CN114598279A - 一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器 - Google Patents

一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器 Download PDF

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孔娃
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Abstract

本发明公开了一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，包括耦合器、峰值放大电路、载波放大电路、输出匹配网络和后匹配网络。输出匹配网络包括辅路非规则结构匹配网络和主路非规则结构匹配网络。非规则结构匹配网络可离散化为矩形形状的子网络，用0或1对每个子网格进行描述，对应该设计的二进制矩阵编码，来表征其电路特性。本发明以集成增强电抗的对称Doherty功率放大器为基础，基于阻抗和相位混合目标函数算法，采用了一种具有相位约束的非规则结构输出匹配网络优化方法，较现有规则结构设计，优化后的功率放大器在宽带内的效率差异得到减少；在保证9dB功率回退效率满足一定要求的情况下，相对工作带宽得到展宽。

Description

一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器。
背景技术
随着无线通信系统对传输速率要求的提高，调制信号所用调制方式越来越复杂，导致了调制信号的峰均比进一步增大至9dB以上。现有双路Doherty功率放大器的功率回退范围通常只有6dB，难以满足对更高峰均比调制信号高效率放大的需求。为了进一步提高放大器在功率回退时的效率，学术界已经研究了许多不同种类的Doherty功率放大器，例如非对称Doherty功率放大器和多级Doherty功率放大器等。
上述两种Doherty功率放大器均通过增大辅路放大器的调制电流使得主路放大器具有更大的回退阻抗，以扩展功率回退范围。但是，这些方法也增加了Doherty功率放大器设计的复杂性。
为了克服上述缺点，最近有研究开始分析辅路放大器输出阻抗的影响，以扩展Doherty功率放大器设计中的高效功率范围或带宽。通过分析发现分布在短路点附近的电抗也可用于增强主路放大器效率，从而扩展功率回退范围。但是，进一步研究发现上述功率放大器中输出匹配网络的相位色散对宽带内效率的一致性会产生较大影响。
综上所述，针对大功率回退应用，减小相位色散对Doherty功率放大器带宽的影响，提高工作带宽具有重要的工程价值和意义。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，在集成增强电抗的对称Doherty功率放大器基础上，采用阻抗和相位混合目标函数算法提出一种具有相位约束的非规则结构输出匹配网络优化方法，通过降低输出匹配网络的相位色散，解决现有大功率回退Doherty功率放大器宽带内效率差异过大的问题。
为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，包括耦合器(10)、峰值放大电路(20)、载波放大电路(30)、输出匹配网络(40)和后匹配网络(50)；
所述耦合器(10)为混合耦合器，用于将输入信号平均分为两路，分别输入主路和辅路放大电路；
所述峰值放大电路(20)包括辅路输入匹配网络(201)和峰值功放管(202)，所述输入匹配网络(201)用于实现辅路源阻抗匹配，所述峰值功放管(202)用于峰值功率放大；
所述载波放大电路(30)包括主路输入匹配网络(301)和载波功放管(302)，所述主路输入匹配网络(301)用于实现主路源阻抗匹配，所述载波功放管(302)用于载波功率放大；
所述输出匹配网络(40)包括辅路非规则结构匹配网络(401)和主路非规则结构匹配网络(402)，所述辅路非规则结构匹配网络(401)用于实现所需的集成增强电抗，从而使得阻抗提前饱和，进而扩展功率回退范围；所述主路非规则结构匹配网络(402)用于实现主路阻抗匹配；
所述后匹配网络(50)用于实现合路点与外部50欧姆负载之间的阻抗匹配；
输入信号连接所述耦合器(10)的输入端，耦合器(10)的输出端分别连接辅路输入匹配网络(201)和主路输入匹配网络(301)的输入端；
