一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，包括直流偏置電路、功率放大晶體管、輸入匹配電路和輸出匹配電路，通過設計一種具有不同端口阻抗的微帶線帶通濾波器與一段調諧微帶線作為功率放大器的輸出匹配電路，在完成濾波功能的同時使電路具有帶通濾波響應特性，在通帶的邊緣產生了兩個傳輸零點。與傳統的功率放大器與濾波器級聯電路相比，由于采用了微帶線帶通濾波器作為輸出匹配電路，使得整個電路體積小、損耗小，工作頻帶寬，由于存在兩個傳輸零點使其具有高的邊緣選擇性。在實施例中，實現了一個一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，提供了測試結果驗證。
【專利說明】一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無線系統中的功率放大器和微帶線帶通濾波器【技術領域】，具體涉及一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器。
【背景技術】
[0002]功率放大器和微帶線帶通濾波器是影響射頻收發機性能的關鍵部件，因此現有大量針對如何提高它們性能的研究。對于功率放大器，其效率高低對整個電路系統的功耗和效率具有較大影響，如何提高功率放大器的效率是研究的焦點之一，而微帶線帶通濾波器由于其對諧波的控制能力而流行于高效率功率放大器設計中。
[0003]傳統的研究工作在于如何單獨提高兩者的性能，而通常在實際應用中，微帶線帶通濾波器級聯于功率放大器之后用于抑制干擾頻率信號。功率放大器與微帶絲帶通濾波器通常是先分別匹配到50Ω再級聯于一起，采用這樣的級聯方式主要存在兩個問題:1.兩個電路模塊之間的連接微帶線會引入損耗；2.整個電路體積偏大。
[0004]近年來，開始有研究轉向通過用微帶線帶通濾波器電路替換功率放大器原本的輸出匹配電路，兩個電路模塊可以集成一個部件，從而得到緊湊型體積和較低的損耗。針對集成微帶線帶通濾波器的功率放大器，目前學術界已經提出一些方法。 根據 “Y.C.Li, K.C.Wu, and Q.Xue, Power amplifier integrated with bandpassfilter for long term evolution application,IEEE Microw.Wireless Compon.Lett.，vol.23，n0.8，pp.424 - 426，Aug.2013.”文中所采用的方法，一個微帶線帶通濾波器作為四分之一波長阻抗變換器而集成于功率放大器中，然而，該微帶線帶通濾波器性能不佳，且由于該微帶線帶通濾波器只能在中心頻率點實現90°相位變換，從而導致帶寬有限。根據 “K.Chen, J.Lee, W.J.Chappell, and D.Pertoulis, Co-design of highly efficientpower amplifier and high-Q output bandpass filter, IEEE Trans.Microw.TheoryTech., vol.61, n0.11, pp.3940 - 3950, Nov.2013.”為了提高微帶線帶通濾波器的性能而使用高Q值的腔體諧振器，但如此一來將使得電路體積偏大且加工復雜，且相對帶寬僅為3%。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于針對現有技術存在問題，提供一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，由直流偏置電路、功率放大晶體管、輸入匹配電路和輸出匹配電路，直流偏置電路與輸入匹配電路均為電容、電阻等元件組成，所述的微帶線帶通濾波器與所述的調諧微帶線構成所述的具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器輸出匹配電路，將其作為一個阻抗變換器，通過調節所述的微帶線帶通濾波器的輸入端口和輸出端口位置，可以獲得不同端口阻抗并實現良好帶通濾波響應特性。
[0006]本實用新型中所提出的具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，主要實用新型內容在于其輸出匹配電路，即本實用新型發提供的微帶線帶通濾波器。
