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TechnicalFeature 技术特写

基于新型串联连续模式的

宽带高效功率放大器的设计

Design of Broadband High-efficiency Power Amplifiers Based on Series
Continuous Modes

Qirong Li、Songbai He、Zhijiang Dai和Weimin Shi
电子科技大学，成都

本文讨论了一种新型的用于设计宽带高效功率放大器的连续模式串联方法，并基于此
方法设计出了宽带功率放大器。提出了一种构造漏极电压和电流波形的新的理论方程。相
比于传统的连续模式串联，本文提出的方法得益于其宽带匹配网络的设计，可以获得更大
的设计空间。为了验证这一理论，作者基于这种新的理论设计出一种高效的功率放大器。
实验结果证明了所设计的功率放大器可以实现预期功能，实验得到的基波和谐波阻抗也和
理论分析完全吻合。所设计的功率放大器可以在2.3-3.8GHz范围内提供10.9-19.5W的饱和
输出电流以及69.5%-77.9%的漏极效率。该功率放大器的增益可达9.8-12.3dB，输出功率为
40.4-42.9dBm。

设 计者一直在寻求高效宽带的功率放大器的 由公式1给出。为了维持正电压，经验参数γ在-1
到1的范围内。理想的归一化半整流漏极电流波
设计方法。谐波调制的功率放大器模式，
如J类和F类功率放大器，是获得高效率的最优 形在公式2中给出。
1
选择。 尽管这些功率放大器模式的工作效率可
达78.5%以上，但是由于其对精准谐波终端的需

求，始终受限于过窄的频带。为了拓宽它们的工 （1）
作频带并简化匹配网络设计，一系列高级的功率
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2
放大器模式，如B类、连续J类 以及连续F类 功 （2）
率放大器被提出来。由于复合阻抗在所需频带上
动态分布，这些扩展的谐波调制功率放大器模式
可实现所需的效率和输出功率。基于这些模式， 在传输最大能量时，且最优阻抗可以在史
有很多方法可以获得较宽的工作频带。 4-6 密斯圆图上变化的情况下，漏极效率可以保持
然而，这些连续功率放大器模式只是简 在90.7%，但是具有恒定的实部。
单的扩展了最优阻抗解决方案的电抗部分；因 SCM回顾
此，最优阻抗只能改变史密斯圆图上的恒定电 通过结合连续B/J类模式、连续F类模式和其
阻圆。就像连续F类模式一样，纯电抗的二次谐 他连续模式，归一化的电压方程通过B类偏置条
波阻抗仍然是需要的。 件在公式3中给出，其具有和公式2一样的理想
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Chen等人 在2014年提出了串联连续模式 的归一化半整流漏极电流波形。
（SCM）的概念。通过结合连续模式，所提出
的新的模式提供了实现高效宽带功率放大器的 （3）
可能。最优基波阻抗的实部（Z (1f, re) ）可以从1变 为了保持Vds为正，α和β之间的关系如公
化到1.154，从而提供了更大的设计自由度。 式4所示。
在本文中，通过构造电压和电流波形，
一种基于连续F类模式和SCM的新的理论方
程被提出。相比于SCM，新型串联连续模式 （4）
（NSCM）的实部可以在更宽的范围内变化，显
著减小了宽带阻抗匹配网络设计中的困难。 漏极效率的理论值在78.5%（连续B/J类模
式）到90.7%（连续F类模式）之间变化。归一
新型串联连续模式 化基波最优阻抗的实部在
连续F类模式回顾
在连续F类模式中，所需要的漏极电压波形 1到1.154（ ）之间变化，

38 Microwave Journal China 微波杂志 May/Jun 2018