F类/逆F类功率放大器效率分析
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然而，在现实应用中对所有谐波进行控制显然不可能，一般在工程应用中，只要控制好二次和三次谐波即可。控制更多的谐波就会增加电路的复杂性，也不会对性能有明显提高。F类输出端整形电路如图3所示，逆F类输出端整形电路如图4所示，通过整形二、三次谐波阻抗分别满足F类与逆F类功率放大器的阻抗要求。采用电磁仿真软件对功率管和整形电路整体进行负载牵引设计，找出在输出端基波的最优输出阻抗值。通过后端的附加匹配网络将整体电路匹配到50Ω标准阻抗。
3 仿真结果分析
根据上述电路结构分别设计F类和逆F类功率放大器，功率管采用Cree公司的45 W GaN功率管CGH40045，其导通电阻Ron=0.3 Ω。为对两种功率放大器效率做出客观真实的比较，各方面参数应尽量保持一致，基板均采用Rogers公司的R05870，基板厚度为0.79 mm。工作偏置点选为VDS=28 V，VGS=-2.5 V，工作频率1.5 GHz。
图5和图6为F类功率放大器与逆F类功率放大器增益和输出功率随输入功率变化的曲线。图5为两者的增益图，从图中可以看出，两者的增益基本相等，线性区增益约为16.5 dBm。图6为两者的输出功率，从图中可以看出，两者的输出功率变化曲线基本吻合，最大输出功率约为55 W，在P1dB点处输出功率约为45W。
在增益和输出功率相等的前提下，进行漏极效率的比较，图7为F类功率放大器和逆F类功率放大器，工作在1.5 GHz时的漏极效率随输入功率变化的曲线。由图中曲线可以看出，逆F类功率放大器在输入40 dBm时，漏极效率达到最大值91.8%，同时F类功率放大器的漏极效率为89.3%。从图2可以看出，当Ron为0.3 Ω时，逆F类效率为96%，F类效率为93.6%。由于现实中无法实现理想的方波和半正弦波信号，因此仿真结果与计算结果有一定差异，但两种模式之间的效率差异基本相等，证实了理论计算和仿真是一致的。
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