CN114172469B 一种负载调制平衡功率放大器及自匹配实现方法 （杭州电子科技大学）

一种负载调制平衡功率放大器及自匹配实本发明公开一种负载调制平衡功率放大器现对控制功放和平衡功放输出电流大小和相对适应动态偏置和阻抗自匹配技术，具有结构简2所述功分器用于将单输入信号源功率分配至平衡放大器和控制放大器所述相位补偿网络用于通过随频率变化的相位值，调节控制放大器所述输入3-dB正交耦合器的输入端接相位补偿网络的输出端，直通端所述输出3-dB正交耦合器的输入端接50欧姆负载R5，直通端和耦合所述输入3-dB正交耦合器、输出3-dB正交耦合器使得两路平衡子放大器所述自适应偏压控制电路用于随输入功率动态调整栅级偏置电压；所带线L17的另一端与二极管的负极相连后RC稳定电路输出端和晶体管栅极相连，二极管的所述控制放大器的栅极偏置电路将控制晶体管P1偏所述平衡放大器的栅极偏压随输入功率动态调整，实现负载阻抗在所述控制放大器包括控制放大器输入匹配电路、RC稳定电路、栅极偏置电2.如权利要求1所述的一种负载调制平衡功率放大器，其特征在于所述的相位补偿网33.如权利要求1所述的一种负载调制平衡功率放大器，其特征在于所述输入3-dB正交耦合器和输出3-dB正交耦合器均采用两4.如权利要求1所述的一种负载调制平衡功率放大器，其特征在于所述输出3-dB正交其中Ic是控制放大器输出端流入输出3-dB正交耦合器隔离端的电流大小，Ib是平衡放器隔离端电流与输出3-dB正交耦合器直通端电流的相对相位，Zb表示平衡放大器负载阻由上式(1)-(2)可知，平衡放大器负载阻抗的调制主要受电流比Ic/Ib和相对相位φ的5.如权利要求1-4任一所述的一种负载调制平衡功率放大器自匹配实现方法，其特征步骤五：设计功分器，三端口阻抗均为50欧姆，功步骤六：设计自适应偏压控制电路，正向二极管对流入4单输入情况下，为了提高在低功率区的阻抗，应保持Pcontrol/Pbalance大于阈值a，其中控制放大器和两路平衡子放大器都饱和时，整个电路的输出功总输出功率Pall是控制放大器和两路平衡子放大器根据晶体管的datasheet得到晶体管P1、P2的总饱和输出功率Psa平衡子放大器输出电流则被调制的回退点负载阻抗5进一步得到回退状态下控制放大器和平衡放大器的总输出3)通过自适应偏压控制电路改变栅极电压步骤八：根据不同频率下控制放大器和平衡放大器两路6率放大器可以在较大的功率动态范围内进行操作，即在饱和及回退区间内同时保持高效[0003]近期，业界提出了一种全新的负载调制放大器，即负载调制平衡放大器(Load和耦合端的负载阻抗调制，调制信号在通过一个3-dB正交耦合器后在输出端口的相位一[0004]传统的负载调制平衡放大器需要单独的控制信号连接输出3-dB正交耦合器的隔[0005]本发明的一个目的是针对传统负载调制平衡放大器中控提出一种负载调制平衡功率放大器。该理论革新了传统负载调制平衡放大器双输入的结7[0013]作为优选，所述输入3-dB正交耦合器和输出3-dB正交耦合器均采用两级电桥结8路输出端和晶体管栅极相连，二极管的正极与接地电容C10的一端、接地电阻R7的一端连[0025]其中Ic是控制放大器输出端流入输出3-dB正交耦合器隔离端的电流阻抗，θ表示平衡放大器负载阻抗反射系数的相位，Z0表示输出3-dB正交耦合器的特征阻[0026]由上式(1)-(2)发现，平衡放大器负载阻抗的调制主要受电流比输入3-dB正交耦合器隔离端口接50欧姆电阻，输出3-dB正交耦合器输入端口接50欧姆负9出端电流Ic和平衡子放大器输出端电流I[0043]其中θ表示平衡放大器负载阻抗反射系数的相位，Z0表示输出3-dB正交耦合器的[0044]总输出功率Pall是控制放大器和两路平衡子放大器的输出功率之和，一般表达式的匹配与饱和时阻抗的匹配都与平衡放大器栅极偏置有关，通过自适应栅极偏置的控制，[0067]图2是本发明中的相位补偿网络的结构以及利用仿真软件模拟相位偏移的示意[0068]图3是本发明中的自适应偏压控制电路以及利用仿真软件模拟栅极电压随输入功[0069]图4是利用仿真软件模拟本发明的放大器调制阻抗轨迹在宽频带(3.4GHz-[0071]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技[0072]图1所示为本发明中的阻抗自匹配负载调制平衡功率放大器的结构示意图，该功[0074]所述相位补偿网络采用微带线与电容组合的结构如图2所示，改变了两路电流的[0075]所述3-dB正交耦合器是两级3-dB正交耦合器，多级的结构进一步提高了带宽范带线L12的另一端与微带线L8的另一端相连后与微带线L9的一端连接，微带线L9的另一端的另一端与微带线L30的另一端相连后与微带线L32的一端连接，微带线L31的另一端与微联微带线L20和串联微带线L21；串联隔直电容C1的输入端接微带线L1与电阻R1的连接点。[0081]所述控制放大器栅极偏置电路将晶体管偏置到AB类，由[0082]所述控制放大器宽带输出匹配电路的结构顺序为串联微带线L24、串联微带线端接串联隔直电容C3，串联隔直电容C3的输出端同时与输出3-dB正交耦合器微带线L32与微带线L11的连接点，另一路的平衡放大器隔直电容C6输入端与微带线L11与微带线L12连正极与接地电容C10和接地电阻R7的另外一端连接。微带线L7与二极管负极相连的节点同[0086]所述平衡放大器晶体管P2漏极接隔直电容C8的输入端，C8的另一端与微带线L28本实例中控制放大器选择50欧姆电阻和2.5pF电容并联作为稳定电路的最终形式，平衡放大器选择50欧姆电阻和4pF电容并联作为稳定电路的公司提供的GaN_HEMT工艺中的可扩展性晶体管模型和之前设计的稳定电路带入到具体电转化为从二极管正极流向负极的直流电流，并联电容C10影响流向二极管的射频功率进而放大器输出端电流Ic和平衡放大器输出端电流c已经达到了最大值Ic,max，Ib的值可以表示为被调制的负载阻抗[0123]图3为自适应偏压控制电路的结构图和利用仿真软件得到的偏压变化范围。正向