所述辅路输入匹配网络(201)的输出端连接所述峰值功放管(202)的输入端；
所述主路输入匹配网络(301)的输出端连接所述载波功放管(302)的输入端；
所述峰值功放管(202)的输出端连接所述辅路非规则结构匹配网络(401)的输入端；
所述载波功放管(302)的输出端连接所述主路非规则结构匹配网络(402)的输入端；
所述辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)的输出端通过电容串接到所述后匹配网络(50)；
所述后匹配网络(50)输出接外部负载。
进一步地，上述辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)可离散化为矩形形状的子网格，用0和1对每个子网格进行描述，对应该设计空间的二进制矩阵编码，0-1编码用于表征每个子网格空间的电路特性，1表示该网格区域为金属材质，0表示未附着金属。
进一步地，上述辅路非规则结构匹配网络(401)通过阻抗和相位混合目标函数算法优化Doherty放大器，经过迭代优化得到的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的值相符，从而实现既能扩展功率回退范围又可以增强回退效率的一致性并拓展带宽的功能。
进一步地，上述阻抗和相位混合目标函数算法来对Doherty放大器性能进行优化，包括如下步骤：
1)通过负载牵引和双阻抗匹配分析Doherty放大器辅路输出匹配网络所需的阻抗和相位；
2)确定输出匹配网络网格型离散结构参数和编码方式，并设置参数：编码长度、目标数、种群个数n，最大代数g；
3)随机生成与n个网格型离散结构对应的二进制编码；
4)设置当前代数i＝1，当前个体j＝1；
5)对于每一代种群个体输出网格型离散结构对应编码、调用HFSS仿真软件进行建模分析、读入结果、计算个体适应度、判断是否满足适应度要求、用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生新一代种群个体；
6)直至满足适应度要求，输出最佳OMN网格型离散结构。
进一步地，上述步骤5)包括如下步骤：
5.1)对于第i代第j个个体，输出网格型离散结构对应的编码；
5.2)调用HFSS仿真软件进行建模分析；
5.3)读入HFSS分析结果；
5.4)计算该个体适应度函数：计算负载阻抗ZL与目标阻抗Zopt的实部与虚部相差的绝对值，作为阻抗优化目标函数，用阻抗和相位混合优化目标函数，输出匹配网络的相位θ与所需相位θopt相差的绝对值作为相位优化目标函数，得到如下阻抗和相位混合优化目标函数：
FZ_θ(ZL,θ)＝max(|RL-Ropt|+|XL-Xopt|,|θ-θopt|)
其中，|RL-Ropt|+|XL-Xopt|为阻抗目标函数，|θ-θopt|为相位目标函数，FZ_θ(ZL,θ)为阻抗和相位混合优化目标函数，当优化后的FZ_θ值小于1时，说明优化所得的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的差值小于1，满足设计要求；
5.5)判断下一个个体编号j+1是否超过种群个数n；
5.6)判断当前种群是否满足适应度要求，满足则进入6)，不满足则判断当前代数i是否超过最大代数g，超过则进入6)；
5.7)用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生第i+1代种群个体；
5.8)种群代数变更i＝i+1，进入5.1)。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明能提高功放功率的回退范围。传统研究多致力于增大辅路放大器的调制电流来使得主路放大器具有更高的回退阻抗，以扩展功率回退范围。但与此同时，这类方法也造成了Doherty功放设计的复杂性。本发明通过设计Doherty功率放大器的辅路输出匹配网络，从而实现所需的集成增强电抗，使得阻抗提前饱和，进而增强主路放大器效率，扩展功率回退范围。
