阅读说明：本技术 一种微带功率放大器 (Microstrip power amplifier ) 是由 肖飞 亓孝博 陈杨 吴超超 孙园成 于 2019-07-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种微带功率放大器,其部分结构具有三阶带通滤波响应,在通带的右侧有一个传输零点,显著改善通带右侧的频率选择性；在通带外具有良好的谐波抑制,最高可以抑制到四次谐波,抑制度超过20dB；输出端口之间的隔离度超过17dB。该微带功率放大器具有突出的带外谐波抑制能力,从而有效得减小元件尺寸。该微带功率放大器具有提出的谐波抑制能力、尺寸小、便于设计等优点。(The invention provides a microstrip power amplifier, which has a partial structure with three-order band-pass filter response, wherein a transmission zero is arranged on the right side of a pass band, so that the frequency selectivity on the right side of the pass band is obviously improved; the filter has good harmonic suppression outside a passband, the maximum harmonic suppression can be up to fourth harmonic, and the suppression degree exceeds 20 dB; the isolation between the output ports exceeds 17 dB. The microstrip power amplifier has outstanding out-of-band harmonic suppression capability, thereby effectively reducing the size of elements. The microstrip power amplifier has the advantages of harmonic suppression capability, small size, convenience in design and the like.)

一种微带功率放大器

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种微带功率放大器，具有良好的谐波抑制能力。

背景技术

功率放大器是射频发射系统中的主要部分。信号经过射频功率放大器，获得足够大的射频输出功率，才能馈送到天线发射出去。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率和效率。此外，其输出中的谐波分量应该尽可能小，以避免对其它系统产生干扰。在射频/微波等较高频段内，基于集总参数元件实现的功率放大器受限于器件难以实现。微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点，是应用广泛的一类高频传输线。微带线具有分布参数效应，其电气特性与结构尺寸紧密相关。因此，在射频/微波等较高频段内，基于微带的功率放大器是一种重要的实现形式。

发明内容

为了克服传统的微带功率放大器的谐波抑制能力不足的缺点。本发明提供了一种新型的微带功率放大器，能够实现良好的谐波抑制功能。与现有的同类功率放大器相比，具有谐波抑制较好、尺寸减小等优点。

本发明所述的微带功率放大器拓扑结构如图1所示，其特征在于：信号通过输入馈线(In)输入，输入馈线(In)连接到平行耦合三线结构(P0)的一端；平行耦合三线结构(P0)的另一端同时连接第一终端开路枝节(O1)的一端和第一平行耦合两线结构(P1)的一端，第一平行耦合两线结构(P1)的另一端同时连接第一终端短路枝节(S1)和第一传输线节(M1)的一端，第一终端短路枝节(S1)由第一金属化通孔(H1)实现短路，第一传输线节(M1)的另一端连接第一电容(C1)的一端，第一电容(C1)的另一端连接第二传输线节(M2)的一端，第二传输线节(M2)的中间连接第三传输线节(M3)，第三传输线节(M3)中间加载第一电阻(R1)、第三电容(C3)、第四电容(C4)和第五电容(C5)，第三电容(C3)、第四电容(C4)和第五电容(C5)通过第二金属化通孔(H2)实现接地，在第三传输线节(M3)施加第一栅极电压(Vgs1)，第二传输线节(M2)的另一端同时连接第二电阻(R2)和第二电容(C2)，第二电阻(R2)和第二电容(C2)同时连接到第四传输线节(M4)的一端，第四传输线节(M4)的另一端连接到第一晶体管(T1)的一端，第一晶体管(T1)的另一端连接到第五传输线节(M5)的一端，第五传输线节(M5)的中间连接第六传输线节(M6)，第六传输线节(M6)中间加载第六电容(C6)、第七电容(C7)和第八电容(C8)，第六电容(C6)、第七电容(C7)和第八电容(C8)通过第三金属化通孔(H3)实现接地，在第六传输线节(M6)施加第一漏极电压(Vds1)，第五传输线节(M5)的另一端连接第九电容(C9)的一端，第九电容(C9)的另一端连接第七传输线节(M7)的一端；平行耦合三线结构(P0)的另一端同时连接第二终端开路枝节(O2)的一端和第二平行耦合两线结构(P2)的一端，第二平行耦合两线结构(P2)的另一端同时连接第二终端短路枝节(S2)和第八传输线节(M8)的一端，第二终端短路枝节(S2)由第四金属化通孔(H4)实现短路，第八传输线节(M8)的另一端连接第十电容(C10)的一端，第十电容(C10)的另一端连接第九传输线节(M9)的一端，第九传输线节(M9)的中间连接第十传输线节(M10)，第十传输线节(M10)中间加载第四电阻(R4)、第十一电容(C11)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13)，第十一电容(C11)、第十二电容(C12)和第十三电容(C13)通过第五金属化通孔(H5)实现接地，在第十传输线节(M10)施加第二栅极电压(Vgs2)，第九传输线节(M9)的另一端同时连接第三电阻(R3)和第十四电容(C14)，第三电阻(R3)和第十四电容(C14)同时连接到第十一传输线节(M11)的一端，第十一传输线节(M11)的另一端连接到第二晶体管(T2)的一端，第二晶体管(T2)的另一端连接到第十三传输线节(M13)的一端，第十三传输线节(M13)的中间连接第十四传输线节(M14)，第十四传输线节(M14)中间加载第十五电容(C15)、第十六电容(C16)和第十七电容(C17)，第十五电容(C15)、第十六电容(C16)和第十七电容(C17)通过第六金属化通孔(H6)实现接地，在第十四传输线节(M14)施加第二漏极电压(Vds2)，第十三传输线节(M13)的另一端连接第十八电容(C18)的一端，第十八电容(C18)的另一端连接第十五传输线节(M15)的一端；第七传输线节(M7)的另一端和第十五传输线节(M15)的另一端连接在输出端口(Out)，使信号从输出端口(Out)输出。

