高效率F類射頻功率放大器的研究與設計

　　(2b)

　　圖2 諧波輸出網(wǎng)絡

　　圖2b中給出了另外兩個可能的并聯(lián)諧振器電路和連接諧振器電路構造元件的初始值。另外還給了一個等效的微帶阻抗-峰化電路和他的初始原理值。能提供對于所有的偶次諧波短路和對3次諧波開路。然而，實際的F類PA的設計要復雜的多，因為有寄生電抗，非線性漏級電流Ids和非線性的Cgs，Cds圖3 中給的方程可以提供一個很好的F類放大器設計的出發(fā)點。

　　4 設計實例

　　本文在設計F類放大器時，對輸出諧波調諧，當輸入網(wǎng)絡在柵極輸入提供共軛匹配時輸出網(wǎng)絡提供了偶次諧波短路和奇次諧波開路，輸出匹配網(wǎng)絡使在漏級輸出端獲得基波的最佳負載。圖2b中的等效的微帶阻抗—峰化電路，三段電長度中只有第二段需要根據(jù)晶體管的寄生參數(shù)來額外修正，其余都可根據(jù)基板參數(shù)和頻率計算出實際微帶線的尺寸。

　　設計采用Cree公司的GaN HEMT，基頻1.25GHz，帶寬為100MHz，輸入功率28dBm, 基板材料Er=3.38，板厚0.4mm，輸入網(wǎng)絡是同頻率B類工作模式下設計的，柵極電壓VGS =-2.5V，漏極電壓VDS=28V。ADS仿真結果最大PAE為84%，實現(xiàn)電路及測試架如圖3所示。

　　圖3 測試電路實物及測試架圖

　　初步試驗測量結果最大功率附加效率65.5%，通過進一步調節(jié)電路以及輸入輸出端電容得到PAE為70.32%。略低于仿真結果，但已經獲得了較高的效率，效率偏低的原因有很多種，測量器件的改進以及對電路的再次調整可能會進一步有效的提高電路的效率。

　　本設計最終在中心頻率1.25GHz實際測量所得結果如圖4所示。與目前國內外高效率放大器相比，在保證輸出功率的基礎上實現(xiàn)了較高的效率，在F類放大器實現(xiàn)電路上取得了較好的成功。

　　圖4 相對輸入功率的輸出功率和PAE

　　6 結束語

　　本文對F類功率放大器的理論進行了研究，分析了其電路工作原理和試驗設計方法。并通過一種新型F類放大器的設計和試驗證實了實現(xiàn)高效率，高功率工作的可能。實際測試中在沒有進行調節(jié)的情況下已經達到65.5%的功率附加效率，由于在調節(jié)的過程中影響效率的因素沒有準確的依據(jù)，故而調節(jié)過程難度較大，最終實現(xiàn)了PAE大于70%，輸出功率達到10W。