摘要：这篇文章提出了一种基于简易实频技术(SRFT)的谐波控制功率放大器设计方法。为了验证这种设计方法，利用它研制出一款工作在1.7GHz~3.0GHz的紧凑型宽带功率放大器。在所设计的1.7GHz~3.0GHz频段内，功率放大器具有42.8dBm的最大输出功率和55%~70%的输出效率。此外，在100MHz带宽的LTE-Advanced信号激励下，对功率放大器利用数字预失真进行线性化处理。改善之后的功率放大器在输出功率33dBm，1.95GHz，2.15GHz，2.55GHz三个频段测得的输出ACLR分别为-47.0/-48.5 dBc, -47.0/-47.7 dBc和 -47.6-46.4 dBc。 

宽带功率放大器作为通信系统中的重要组件，必须覆盖非常宽的频带并且要求自身失真特性很小才能适应复杂的信号调制技术。常用的宽带功率放大器设计方法如J类、连续F类、E类等^1-5，它们主要采用磁耦合网络，多级阶梯电路以及多节阻抗传输线(SRFT)等结构来实现宽带匹配。然而，前两种设计方法只能实现实数到实数的阻抗匹配，对于功率放大器所需的复数输出阻抗匹配还需要大量的调试。而另一方面，SRFT方法则能够实现实数到复数阻抗的匹配，无需调试，对于实际设计而言更加方便。

在功率放大器的高效率设计中，谐波控制是一种非常有效的措施。^6-8传统的SRFT方法在基波范围内综合出宽带传输网络来满足宽带要求。这种设计方法大大简化了宽带功率放大器的设计，但是它却并不包含谐波阻抗的有效控制。

这里对SRFT方法进行改进，将50Ω负载到复数输出阻抗的匹配过程和谐波控制相结合。在改进过程中，将截止频率参数从单值设定变为频率范围内的样点扫描，在SRFT综合过程中对谐波阻抗进行匹配。从算法可以直接得到匹配网络物理尺寸，用于功率放大器设计而不需要像其他算法还要进一步优化到复数阻抗匹配。对于功率放大器的输入阻抗，由于它的实部较小，虚部较大，电路Q值太高而无法采用常用的宽带匹配策略，故这里使用具有开路和短路枝节的谐振网络来展宽输入匹配电路带宽。

利用Cree公司生产的10W GaN HEMT器件CGH40010，研制出一款工作在1.7GHz~3.0GHz的紧凑型宽带功率放大器设计，电路尺寸为50mm×60mm，并对它进行加工和测试。实验结果表明，仿真和测试结果非常吻合，验证了所提出的改进型SRFT算法的有效性。

设计和加工

使用Cree公式提供的CGH40010器件的大信号模型，在ADS软件中采用负载牵引得到功率放大器的在1.7~3.0GHz的基波输出阻抗和3.4~9GHz的谐波阻抗。^6-8这些仿真得到的功率放大器输出阻抗将会被带入SRFT算法中，计算匹配网络的传输功率增益函数(TPG)。在综合过程中，限定输出匹配网络的拓扑结构为五段传输微带线结构以实现低通特性。对输出网络进行初始化，将网络的TPG目标函数设为0.95。截止频率的扫描范围设为0.6GHz ~ 6.6GHz，然后对电路参数进行优化以得到最佳解。在对截止频率参数进行扫描的同时，利用谐波阻抗计算匹配网络的在谐波频率处的TPG传输函数值，并将二次谐波和三次谐波的值相加取平均值，对不同截止频率下得到的输出匹配网络的谐波阻抗TPG传输函数值进行检测和比较，从而确保匹配网络能够在谐波频率处实现功率放大器所需要的谐波阻抗。最后，根据最佳的谐波阻抗匹配情况，我们选取截止频率为5.85GHz作为设计参数。

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