高效率功率放大器的製造方法

2023-04-25 01:28:26 1

高效率功率放大器的製造方法
【專利摘要】本發明的高效率功率放大器包括電晶體和輸出功率處理電路部。輸出功率處理電路部包括輸出匹配電路部和輸出諧波處理電路部。輸出匹配電路部執行對於輸出功率的基波分量的阻抗匹配。輸出諧波處理電路部執行對於多個諧波功率分量的無功功率的無功功率控制，所述諧波功率分量分別具有是輸出功率的基本角頻率的整數倍的多個諧波角頻率。輸出諧波處理電路部形成為通過將無功功率中的電流和電壓的相位正交化來對多個諧波功率分量中的至少一個實現無功功率控制。
【專利說明】高效率功率放大器
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率放大器，具體涉及一種通過限制功率放大器中的諧波的平均功耗來提高功率效率的功率放大器。
【背景技術】
[0002]在功率放大中，功率效率的提高是重要的。當通過使用電晶體的功率放大器對包含所需基波的功率進行放大時，因為電晶體是非線性器件，所以除了具有基波頻率的基波功率分量之外，還產生了頻率為基波頻率整數倍的諧波的不需要功率分量。當在功率放大器中消耗這些不需要的諧波功率分量，功率放大器的功率附加效率降低。
[0003]作為通過控制諧波功率分量來防止功率附加效率降低的方法，一種使用F類放大和逆F類放大的方法是已知的。在F類放大和逆F類放大的時域中，在電晶體的輸出側將電壓和電流分離。更具體地，在F類放大中，電壓是方波，電流是半正弦波，並且電壓和電流交替地變成零電平。相反，在逆F類放大中，電流是方波，電壓是半正弦波，並且電壓和電流交替地變成零電平。
[0004]圖1A是示出了 F類放大器中流入電晶體的電流和在電晶體輸出端產生的電壓的時變示例的曲線組。這裡，流入電晶體的電流例如是漏極電流，並且在電晶體輸出端產生的電壓例如是漏極和源極之間的電壓。圖1A的曲線組包含第一曲線IAi和第二曲線ΙΑν，第一曲線IAi示出了流入電晶體的電流，第二曲線IAv示出了在電晶體輸出端產生的電壓。在圖1A中，水平軸以基波周期為單位示出了時間，而垂直軸示出了電流和電壓的幅度。第一曲線IAi中的電流id(t)和第二曲線IAv中的電壓Vds (t)通過以下等式(I)示出。
【權利要求】
1.一種高效率功率放大器，包括: 電晶體，配置為放大輸入功率，並輸出輸出功率，所述輸入功率包含電流和電壓中具有基本角頻率的基波功率分量；以及 輸出功率處理電路部，連接作為所述電晶體的後級， 其中輸出功率處理電路部包括: 輸出匹配電路部，配置為執行針對輸出功率的基波功率分量的阻抗匹配；以及輸出諧波處理電路部，配置為執行無功功率控制，作為對於多個諧波功率分量的無功功率分量的控制，所述諧波功率分量分別具有是輸出功率的基本角頻率的整數倍的多個諧波角頻率，以及 其中輸出諧波處理電路部配置為通過將輸出功率中的電流和電壓的相位正交化，來實現對於所述多個諧波功率分量中至少一個的無功功率控制。
2.根據權利要求1所述的高效率功率放大器，其中所述輸出諧波處理電路部包括: 相位調整電路部，配置為通過對於所述至少一個諧波功率分量形成短路，來實現對於所述至少一個諧波功率分量的無功功率控制。
3.根據權利要求2所述的高效率功率放大器，其中所述輸出諧波處理電路部還包括: 另一相位調整電路部，配置為通過對於所述多個諧波功率分量中的另一個形成短路，來實現對於所述另一個諧波功率分量的無功功率控制， 其中所述輸出功率處理電路部還包括: 連接在電晶體的輸出部和所述晶`體管的後級處的負載之間的主線路部，以及其中所述相位調整電路部和所述另一相位調整電路部分別與所述主線路部的多個連接點相連。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的高效率功率放大器，其中當從電晶體的輸出等效電流源觀看輸出功率處理電路部的後級側時的阻抗與基波功率分量共軛匹配，並且是針對經受無功功率控制的所述至少一個諧波功率分量的純電抗。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的高效率功率放大器，其中當從電晶體的輸出等效電流源觀看輸出功率處理電路部的後級側時的阻抗是針對經受無功功率控制的所述至少一個諧波功率分量的純電抗，並且與等於DC電源功率的有效功率分量相對應的功率因子被設置為基波功率分量。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的高效率功率放大器，其中經受無功功率控制的所述多個諧波功率分量包括: 二次諧波功率分量，具有基本角頻率的2倍的角頻率； 三次諧波功率分量，具有基本角頻率的3倍的角頻率；以及 四次諧波功率分量，具有基本角頻率的4倍的角頻率。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的高效率功率放大器，其中所述輸出諧波處理電路部包括: 開路短截線，當將基波功率分量轉換為實質電氣長度時連接在與電晶體的輸出部相距四分之一波的位置處，並且形成為將所述多個諧波功率分量中的所述至少一個諧波功率分量中的電壓和電流之一的幅度設置為零電平。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的高效率功率放大器，其中所述輸出諧波處理電路部包括: 分布式恆定電路部，配置為執行對於所述至少一個諧波的無功功率控制。
9.根據權利要求8所述的高效率功率放大器，其中所述分布式恆定電路部包括開路短截線，所述開路短截線具有經受無功功率控制的所述至少一個諧波功率分量的I / 4波長的電氣長度。
10.根據權利要求8所述的高效率功率放大器，其中所述分布式恆定電路部包括多個開路短截線，每一個開路短截線具有經受無功功率控制的所述多個諧波功率分量之一的I / 4波長的電氣長度，以及 其中所述多個開路短截線的每一個的一端均與所述輸出諧波處理電路部的公共連接點相連。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的高效率功率放大器，還包括: 輸入功率處理電路部，與電晶體的前級相連， 其中所述輸入功率處理電路部包括: 輸入匹配電路部，配置為執行基波功率的阻抗匹配；以及 輸入諧波處理電路部，配置為對於多個諧波功率中的至少一個執行無功功率控制。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的高效率功率放大器，其中所述電晶體包括氮化鎵GaN高電子遷移率電晶體HEMT。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的高效率功率放大器，其中所述輸出諧波處理電路部包括集總恆定電路部，配置為對於所述多個諧波功率中的所述至少一個執行無功功率控制。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的輸出諧波處理電路部。
【文檔編號】H03F1/02GK103765765SQ201280041707
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月29日 優先權日:2011年8月29日
【發明者】神山仁宏, 石川亮, 本城和彥 申請人:國立大學法人電氣通信大學