大神教你高效率F类射频功率放大器的研究与设计

大神教你高效率F类射频功率放大器的研究与设计

1、引言射频功率放大器广泛应用于各种无线通信发射设备中，随着移动通讯服务的快速增长，对低耗、高效、体积小的要求也迅速增加。众所周知，RF功放（PA）是射频传输中功率损耗最大的众多设计模块之一。当前发展的第三代通信推动了对功放的更新，PA作为通信基站的核心部分，它的效率直接影响了整个基站的效率，因此研究解决功率放大器的效率问题成为当前研究的的热点。F类放大器理论效率可以达到100%，所以F类功率放大器具有很好的研究前景。

2、理想F类放大器原理研究图1给出了功率放大器的基本结构，包含一个晶体管，直流源，输出匹配网络，输入匹配网络。直流偏置作为直流源，晶体管可以是FET或者是BJT，本文以FET为例来说明。晶体管漏极通过RF扼流圈接直流偏置电压Vd，通过输出网络匹配到50 Ohms最佳负载。

F类放大器通过在输出匹配网络用谐波振荡电路，从而在漏极负载出现对偶次谐波短路和奇次谐波开路来实现效率和输出功率的共同推进。漏极电压由奇次谐波构成，接近方形波形。而漏极电流包含基波和偶次谐波，近似一个半正弦波。因为在漏极电压和电流之间没有交叠，理想效率可以达到100%。

器件漏极100%理想漏极效率的阻抗条件是：

实现F类放大器的工作电压和电流波形信号，可使用奇次谐波来近似方波，偶次谐波来近似半正弦电流波形，表达式如下：

其中，

电压波形达到最大值和最小值的中间点的位置分别在和。最小电压时的最大平坦度要求在偶阶导数为0。由于，n为奇数时，奇阶导数等于0必须定义上式给出的电压波形的偶阶导数。

3、理论分析和设计方法理想F类功放表现为包含无限的协波，但是在设计中是不切实际