(2)本发明能提高功功率回退效率的一致性。传统功放输出匹配网络仅以阻抗为目标函数对其进行优化，忽略了输出匹配网络相位对增强电抗的影响会导致不同频率时的效率增强效果有所差异，从而降低带宽内的效率一致性。而本发明不仅考虑到了需要最佳集成增强电抗，还考虑了需要获得最佳匹配相位，基于此，本发明提出了一种同时兼顾阻抗和相位的优化算法对输出匹配网络进行优化，从而获得最佳阻抗与相位，进而实现既能扩展功率回退范围又可以提高功率回退效率的一致性的功能。
(3)本发明能提高功放设计的灵活性。由于规则匹配结构中电路尺寸的限制，所实现的负载阻抗难以覆盖预期的最佳负载阻抗所在的区域，由此会带来功率放大器功率和效率上的下降。而本发明使用的网格型离散结构可以根据实际的设计要求及电路空间确定子网格的尺寸大小，子网格剖分得越小，接近最佳输出匹配网络电路结构的可能性就越大，而这种强灵活性和大自由度是规则结构设计远不能及的。
(4)本发明能提高功放的工作带宽。在通过仿真实验验证优化后的功率放大器性能的时候发现，不仅功率放大器的功率回退范围以及其回退效率的一致性得到改善，其工作带宽也得到了显著的提升。
附图说明
图1本发明采用基于阻抗和相位混合约束匹配网络优化方法的高回退Doherty放大器的结构框图。
图2本发明优化流程图。
图3本发明实施例待优化的网格型离散结构辅路输出匹配网络结构图。
图4本发明实施例优化运行中目标函数均值随优化代数的变化趋势图。
图5本发明实施例2.2-2.5GHz频段内阻抗仿真结果及优化后的输出匹配网络图。
图6本发明实施例优化后的高功率回退Doherty功率放大器结构示意图。
图7本发明实施例Doherty功率放大器仿真结果图(2.2-2.5GHz频段)。
图8本发明实施例Doherty功率放大器仿真结果图(1.7-2.5GHz频段)。
图9本发明实施例优化前后9dB功率回退时效率对比图。
图10本发明实施例的增益和效率测试结果图。
图11本发明实施例1.7-2.5GHz频段效率和功率测试结果图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步的说明，需要指出的是，下面仅以一种优选的技术方案对本发明的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本发明的保护范围并不限于此。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
图1所示为本发明的种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，包括耦合器(10)、峰值放大电路(20)、载波放大电路(30)、输出匹配网络(40)和后匹配网络(50)；
所述耦合器(10)为混合耦合器，用于将输入信号平均分为两路，分别输入主路和辅路放大电路；
所述峰值放大电路(20)包括辅路输入匹配网络(201)和峰值功放管(202)，所述输入匹配网络(201)用于实现辅路源阻抗匹配，所述峰值功放管(202)用于峰值功率放大；
所述载波放大电路(30)包括主路输入匹配网络(301)和载波功放管(302)，所述主路输入匹配网络(301)用于实现主路源阻抗匹配，所述载波功放管(302)用于载波功率放大；
所述输出匹配网络(40)包括辅路非规则结构匹配网络(401)和主路非规则结构匹配网络(402)，所述辅路非规则结构匹配网络(401)用于实现所需的集成增强电抗，从而使得阻抗提前饱和，进而扩展功率回退范围；所述主路非规则结构匹配网络(402)用于实现主路阻抗匹配；
所述后匹配网络(50)用于实现合路点与外部50欧姆负载之间的阻抗匹配；
输入信号连接所述耦合器(10)的输入端，耦合器(10)的输出端分别连接辅路输入匹配网络(201)和主路输入匹配网络(301)的输入端；
所述辅路输入匹配网络(201)的输出端连接所述峰值功放管(202)的输入端；
所述主路输入匹配网络(301)的输出端连接所述载波功放管(302)的输入端；
所述峰值功放管(202)的输出端连接所述辅路非规则结构匹配网络(401)的输入端；
所述载波功放管(302)的输出端连接所述主路非规则结构匹配网络(402)的输入端；
所述辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)的输出端通过电容串接到所述后匹配网络(50)；
所述后匹配网络(50)输出接外部负载。在本发明优选实施例中，外部负载为50欧姆。
