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介紹了一種提高功率放大器（PA）頻寬的方法，該放大器採用電阻-電抗連續F類模式串聯（SCFM）的形式設計。 通過在阻抗型SCFM-PA中引入3次諧波負載，解决了基波與諧波阻抗的重疊問題，提高了頻寬。 利用這種方法，作者設計了一種工作頻率為0.5～2.3GHz的高效率功率放大器。 實驗結果表明，該功率放大器的輸出功率為10W，漏極效率在0.5~2.3GHz之間可達到59%~79%。
隨著無線通訊科技的飛速發展, 下一個-第3代無線系統 需要更寬的頻寬以實現更高的資料傳輸速率. 作為關鍵傳輸設備, PA需要在更寬的頻寬內具有更高的效率，並且能够滿足各種標準.
近年來, 許多研究探索了提高PA頻寬和效率的方法. 2009年, S. C. Cripps1建議的連續模式PA, 通過適當引入二次和3次諧波等電抗，解决了傳統開關模式PA的頻寬限制. 隨後, 連續B/J型, 連續F型和逆F型PA相繼被提出2-6 理論上, 由於史密斯圖表邊緣的諧波阻抗, 連續B的最大頻寬/J, 連續F, 反F-PA模式僅限於一個倍頻程. 因此, 這種對諧波負載的嚴格限制使得PAs難以實現多倍頻程效能. 2013年, Lu和Chen7提出了一種電阻-電抗連續模式串聯方法, 在連續模式中引入類電阻諧波阻抗，以減輕對諧波負載的嚴格限制8.-9. 使用此方法, 通過引入電阻，頻寬可以超過一個倍頻程, 二次諧波負載也有較寬的基波阻抗空間, 這進一步提高了 寬帶PA. Li等人提出了反向連續模式電阻-電抗系列PA. 9並揭示了設計 寬帶PA.
本文將擴展的數學公式用於電阻-電抗SCFM分析。 3次諧波阻抗的引入進一步擴展了設計空間，並在設計高效、多倍頻程PAs時提供了更大的自由度。
Extended resistance-reactance SCFM
The traditional resistance-reactance SCFM has a half-wave rectified sinusoidal current waveform in 這個 inherent current generator plane of the device, 那就是, ids(θ) in the following form:
The voltage waveform vds(θ) is no longer strictly limited to a square wave, and includes a set of variables that depend on the parameters α and γ:
By multiplying the current waveform of the resistance-reactance SCFM by the parameter (1+βcosθ), 在保持電壓波形不變的情况下，引入電阻的3次諧波阻抗. New current wave
In this way, 可以獲得具有電阻二次諧波和3次諧波阻抗的替代阻抗解. 將電壓除以電流, 可以計算每個諧波處的負載阻抗. 在這裡, Zn被指定為第n個諧波阻抗.
Z1的值, Z2型, Z3取決於條件0-1和-8/可以實現3-0. 圖1顯示了相對於α和β的基波和諧波阻抗變化. 隨著α和β的變化，二次諧波區域向基波區域移動, 隨著β的减小，3次諧波區域趨向於基波區域. 該特性允許我們解决多倍頻程設計中基波阻抗與諧波阻抗之間的重疊.
排水效率是α和β的函數. 相對於α和β，漏極效率和輸出功率的變化如圖2所示. α和β的變化應限於有效面積, 囙此，即使輸出功率略有下降，也可以達到可接受的漏極效率. 在本文的設計中, 條件範圍為0–206；±–0.4和-0.選擇4-206a-0以實現大於65%的排放效率.
Simulation and measurement
In order to verify the effectiveness of this method, 作者使用Wolfspeed CGH40010F GaN電晶體設計了一種工作頻率為0.5至2.3千兆赫. 它在28V和68mA靜態漏極偏置下工作. 基質介質為羅傑斯. 4350B (εr=3.66), 厚度30mil, 金屬層厚度35mm.
通過反覆運算過程 高頻 至低頻, 可實現諧波負載牽引模擬, 從而得到最佳負載阻抗. 其中, 在以下條件下獲得的阻抗 高頻 用於終止低頻諧波. 重複此過程，直到獲得最佳負載阻抗. 輸出匹配網絡採用實頻直接計算科技10設計. 圖3顯示了本設計的寬帶輸出匹配網絡. 因為輸入諧波阻抗對PA效能的影響很小11, 設計輸入匹配網絡時, 應重視基波匹配.
Tasker和Benedikt12推導了廣泛使用的CGH40010F電晶體寄生網絡的精確模型。 基於該寄生網絡模型，在I-gen和輸出匹配網絡的封裝平面上，史密斯圖中的阻抗軌跡如圖4所示。 在0.5至2.3 GHz的工作頻帶內，計算的電流平面基波阻抗保持在理論區域內或附近。
阻抗SCFM PA的最終設計如圖5所示。 在連續輸入功率為29dBm的情况下，類比和實驗結果如圖6所示。 在0.5～2.3GHz頻率範圍內，漏極效率為59%～79%，飽和輸出功率為39.4～41.6dbm。 實驗結果與模擬結果一致。
表徵PA的線性, 我們使用峰值平均功率比約為7的20MHz LTE訊號.5dB以0驅動PA.8, 1, 1.6, 和2 GHz. 如圖7所示, the 寬帶PA 在約5dB的飽和裕度功率下顯示良好的線性, where the adjacent channel leakage power ratio (ACLR) is lower than -30dBc, 平均效率為34.1至49.1%. 錶1比較了該PA與其他類似高級PA的效能 寬帶PAs.
in conclusion
The PCB設計 通過引入3次諧波阻抗，擴展了阻抗SCFM的空間. 使用此方法, 有效解決了基波阻抗與諧波阻抗之間的重疊問題. 本文使用這種方法來設計, 構建並測試寬帶高效PA. 實驗結果與模擬結果的一致性驗證了該方法在多倍頻程設計中的有效性, 高效PA. 由20MHz LTE訊號驅動, 當輸出功率約為35dBm時，該功率放大器的ACLR低於30dBc, 平均排水效率大於34%.
