1 导言
射频功率放大器广泛应用于各种无线通讯发射设备中，跟着移动通讯服务的快速增长，对低耗、高效、体积小的要求也敏捷添加。众所周知，RF功放（PA）是射频传输中功率损耗最大的许多规划模块之一。当时开展的第三代通讯推动了对功放的更新，PA作为通讯基站的中心部分，它的功率直接影响了整个基站的功率，因而研讨处理功率放大器的功率问题成为当时研讨的的热门。F类放大器理论功率能够到达100%，所以F类功率放大器具有很好的研讨远景。
2 抱负F类放大器原理研讨
图1给出了功率放大器的根本结构，包括一个晶体管，直流源，输出匹配网络，输入匹配网络。直流偏置作为直流源，晶体管能够是FET或者是BJT，本文以FET为例来阐明。晶体管漏极经过RF扼流圈接直流偏置电压Vd，经过输出网络匹配到50 Ohms最佳负载。
图1 功率放大器根本结构
F类放大器经过在输出匹配网络用谐波振动电路，从而在漏极负载呈现对偶次谐波短路和奇次谐波开路来完成功率和输出功率的一起推动。漏极电压由奇次谐波构成，挨近方形波形。而漏极电流包括基波和偶次谐波，近似一个半正弦波。因为在漏极电压和电流之间没有交叠，抱负功率能够到达100%。
器材漏极100%抱负漏极功率的阻抗条件是：
完成F类放大器的作业电压和电流波形信号，可运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：
其间，
电压波形到达最大值和最小值的中心点的方位分别在
和
。最小电压时的最大平整度要求在
偶阶导数为0。因为
，
为奇数时，奇阶导数等于0有必要界说上式给出的电压波形的偶阶导数。
3 理论剖析和规划办法
抱负F类功放表现为包括无限的协波，但是在规划中是不切实践的。例如：漏级源电容Cds 将发生许多的高次谐波在微波频率短路。相同，漏级输出的寄生电容和电感使得简直不或许生成偶次谐波短路和奇次谐波开路。一般，许多谐波进入输出网路需求完成在每个谐波频率的阻抗，这将发生一个很杂乱的电路和更多的输出损耗，因而会使功率下降。由此，在许多规划中只考虑少数的谐波，如2，3次谐波。他们对输出能量和功率有很大的作用。
Raab 研讨了输出功率功能和功率在有限谐波情况下的作用。这有助于规划师在设计时归纳考虑输出网路的杂乱程度和功率。表1 给出了不同谐波的最大功率，如咱们看到的那样，A类功放的最大功率为50%，当只要基波频率时电流和电压m、n均为1，最大功率从50%向上添加到70.7，81.7，86.6，90.5依次为 2，3，4，5次谐波。mn 表明漏极电流和电压的最大谐波次数。
表1. F类功率放大器的最大功率
在只考虑2次和3次谐波的情况下，（3次谐波峰化），最大功率能够到达81.7%，包括3次谐波峰化输出网络电路如图2a所示，在3f0用并联的谐振器加在漏极输出，供给2f0 短路和3f0开路，别的一个并联谐振器与负载阻抗并联，用来确保在f0 有最佳的负载，RL是最佳的漏级负载。
（2a） 3次谐波输出网络
（2b）
图2 谐波输出网络
图2b中给出了别的两个或许的并联谐振器电路和衔接谐振器电路结构元件的初始值。别的还给了一个等效的微带阻抗-峰化电路和他的初始原理值。能供给关于一切的偶次谐波短路和对3次谐波开路。但是，实践的F类PA的规划要杂乱的多，因为有寄生电抗，非线性漏级电流Ids和非线性的Cgs，Cds图3 中给的方程能够供给一个很好的F类放大器规划的起点。
4 规划实例
本文在规划F类放大器时，对输出谐波调谐，当输入网络在栅极输入供给共轭匹配时输出网络供给了偶次谐波短路和奇次谐波开路，输出匹配网络使在漏级输出端取得基波的最佳负载。图2b中的等效的微带阻抗—峰化电路，三段电长度中只要第二段需求根据晶体管的寄生参数来额定批改，其他都可根据基板参数和频率计算出实践微带线的尺度。
规划选用Cree公司的GaN HEMT，基频1.25GHz，带宽为100MHz，输入功率28dBm， 基板资料Er=3.38，板厚0.4mm，输入网络是同频率B类作业形式下规划的，栅极电压VGS =-2.5V，漏极电压VDS=28V。ADS仿真成果最大PAE为84%，完成电路及测验架如图3所示。
图3 测验电路什物及测验架图
开始实验丈量成果最大功率附加功率65.5%，经过进一步调理电路以及输入输出端电容得到PAE为70.32%。略低于仿真成果，但现已取得了较高的功率，功率偏低的原因有许多种，丈量器材的改善以及对电路的再次调整或许会进一步有用的进步电路的功率。
本规划终究在中心频率1.25GHz实践丈量所得成果如图4所示。与现在国内外高功率放大器比较，在确保输出功率的基础上完成了较高的功率，在F类放大器完成电路上取得了较好的成功。
图4 相对输入功率的输出功率和PAE
6 结束语
本文对F类功率放大器的理论进行了研讨，剖析了其电路作业原理和实验规划办法。并经过一种新式F类放大器的规划和实验证明了完成高功率，高功率作业的或许。实践测验中在没有进行调理的情况下现已到达65.5%的功率附加功率，因为在调理的进程中影响功率的要素没有精确的根据，故而调理进程难度较大，终究完成了PAE大于70%，输出功率到达10W。
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