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：

图1.双模BPIT论文中的电路结构 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?e​ ​c​=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 ϵe​ ​c​=4(l1​+l2​+l3​) ϵe​ ​c​ 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 ϵe​ ​c​=4(l1​+l2​) ϵe​ ​c​ 1.1.2 复现：接着在HFSS里建模，建模的电路结构如下图2：

图2.双模BPIT里的HFSS电路结构 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：

图6.四模BPIT的电路结构 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。

图7. 四模BPIT的子电路

图8. λ/4耦合谐振器

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​ ϵe​ ​c​ 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​

图9.四模BPIT公式

1.2.2 复现：接着在HFSS里建模，建模的电路结构如下图10：

图10.四模BPIT里的HFSS电路结构

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。

图11.论文里四模BPIT的S12和S11曲线

图12.复现2-12GHz双模BPIT的S12曲线

图13.复现2-12GHz双模BPIT的S11曲线