高效率高諧波抑制功率放大器電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　隨著無(wú)線通信的快速發(fā)展和廣泛普及，無(wú)線系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)收發(fā)機(jī)的性能要求越來(lái)越高。功率放大器作為發(fā)射機(jī)的主要組成部分，其指標(biāo)決定著發(fā)射機(jī)的性能，如效率 決定著整機(jī)功耗，線性度決定著整機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，諧波分量大小又是發(fā)射機(jī)線性度的度量。傳統(tǒng)的功率放大器為了獲得較高效率，功放管通常會(huì)工作于飽和狀態(tài)，這 時(shí)將有大量的諧波分量產(chǎn)生。如果不對(duì)諧波分量加以回收和抑制，這不單會(huì)造成能量的浪費(fèi)，降低了其效率，還會(huì)對(duì)其他信道的信號(hào)造成干擾。

　　通常功率放大 器為了獲得較高的效率和較低的諧波分量都使得功率放大器工作于F類，但該結(jié)構(gòu)需要采用λ/4傳輸線，占用空間面大，不利于小型化。采用了 低通輸出匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于E類的功率放大器，在11 dBm輸入時(shí)的2～5階諧波分量分別為：-19 dBc、-30 dBc、-38.5 dBc、-41.7 dBc。但該結(jié)構(gòu)采用E類放大器，它要求功放管具有較高的集電極擊穿電壓，這與集成電路發(fā)展趨勢(shì)相違背。采用GaN工藝設(shè)計(jì)的功率放大器，為了 獲得較好的諧波性能，該設(shè)計(jì)在輸出匹配網(wǎng)絡(luò)中引入了兩根開(kāi)路傳輸線，但開(kāi)路傳輸線的使用使得該方法與現(xiàn)代電路向小型化、集成度高方向發(fā)展相違背。

　　本文提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、利于集成且具有諧波抑制功能的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，利用該方法采用InGaP/GaAs HBT工藝設(shè)計(jì)了一個(gè)工作于2 GHz頻率的功率放大器。測(cè)試結(jié)果表明，利用該方法設(shè)計(jì)的功率放大器獲得了較高的效率和很好的諧波性能。

　　1 電路設(shè)計(jì)

　　一個(gè)典型的功率放大器通常由輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、放大電路、直流偏置電路和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)組成。然而對(duì)功率放大器性能起決定性作用的還是匹配網(wǎng)絡(luò)。它作為 功率放大器的重要組成部分，任何一個(gè)不合適的匹配網(wǎng)絡(luò)都可能會(huì)引起電路的不穩(wěn)定，導(dǎo)致功率放大器輸出功率小、效率低，惡化其線性度。設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在滿 足基本的阻抗變換的同時(shí)，還要兼顧到其諧波阻抗，插入損耗以及網(wǎng)絡(luò)的帶寬，最后還需要考慮所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)是否易于實(shí)現(xiàn)以及小型化。

　　1.1 具有諧波抑制功能的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

　　輸出匹配網(wǎng)絡(luò)作為匹配網(wǎng)絡(luò)中最重要的部分，決定著功率放大器的功率和效率，以及最終功率放大器的諧波性能。文獻(xiàn)［6-7］詳細(xì)說(shuō)明了輸出匹配網(wǎng)絡(luò)二次諧 波阻抗對(duì)其效率的影響，但都忽略了高次諧波的影響。本文設(shè)計(jì)的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)在考慮二次諧波阻抗的同時(shí)，還兼顧了高次諧波阻抗，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。