高效率高諧波抑制功率放大器電路的設計與實現

　　隨著無線通信的快速發展和廣泛普及，無線系統標準對收發機的性能要求越來越高。功率放大器作為發射機的主要組成部分，其指標決定著發射機的性能，如效率 決定著整機功耗，線性度決定著整機的動態范圍，諧波分量大小又是發射機線性度的度量。傳統的功率放大器為了獲得較高效率，功放管通常會工作于飽和狀態，這 時將有大量的諧波分量產生。如果不對諧波分量加以回收和抑制，這不單會造成能量的浪費，降低了其效率，還會對其他信道的信號造成干擾。

　　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，但該結構需要采用λ/4傳輸線，占用空間面大，不利于小型化。采用了 低通輸出匹配網絡設計了一個工作于E類的功率放大器，在11 dBm輸入時的2～5階諧波分量分別為：-19 dBc、-30 dBc、-38.5 dBc、-41.7 dBc。但該結構采用E類放大器，它要求功放管具有較高的集電極擊穿電壓，這與集成電路發展趨勢相違背。采用GaN工藝設計的功率放大器，為了 獲得較好的諧波性能，該設計在輸出匹配網絡中引入了兩根開路傳輸線，但開路傳輸線的使用使得該方法與現代電路向小型化、集成度高方向發展相違背。

　　本文提出了一種結構簡單、利于集成且具有諧波抑制功能的輸出匹配網絡，利用該方法采用InGaP/GaAs HBT工藝設計了一個工作于2 GHz頻率的功率放大器。測試結果表明，利用該方法設計的功率放大器獲得了較高的效率和很好的諧波性能。

　　1 電路設計

　　一個典型的功率放大器通常由輸入匹配網絡、放大電路、直流偏置電路和輸出匹配網絡組成。然而對功率放大器性能起決定性作用的還是匹配網絡。它作為 功率放大器的重要組成部分，任何一個不合適的匹配網絡都可能會引起電路的不穩定，導致功率放大器輸出功率小、效率低，惡化其線性度。設計匹配網絡時，在滿 足基本的阻抗變換的同時，還要兼顧到其諧波阻抗，插入損耗以及網絡的帶寬，最后還需要考慮所設計的網絡是否易于實現以及小型化。

　　1.1 具有諧波抑制功能的輸出匹配網絡

　　輸出匹配網絡作為匹配網絡中最重要的部分，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［6-7］詳細說明了輸出匹配網絡二次諧 波阻抗對其效率的影響，但都忽略了高次諧波的影響。本文設計的輸出匹配網絡在考慮二次諧波阻抗的同時，還兼顧了高次諧波阻抗，其結構如圖1所示。