复现“Wideband Class-F1 Power Amplifier with Dual-Quad-Mode Bandpass Response” IEEE 2020 上篇
时间:2022-09-28 17:30:00
基于微带多模带的阻抗变换器(BPIT)功率放大器(PA)
1.BPIT的复现过程
1.1 双模BPIT
1.1.1 原理:论文中双模滤波器的电路结构如下:

这种结构本质上是简单的λ/2开路谐振器,在中心往下连接一条短路短截线,两边对称可以平分为两个λ/4谐振器。e是微带线的有效介电常数,c是光速。
λ 4 = V p 4 f = c 4 f ? e = l \frac{\lambda}{4}=\frac{V_p}{4f} =\frac{c}{4f\sqrt{\ \epsilon_e}}=l 4λ=4fVp=4f?ec=l 偶 模 谐 振 频 率 : f 1 = c 4 l ϵ e = c 4 ( l 1 + l 2 + l 3 ) ϵ e 偶模谐振频率:f_1= \frac{c}{4l\sqrt{\ \epsilon_e}} =\frac{c}{4(l_1+l_2+l_3)\sqrt{\ \epsilon_e}} 偶模谐振频率:f1=4l ϵec=4(l1+l2+l3) ϵec 奇 模 谐 振 频 率 : f 2 = c 4 l ϵ e = c 4 ( l 1 + l 2 ) ϵ e 奇模谐振频率:f_2= \frac{c}{4l\sqrt{\ \epsilon_e}} =\frac{c}{4(l_1+l_2)\sqrt{\ \epsilon_e}} 奇模谐振频率:f2=4l ϵec=4(l1+l2) ϵec
1.1.2 复现:接着在HFSS里建模,建模的电路结构如下图2:
Tips:
(1)在HFSS里添加端口一般用waveport,端口的矩形面高度约为介质层厚度的6倍,矩形面的宽度为微带线宽度的5倍;
(2)按照论文的结构判断此结构应该是对称的。所以在HFSS里建模BPIT应该沿x轴对称;
1.1.3 仿真结果:已知论文S参数仿真如图3,在HFSS里此结构进行S参数仿真,结果如下图4和图5:
1.2 四模BPIT
1.2.1 原理:论文里的四模滤波器的电路结构如下图6:
在上面双模滤波器的基础上,加了双L型结构。因此,在原来奇偶模的模式下又产生了两个谐振点。左边偶模方式变成偶偶和偶奇模式。右边的奇模方式变成奇奇方式和奇偶模式,如图7。奇偶模式谐振频率即为f1,偶奇模式谐振频率即为f2。在此基础上又多出了个频率f3。
又因为在本文中l2长度比较小,新添加的两个L型结构像两个耦合的λ/4谐振器,如图8所示。因为有了互感效应,所以频率f3又可以拆分成f31和f32,公式都如图9。
偶 偶 模 式 和 奇 奇 模 式 的 谐 振 频 率 : f 3 = c 4 l 1 ϵ e 偶偶模式和奇奇模式的谐振频率:f_3=\frac{c}{4l_1\sqrt{\ \epsilon_e}} 偶偶模式和奇奇模式的谐振频率:f3=4l1 ϵec f 31 = 1 2 π C ( L − L m ) f_{31}=\frac{1}{2\pi\sqrt{ \ C(L-L_m)}} f31=2π C(L−Lm)1 f 32 = 1 2 π C ( L + L m ) f_{32}=\frac{1}{2\pi\sqrt{ \ C(L+L_m)}} f32=2π C(L+Lm)1
1.2.2 复现:接着在HFSS里建模,建模的电路结构如下图10:
1.2.3 仿真结果:已知论文S参数仿真如图11,在HFSS里此结构进行S参数仿真,S12结果如下图12,S11结果如下图13。可以看到S11曲线有四个传输零点,扩展带宽。基本达到3.2-4GHz指标。而且在带宽内回波损耗小于-10dB。