[0007]所述的微帶線帶通濾波器由兩個半波長諧振器組成，稱為輸入諧振器和輸出諧振器，兩個半波長諧振器均為開環結構，且互為豎直軸對稱關系，輸入諧振器由第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線、第五微帶線、第六微帶線、第七微帶線、第八微帶線、第九微帶線、第十微帶線、第十一微帶線、第十二微帶線、第十三微帶線和第十四微帶線依順序連接組成，為了縮小電路面積，輸入諧振器和輸出諧振器相連的微帶線間采用垂直折線式連接，如第一微帶線、第二微帶線、第三微帶線、第四微帶線、第五微帶線、第六微帶線和第七微帶線集成連接呈現3個“η”型結構以減小電路面積，輸出諧振器的組成與輸入諧振器呈鏡像對稱，當從水平軸線觀察時，輸入諧振器和輸出諧振器均對于水平軸對稱，輸入諧振器通過第十四微帶線和第一微帶線分別與輸出諧振器的第十五微帶線和第十六微帶線進行耦合，實現耦合的微帶線互為平行關系，所述微帶線帶通濾波器的輸入端口直接連接在輸入諧振器上，所述的微帶線帶通濾波器的輸出端口與輸出諧振器連接，連接位置根據微帶線帶通濾波器的輸入匹配和輸出匹配調整，同時輸入諧振器的開路末端(第一微帶線和第十四微帶線的末端)和輸入端口之間相隔四分之一波長，使得所述微帶線帶通濾波器的通帶邊緣能產生兩個傳輸零點，提供高選擇性。
[0008]根據“K.Chen, J.Lee, W.J.Chappell, and D.Pertoulis, Co-design of highlyefficient power amplifier and high-Q output bandpass filter, IEEE Trans.Microw.Theory Tech.，vol.61，n0.11，pp.3940 - 3950，Nov.2013.” 所提供的分析可知，對于所述微帶線帶通濾波器，由于其耦合矩陣可表示為:
【權利要求】
1.一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，包括直流偏置電路、功率放大晶體管、輸入匹配電路和輸出匹配電路，其特征在于，所述輸出匹配電路使用了微帶線帶通濾波器加上一段調諧微帶線，所述的微帶線帶通濾波器由兩個對稱的開環諧振器組成，兩個開環諧振器均為半波長諧振器，每個開環諧振器上均有一個端口，分別為輸入端口和輸出端口，所述的微帶線帶通濾波器的輸入端口和輸出端口位置不對稱。
2.根據權利要求1所述的一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，其特征在于，所述的調諧微帶線連接于所述的微帶線帶通濾波器與功率放大晶體管之間，調諧微帶線的長度由最佳效率阻抗匹配點的虛部大小決定，調諧微帶線與所述的微帶線帶通濾波器組成輸出匹配電路。
3.根據權利要求1所述的一種具有帶通濾波響應的高效率寬帶功率放大器，其特征在于，所述的微帶線帶通濾波器由兩個半波長諧振器組成，稱為輸入端諧振器(101)和輸出端諧振器(102)，兩個半波長諧振器均為開環結構，且互為豎直軸對稱關系，輸入諧振器(101)由第一微帶線(I)、第二微帶線(2)、第三微帶線(3)、第四微帶線(4)、第五微帶線(5)、第六微帶線(6)、第七微帶線(7)、第八微帶線(8)、第九微帶線(9)、第十微帶線(10)、第十一微帶線(11 )、第十二微帶線(12)、第十三微帶線(13)和第十四微帶線(14)順次連接組成，輸入諧振器(101)和輸出諧振器(102)相連的微帶線間采用垂直折線式連接，如第一微帶線(I)、第二微帶線(2)、第三微帶線(3)、第四微帶線(4)、第五微帶線(5)、第六微帶線(6)和第七微帶線(7)集成連接呈現3個η型結構，輸出諧振器(102)的組成與輸入諧振器(101)呈鏡像對稱，輸入諧振器(101)通過第十四微帶線(14)和第一微帶線(I)分別與輸出諧振器(102)的第十五微帶線(15)和第十六微帶線(16)進行耦合，實現耦合的微帶線互為平行關系，所述微帶線帶通濾波器的輸入端口( 19)直接連接在輸入諧振器(101)上，所述的微帶線帶通濾波器的輸出端口(18)與輸出諧振器(102)連接，連接位置根據微帶線帶通濾波器的輸入匹配和輸出匹配調整，同時輸入諧振器(101)的開路末端和輸入端口之間相隔四分之一波長。
【文檔編號】H03F3/20GK203722585SQ201420078607
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】章秀銀, 陳曉鴻, 高立 申請人:華南理工大學