CN102969986B - 一种射频功率放大器的输出电路结构 - Google Patents

Abstract

一种射频功率放大器的输出电路结构，该输出电路结构包括了二次谐波谐振网络、三次谐波谐振网络，以及漏源电容的并联基波谐振网络。同时将二次谐波的谐振网络和馈电电路结合起来，既能满足对二次谐波的滤波作用，又能满足馈电电路交流信号不影响直流电源对漏洞的供电作用。

Description

一种射频功率放大器的输出电路结构

技术领域

本发明属于射频功率放大器的输出电路领域，尤其是一种提高射频电流功率放大器工作性能的输出电路结构。

背景技术

在无线传输过程中，信号的衰减是很快的，这种衰减将影响信号的传输距离，为了能够实现更远距离的信号传输，信号通常是需要经过射频功率放大器放大后再发射出去。

在无线传输***中，对射频功率放大器的要求主要有两个方面；第一、为了避免信号经过射频功率放大器放大后产生明显失真，以及避免放大后的信号对邻近信道产生明显干扰，射频功率放大器的线性度需要满足一定的标准要求；第二、射频功率放大器通常是移动终端中的主要耗能元件，因此射频功率放大器的效率是非常关键的，减小射频功率放大器本身的功率损耗即提高射频功率放大器效率，不仅有了与节省能源，同时可以降低***对散热设计的要求。

对于射频功率放大器的设计者来说，目前主要遇到的问题有以下几点：

第一、射频功率放大器的非线性特征使得输出不仅包含基波信号，同时还存在各项谐波，谐波幅度大小与基波信号大小成一定的比例关系。在功率放大器中，由于基波功率比较大，因此谐波功率也比较大，特别是二次谐波和三次谐波，它们对***的影响是不可忽略的。

第二、在射频功率放大器的馈电端，需要馈电电路将直流电源VDD的直流传送到放大器的漏极，但是射频信号能量又不能从馈电端流走，因为这样一来会损失射频功率，降低功放效率；另一方面，射频信号的高峰值会对馈电端的器件形成损坏。

第三、由于射频功率放大器需要工作在高频状态，所以放大器内部的漏源电容Cds会对射频功率放大器的输出信号呈现选频特性，从而降低了功率放大器的输出频宽和功效效率。

上述三个问题单独出现时，现有技术中都已经报道了多种解决方案，如在中国专利200910193257中，通过在射频功率放大器的输出端设计谐振网络，将信号中的谐波滤除从而提高功率放大器的线性度。在中国专利201080027856中，则提出了一种在射频功率放大器输出端设计一个电抗控制电路，通过增加一个与放大元件的寄生电容在基波频率发射共振的电抗来降低寄生电容对输出信号的损耗。在中国专利200910197660中，则提出了在馈电电路中增加λ/4和λ/8的微带线，从而减少射频信号中基波和二次谐波对直流电源的影响。然而对于同时解决上述三个问题的方案，目前还尚未有人提出。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种射频功率放大器的输出电路结构，该输出电路结构能够简单而又有效的同时解决功率放大器输出信号的线性度问题、效率问题和频宽问题。

根据本发明的目的提出的一种射频功率放大器的输出电路结构，包括直流电源、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线；

所述第二电感和第二电容依次连接在漏极上，且第二电容接地，该第二电感和第二电容形成可调二次或三次谐波的谐振网络；

所述第二电感、第一电感和第一电容依次连接在漏极上，且第一电容接地，该第二电感、第一电感和第一电容形成所述漏源电容的并联基波谐振网络；

所述第三电感、第一微带线和第三电容依次连接在漏极上，且第三电容接地，该第一微带线和第三电容形成可调二次或三次谐波的谐振网络；

所述第一微带线同时连接直流电源，形成对漏极的馈电电路；

所述第四电感设置在二次谐波的谐振网络和并联共振网络之间，使第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线形成回路。

进一步地，所述匹配电路连接在所述第三电感和第一微带线的连接结上。

优选的，所述馈电电路中进一步包括第二微带线，连接在直流电源与第一微带线和第三电容的连接结。

优选的，所述第三电容为射频退藕电容。

优选的，所述第一电容的谐振频率小于输出信号中的基波频率，使该并联谐振网络对于基波在漏极形成开路。

优选的，所述第一微带线的电长度为λ/4或小于λ/4，λ为基波波长。

在本发明提出的射频功率放大器的输出电路结构中，同时集成了二次谐波和三次谐波的谐振网络，以及漏源电容的并联基波共振网络，不仅能将将二次谐波和三次谐波进行滤除，提高输出信号中的线性度。又能使漏源电容在基波频率上能被并联共振网络很好的消除，使得输出信号的频宽得到提高。同时，本发明将二次和三次谐波谐振网络和视频波网络与馈电电路创造性的结合起来，在阻止基波和二次谐波对直流电源造成影响的同时，使得直流电源能正常的为功率放大器供电。而本发明正是基于设计的巧妙性，为实现上述复杂功能的输出电路结构提供了一套简单而又有效的方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式的射频功率放大器输出电路的结构示意图。

