率；或利用谐波控制技术以提升双频功率放大器的性能。
4.但是传统的π型或t型匹配网络难以实现较大双频比条件下的双频功率放大器设计，doherty架构结构复杂且成本较高，利用谐波控制技术设计出的功放比同条件的无谐波控制电路功放性能更优，但同时也增加了匹配网络的复杂度。因此，提供一种结构简单的高双频比宽带特性的bj类双频带功率放大器就很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，旨在解决传统匹配网络难以实现较大双频比条件下的双频功率放大器设计的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，包括印制基板和功率放大器，所述功率放大器设置于所述印制基板顶部，所述功率放大器包括晶体管、直流偏置网络、输入匹配网络和输出匹配网络，所述直流偏置网络包括栅极偏置网络和漏极偏置网络；
7.所述晶体管分别与所述输入匹配网络和所述输出匹配网络连接，且位于所述输入匹配网络和所述输出匹配网络之间，所述栅极偏置网络与所述输入匹配网络连接，所述漏极偏置网络与所述输出匹配网络连接。
8.其中，所述输出匹配网络串联微带线和λ4开路短截线，所述输出匹配网络在实现基波匹配的同时可以使得二次谐波实现短路条件。
9.其中，所述输入匹配网络包括串联微带线和开路短截线。
10.其中，所述栅极偏置网络的t型电路结构通过微带线与所述输入匹配网络连接，所述漏极偏置网络的t型电路结构通过微带线与所述输出匹配网络连接。
11.其中，所述印制基板为rogers 4350b，厚度为20mil，介电常数为3.66，损耗角正切为0.0037。
12.本发明的一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，所采用的器件包括所述晶体管gan-hemt cgh40010f、村田murata电容、微带线、底座、所述印制基板、m2.5螺丝和sma连接头，所述直流偏置网络为t型偏置电路结构，所述输入匹配网络为实现基波匹配的结构简单的微带线网络，所述输出匹配网络为具有宽带特性的谐波控制微带线网络，在700mhz和2.6ghz频率处产生信号放大的过程中加入谐波控制，对1.4ghz和5.2ghz频率处实现短路条件，其目的是对基波和二次谐波进行控制从而提升性能，可用于具有高双频比宽带特性的双频带功率放大器的工业生产中，降低成本，拓展了双频功放带宽的同时简化了双频功放结构，解决传统匹配网络难以实现较大双频比条件下的双频功率放大器设计的问题。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本发明一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器结构单元示意图。
15.图2是本发明一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器的双频带匹配网络示意图。
16.图3是实施例1中双频带bj类功率放大器结构单元示意图。
17.图4是实施例1中输出功率与漏极效率、增益关系图。
18.图中：1-晶体管、2-栅极偏置网络、3-漏极偏置网络、4-输入匹配网络、5-输出匹配网络、6-印制基板。
具体实施方式
19.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
20.请参阅图1至图4，本发明提供一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，包括印制基板6和功率放大器，所述功率放大器设置于所述印制基板6顶部，所述功率放大器包括晶体管1、直流偏置网络、输入匹配网络4和输出匹配网络5，所述直流偏置网络包括栅极偏置网络2和漏极偏置网络3；
21.所述晶体管1分别与所述输入匹配网络4和所述输出匹配网络5连接，且位于所述输入匹配网络4和所述输出匹配网络5之间，所述栅极偏置网络2与所述输入匹配网络4连接，所述漏极偏置网络3与所述输出匹配网络5连接。
22.在本实施方案中，所采用的器件包括所述晶体管1gan-hemt cgh40010f、村田murata电容、微带线、底座、所述印制基板6、m2.5螺丝和sma连接头，所述直流偏置网络为t型偏置电路结构，所述输入匹配网络4为实现基波匹配的结构简单的微带线网络，所述输出匹配网络5串联微带线和λ/4开路短截线，所述输出匹配网络5在实现基波匹配的同时可以使得二次谐波实现短路条件，所述输入匹配网络4的左起第一段通过隔直电容连接于特性阻抗阻抗为50ω的微带线、右起第一段所述晶体管1的栅极，所述输出匹配网络5为具有宽带特性的谐波控制微带线网络，所述输入匹配网络4包括串联微带线和开路短截线，输入微带线阻抗及输出微带线特性阻抗均为50ω，在700mhz和2.6ghz频率处产生信号放大的过程中加入谐波控制，对1.4ghz和5.2ghz频率处实现短路条件，其目的是对基波和二次谐波进行控制从而提升性能，可用于具有高双频比宽带特性的双频带功率放大器的工业生产中，降低成本，拓展了双频功放带宽的同时简化了双频功放结构，解决传统匹配网络难以实现较大双频比条件下的双频功率放大器设计的问题。
23.本发明所述的高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器的工作原理为：如图2所示，为了使二次谐波2f1实现短路条件，微带线z
b1
应为λ/4开路短截线，即参数z
b1
为自由设计参数。另加入微带线z
a1
以满足二次谐波2f1处负载阻抗的虚部条件，并隔离后续网络结构的影响。z
omn
(2f1)可由负载牵引得到，从而可以得到微带线z
a1
和z
b1
的特征阻抗及电长度。第二个目标频率的二次谐波控制方法原理相同，参数z
b2
为自由设计参数，z
a2
