本发明属于单片式微波集成电路领域，特别涉及一种基于新型可调有源谐波抑制电路的微波功率放大系统。
背景技术：
1、微波功率放大器可在微波频段将小功率输入信号放大后输出，实现功率放大的功能，作为微波功率放大器核心元件的晶体管具有本征非线性特性，会产生谐波信号，尤以二次谐波和三次谐波功率最大。假设输入信号为振幅为a、角频率为w的正弦信号x(t)：
2、x(t)＝a cos(wt) (1)
3、该信号频率f为：
4、
5、重点考虑影响最大的二次谐波和三次谐波，则因非线性导致的输出信号为y(t)：
6、
7、其中α1、α2、α3分别考虑非线性影响后输出信号傅里叶展开的各项系数。经过三角函数变换后，cos(wt)、cos(2wt)、cos(3wt)分别代表基波、二次谐波和三次谐波分量，前面的系数即代表各分量的幅度大小。从公式(3)可以看出，二次谐波分量和三次谐波分量的振幅随输入信号振幅的增加分别呈平方和立方关系快速上升。当输入信号振幅a足够大时，二次谐波分量和三次谐波分量将不可忽略，对输出信号产生极大影响。
8、对于低噪声放大器等小信号器件而言，晶体管工作在线性区，非线性特性弱，产生的谐波信号功率小，基本不会影响放大器所在链路的整体频谱特性。但在功率放大器应用中，要求放大器尽可能输出最大功率，晶体管工作在深饱和区，会激发强烈的非线性。在频谱上表现为谐波信号功率极大，并且将明显提高输出信号噪底，进而可能淹没其他有效小信号。
9、在功率放大器输入端，输入信号往往并不纯净，存在各种杂散信号，而其中最大的就是基波的谐波信号，这些谐波信号来自系统前级链路的非线性。因此在频率响应方面，要求放大器在有效工作频段内具有最大增益，而在工作频段外尽量抑制放大特性，尤其是谐波频率处。
10、因此实际系统应用中，通常采用在功率放大器输出端级联低通滤波器的方法，选通基波信号、净化频谱，链路框图如图1所示，输入信号rfin经功率放大器后放大为rfout输出，以晶体管为核心的功率放大器通过输入匹配网络和输出匹配网络，分别实现良好的输入匹配和输出匹配，栅极馈电vgg和漏极馈电vdd同步经输入匹配网络和输出匹配网络施加在晶体管栅极和漏极。低通滤波器级联于功率放大器输出端，滤除谐波信号后输出rfout_lpf。由于滤波器固有的损耗，输出端级联滤波器后，会降低链路整体的输出功率、增益和效率；并且滤波器一旦选定，其滤波特性就随之确定，无法针对动态变化的输出信号频率动态调节最佳谐波信号的滤波特性；而滤波器的引入也增加了系统体积，不利于系统小型化。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于新型可调有源谐波抑制电路的微波功率放大系统，系统包括新型可调有源谐波抑制电路、微波晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络。其中，微波晶体管是实现功率放大功能的核心有源器件，将栅极输入信号的小电压波动转换为漏极输出信号的大电流波动，进而在输出负载上转换为大电压波动，实现核心的功率放大功能；输入匹配网络介于系统输入端口和微波晶体管栅极输入端口之间，保证基波信号的最佳输入功率阻抗匹配；输出匹配网络介于微波晶体管漏极输出端口和系统输出端口之间，保证基波信号的最佳输出功率阻抗匹配；新型可调有源谐波抑制电路与输出匹配网络并联，在控制电压作用下改变谐波阻抗匹配特性，抑制谐波输出功率，同时调制带外频率响应，动态改变谐波频率增益，实现系统输出信号谐波特性的动态调制。
2、所述新型可调有源谐波抑制电路包括两个微波晶体管m1和m2、一个肖特基二极管sbd、两个电感l1和l2、一个电容c、一个偏置电阻rb，以及两个与微波晶体管栅极连接的扼流电感choke1_ctrl和choke2_ctrl；
3、第一个微波晶体管m1的漏极与第一个电感l1的一端连接，它们共同连接于输出匹配网络，第一个微波晶体管m1的源极与第一个电感l1的另一端连接，第一个微波晶体管m1的栅极与第一个扼流电感choke1_ctrl的一端连接，第一个扼流电感choke1_ctrl的另一端与第一个电压控制端口vctrl_1连接；
4、肖特基二极管sbd的阴极与第一个微波晶体管m1的源极连接，肖特基二极管sbd的阳极与第二个微波晶体管m2的漏极连接，第二个微波晶体管m2的漏极与偏置电阻rb的一端连接，第二个微波晶体管m2的源极与偏置电阻rb的另一端连接；