图2是本发明的调制阻抗与现有技术的对比图。

图3是本发明的相位线性度与现有技术的对比图。

具体实施方式

正如背景技术中所述，现有的射频功率放大器输出电路结构中，往往只考虑解决单一的输出问题。而对于能同时解决多种输出问题的集成方案，由于设计上的难度以及处于成本控制的考虑，目前还没有人提出。

因此，本发明在现有技术的基础上，提出了一种具有解决多种输出问题的射频功率放大器的输出电路结构。该输出电路结构不仅集成了二次谐波和三次谐波的谐振网络，以及漏源电容的并联基波共振网络，同时还将二次谐波谐振网络与馈电电路创造性的结合起来。使得本发明的射频功率放大器的输出电路结构既能将二次谐波和三次谐波进行滤除和提高视频波频宽，进而提高输出信号中的线性度，又能使漏源电容在基波频率上能被并联共振网络被很好的消除，使得输出信号的基波频宽得到提高，同时还能使馈电电路有效的工作。

该射频功率放大器输出电路结构的具体方案为：包括直流电源、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线；所述第二电感和第二电容依次连接在漏极上，且第二电容接地，该第二电感和第二电容形成可调二次或三次谐波的谐振网络；所述第二电感、第一电感和第一电容依次连接在漏极上，且第一电容接地，该第二电感、第一电感和第一电容形成所述漏源电容的并联基波谐振网络；所述第三电感、第一微带线和第三电容依次连接在漏极上，且第三电容接地，该第一微带线和第三电容形成二次或三次谐波的谐振网络；所述第一微带线同时连接直流电源，形成对漏极的馈电电路；所述第四电感设置在二次谐波的谐振网络和并联基波共振网络之间，使第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线形成回路。

下面再以具体实施方式对本发明的射频功率放大器输出电路结构作详细介绍。

请参见图1，图1是本发明的具体实施方式的射频功率放大器输出电路的结构示意图。如图所示：射频功率放大器的栅极G为输入端，漏极D为输出端，源极S同漏源电容Cds一起接地。第二电感L2和第三电感L3的一端并联在漏极D上。第二电感L2的另一端同时接在第一电感L1和第二电容C2上，该第二电容C2的另一端接地。第一电感L1的另一端接第四电感L4和第一电容C1，该第一电容C1的另一端接地。第四电感连的另一端同时接第三电容C3、第一微带线B1和第二微带线B2，该第三电容C3的另一端接地。第一微带线B1的另一端接在第三电感L3上，一输出端的匹配电路M1连接在该第一微带线B1和第三电感L3的连接结上，用来对输出阻抗进行匹配并将输出信号传送出去。直流电源VDD通过一第二微带线B2连接在第一微带线B1和第三电容C3的连接结上，用来对射频功率放大器的漏极供电。其中第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4和第一微带线B1形成一个环路。

在该输出电路结构中，第二电感L2和第二电容C2组成可调二次谐波或三次谐波的谐振网络，通过形成对二次谐波或三次谐波的低阻抗，使二次谐波或三次谐波在该谐振网络上滤除。这里对于二次谐波还是三次谐波的选择，可以通过调节第二电感L2或者第二电容C2的值来实现。

第二电感L2同时又与第一电感L1和第一电容C1形成漏源电容Cds的并联基波谐振网络，通过第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1在基波频率上形成与漏源电容Cds的谐振，从而降低该漏源电容Cds的电抗，提高射频功率放大器的输出频宽和功率放大效率。同时该第一电容C1优选选取为一种具有较大电容值的电容，使该电容的谐振频率远远小于基波频率，这样一来，该并联谐振网络对基波的电抗变得非常大，基波在该并联谐振网络上形成开路，无法导通，减少了基波的损耗。

电感L4起隔交通直的作用，第一、可以防止射频功率放大器输出的交流信号(包括基波和谐波)通过第二电感L2、第一电感L1形成的支路流到直流电源VDD上，对直流电源VDD造成影响。第二，也可以防止上述的交流信号从该支路流向输出匹配电路M1，对M1造成干扰。第三，直流电源VDD可以通过该支路进行分流，对漏极D进行供电。

第一微带线B1和第三电容C3也形成了可调二次谐波或三次谐波的谐振网络，该谐振网络可以将输出信号中的二次谐波或者三次谐波进行滤波，这样在漏极输出的高频交流信号中对线性度影响最大的二次谐波和三次谐波，在进入输出匹配电路之间就被滤除，提高了信号的线性度。通常由第一微带线B1和第三电容C3组成的谐振网络与由第二电感L2和第二电容C2组成的谐振网络形成互补，即如果第二电感L2和第二电容C2组成的谐振网络是二次谐波的谐振网络，则由第一微带线B1和第三电容C3组成的谐振网络选择为三次谐波的谐振网络，反之，则将由第一微带线B1和第三电容C3组成的谐振网络选择为二次谐波的谐振网络。