的作用是隔离后续网络结构的影响，并满足2f2频率处的负载阻抗虚部条件。为了使结构简单，只采用一段传输线z
a3
进行基波匹配。由于bj类功率放大器设计空间灵活且只需控制到二次谐波，在拓展带宽的同时降低了匹配网络的复杂度。
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.实施例1
26.本实施例提供一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，包括印制基板6，所述印制基板6底面为接地面，所述印制基板6顶部为所述功率放大器，请先参阅图1，本发明的主要创新在于在700mhz和2.6ghz频率处产生信号放大的过程中加入谐波控制，对1.4ghz和5.2ghz频率处实现短路条件，其目的是对基波和二次谐波进行控制从而提升性能，本发明所需元器件少、结构简单。由图可见，所述功率放大器电路包括晶体管1、直流偏置网络、输入匹配网络4和输出匹配网络5，所述直流偏置网络包括栅极偏置网络2和漏极偏置网络3；
27.所述晶体管1分别与所述输入匹配网络4和所述输出匹配网络5连接，且位于所述输入匹配网络4和所述输出匹配网络5之间，所述栅极偏置网络2与所述输入匹配网络4连接，所述漏极偏置网络3与所述输出匹配网络5连接。
28.本实施例采用厚度为20mil的介质基片rogers 4350b，其介电常数为3.66，损耗角正切为0.0037，载波功放采用cgh40010f晶体管，偏置于ab类，栅极电压为-2.8v，漏极电压为28v。如图3，双频带bj类功率放大器结构单元和路尺寸为：w1＝1.07mm,w2＝1mm,w3＝1.8mm,w4＝1.1mm,w5＝1.2mm,w6＝2.93mm,w7＝2.25mm,w8＝2.9mm,w9＝2mm,w10＝w12＝
1.2mm,w13＝1mm,w14＝2mm,w15＝2.82mm,w16＝0.76mm,w17＝1.8mm,w18＝0.77mm,w19＝0.71mm,w20＝1.07mm,w21＝1.4mm,w22＝2.7mm,w23＝1.88mm,w24＝1.5mm,l1＝6.5mm,l2＝12.7mm,l3＝11.3mm,l4＝29.5mm,l5＝27.9mm,l6＝2.7mm,l7＝8mm,l8＝10mm,l9＝2.4mm,l10＝10.4mm,l11＝23.1mm,l12＝6.2mm,l13＝9.35mm,l14＝2.2mm,l15＝21.8mm,l16＝23.83mm,l17＝2.3mm,l18＝27.82mm,l19＝5.4mm,l20＝5mm,l21＝13.45mm,l22＝19.94mm,l23＝9.25mm,l24＝3.8mm，c单端短路的闭合环谐振器的接地孔半径为0.2mm。所述输入微带阻抗及输出微带阻抗均为50欧姆，因此w1＝1.47mm，功率放大器，实现的效果为：第一频带范围为620-860mhz，第一频带范围为2.4-2.68ghz，两个频带的带宽皆超过240mhz，中心频率分别为700mhz和2.6ghz第一频带和第二频带的带宽超过240mhz。
29.如图4本发明频率与输出功率、漏极效率和增益的关系图。当输入功率为30dbm时，在700mhz频率处，饱和漏极效率在60-71.7％之间，最大饱和输出功率为41.5dbm，带宽为240mhz；在2.6ghz频率处，饱和漏极效率在59.6-67.1％之间，最大饱和输出功率为40.9dbm，带宽为280mhz。
30.以上所揭露的仅为本发明一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，其特征在于，包括印制基板和功率放大器，所述功率放大器设置于所述印制基板顶部，所述功率放大器包括晶体管、直流偏置网络、输入匹配网络和输出匹配网络，所述直流偏置网络包括栅极偏置网络和漏极偏置网络；所述晶体管分别与所述输入匹配网络和所述输出匹配网络连接，且位于所述输入匹配网络和所述输出匹配网络之间，所述栅极偏置网络与所述输入匹配网络连接，所述漏极偏置网络与所述输出匹配网络连接。2.如权利要求1所述的一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络串联微带线和λ4开路短截线，所述输出匹配网络在实现基波匹配的同时可以使得二次谐波实现短路条件。3.如权利要求1所述的一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括串联微带线和开路短截线。4.如权利要求1所述的一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，其特征在于，所述栅极偏置网络的t型电路结构通过微带线与所述输入匹配网络连接，所述漏极偏置网络的t型电路结构通过微带线与所述输出匹配网络连接。5.如权利要求1所述的一种具有高双频比宽带特性的双频带bj类功率放大器，其特征在于，所述印制基板为rogers4350b，厚度为20mil，介电常数为3.66，损耗角正切为0.0037。

技术总结
本发明涉及功率放大器技术领域，具体涉及一种具有高双频比宽带特性的双频带BJ类功率放大器，包括印制基板和功率放大器，功率放大器包括晶体管、直流偏置网络、输入匹配网络和输出匹配网络，直流偏置网络包括栅极偏置网络和漏极偏置网络；直流偏置网络为T型偏置电路结构，输入匹配网络为实现基波匹配的结构简单的微带线网络，输出匹配网络为具有宽带特性的谐波控制微带线网络，在700MHz和2.6GHz频率处产生信号放大的过程中加入谐波控制，对1.4GHz和5.2GHz频率处实现短路条件，其目的是对基波和二次谐波进行控制从而提升性能，降低成本，拓展了双频功放带宽的同时简化了双频功放结构。构。构。


技术研发人员：胡巍 游长江 蒋迪 刘婵 吴涵 郑雨晴 谭彦为
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/16