CN108183694B - 负载可调的功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载可调的功率放大器，包括：功放管；输入匹配网络和输出匹配网络，输入匹配网络和输出匹配网络用于将功放管的输入阻抗和输出阻抗匹配到预设欧姆的负载；阻抗调整网络，用于在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，使得失配负载重新调整到预设欧姆。该放大器可以在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，有效降低成本。

Description

负载可调的功率放大器
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，特别涉及一种负载可调的功率放大器。
背景技术
MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入输出技术)被视为第五代移动通信***中的核心技术，MIMO技术需要多个天线进行发射和接收信号，收发机中的射频功率放大器位于射频前端的最末级，与发射或接收天线相连。RF-PA(射频功率放大器)需要在不同的功率电平下都能正常工作，而功放的工作状态受输出端负载阻抗的直接影响。***工作环境变化导致天线的输入阻抗或者功放的输出负载偏离匹配状态时，***的效率、线性度等都会出现恶化。在MIMO***中，在射频前端每一路的末级功放和天线之间都需要加入隔离器来避免天线的输入端阻抗处于失配状态而影响功放的正常工作，而隔离器的使用不仅增加了***成本，而且限制***带宽，亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种负载可调的功率放大器，该放大器可以在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，有效降低成本。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种负载可调的功率放大器，包括：功放管；输入匹配网络和输出匹配网络，所述输入匹配网络和输出匹配网络用于将所述功放管的输入阻抗和输出阻抗匹配到预设欧姆的负载；阻抗调整网络，用于在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，使得失配负载重新调整到所述预设欧姆。
本发明实施例的负载可调的功率放大器，可以通过采用开关电容或变容管等可调元件构成阻抗调整网络，在天线阻抗失配时功放的匹配网络进行同步调整并恢复到匹配状态，从而可在收发机中避免使用隔离器，有效降低成本。
另外，根据本发明上述实施例的负载可调的功率放大器还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述阻抗调整网络包括：第一开关电容和第二开关电容，其中，所述第一开关电容的一端和所述第二开关电容的一端相连，所述第一开关电容的另一端接地，所述第一开关电容和所述第二开关电容构成L型网络，以对所述失配负载进行重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述阻抗调整网络根据所述第一开关电容和所述第二开关电容的容值将不同失配程度的负载重新匹配所述预设欧姆。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一开关电容和所述第二开关电容均为可调元件，所述阻抗调整网络根据所述可调元件的个数重新匹配任意失配负载。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述阻抗调整网络包括：
第一变容管V1、第二变容管V2、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第二电阻R2，其中，所述第二变容管V2、所述第一电容C1、所述第二电容C2均与所述第二电感L2的一端连接，所述第一变容管V1的一端与所述第一电感L1的一端相连，所述第一变容管V1的另一端与所述第一电容C1的一端相连，所述第二变容管V2的另一端与所述第一电阻R1的一端相连，所述第二电容C2的另一端与所述第二电阻R2的一端相连，所述第一电阻R1的和所述第二电阻R2的另一端均接地，以对所述失配负载进行重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述阻抗调整网络通过改变所述第一变容管V1和所述第二变容管V2的反偏电压对所述失配负载进行重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述反偏电压得到所述第一变容管V1和所述第二变容管V2的电容值。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述预设欧姆为50欧姆。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为MIMO***中RF发射机的理论框图；
图2为根据本发明实施例的负载可调的功率放大器的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的含阻抗调整网络的功率放大器结构示意图；
图4为根据本发明一个实施例的2个可调元件构成的阻抗调整网络示意图；
图5为根据本发明一个实施例的失配负载经L型结构重新匹配示意图；
图6为根据本发明一个实施例的变容管构成的阻抗调整网络的结构示意图；
图7为根据本发明一个实施例的由2个变容管构成的失配阻抗可调整的范围示意图；
图8为根据本发明一个实施例的功放在失配负载条件下加入阻抗调整网络前后的效率对比示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的负载可调的功率放大器。
