基于连续 F 类宽带高效率功率放大器设计

功率放大器是无线通信系统中的核心部件，它负责将信号放大到足够的电平以驱动天线进行有效的信号传输。随着无线通信技术的快速发展，现代无线发射机不仅要支持多通信标准，还需适应不同的工作模式，这对功率放大器的设计提出了更高的要求。功放的宽带和高效率特性成为未来无线通信技术发展的关键。 F类功率放大器作为一种高效率放大器，在功率放大器的设计领域具有重要地位。传统F类功率放大器通过优化负载阻抗，以减少在功率放大器上的损耗，从而提升效率。然而，由于它对基波和谐波阻抗的要求非常严格，这限制了其在宽带应用方面的能力。为了解决这一问题，Steve C. Cripps团队在2009年提出了连续型F类的概念，通过放宽对基波和谐波阻抗的严格要求，成功地扩展了F类功放的带宽。随后，Z. Lu等人通过引入电阻性谐波阻抗，进一步扩展了连续型F类功放的设计空间。Q. Li等人将此方法应用于逆F类功放，并成功实现了一款宽带高效率功率放大器。 本文在连续型F类功率放大器的基础上，引入了电阻性的二次谐波和三次谐波阻抗，消除了对三次谐波阻抗的严格要求，进一步拓展了放大器的设计空间。通过结合负载牵引技术，成功实现了一款频率范围在0.5-2.0GHz内的宽带高效率功率放大器。这款放大器在0.5-2.0GHz频段内的饱和输出功率在39.8-41.4dBm之间，饱和漏极效率在59%-79%之间。 连续F类功率放大器设计的关键在于如何平衡效率与带宽之间的关系。本文提出的新模型通过引入修正因子来调整电压和电流波形，以达到在较宽的频率范围内保持高效率的目的。在实现宽带高效率放大器的过程中，仿真和测试是不可或缺的环节。测试结果表明，新设计的功率放大器在预期的频带内，输出功率、增益以及漏极效率等关键性能指标均达到设计要求，并与仿真结果较为吻合。尽管在中间频带的漏极效率出现了一定程度的恶化，但这一现象在先前的研究中已经被预测到了。 未来的研究可能集中在如何进一步优化放大器的性能，尤其是在中频带的效率问题上。同时，可能还会探索不同的材料和制造工艺，以实现更高的功率密度和更低的功耗，从而提升整体无线通信系统的能效。此外，为了适应不断演进的无线通信标准，设计将需要兼容更多不同的频段，包括毫米波频段，这也是功率放大器未来设计的一个挑战。 本文提出的新型修正型连续F类工作模式，在宽带和高效率功率放大器的设计方面取得了显著的进展，为未来无线通信系统的发展提供了一种高效的功率放大器设计方案。