作为本发明的优选实施例，辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)可离散化为矩形形状的子网格，用0和1对每个子网格进行描述，对应该设计空间的二进制矩阵编码，0-1编码用于表征每个子网格空间的电路特性，1表示该网格区域为金属材质，0表示未附着金属。
作为本发明的优选实施例，辅路非规则结构匹配网络(401)通过阻抗和相位混合目标函数算法优化Doherty放大器，经过迭代优化得到的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的值相符，从而实现既能扩展功率回退范围又可以增强回退效率的一致性并拓展带宽的功能。
作为本发明的优选实施例，如图2所示，阻抗和相位混合目标函数算法来对Doherty放大器性能进行优化，包括如下步骤：
1)通过负载牵引和双阻抗匹配分析Doherty放大器辅路输出匹配网络所需的阻抗和相位；
2)确定输出匹配网络网格型离散结构参数和编码方式，并设置参数：编码长度、目标数、种群个数n，最大代数g；
3)随机生成与n个网格型离散结构对应的二进制编码；
4)设置当前代数i＝1，当前个体j＝1；
5)对于每一代种群个体输出网格型离散结构对应编码、调用HFSS仿真软件进行建模分析、读入结果、计算个体适应度、判断是否满足适应度要求、用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生新一代种群个体；
作为本发明的优选实施例，步骤5)包括如下步骤：
5.1)对于第i代第j个个体，输出网格型离散结构对应的编码；
5.2)调用HFSS仿真软件进行建模分析；
5.3)读入HFSS分析结果；
5.4)计算该个体适应度函数：计算负载阻抗ZL与目标阻抗Zopt的实部与虚部相差的绝对值，作为阻抗优化目标函数，用阻抗和相位混合优化目标函数，输出匹配网络的相位θ与所需相位θopt相差的绝对值作为相位优化目标函数，得到如下阻抗和相位混合优化目标函数：
FZ_θ(ZL,θ)＝max(|RL-Ropt|+|XL-Xopt|,|θ-θopt|)
其中，|RL-Ropt|+|XL-Xopt|为阻抗目标函数，|θ-θopt|为相位目标函数，FZ_θ(ZL,θ)为阻抗和相位混合优化目标函数，当优化后的FZ_θ值小于1时，说明优化所得的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的差值小于1，满足设计要求；
5.5)判断下一个个体编号j+1是否超过种群个数n；
5.6)判断当前种群是否满足适应度要求，满足则进入6)，不满足则判断当前代数i是否超过最大代数g，超过则进入6)；
5.7)用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生第i+1代种群个体；
5.8)种群代数变更i＝i+1，进入5.1)。
下面以一个具体实施例来进一步阐述本发明。
本实施例采用Wolfspeed CGH40010F GaN HEMT功放管对1.7-2.5GHz高功率回退Doherty功率放大器进行了加工，所用介质基板为在εr＝3.55，h＝30mil的Taconic RF35板材，采用Anaren X3C22E1-03S 3dB 90°混合耦合器作为输入功率分配器。
图3为本发明实施例网格型离散结构辅路输出匹配网络结构图。虚线所围区域是输出匹配网络的优化设计范围，采用16×12的网格型离散结构，左侧为网络输入端，与功放管的漏极相连，右侧为输出端，连接50Ω负载。匹配网络属于微带结构，介质基板采用的是Taconic RF35板材，相对介电常数εr＝3.55，厚度h＝30mil。为了满足相位关系，在辅路输出匹配网络优化区域与输出端(合路点)之间采用了特性阻抗为50Ω的传输线。上述微带匹配网络在HFSS中建模和仿真，结果输出至优化算法程序进行个体适应度评价。
图4为本发明实施例优化运行中目标函数均值随优化代数的变化趋势图。根据所提出的阻抗和相位混合的优化目标函数方法，针对设计频段2.2-2.5GHz中最低、中心和最高频率，确定辅路输出匹配网络的优化目标函数为：
FZ_θ_2.2GHz(ZL,θ)＝max(|RL-18|+|XL+7|,|θ+188|)
FZ_θ_2.35GHz(ZL,θ)＝max(|RL-16|+|XL+3|,|θ+202|)
FZ_θ_2.5GHz(ZL,θ)＝max(|RL-14|+|XL+1|,|θ+215|)