图2是本发明实施例的负载可调的功率放大器。
如图2所示，该负载可调的功率放大器10包括：功放管100、输入匹配网络和输出匹配网络200和阻抗调整网络300。
其中，输入匹配网络和输出匹配网络200用于将功放管的输入阻抗和输出阻抗匹配到预设欧姆的负载。阻抗调整网络300用于在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，使得失配负载重新调整到预设欧姆。本发明实施例的放大器10可以在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，有效降低成本。
举例而言，如图3所示，本发明实施例的阻抗调整网络可以在工作环境中输出负载偏离50欧姆，功放管的输出阻抗为失配状态，功放输出功率下降，效率降低时实现失配负载重新调整到50欧姆，也就是说，本发明实施例的负载可调的功率放大器10的输入匹配网络和输出匹配网络200负责将功放管100输入和输出阻抗匹配到50欧姆的负载。
进一步地，在本发明的一个实施例中，如图4(a)所示，阻抗调整网络300包括：第一开关电容301和第二开关电容302。其中，第一开关电容301的一端和第二开关电容302的一端相连，第一开关电容301的另一端接地，第一开关电容301和第二开关电容302构成L型网络，以对失配负载进行重新匹配。
其中，在本发明的一个实施例中，阻抗调整网络300可以根据第一开关电容301和第二开关电容302的容值将不同失配程度的负载重新匹配预设欧姆。
其中，在本发明的一个实施例中，预设欧姆为50欧姆。
其中，在本发明的一个实施例中，第一开关电容301和第二开关电容302均为可调元件，阻抗调整网络300根据可调元件的个数重新匹配任意失配负载。
可以理解的是，结合图4和图5所示，阻抗调整网络300可使用开关电容实现，其中，阻抗调节精度由网络复杂程度决定。如图4(b)所示，失配负载Zl经过一个并联变容沿Smith圆图变换到归一化电阻为1的等电阻圆上，再经过一个串联电容沿等电阻圆移动到匹配负载50欧姆处，当第一开关电容301的一端和第二开关电容302的容值可任意选择时，该L型结构可实现把不同失配程度的负载重新匹配到50欧姆；当增加可调元件，即开关电容的个数时，可实现任意失配负载的重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，阻抗调整网络300包括：第一变容管V1、第二变容管V2、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第二电阻R2，其中，第二变容管V2、第一电容C1、第二电容C2均与第二电感L2的一端连接，第一变容管V1的一端与第一电感L1的一端相连，第一变容管V1的另一端与第一电容C1的一端相连，第二变容管V2的另一端与第一电阻R1的一端相连，第二电容C2的另一端与第二电阻R2的一端相连，第一电阻R1的和第二电阻R2的另一端均接地，以对失配负载进行重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，阻抗调整网络300通过改变第一变容管V1和第二变容管V2的反偏电压对失配负载进行重新匹配。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据反偏电压得到第一变容管V1和第二变容管V2的电容值。
可以理解的是，结合图6和图7所示，本发明实施例的阻抗调整网络300可以由两个变容管(如第一变容管V1、第二变容管V2)实现，第一变容管V1和第二变容管V2的电容值随反偏电压变化，其中，该阻抗调整网络的阻抗可调范围如图7所示，该范围内的失配负载可通过改变第一变容管V1和第二变容管V2的反偏电压VB1和VB2变换到50欧姆。如图8所示，功放在失配负载条件下的效率曲线，经过第一变容管V1和第二变容管V2调节后功放效率有8％的提升。
根据本发明实施例提出的负载可调的功率放大器，可以通过采用开关电容或变容管等可调元件构成阻抗调整网络，在天线阻抗失配时功放的匹配网络进行同步调整并恢复到匹配状态，从而可在收发机中避免使用隔离器，有效降低成本。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种负载可调的功率放大器，其特征在于，包括：
功放管；
输入匹配网络和输出匹配网络，所述输入匹配网络和输出匹配网络用于将所述功放管的输入阻抗和输出阻抗匹配到预设欧姆的负载；以及
阻抗调整网络，用于在检测到天线阻抗失配时功放的匹配网络能同步调整使其仍然工作在匹配状态，使得失配负载重新调整到所述预设欧姆；
其中，所述阻抗调整网络包括：第一变容管V1、第二变容管V2、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及第二电阻R2，其中，所述第二变容管V2、所述第一电容C1、所述第二电容C2均与所述第二电感L2的一端连接，所述第一变容管V1的一端与所述第一电感L1的一端相连，所述第一变容管V1的另一端与所述第一电容C1的一端相连，所述第二变容管V2的另一端与所述第一电阻R1的一端相连，所述第二电容C2的另一端与所述第二电阻R2的一端相连，所述第一电阻R1的和所述第二电阻R2的另一端均接地，以对所述失配负载进行重新匹配。
2.根据权利要求1所述的负载可调的功率放大器，其特征在于，所述阻抗调整网络通过改变所述第一变容管V1和所述第二变容管V2的反偏电压对所述失配负载进行重新匹配。
3.根据权利要求2所述的负载可调的功率放大器，其特征在于，根据所述反偏电压得到所述第一变容管V1和所述第二变容管V2的电容值。
4.根据权利要求1-3任一项所述的负载可调的功率放大器，其特征在于，所述预设欧姆为50欧姆。
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