同时第一微带线B1还作为直流电源VDD的馈电电路，起到连接直流电源和漏极D的作用，使直流电源VDD能够对漏极D供电。该第一微带线B1优选为λ/4的电长度，即基波波长的1/4，则此时对于基波而言，馈电电路呈现开路，无法流通。而对于二次谐波而言，该第一微带线B1和第三电容C3形成的网路相当于短路，二次谐波在该点上被接地滤除。为进一步提高视频波的频宽，该第一微带线B1也可以选择略小于λ/4的电长度，只要保证基波不足以破坏直流电源的供电即可。

进一步地，可以将接在直流电源VDD与第一微带线B1和第三电容C3的连接结之间的第二微带线B2设计成电长度为λ/8，这样一来，对于二次谐波而言，该第二微带线B2形成开路，确保直流电源VDD不被交流信号影响。

请参见图2和图3，图2是本发明的调制阻抗与现有技术的对比图，图3是本发明的相位线性度与现有技术的对比图。如图2所示，其中曲线1是现有技术中的调制阻抗-频率曲线，曲线2是运用本发明的射频功率放大器输出电路结构之后得到的调整阻抗-频率曲线，可以看出，假设调制阻抗为2个单位，曲线1中对应的频率只有50MHz不到一点，而本发明则超过了150MHz，使得调制带宽的增幅超过原有的3倍。如图3所示，其中曲线3是现有技术中的相位线性度-频率曲线，曲线4是运用本发明的射频功率放大器输出电路结构之后得到的相位线性度-频率曲线，可以看出，以相位上下10度为例，现有技术中，频率超过70MHz就已经使相位波动超过10度，而在本发明中，在该相位区间内的频率带宽接近350MHz，本发明将输出线号的相位线性度提高了5倍。说明本发明将输出信号的线性度大大提高，从而增加了视频波的带宽。

综上所述，本发明提出了一种射频功率放大器的输出电路结构，该输出电路结构包括了二次谐波谐振网络、三次谐波谐振网络，以及漏源电容的并联谐振网络。同时将二次谐波的谐振网络和馈电电路结合起来，即能满足对二次谐波的滤波作用，又能满足馈电电路交流信号不影响直流电源对漏洞的供电作用。相比较现有技术，本发明具有如下的优点：

第一：能够同时滤除输出信号中的二次谐波和三次谐波，使得输出信号的线性度提高，增加视频波的带宽；

第二：能够消除漏源电容对高频信号的限制，提高射频功率放大器的输出效率；

第三：将二次谐波谐振网络和馈电电路结合起来，使整个输出电路结构简单而又有效，同时降低了该输出电路的成本。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种射频功率放大器的输出电路结构，设置于射频功率放大器的输出端和匹配电路之间，该射频功率放大器的栅极为输入端，漏极为输出端，源极接地，其特征在于：该输出电路结构包括直流电源、第一电容、第二电容、第三电容、第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线；

所述第二电感和第二电容依次连接在漏极上，且第二电容接地，该第二电感和第二电容形成可调二次或三次谐波的谐振网络；

所述第二电感、第一电感和第一电容依次连接在漏极上，且第一电容接地，该第二电感、第一电感和第一电容形成漏源电容的并联基波谐振网络；

所述第三电感、第一微带线和第三电容依次连接在漏极上，且第三电容接地，该第一微带线和第三电容形成可调二次或三次谐波的谐振网络，且由第一微带线B1和第三电容C3组成的谐振网络与由第二电感L2和第二电容C2组成的谐振网络形成互补；

所述第一微带线同时连接直流电源，形成对漏极的馈电电路；

所述第四电感设置在由第一微带线B1和第三电容C3组成的二次谐波的谐振网络和并联基波谐振网络之间，使第一电感、第二电感、第三电感、第四电感和第一微带线形成回路。

2.如权利要求1所述的射频功率放大器的输出电路结构，其特征在于：所述匹配电路连接在所述第三电感和第一微带线的连接结上。

3.如权利要求1所述的射频功率放大器的输出电路结构，其特征在于：所述馈电电路中进一步包括第二微带线，连接在所述第一微带线和直流电源之间。

4.如权利要求1所述的射频功率放大器的输出电路结构，其特征在于：所述第三电容为射频退藕电容。

5.如权利要求1所述的射频功率放大器的输出电路结构，其特征在于：所述第一电容的谐振频率小于输出信号中的基波频率，使该并联基波谐振网络对于基波在漏极形成开路。

6.如权利要求1所述的射频功率放大器的输出电路结构，其特征在于：所述第一微带线的电长度为λ/4或小于λ/4，λ为基波波长。