用于双频放大器的谐波抑制型枝节匹配网络 【技术领域】
本发明涉及用于无线通信技术领域的射频放大器匹配设计。
背景技术
在无线通信的收发信机结构中，射频放大器是其中不可或缺的重要组成部分。尤其是对于蜂窝移动通信系统来说，功率放大器占据着移动通信基站的成本和耗电量的很大比例。由于多数无线通信系统通常工作在两个或两个以上的工作频率上，通常需要设计多套电路来完成射频信号的发射和接收。为有效的减小收发信机的尺寸，降低射频前端设备的成本和功耗，一些双频微波器件被设计出来。这些器件可以在两个频段内同时工作，可达到缩小体积、降低成本的目的。
目前的双频器件研究当中，无源器件居多，如功分器、耦合器等。双频无源器件的设计基础是双频匹配理论。然而，无源器件的匹配仅需要完成固定的实数阻抗之间的阻抗变换即可。对于大多数有源器件来说，待匹配的负载阻抗为复数阻抗。另外，在不同的频点处，其负载阻抗可能是不同的。因此，设计可用于随频率变化的复数负载阻抗的双频的匹配结构是实现双频有源器件的基础。
通过对现有的专利和论文搜索发现，当前的很多双频匹配技术在放大器设计方面存在着一定的不足。一种双频放大器的实现方法是采用传输支路转换装置在两套不同的匹配装置之间切换。这种方法不能实现两个频点的同时匹配和工作，且仍由两套匹配网络组成，仅节省了晶体管的尺寸和成本。其次，出现了一些采用多种分立元件双频匹配的方法。分立元件匹配网络的结构复杂，功率容量小，适用频段低，不适用于高频和大功率放大器的设计和实现。另外，还出现了基于微带线的匹配网络结构，具有三段传输线和两段短路枝节，结构复杂，尺寸较大。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种适用于无线通信的射频放大器匹配网络，使得放大器可以在两个频段上同时工作。匹配电路具有谐波抑制特性，可以抑制两个频率的谐波输出。
本发明通过以下技术方案实现：一种微带线匹配网络，包括有微带传输线TL1，微带传输线TL2，开路枝节OS。
所述的微带传输线TL1，其功能是将在两个频点处不同的负载阻抗转换为两个相互共轭的输入阻抗。即：设定ZL2为从TL2向TL1看到的输入阻抗，则TL1的设计满足ZL2|f1＝(ZL2|f2)*。
所述的微带传输线TL2，其功能是将在两个频点处相互共轭的输入阻抗ZL2转换为输入电导等于系统阻抗的倒数(1/Z0)，且输入电纳互为相反数关系。即：设定YL1为从OS向TL2看到的输入电导，BL1为从OS向TL2看到的输入电纳，则TL2的设计满足YL1|f1＝YL1|f2＝1/Z0，且BL1|f1＝-BL1|f2，其中Z0为系统阻抗，在射频系统中为50Ω。
所述的开路枝节OS，为终端开路的微带短截线，其功能是消除从OS向TL2看到的输入电纳BL1。即：设定枝节的电纳为B3，在两个不同的频率f1和f2上，OS的设计满足B3|f1＝-BL1|f1＝-B3|f2＝BL1|f2。
本发明是一种结构新颖、简单、实用的双频段射频放大器匹配网络，可提供两个频段上对放大器晶体管输入输出端口的同时匹配。其主要特点是：采用传输线和开路枝节实现，结构简单，几何尺寸小；采用开路枝节结构，可以实现谐波抑制功能；采用微带线实现，适合于大功率应用。
【附图说明】
图1是本发明用于双频放大器的谐波抑制型枝节匹配网络的原理示意图
图2是本发明用于双频放大器的谐波抑制型枝节匹配网络应用于3.45GHz/5.8GHz双频放大器实施例的电路示意图
图3是本发明用于双频放大器的谐波抑制型枝节匹配网络应用于3.45GHz/5.8GHz双频放大器实施例的频率特性图
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细地实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示，本实施例为可同时工作在3.45GHz和5.8GHz的放大器。该放大器为最大增益传送放大器。在3.45GHz频率，待匹配的输入负载反射系数为0.134∠-154.0°，输出负载反射系数为0.247∠28.3°。在5.8GHz频率，待匹配的输入负载反射系数为0.255∠-81.6°，输出负载反射系数为0.325∠-5.9°。本放大器的输入和输出匹配电路根据本发明设计，包括：介质基板，输入端口，输出端口，晶体管，偏置及稳定电路，输入匹配电路的微带线TLi1，TLi2和OSi，输出匹配电路的微带线TLo1，TLo2和OSo。
所述的介质基板相对介电常数为3.48，厚度为20mil。
所述的输入端口、输出端口为放大器的两端端口，采用标准的SMA接头，特征阻抗为50Ω。
所述的晶体管为双极性晶体管BFU725F。
所述的偏置及稳定电路由若干电容，电感，电阻组成，负责为晶体管提供直流偏置并抑制振荡。这种设计方法为本领域公知的。
所述的输入匹配电路微带线TLi1特征阻抗为69Ω，电长度为54度。通过本发明的设计方法设计。
所述的输入匹配电路微带线TLi2特征阻抗为41Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。
所述的输入匹配电路微带线OSi特征阻抗为45Ω，电长度为134度。通过本发明的设计方法设计。
所述的输入匹配电路微带线TLo1特征阻抗为77Ω，电长度为54度。通过本发明的设计方法设计。
所述的输入匹配电路微带线TLo2特征阻抗为52Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。
所述的输入匹配电路微带线OSo特征阻抗为291Ω，电长度为134度。通过本发明的设计方法设计。该枝节特征阻抗大，影响较小，因此在实现时可以忽略。