如图1所示的微带功率放大器，所包含部分结构如图2所示：输入馈线(In)连接到平行耦合三线结构(P0)的一端；平行耦合三线结构(P0)的另一端同时连接第一终端开路枝节(O1)的一端和第一平行耦合两线结构(P1)的一端，第一平行耦合两线结构(P1)的另一端同时连接第一终端短路枝节(S1)和第一传输线节(M1)的一端，第一终端短路枝节(S1)由第一金属化通孔(H1)实现短路；平行耦合三线结构(P0)的另一端同时连接第二终端开路枝节(O2)的一端和第二平行耦合两线结构(P2)的一端，第二平行耦合两线结构(P2)的另一端同时连接第二终端短路枝节(S2)和第八传输线节(M8)的一端，第二终端短路枝节(S2)由第四金属化通孔(H4)实现短路。图2中，l₁、l₂、l₃、l₄、l₅和l₆分别表示长度，w₀、w₁、w₂、w₃、w₄、w₅和w₆分别表示线宽。该部分结构具有三阶带通滤波功分特性，当信号从Port 1输入时，将由Port2和Port 3等分输出，且将受到滤波作用，带外具有高达四次谐波抑制的能力。

本发明所述的微带功率放大器的有益效果是：可以保证一定效率和带宽的前提下，具有突出的谐波抑制能力；尺寸较小，设计过程简单，容易调试等显著优点。

附图说明

图1：微带功率放大器结构示意图；

图2：微带功率放大器所包含的部分结构示意图；

图3(a)：实施例一的|S₂₁|和|S₁₁|仿真和测试结果图；

图3(b)：实施例一的|S₃₂|仿真和测试结果图；

图4(a)：实施例二的漏极效率随输出功率变化图；

图4(b)：实施例二的增益随输出功率变化图。

具体实施方式

为了体现本发明的创造性和新颖性，下面借助于实施例进行深入技术方案的实施和效果。在分析过程中，将结合附图和具体实施例进行阐述，但本发明的实施方式不限于此。

不失一般性，实施例选用一款常用微带基片，其相对介电常数为3.66，基片厚度为0.508mm。

实施例一用于验证图2所示的部分结构。中心频率位于2.0GHz，3dB相对带宽为60％。结构参数为：l₁＝19.70mm，l₂＝7.40mm，l₃＝8.8mm，l₄＝16.01mm，l₅＝6.14mm，l₆＝23.59mm，w₀＝1.10mm，w₁＝0.39mm，w₂＝0.20mm，w₃＝2.80mm，w₄＝0.40mm，w₅＝0.20mm，w₆＝0.59mm，GR1＝390Ω，GR1＝300Ω。实施例一的仿真和测试结果如图3(a)和图3(b)所示。图3(a)为S参数|S₂₁|和|S₁₁|仿真和测试结果；图3(b)为|S₃₂|仿真和测试结果。该部分结构具有三阶带通滤波响应，在通带的右侧有一个传输零点，显著改善通带右侧的频率选择性；在通带外具有良好的谐波抑制，最高可以抑制到四次谐波，抑制度超过20dB；输出端口之间的隔离度超过17dB。

实施例二用于验证图1所示的微带功率放大器。第一晶体管(T1)和第二晶体管(T2)均选用GaN晶体管CGH40010F，第一栅极电压(Vgs1)设为-3V，第一漏极电压(Vds1)设为28V，第二栅极电压(Vgs2)设为-6.5V，第二漏极电压(Vds2)设为28V。C1＝10pF，C1＝5pF，C3＝100pF，C4＝1nF，C5＝1μF，C6＝100pF，C7＝1nF，C8＝1μF，C9＝10pF，C10＝10pF，C11＝1μF，C12＝1nF，C13＝100pF，C14＝5pF，C15＝1μF，C16＝1nF，C17＝100pF，C18＝10pF；GR1＝390Ω，GR1＝300Ω，R1＝47Ω，R2＝15Ω，R3＝10Ω，R4＝47Ω。实施例二中如图2所示的部分结构，采用和实施例一相同的结构参数，因此实施例二将具有四次谐波抑制能力。

实施例二的测试结果如图4(a)和图4(b)所示。图4(a)所示的是实施例二在1.8GHz到2.1GHz范围内的实测漏极效率随输出功率变化的曲线。实施例二在1.8GHz到2.1GHz范围最大的饱和输出功率为43.5dBm，最小的饱和输出功率为42dBm，最大的饱和漏极效率可以达到58％，最小的饱和漏极效率可以达到51％。6dB回退功率在36dBm～37.5dBm之间，6dB回退的效率最大可以达到49.5％，最小可以达到41％。图4(b)所示的是实施例二在1.8GHz到2.1GHz范围内的实测增益随输出功率变化的曲线。从图中可以看出，在回退为6dB时的功率增益在11dB到11.5dB之间。

以上所列举的实施例，充分说明了本发明所述的微带功率放大器在保证一定带宽和效率的前提下，具有突出的谐波抑制能力，还具有尺寸较小、设计过程简单等优点，体现出显著的技术进步。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。