该优化中，种群大小为40个个体，优化代数为50代。三根不同的曲线分别代表三种不同频率所对应的目标函数值随着迭代次数的增加最后都趋于小于1满足优化要求。
图5为本发明实施例2.2-2.5GHz频段内阻抗仿真结果及优化后的输出匹配网络图。从图中可以看出，优化后辅路输出匹配网络在饱和状态下的负载阻抗满足负载牵引阻抗要求。优化前集成增强电抗的分布范围为(-j28至-j55Ω)，优化之后的分布范围为(-j31至-j53Ω)，与优化之前相比，辅路输出匹配网络在低功率状态时实现的集成增强电抗比优化前更为集中，有利于增强回退效率的一致性。
图6为本发明实施例优化后的高功率回退Doherty功率放大器结构示意图。由图可看出，为使宽带Doherty功率放大器频段能够覆盖所需的2.2-2.5GHz，输入匹配网络和主路输出匹配网络均采用现有设计，并且辅路输入匹配网络与主路输入匹配网络成对称结构。
图7-8为本发明实施例Doherty功率放大器仿真结果图(2.2-2.5GHz频段和1.7-2.5GHz)。由图7可见优化后的Doherty功率放大器在9dB功率回退和饱和区域的漏极效率分别在53％-58％和63％-74％。在回退时的整个带宽内效率差异为5％，比优化前降低了5％，验证了基于阻抗和相位混合优化的有效性；由图8可见采用优化方法之后，高功率回退Doherty功率放大器带宽得到了展宽。
图9为本发明实施例优化前后9dB功率回退时效率对比图。从结果可以看出，在保持回退效率高于48％的情况下，所提优化方法可以将带宽向低频扩展500MHz，有效扩展了Doherty功率放大器的工作带宽。
图10-11为本发明实例实物测试结果图。其中图10所示为效率和增益特性与输出功率的关系。结果表明，在整个工作频段内，放大器饱和输出功率大于44dBm，9dB功率回退范围内效率曲线比较平坦，具有较明显的Doherty工作特性，整体效率比较高。图11所示为1.7-2.5GHz工作频带内饱和功率、效率以及9dB功率回退时效率结果。对于饱和与9dB回退时，效率分别在51％-68％和45％-55％范围内。

Claims (5)

1.一种阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，其特征在于：包括耦合器(10)、峰值放大电路(20)、载波放大电路(30)、输出匹配网络(40)和后匹配网络(50)；
所述耦合器(10)为混合耦合器，用于将输入信号平均分为两路，分别输入主路和辅路放大电路；
所述峰值放大电路(20)包括辅路输入匹配网络(201)和峰值功放管(202)，所述输入匹配网络(201)用于实现辅路源阻抗匹配，所述峰值功放管(202)用于峰值功率放大；
所述载波放大电路(30)包括主路输入匹配网络(301)和载波功放管(302)，所述主路输入匹配网络(301)用于实现主路源阻抗匹配，所述载波功放管(302)用于载波功率放大；
所述输出匹配网络(40)包括辅路非规则结构匹配网络(401)和主路非规则结构匹配网络(402)，所述辅路非规则结构匹配网络(401)用于实现所需的集成增强电抗，从而使得阻抗提前饱和，进而扩展功率回退范围；所述主路非规则结构匹配网络(402)用于实现主路阻抗匹配；
所述后匹配网络(50)用于实现合路点与外部50欧姆负载之间的阻抗匹配；
输入信号连接所述耦合器(10)的输入端，耦合器(10)的输出端分别连接辅路输入匹配网络(201)和主路输入匹配网络(301)的输入端；
所述辅路输入匹配网络(201)的输出端连接所述峰值功放管(202)的输入端；
所述主路输入匹配网络(301)的输出端连接所述载波功放管(302)的输入端；
所述峰值功放管(202)的输出端连接所述辅路非规则结构匹配网络(401)的输入端；
所述载波功放管(302)的输出端连接所述主路非规则结构匹配网络(402)的输入端；
所述辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)的输出端通过电容串接到所述后匹配网络(50)；
所述后匹配网络(50)输出接外部负载。
2.如权利要求1所述的阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，其特征在于：所述辅路非规则结构匹配网络(401)和所述主路非规则结构匹配网络(402)可离散化为矩形形状的子网格，用0和1对每个子网格进行描述，对应该设计空间的二进制矩阵编码，0-1编码用于表征每个子网格空间的电路特性，1表示该网格区域为金属材质，0表示未附着金属。
