[0025] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0026] 相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
[0027] 针对现有技术存在的缺陷，申请人对现有技术中传统的宽带高效率功率放大器的结构进行了深入的研究，申请人在研究中发现，现有技术中传统的宽带高效率功率放大器模式相对单一，结构比较复杂，实现难度较大，电路整体体积较大，成本相对较高。
[0028] 为了克服现有技术的缺陷，参见图1，所示为本实用新型基于谐波控制的混合模式宽带高效率功率放大器结构框图，包括输入匹配网络10、栅极偏置电路21、晶体管30、漏极偏置电路22、谐波控制网络41和基波匹配电路42，其中，
[0029] 输入匹配网络10的输入端作为功率输入端，其输出端接晶体管30栅极；
[0030] 栅极偏置电路21并联在输入匹配网络10中，末端通过去耦电容Cg并联到地；
[0031] 晶体管30漏极与谐波控制网络41的输入端相连接，谐波控制网络41与基波匹配电路42连接，基波匹配电路42的输出端作为功率输出端，漏极偏置电路22并联于谐波控制网络41中，末端通过去耦电容Cd并联到地。
[0032] 参见图2，为整体的电路原理图，输入匹配网络10包括微带线T1、T2、T3、T4、T6、T7和隔直电容C1；微带线T1的一端与输入端连接，微带线T1的另一端与隔直电容C1的一端相接；隔直电容C1的另一端与微带线T2的一端相接，微带线T2与微带线T3、T4、T6和T7依次串联；微带线T7与晶体管30的栅极端相接。
[0033] 栅极偏置电路21包括微带线TL5和去耦电容Cg，其中微带线TL5的一端与微带线T4和T6的连接处并联连接，微带线TL5的另一端与去耦电容Cg的一端连接，去耦电容Cg的另一端接地。栅极偏置电路21的偏压为‑2.8V。
[0034] 对于晶体管30，选择Cree公司的CGH40010F，其具有14～16dB的小信号增益，10dB的饱和增益，饱和输出功率超过10W。根据操作手册，使其工作于AB类状态，栅极偏执设置为‑2.7V，漏极偏置28V。本实例旨在实现1.6GHz和2.4GHz频率下的高效率输出。
[0035] 参见图3为输出匹配部分电路原理图，包括谐波控制网络41、漏极偏置电路22和基波匹配电路42，谐波控制网络41包括微带线T8、T9、T10、T14，模组TS1与模组TS2，微带线T8与晶体管30的漏极相连接，微带线T8与微带线T9、T10和T14依次串联，模组TS1包括微带线T11，微带线T11的一端连接在微带线T9和T10之间，微带线T11的另一端开路；微带线T14与模组TS2和基波匹配电路42相连接；模组TS2包括串联的微带线T15、T16和T17。其中，微带线T9和微带线T10的典型参数相同，二者与微带线T11构成T形线。
[0036] 漏极偏置电路22包括微带线T12、T13和去耦电容Cd，其中微带线T13的一端与谐波控制网络41中的微带线T10和T14连接，并联于谐波控制网络41中，微带线T13的另一端与微带线T12的一端连接，微带线T12的另一端与去耦电容Cd连接。漏极偏置电路22的偏压为28V。
[0037] 基波匹配电路42包括微带线T18、T19、T20和隔直电容C2，其中，微带线T18的一端与谐波控制网络41相连接，另一端与微带线T19的一端相连接；微带线T19的另一端与隔直电容C2的一端相连接；隔直电容C2的另一端与微带线T20的一端相连，微带线T20的另一端与负载阻抗相连接。
[0038] 本实用新型的一种基于低通匹配网络的高效率双频功率放大器的设计方法，采用上述的基于低通匹配网络的高效率双频功率放大器，包括以下步骤：
[0039] S10，在ADS(Advanced Design System)即先进设计系统中，对晶体管30在低频段f1与高频段f2处进行源牵引与负载牵引，并迭代三次，同时选取最大效率点与最大功率点的连线的中点作为之后需匹配的负载阻抗值ZDopt1,2与源阻抗值ZSopt1,2；
[0040] S20，根据上述最佳源阻抗值ZSopt1,2，利用步进阻抗谐振网络完成输入匹配网络10的设计；
[0041] S30，根据所选频率的谐波范围确定谐波控制网络41的两个并联模组TS1、TS2以及漏极偏置电路22的参数，模组TS1包括微带线T11，模组TS2包括串联的微带线T15、T16和T17，其中微带线T15和T17的电性参数相同，二者的电长度为θS2，微带线T16的电长度为2θS2，模组TS2在谐波范围内产生传输零点以实现谐波抑制；
[0042] 参见图3，TB包括串联的微带线T12和微带线T13，TB为低频段四分之一波长线以实现漏极偏置同时产生传输零点TZ0，模组TS2用于产生传输零点TZ1与TZ3以及传输极点RZ。根据所选频段的谐波范围，传输零点TZ1所在频率设置为2f2，同时根据公式(1)‑(3)可以求得θS2的值
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 其中， RZ＝ZS1/ZS2，ZS1和ZS2分别为微带线T15与T16的阻抗值，为传输零点所在频率ftz处的电长度， 为传输极点所在频率frz处的电长度。TS1用于产生另一个传输零点TZ2，其电长度接近传输极点frz的四分之一波长线。至此用于抑制谐波的并联传输线部分设计完成，接下来将实现双频匹配。
