一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，包括直流偏置电路、功率放大晶体管、输入匹配电路和输出匹配电路，通过设计一种具有不同端口阻抗的微带线带通滤波器与一段调谐微带线作为功率放大器的输出匹配电路，在完成滤波功能的同时使电路具有带通滤波响应特性，在通带的边缘产生了两个传输零点。与传统的功率放大器与滤波器级联电路相比，由于采用了微带线带通滤波器作为输出匹配电路，使得整个电路体积小、损耗小，工作频带宽，由于存在两个传输零点使其具有高的边缘选择性。在实施例中，实现了一个一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，提供了测试结果验证。
【专利说明】一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线系统中的功率放大器和微带线带通滤波器【技术领域】，具体涉及一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器。
【背景技术】
[0002]功率放大器和微带线带通滤波器是影响射频收发机性能的关键部件，因此现有大量针对如何提高它们性能的研究。对于功率放大器，其效率高低对整个电路系统的功耗和效率具有较大影响，如何提高功率放大器的效率是研究的焦点之一，而微带线带通滤波器由于其对谐波的控制能力而流行于高效率功率放大器设计中。
[0003]传统的研究工作在于如何单独提高两者的性能，而通常在实际应用中，微带线带通滤波器级联于功率放大器之后用于抑制干扰频率信号。功率放大器与微带丝带通滤波器通常是先分别匹配到50Ω再级联于一起，采用这样的级联方式主要存在两个问题:1.两个电路模块之间的连接微带线会引入损耗；2.整个电路体积偏大。
[0004]近年来，开始有研究转向通过用微带线带通滤波器电路替换功率放大器原本的输出匹配电路，两个电路模块可以集成一个部件，从而得到紧凑型体积和较低的损耗。针对集成微带线带通滤波器的功率放大器，目前学术界已经提出一些方法。 根据 “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，一个微带线带通滤波器作为四分之一波长阻抗变换器而集成于功率放大器中，然而，该微带线带通滤波器性能不佳，且由于该微带线带通滤波器只能在中心频率点实现90°相位变换，从而导致带宽有限。根据 “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.”为了提高微带线带通滤波器的性能而使用高Q值的腔体谐振器，但如此一来将使得电路体积偏大且加工复杂，且相对带宽仅为3%。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术存在问题，提供一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，由直流偏置电路、功率放大晶体管、输入匹配电路和输出匹配电路，直流偏置电路与输入匹配电路均为电容、电阻等元件组成，所述的微带线带通滤波器与所述的调谐微带线构成所述的具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器输出匹配电路，将其作为一个阻抗变换器，通过调节所述的微带线带通滤波器的输入端口和输出端口位置，可以获得不同端口阻抗并实现良好带通滤波响应特性。
[0006]本发明中所提出的具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，主要
【发明内容】
在于其输出匹配电路，即本发明发提供的微带线带通滤波器。
[0007]所述的微带线带通滤波器由两个半波长谐振器组成，称为输入谐振器和输出谐振器，两个半波长谐振器均为开环结构，且互为竖直轴对称关系，输入谐振器由第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线和第十四微带线依顺序连接组成，为了缩小电路面积，输入谐振器和输出谐振器相连的微带线间采用垂直折线式连接，如第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线和第七微带线集成连接呈现3个“η”型结构以减小电路面积，输出谐振器的组成与输入谐振器呈镜像对称，当从水平轴线观察时，输入谐振器和输出谐振器均对于水平轴对称，输入谐振器通过第十四微带线和第一微带线分别与输出谐振器的第十五微带线和第十六微带线进行耦合，实现耦合的微带线互为平行关系，所述微带线带通滤波器的输入端口直接连接在输入谐振器上，所述的微带线带通滤波器的输出端口与输出谐振器连接，连接位置根据微带线带通滤波器的输入匹配和输出匹配调整，同时输入谐振器的开路末端(第一微带线和第十四微带线的末端)和输入端口之间相隔四分之一波长，使得所述微带线带通滤波器的通带边缘能产生两个传输零点，提供高选择性。
[0008]根据“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，对于所述微带线带通滤波器，由于其耦合矩阵可表示为:
【权利要求】
1.一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，包括直流偏置电路、功率放大晶体管、输入匹配电路和输出匹配电路，其特征在于，所述输出匹配电路使用了微带线带通滤波器加上一段调谐微带线，所述的微带线带通滤波器由两个对称的开环谐振器组成，两个开环谐振器均为半波长谐振器，每个开环谐振器上均有一个端口，分别为输入端口和输出端口，所述的微带线带通滤波器的输入端口和输出端口位置不对称。
2.根据权利要求1所述的一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，其特征在于，所述的调谐微带线连接于所述的微带线带通滤波器与功率放大晶体管之间，调谐微带线的长度由最佳效率阻抗匹配点的虚部大小决定，调谐微带线与所述的微带线带通滤波器组成输出匹配电路。
3.根据权利要求1所述的一种具有带通滤波响应的高效率宽带功率放大器，其特征在于，所述的微带线带通滤波器由两个半波长谐振器组成，称为输入端谐振器(101)和输出端谐振器(102)，两个半波长谐振器均为开环结构，且互为竖直轴对称关系，输入谐振器(101)由第一微带线(I)、第二微带线(2)、第三微带线(3)、第四微带线(4)、第五微带线(5)、第六微带线(6)、第七微带线(7)、第八微带线(8)、第九微带线(9)、第十微带线(10)、第十一微带线(11 )、第十二微带线(12)、第十三微带线(13)和第十四微带线(14)顺次连接组成，输入谐振器(101)和输出谐振器(102)相连的微带线间采用垂直折线式连接，如第一微带线(I)、第二微带线(2)、第三微带线(3)、第四微带线(4)、第五微带线(5)、第六微带线(6)和第七微带线(7)集成连接呈现3个η型结构，输出谐振器(102)的组成与输入谐振器(101)呈镜像对称，输入谐振器(101)通过第十四微带线(14)和第一微带线(I)分别与输出谐振器(102)的第十五微带线(15)和第十六微带线(16)进行耦合，实现耦合的微带线互为平行关系，所述微带线带通滤波器的输入端口( 19)直接连接在输入谐振器(101)上，所述的微带线带通滤波器的输出端口(18)与输出谐振器(102)连接，连接位置根据微带线带通滤波器的输入匹配和输出匹配调整，同时输入谐振器(101)的开路末端和输入端口之间相隔四分之一波长。
【文档编号】H03H7/38GK103825564SQ201410061933
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】章秀银, 陈晓鸿, 高立 申请人:华南理工大学