一种可重构宽带功率放大器结构

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种可重构宽带功率放大器结构。

背景技术

未来，无线通信系统将朝着智能化和多样化的方向发展。可重构理论作为实现系统智能的关键技术，意味着模块可以通过开关和变容器件等可重构器件控制无源网络，实现不同功能的重构。多样性是指各种通信系统的相互存储和相互容纳。宽带技术是实现多样化的重要手段。作为系统的关键模块，功率放大器可重构和宽带的研究已成为学术界和工业界的热门话题。

国内外可重构理论和可重构宽带技术的研究取得了一些成果。李亮通过研究非对称双边耦合微带线的可调谐匹配网络理论，提出了一种降低变容二极管非线性的结构。通过上述研究，设计了一种470MHz-860MHz频段的AB型智能可调谐射频功率放大器结构，可在指定频段内任意调谐放大，系统整体增益可保证在20dB附近。徐谦使用集总参数PIN开关来控制匹配电路中分支电容的接入，使匹配电路在不同频段切换。设计了一个三频段可重配置功率放大器，但集总参数开关将影响放大器的性能。2016年，Robin Kalyan等人使用贴片铜开关设计可重构双频功率放大器。该开关调整传统双频段结构的支路，实现两个不同并发双频功率放大器的转换。测试结果表明，功率放大器可以在四个工作频段内实现约10W的输出功率。由于开关的存在，降低了仿真精度，提高了调试难度。2017年，他们设计了一个使用PIN开关的可重构双频Doherty放大器，但文中设计的分布式PIN开关结构复杂，使得功放设计更加困难。Daniel J.等人提出了一种宽带可重构负载调制平衡功率放大器结构。通过改变外部控制信号的幅度和相位来调节晶体管的阻抗，可以在给定的功率补偿和频率下动态优化功率和效率。但是，文章中使用了两个晶体管，这增加了功率放大器的设计成本。

虽然上述可重构功率放大器实现了多频段切换功能，并满足各频段的性能要求，但电路结构复杂，理论难以实现，缺乏通用性。同时，可重构器件采用集总参数设计，不能满足高频段正常工作的要求，对最终制版有一定的影响。且具有分布参数的可重构设备电路复杂且难以实现，并且对宽带可重构功放的研究很少。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种可重构宽带功率放大器结构，提出了封闭式解决方案，为宽带可重构电路结构设计提供了新的思路，缩短了设计时间并降低了可重构宽带功率放大器的设计复杂性。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种可重构宽带功率放大器结构，其输入和输出端分别连接有输入匹配电路和输出匹配电路，所述输入匹配电路和输出匹配电路之间连接有偏置电路；所述输出匹配电路用于将功率放大器的输出阻抗匹配到最佳匹配值；所述输入匹配电路连接宽带输出匹配网络，对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；在宽带功率放大器的输出与地之间连接谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制；其中，谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接构成。

可选的，所述输出匹配电路包括多个匹配电容、多个匹配电阻、一匹配电感；其中，信号输入端经一第一匹配电容分别与第二匹配电容、所述匹配电感的一端连接；所述匹配电感的另一端分别与一第三匹配电容、第四匹配电容的一端连接；所述第三匹配电容的另一端分别与一第五匹配电容、第一匹配电阻的一端连接；所述第一匹配电阻的另一端分别与一第二匹配电阻、一第三匹配电阻的一端连接；所述第二匹配电阻的另一端与一第六匹配电容一端连接，所述第六匹配电容另一端分别与一第七匹配电容、第八匹配电容的一端连接，所述第八匹配电容的另一端作为信号输出端。

进一步的，所述二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，将二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地。

进一步的，本发明还包括宽带匹配网络，该宽带匹配网络为基于多谐振单元的电路结构，具有在横向和纵向结构对称的特性；所述宽带匹配网络的集总元件等效电路包括多个由电容和电感组成的谐振单元。

由上，本发明的可重构宽带功率放大器结构可降低可重构宽带功率放大器的设计复杂度且结构易于实现。本发明以从封闭形式解决方案中重新导出的三阶带通滤波器为基本单元，确保宽带电路在不同频段的干路相同，使用LC谐振理论设计的分布式PIN开关控制分支电路，完成不同频段的分支电路和干路的匹配，将宽带电路切换到不同的频段，采用J/K反相转换器处理高阶滤波器使放大器结构具有通用性，达到可重构的目的。本发明的可重构宽带电路结构是可重构理论和功放理论的丰富，对当前的智能硬件系统具有指导意义。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1为本发明的可重构宽带功率放大器结构的结构示意图；

图2为本发明的宽带匹配网络图；

图3为本发明的转换宽带电路结构图；

图4为本发明的可重构宽带电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

在本发明中，可重构宽带匹配网络的设计思想是通过封闭形式求解宽带滤波器的参数，然后使用Norton变换使阻抗达到50Ω，如图2所示。为了进一步优化，减少集总元件在高频下的影响，由1/4波长短路线组成的谐振子相当于LC，串联的微带线等效于串联电感和并联电容组成的π型网络。对电路进行变换，如图3所示。最后，通过相同的方法设计另一频带的匹配网络。本发明在不同频段干电路结构相同的情况下，通过可重构器件控制整个电路的分支结构，使可重构宽带电路可以在不同频段切换，达到重构的目的。如图4所示，可以使用开关1，2，3和4，5，6的断开和闭合使电路工作在不同的宽带范围内，从而达到重构的目的。

但一方面，开关电路设计复杂，对整个电路影响很大。另一方面，干路包含两个变量TL4和C

如图1所示，本发明的可重构宽带功率放大器结构的输入和输出端分别连接有输入匹配电路10和输出匹配电路20，所述输入匹配电路10和输出匹配电路20之间连接有偏置电路30，所述输出匹配电路20用于将功率放大器的输出阻抗匹配到最佳匹配值；所述输入匹配电路10连接宽带输出匹配网络，对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；在宽带功率放大器的输出与地之间连接谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制；其中，谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接构成。

所述输出匹配电路20包括多个匹配电容、多个匹配电阻、一匹配电感；其中，信号输入端经一第一匹配电容分别与第二匹配电容、所述匹配电感的一端连接；所述匹配电感的另一端分别与一第三匹配电容、第四匹配电容的一端连接；所述第三匹配电容的另一端分别与一第五匹配电容、第一匹配电阻的一端连接；所述第一匹配电阻的另一端分别与一第二匹配电阻、一第三匹配电阻的一端连接；所述第二匹配电阻的另一端与一第六匹配电容一端连接，所述第六匹配电容另一端分别与一第七匹配电容、第八匹配电容的一端连接，所述第八匹配电容的另一端作为信号输出端。

本发明的二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，将二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地。

本发明的可重构宽带功率放大器结构还包括宽带匹配网络，该宽带匹配网络为基于多谐振单元的电路结构，具有在横向和纵向结构对称的特性；所述宽带匹配网络的集总元件等效电路包括多个由电容和电感组成的谐振单元。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。