[0047] 在获得负载牵引的结果之后利用第八微带线将两个频率下的复阻抗ZDopt1,2转化为共轭阻抗值R1±jX，通过计算公式(4)、(5)便可以确定其参数；
[0048]
[0049]
[0050] 其中ZDopt,1＝Ra+jXa，ZDopt,2＝Rb+jXb，Ra、Rb和Xa、Xb分别为负载牵引得到的两频率下的最佳阻抗值的实部与虚部，β1和β2为两频率下的传播系数，n为任意整数。
[0051] 之后利用微带线T9、T10和T11组成T形线将共轭阻抗转化为实阻抗R2，其中，微带线T9和T10电性参数完全相同，微带线T11兼具上述产生传输零点TZ2的作用，其电长度近似于传输极点frz频率下的四分之一波长线。微带线T14负责将漏极偏置电路22的模组TB产生的开路点与模组TS2传输极点相连，其电长度为传输极点频率fRZ下的四分之一波长线；
[0052] S40，确定谐波控制网络41之后，利用微带线T18和T19完成基波阻抗匹配，即将谐波变换后的实阻抗值变换至50欧姆，使用公式(4)‑(6)可以确定其参数：
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 其中，Rf＝f2/f1，Zin为经谐波变换后的实阻抗值，Z5、Z6和θ5、θ6分别为微带线T18和T19的阻抗值与电长度，ZL为负载50欧姆。
[0057] S50，对整体电路进行仿真和微调。
[0058] 上述S30中模组TS2用于产生两个传输零点以对谐波进行抑制，其由微带线T15、T16和T17组成，其中微带线T15和T17电性参数相同其电长度为θS2，微带线T16电长度为2θS2。通过将其进行开路与短路操作并计算对应的Yin,TS2＝0与Yin,TS2＝∞，可以得到传输零点fTZ与极点fRZ，他们所对应的电长度θS2可以由式(1)‑(3)计算得到。由(1)、(2)可知，传输零点与极点的位置主要由RZ决定，当RZ较小时，所产生的传输零点之间可以有较大的间隔，且得到的传输极点的频率较高，这样可以获得较大的传输阻带，而当RZ较大时，可以获得较好的滚降特性，以对谐波分量进行滤除。对RZ进行综合考虑，将RZ设置为1.6，在4.8GHz与14GHz频率处产生传输零点，同时在10GHz频率下产生传输极点。在确定了模组TS2之后，由于在10GHz处存在传输极点，导致无法形成较宽的阻带，因此需要在两个传输零点之间再增加一个传输零点。此时可以利用模组TS1来增加另外一个传输零点，考虑到实际电路设计中控制到3次谐波之后对效率的提升空间并不大，故所设计的模组TS1在8GHz处产生了一个传输零点，这样就可以在两个频率的三次谐波范围内产生一个较大的阻带，至此用于产生传输零点实现低通滤波与谐波抑制的模组TS1与模组TS2确定了。
[0059] 接下来就是要实现双频匹配功能，微带线T8具有寄生补偿以及阻抗变换功能，即将负载牵引得到的两频率下的最佳阻抗值匹配至一对共轭阻抗，其具体参数根据负载牵引得到的值与式子(4)‑(5)计算得出。微带线T9、T10与T11共同构成另一个T形线，用于将微带线T8变换之后得到的共轭复阻抗变换至同一个实阻抗，但需要注意的是，微带线T11因参与了产生传输零点，因此它的值是确定的，在实际设计之中仅需求得微带线T9与T10的值即可，其中微带线T9与T10电性参数完全一致。微带线T14负责将漏极偏置电路22的模组TB产生的开路点与模组TS2传输极点相连，其电长度为传输极点频率fRZ下的四分之一波长线。
[0060] 微带线T18与T19是本次设计中的基波匹配电路42，需要将负载端的50欧姆匹配至经谐波控制网络41阻抗变换之后的基波阻抗值。确定了上述谐波控制网络41的具体参数之后，可以利用公式(6)‑(8)计算得到微带线T18与T19的值，输出匹配部分电路整体S参数如图4所示，整体电路的S参数仿真结果见图5。
[0061] 根据如上描述设计的功放，通过ADS进行电路仿真，其结果见图6，可以实现在1.6与2.4GHz频率下的高效率输出，其带宽均超过100MHz，且PAE达到了69％以上。
[0062] 无论上文说明如何详细，还有可以有许多方式实施本实用新型，说明书中所述的只是本实用新型的若干具体实施例子。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
[0063] 本实用新型实施例的上述详细说明并不在穷举的或者用于将本实用新型限制在上述明确的形式上。在上述以示意性目的说明本实用新型的特定实施例和实施例的同时，本领域技术人员将认识到可以在本实用新型的范围内进行各种等同修改。
[0064] 在上述说明描述了本实用新型的特定实施例并且描述了预期最佳模式的同时，无论在上文中出现了如何详细的说明，也可以许多方式实施本实用新型。上述电路结构及其控制方式的细节在其实行细节中可以进行相当多的变化，然而其仍然包含在这里所公开的本实用新型中。
[0065] 如上述一样应当注意，在说明本实用新型的某些特征或者方案时所使用的特殊术语不应当用于表示在这里重新定义该术语以限制与该术语相关的本实用新型的某些特定特点、特征或者方案。总之，不应当将在随附的权利要求书中使用的术语解释为将本实用新型限定在说明书中公开的特定实施例，除非上述详细说明部分明确地限定了这些术语。因此，本实用新型的实际范围不仅包括所公开的实施例，还包括在权利要求书之下实施或者执行本实用新型的所有等效方案。
[0066] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
