[0004] 本发明的目的在于提供一种宽带F类功率放大器及设计方法。
[0005] 本发明一种宽带F类功率放大器，包括带通输入匹配电路、栅极偏置电路、晶体管、漏极偏置电路、π型谐波控制网络和低通输出匹配电路。所述晶体管的输入端接栅极偏置电路的电压输出端，输出端接漏极偏置电路的电压输出端。
[0006] 所述的带通输入匹配电路包括第一输入微带线、第二输入微带线、第三输入微带线和第四输入微带线。第二输入微带线的一端接第一输入微带线的一端，另一端接第三输入微带线、第四输入微带线的一端及接晶体管的输入端。第一输入微带线、第二输入微带线及第四输入微带线的另一端均悬空。
[0007] 第一输入微带线的特征阻抗值Z1＝ω0·L1；第二输入微带线的特征阻抗值第三输入微带线的特征阻抗值Z3＝ω0·L2；第四输入微带线的特征阻抗值
[0008] 其中，
[0009] g1、g2的取值在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中查取。g1为0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表第一行的第二个参数；g2为0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表第一行的第三个参数。
[0010] FBW＝(ω2‑ω1)/ω0； ω1＝2πf1；ω2＝2πf2；f1为设计带宽的下极限值；f2为设计带宽的上极限值；R0＝(VDS‑VGS)/I；VDS为漏极偏置电路输出的电压值；VGS为栅极偏置电路输出的电压值；I为晶体管的电流值。
[0011] 所述的π型谐波控制网络包括第一谐波微带线、第二谐波微带线、第三谐波微带线和第四谐波微带线。第二谐波微带线的一端接第一谐波微带线的一端，另一端接第三谐波微带线的一端。第三谐波微带线的另一端接第四谐波微带线的一端。第一谐波微带线及第四谐波微带线的另一端均悬空。第二谐波微带线靠近第一谐波微带线的那端接晶体管的输出端。
[0012] 所述的低通输出匹配模块包括第1输出微带线、第2输出微带线、……、第n输出微带线Tn。n为三的倍数，且小于36。第1输出微带线的一端接π型谐波控制网络内第三谐波微带线靠近第四谐波微带线的那端，另一端接第2输出微带线及第3输出微带线的一端。第2输出微带线及第3输出微带线的另一端均悬空。
[0013] 第3i+1输出微带线靠近π型谐波控制网络的那端接第3i‑2输出微带线远离π型谐波控制网络的那端。第3i+1输出微带线远离π型谐波控制网络的那端接第3i+2输出微带线及第3i+3输出微带线的一端。第3i+2输出微带线及第3i+3输出微带线的另一端均悬空，i＝1,2,…,n/3‑1。
[0014] 在i＝1,2,…,n/3的情况下，第3i‑2输出微带线的特征阻抗值 第3i‑1输出微带线Z3i‑1′＝第3i输出微带线的特征阻抗值Z3i′＝ω0′·Li′。
[0015] 其中， 为设计带宽的中心频率；Ci′的取值与Li′的取值在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中查取。查取方法为：在0.5dB等波纹契比雪夫归一化低通滤波电路参数表中找到目标行，即 阶对应的那行。目标行的第2i‑1个参数为Ci′的取值，第2i个参数为Li′的取值。
[0016] 进一步地，所述第一输入微带线、第二输入微带线、第三输入微带线和第四输入微带线的电长度均为λ/8。
[0017] 进一步地，所述第一谐波微带线的电长度为λ/8，第四谐波微带线的电长度为λ/12。
[0018] 进一步地，所述第1输出微带线、第2输出微带线、……、第n输出微带线Tn的电长度均为λ/8。
[0019] 该宽带F类功率放大器的设计方法具体如下：
[0020] 步骤一：在ADS软件中设计栅极偏置电路及漏极偏置电路，得到一个偏置在B类或者AB类功率放大器。
[0021] 步骤二、在ADS软件中设计带通输入匹配电路和低通输出匹配电路。
[0022] 步骤三：在ADS软件中设计π型谐波控制网络。
[0023] 步骤四：在ADS软件中将调试好的带通输入匹配电路、低通输出匹配电路、栅极偏置电路、漏极偏置电路、π型谐波控制网络和晶体管组合起来构成宽带F类功率放大器。得到原理图。进入步骤五。
[0024] 步骤五：在ADS软件中将步骤四所得原理图导出形成版图。再进行版图、原理图联合仿真。若版图、原理图联合仿真所得F类功率放大器的效率值在设计带宽内均大于70％，则直接进入步骤六。若版图、原理图联合仿真所得的F类功率放大器的效率值在设计带宽内出现小于或等于70％的情况，则调整F类功率放大器π型谐波控制网络中第二谐波微带线和第三谐波微带线的电长度，并重复步骤四。
[0025] 步骤六：根据步骤五所得的版图加工出F类功率放大器。
[0026] 本发明具有的有益效果是：
[0027] 1、本发明的技术方案通过改进现有设计的F类功率放大器的输入匹配网络、输出匹配网络和谐波控制网络，输入匹配网络使用带通滤波匹配方法，输出匹配网络使用低通滤波匹配方法，谐波控制网络使用π型网络，使得F类功率放大器在保持高效率的同时，带宽增大。
[0028] 2、本发明在达到1GHz(2GHz～3GHz范围内)的带宽内效率均达到70％以上，明显优于现有F类功率放大器的仅在0.2GHz(2.4GHz～2.6GHz范围内)的带宽内效率达到70％以上。
[0029] 3、本发明在带宽内的效率都超过了70％，高于基站所用的功率放大器效率(现有技术中基站功率放大器在带宽内的效率一般在50％左右)。为今后的基站功放建设提供了一种新的方法。
