逆F類射頻功率放大器的分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u30132逆F類射頻功率放大器的分析案例 124331.1F類與逆F類射頻功率放大器原理分析 1229121.2諧振網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 6科技的發(fā)展日新月異，無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展讓人們的生活也更具有多樣性，一些先進(jìn)的通信系統(tǒng)也依賴于先進(jìn)的硬件系統(tǒng)，F(xiàn)類與逆F類射頻功率放大器結(jié)構(gòu)相較于其他功率放大器更為簡(jiǎn)單。因此慢慢進(jìn)入了人們的視野。下文將講述逆F類射頻功率放大器的原理及其設(shè)計(jì)方法ADDINNE.Ref.{6E0D811C-B3C0-402C-81DF-3A86C8165928}[11]。F類與逆F類射頻功率放大器原理分析奇次諧波短路偶次諧波開路諧波控制網(wǎng)絡(luò)奇次諧波短路偶次諧波開路諧波控制網(wǎng)絡(luò)圖4-1逆F類射頻功率放大器原理圖電壓和電流：（4-1）（4-2）基波輸出功率：（4-3）（4-4）漏極理論最大效率：（4-5）100%漏極效率的阻抗條件：（4-6）100%漏極效率的阻抗條件一般需要四分之一波長(zhǎng)傳輸線和高Q值的諧振回路實(shí)現(xiàn)。對(duì)方波電流和半正弦波電壓表達(dá)式進(jìn)行傅里葉變化，得到電流和電壓表達(dá)式ADDINNE.Ref.{A5A5A062-167B-484A-A887-DC626CDB2939}[13]：（4-7）（4-8）式中：，是基波頻率，式（4-7）中包含了電流的直流分量和各奇次諧波電流之和，式（4-8）中包含了電壓的直流分量和各偶次諧波電壓之和ADDINNE.Ref.{3A9F948D-4753-40AD-A7CA-BDEFC2C0841A}[14]對(duì)方波電流表達(dá)式，式（4-7）求微分表達(dá)式一階微分表達(dá)式：（4-9）二階微分表達(dá)式：（4-10）三階微分表達(dá)式：（4-11）四階微分表達(dá)式：（4-12）五階微分表達(dá)式：（4-13）由圖2-9理想逆F類功率放大器的波形圖可知，當(dāng)時(shí)，理想逆F類功率放大器分別獲得最大的電流值和最小的電流值，且都處于中間位置，由最平坦度波形要求可知，需要當(dāng)時(shí)偶階微分方程為0，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)保持各奇階微分方程為0。當(dāng)只考慮基波信號(hào)和三次諧波信號(hào)時(shí)得以下表達(dá)式：（4-14）（4-15）進(jìn)而得到基波分量和三次諧波分量與直流分量的表達(dá)式關(guān)系：（4-16）當(dāng)只考慮基波信號(hào)和三次諧波信號(hào)和五次諧波信號(hào)時(shí)得以下表達(dá)式：（4-17）（4-18）（4-19）進(jìn)而得到基波分量，三次諧波分量和五次諧波分量與直流分量的表達(dá)式關(guān)系：（4-20）這樣就得到了三次諧波峰化和五次諧波峰化的電流波形，可以從圖3-1中看出隨著諧波次數(shù)的增加，電流波形越來(lái)越接近于方波ADDINNE.Ref.{A57069E5-A74A-4594-A10D-77C6BC082386}[15]。圖4-2考慮諧波時(shí)的電流波形變化圖圖4-3考慮諧波時(shí)的電壓波形變化圖同理通過(guò)對(duì)電壓表達(dá)式求各階微分表達(dá)示，通過(guò)各階微分表達(dá)式分析可知當(dāng)n為偶數(shù)且時(shí)各奇階微分表達(dá)式為0，又由最平坦度的要求各偶階微分表達(dá)式也要為0，由此可通過(guò)電壓波的方程，求得只考慮基波信號(hào)和二次諧波信號(hào)時(shí)的表達(dá)式和只考慮基波信號(hào)，二次諧波信號(hào)和四次諧波信號(hào)時(shí)的表達(dá)式，進(jìn)而得到各次諧波分量和直流分量的關(guān)系式（4-21）和（4-22）。（4-21）（4-22）（4-23）通過(guò)效率的表達(dá)式（4-23）可以得到隨著電壓和電流諧波分量的增加效率也會(huì)增加。當(dāng)電流諧波的峰化最高次數(shù)達(dá)到九次，電壓的最高諧波峰化次數(shù)達(dá)到六次時(shí)最大漏極效率可達(dá)93.1%。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，必須考慮有源晶體管內(nèi)外部寄生參數(shù)的影響。因此為實(shí)現(xiàn)逆F類功率放大器高效率的要求，要使得它的奇次諧波被短路消除奇次諧波，這樣就能獲得半正弦波電壓信號(hào)，達(dá)到理想狀態(tài)下的100%效率，而實(shí)際過(guò)程中為方便我們只考慮二三次諧波。諧振網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)逆F類射頻功率放大器的時(shí)候需要進(jìn)行諧振網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，因?yàn)檩斎胄盘?hào)高頻的情況下考慮到有源晶體管的非線性，輸出的一般諧波會(huì)對(duì)功率放大器的效率有影響，需要對(duì)輸出諧波進(jìn)行調(diào)配以獲得最優(yōu)諧波振幅和各次諧波的最優(yōu)輸出阻抗以最大化漏極輸出效率ADDINNE.Ref.{5E384C3C-3503-4F70-A9C3-4CF0BDDA200C}[16]。在電路中，諧振網(wǎng)絡(luò)的作用是對(duì)輸出電壓或電流波的偶次或奇次諧波進(jìn)行短路或開路操作。理想F類功率放大器輸出端采用四分之一波長(zhǎng)微帶線進(jìn)行諧波控制，理想的逆F類射頻功率放大器輸出端可采用ＲＦ短路六分之一波長(zhǎng)微帶線與串聯(lián)微帶及二次諧波終端八分之一波長(zhǎng)開路短截線組合實(shí)現(xiàn)諧波控制。圖4-4小信號(hào)有源晶體管等效電路圖在設(shè)計(jì)射頻功率放大器的時(shí)候，需要考慮到有源晶體管寄生參數(shù)的影響，在設(shè)計(jì)諧振網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候需要把他們考慮在內(nèi)，圖4-3為有