3.如权利要求1所述的阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，其特征在于：所述辅路非规则结构匹配网络(401)通过阻抗和相位混合目标函数算法优化Doherty放大器，经过迭代优化得到的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的值相符，从而实现既能扩展功率回退范围又可以增强回退效率的一致性并拓展带宽的功能。
4.如权利要求3所述的阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，其特征在于：通过阻抗和相位混合目标函数算法来对Doherty放大器性能进行优化，包括如下步骤：
1)通过负载牵引和双阻抗匹配分析Doherty放大器辅路输出匹配网络所需的阻抗和相位；
2)确定输出匹配网络网格型离散结构参数和编码方式，并设置参数：编码长度、目标数、种群个数n，最大代数g；
3)随机生成与n个网格型离散结构对应的二进制编码；
4)设置当前代数i＝1，当前个体j＝1；
5)对于每一代种群个体输出网格型离散结构对应编码、调用HFSS仿真软件进行建模分析、读入结果、计算个体适应度、判断是否满足适应度要求、用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生新一代种群个体；
6)直至满足适应度要求，输出最佳OMN网格型离散结构。
5.如权利要求4所述的阻抗相位混合约束匹配优化的Doherty放大器，其特征在于，所述步骤5)包括如下步骤：
5.1)对于第i代第j个个体，输出网格型离散结构对应的编码；
5.2)调用HFSS仿真软件进行建模分析；
5.3)读入HFSS分析结果；
5.4)计算该个体适应度函数：计算负载阻抗ZL与目标阻抗Zopt的实部与虚部相差的绝对值，作为阻抗优化目标函数，用阻抗和相位混合优化目标函数，输出匹配网络的相位θ与所需相位θopt相差的绝对值作为相位优化目标函数，得到如下阻抗和相位混合优化目标函数：
FZ_θ(ZL,θ)＝max(|RL-Ropt|+|XL-Xopt|,|θ-θopt|)
其中，|RL-Ropt|+|XL-Xopt|为阻抗目标函数，|θ-θopt|为相位目标函数，FZ_θ(ZL,θ)为阻抗和相位混合优化目标函数，当优化后的FZ_θ值小于1时，说明优化所得的负载阻抗和相位与目标阻抗和所需相位的差值小于1，满足设计要求；
5.5)判断下一个个体编号j+1是否超过种群个数n；
5.6)判断当前种群是否满足适应度要求，满足则进入6)，不满足则判断当前代数i是否超过最大代数g，超过则进入6)；
5.7)用阻抗和相位混合优化目标函数算法产生第i+1代种群个体；
5.8)种群代数变更i＝i+1，进入5.1)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115796101A (zh) * 2022-11-29 2023-03-14 江苏大学 一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法
CN115800934A (zh) * 2022-11-25 2023-03-14 江苏大学 一种基于内切多边形和反射系数约束的功放匹配优化方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115800934A (zh) * 2022-11-25 2023-03-14 江苏大学 一种基于内切多边形和反射系数约束的功放匹配优化方法
CN115800934B (zh) * 2022-11-25 2023-06-09 江苏大学 一种基于内切多边形和反射系数约束的功放匹配优化方法
CN115796101A (zh) * 2022-11-29 2023-03-14 江苏大学 一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法
CN115796101B (zh) * 2022-11-29 2023-05-09 江苏大学 一种三频Doherty功放输出匹配网络优化方法

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