5、电容c的一端与第二个电感l2的一端连接，电容c的另一端与肖特基二极管sbd的阴极连接，第二个电感l2的另一端与第二个微波晶体管m2的源极连接并接地；
6、第二个微波晶体管m2的栅极与第二个扼流电感choke2_ctrl的一端连接，第二个扼流电感choke2_ctrl的另一端与第二个电压控制端口vctrl_2连接；
7、通过调节vctrl_1和vctrl_2的电压改变可调有源谐波抑制电路中有源晶体管和二极管的频率响应特性，进而动态调节微波功率放大系统的谐波抑制特性和带外频率响应特性。
8、该放大系统利用晶体管本征非线性寄生电容随工作点和输入信号改变的特性，与合适的无源结构组合实现对二次谐波阻抗和三次谐波阻抗的动态匹配，抑制二次谐波和三次谐波输出功率；同时调制带外频率响应，动态改变谐波频率增益。新型可调有源谐波抑制电路作为并联枝节集成在功率放大器的输出匹配网络中，同时参与基波匹配，避免级联额外滤波器，减小了损耗，节省了面积。
9、本发明的有益技术效果为：
10、(1)本发明电路中的二极管和微波晶体管具有随工作点和输入信号改变而动态改变的本征非线性寄生电容，这些电容的大小随频率和输入功率的变化而变化，微波晶体管m1的源漏寄生电容与电感l1呈并联关系，构成一个可变谐振单元，提供一个极点；肖特基二极管sbd的反偏寄生电容受微波晶体管m2的调制变化，与电容c2和电感l2并联构成一个可变谐振单元，提供一个极点。选择合适的组合方式可在特定频率范围内进行调谐，增加可调有源谐波抑制电路数量可对多个谐波频率进行调谐，改变其阻抗匹配特性；
11、(2)本发明电路中的二极管工作在反向偏置状态，晶体管工作在截止区和线性电阻区之间，工作电流极小，不增加功率放大器额外功耗；
12、(3)本发明电路采用二极管和微波晶体管等有源器件，取代传统无源电容，有源器件图形精度和半导体外延精度远优于表面无源工艺精度，因此可避免传统电容结构带来的误差，提高电路性能稳定性和一致性；
13、(4)本发明电路同时参与基波输出阻抗匹配，实现基波信号的功率匹配，可提高输出功率；
14、(5)本发明电路集成在功率放大器的输出匹配网络中，避免级联额外滤波器，减小了损耗，节省了面积。
1.一种基于新型可调有源谐波抑制电路的微波功率放大系统，其特征在于，系统包括新型可调有源谐波抑制电路、微波晶体管、输入匹配网络和输出匹配网络，微波晶体管将栅极输入信号的小电压波动转换为漏极输出信号的大电流波动，进而在输出负载上转换为大电压波动，实现核心的功率放大功能，输入匹配网络介于系统输入端口和微波晶体管栅极输入端口之间，保证基波信号的最佳输入功率阻抗匹配，输出匹配网络介于微波晶体管漏极输出端口和系统输出端口之间，保证基波信号的最佳输出功率阻抗匹配，新型可调有源谐波抑制电路与输出匹配网络并联，在控制电压作用下改变谐波阻抗匹配特性，抑制谐波输出功率，同时调制带外频率响应，动态改变谐波频率增益，实现系统输出信号谐波特性的动态调制。
2.根据权利要求1所述的微波功率放大系统，其特征在于，所述新型可调有源谐波抑制电路包括两个微波晶体管m1和m2、一个肖特基二极管sbd、两个电感l1和l2、一个电容c、一个偏置电阻rb，以及两个与微波晶体管栅极连接的扼流电感choke1_ctrl和choke2_ctrl；
3.根据权利要求2所述的微波功率放大系统，其特征在于，微波晶体管m1与电感l1并联，由于l1的直流短路作用，m1的源漏电压差为零，工作于可变电阻区，且不消耗工作电流，微波晶体管m1在不同栅极电压vctrl_1的作用下，呈现不同的源漏寄生电容，该寄生电容与l1组成可调并联谐振单元。
4.根据权利要求2所述的微波功率放大系统，其特征在于，肖特基二极管sbd的反偏寄生电容受微波晶体管m2的调制变化，与电容c2和电感l2并联构成一个可变谐振单元，肖特基二极管sbd工作于反向偏置状态，不消耗工作电流，偏置电阻rb为肖特基二极管sbd提供参考偏置电压，当rb阻值足够大时，sbd消耗的工作电流就极低。
5.根据权利要求2所述的微波功率放大系统，其特征在于，微波晶体管m2在不同栅极电压vctrl_2的作用下，呈现不同的开启程度，动态改变肖特基二极管sbd的阳极电压，进而调制肖特基二极管sbd的反向结电容，实现电容的动态调节。
6.根据权利要求2所述的微波功率放大系统，其特征在于，电容c与电感l2组成串联谐振单元，为谐波抑制提供基本参考频点。
