一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法

本发明涉及信息工程，具体为一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法。

背景技术：

1、在射频功放设计中，为了实现高效率的功率输出和性能，需要进行阻抗匹配。传统的阻抗匹配网络通常是固定的，无法适应不同频带和工作模式的要求。因此，可重构宽带阻抗变换网络技术应运而生。

2、现有技术中，传统的阻抗匹配网络在不同频带和工作模式下无法灵活地实现阻抗匹配和性能指标的补偿。这导致在脉冲工作模式下，输出功率要求较高，但最优输出阻抗较小；而在连续波工作模式下，输出功率较低，但最优输出阻抗较大。传统技术无法同时满足这两种工作模式的要求。

3、为了解决上述问题，我们提出了一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，包括以下步骤：

3、s1、构建可重构的宽带阻抗变换网络；

4、分别设计1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)的切比雪夫阻抗变换网络结构；

5、s2、进行可重构的宽带阻抗变换网络的性能分析；

6、s3、进行高效阻抗匹配的电路设计；

7、分别设计低功率的连续波工作模式下的1.5个倍频程(6-18ghz)线性功放链路和高功率的脉冲工作模式下的60％相对带宽(7-13ghz)功放链路；

8、s4、进行两种工作模式的性能分析；

9、s5、基于开关切换两种工作模式。

10、进一步优化本技术方案，所述步骤s1中，设计1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)的切比雪夫阻抗变换网络结构，选用6阶切比雪夫阻抗变换网络，根据相对带宽和阻抗变换比来确定所设计网络的带内损耗。

11、进一步优化本技术方案，所述步骤s1中，设计1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)的切比雪夫阻抗变换网络结构时，包括以下具体流程：

12、选择阻抗变换比r为4，6ghz-18ghz相对带宽为100％的应用场合，得到前三个归一化元件值为：

13、g1＝1.064040

14、g2＝0.727560

15、g3＝2.22007 (1)

16、由于切比雪夫阻抗变换网络的非对称性，另一半元件的值根据下式即可得到：

17、g4＝g3/r

18、g5＝g5·r

19、g6＝g1/r

20、g7＝r (2)

21、根据原型值去归一化，即可得到1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)两个频段的切比雪夫阻抗变换网络。

22、进一步优化本技术方案，所述步骤s2中，性能分析包括以下内容：

23、优先保证1.5个倍频程(6-18ghz)宽带性能，保持串联电感不变，并将其转换为微带线；

24、将60％相对带宽(7-13ghz)频段网络中的并联电容用并联电容加开关电容的形式实现，通过开关切换，用于实现宽带阻抗变换网络的可重构性；

25、同时，可重构宽带阻抗变换网络在1.5个倍频程(6-18ghz)频带内拥有良好的射频性能，而在60％相对带宽(7-13ghz)频带内，由于电感值失配的原因，带内文波性能变差，但仍在接受范围内，通过高效率阻抗匹配网络进行补偿。

26、进一步优化本技术方案，所述步骤s3中，两种工作模式下的共用链路为线性模式功放以及可重构的宽带阻抗变换网络，两种工作模式功放共用可重构阻抗变换网络；

27、r1、z2、z3、z4、z5分别是各个端口面的优化阻抗，更具分析，它们实部的大小关系为re{z4}＞r1＞re{z3}＞re{z2}。

28、进一步优化本技术方案，所述步骤s4中，两种工作模式的性能分析包括以下内容：

29、基于脉冲工作模式功放的输出功率水平要求较高，需要多个栅宽较大的hemt器件单元并联才能满足输出功率要求，这就导致其最优输出阻抗z2很小；而连续波工作模式功放的输出功率水平较低，其最优输出阻抗z4远远大于脉冲模式功放的最优输出阻抗；

30、同时，脉冲工作模式功放需要两级结构实现功率和增益要求，其输入阻抗z3将远大于其末级的输出阻抗z2，但仍然远小于连续模式功放的输出阻抗z4；

31、采用可重构宽带切比雪夫阻抗变换网络技术，分别在60％相对带宽(7-13ghz)和1.5个倍频程(6-18ghz)的两个频带内，将标准50ω负载匹配至一个介于re{z3}和re{z4}之间的实阻抗r1。

32、进一步优化本技术方案，所述步骤s5中，当开关切换到脉冲工作模式时，通过控制可重构宽带阻抗变换网络中的开关导通，将标准50ω负载匹配至实阻抗r1，再通过高效率输出匹配网络技术，将阻抗r1在60％相对带宽(7-13ghz)频带内匹配至最优输出阻抗z2，实现高效率功率输出；

33、同时，采用宽带级间匹配网络技术，将脉冲模式功放的输入阻抗z3匹配至z4，在60％相对带宽(7-13ghz)频带内实现高效率性能。

34、进一步优化本技术方案，所述步骤s5中，当开关切换到连续波工作模式时，可重构宽带阻抗变换网络将标准50ω匹配至实阻r1，再通过一个宽带匹配网络将阻抗r1在1.5个倍频程(6-18ghz)频带内匹配至连续波模式功放所需的输出阻抗z4；

35、同时补偿两级开关引起的阻抗失配，用于实现功放在连续波工作模式下的性能指标。

36、与现有技术相比，本发明提供了一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，具备以下有益效果：

37、该宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，通过采用可重构切比雪夫阻抗变换网络和高效率阻抗匹配网络，能够在不同频带和工作模式下实现高效率的功率输出和性能；通过开关切换和匹配网络技术，可以实现不同工作模式下的阻抗匹配和性能指标的补偿。这种技术的应用优势在于能够灵活适应不同频带和工作模式的要求，提高功放的整体性能和效率。

技术特征：

1.一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s1中，设计1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)的切比雪夫阻抗变换网络结构，选用6阶切比雪夫阻抗变换网络，根据相对带宽和阻抗变换比来确定所设计网络的带内损耗。

3.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s1中，设计1.5个倍频程(6-18ghz)和60％相对带宽(7-13ghz)的切比雪夫阻抗变换网络结构时，包括以下具体流程：

4.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s2中，性能分析包括以下内容：

5.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s3中，两种工作模式下的共用链路为线性模式功放以及可重构的宽带阻抗变换网络，两种工作模式功放共用可重构阻抗变换网络；

6.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s4中，两种工作模式的性能分析包括以下内容：

7.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s5中，当开关切换到脉冲工作模式时，通过控制可重构宽带阻抗变换网络中的开关导通，将标准50ω负载匹配至实阻抗r1，再通过高效率输出匹配网络技术，将阻抗r1在60％相对带宽(7-13ghz)频带内匹配至最优输出阻抗z2，实现高效率功率输出；

8.根据权利要求1所述的一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，其特征在于，所述步骤s5中，当开关切换到连续波工作模式时，可重构宽带阻抗变换网络将标准50ω匹配至实阻r1，再通过一个宽带匹配网络将阻抗r1在1.5个倍频程(6-18ghz)频带内匹配至连续波模式功放所需的输出阻抗z4；

技术总结本发明公开了一种宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，涉及信息工程技术领域，包括以下步骤：构建可重构的宽带阻抗变换网络；进行可重构的宽带阻抗变换网络的性能分析；进行高效阻抗匹配的电路设计；进行两种工作模式的性能分析；基于开关切换两种工作模式。该宽频高效功放阻抗匹配的设计方法，通过采用可重构切比雪夫阻抗变换网络和高效率阻抗匹配网络，能够在不同频带和工作模式下实现高效率的功率输出和性能；通过开关切换和匹配网络技术，可以实现不同工作模式下的阻抗匹配和性能指标的补偿。这种技术的应用优势在于能够灵活适应不同频带和工作模式的要求，提高功放的整体性能和效率。技术研发人员：刘敬,李向阳受保护的技术使用者：湖州职业技术学院技术研发日：技术公布日：2024/9/9