CN108494374A - 一种射频功率放大器电路 - Google Patents
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Abstract
一种射频功率放大器电路，包括：输入匹配电路、输出匹配电路、输入端偏置电路、输出端偏置电路和稳定电路，其特征在于，所述输入匹配电路和所述稳定电路依次串联在信号源端和射频功率放大器件的输入端之间，所述输出匹配电路连接在射频功率放大器件的输出端和负载端之间，所述输入端偏置电路与射频功率放大器件的输入端相连，所述输出端偏置电路与射频功率放大器件的输出端相连，其中所述稳定电路为R‑C并联电路。本发明可以降低低频正反馈，改善低频稳定性，保持高频增益。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术中射频微波功率放大器领域，具体涉及一种低频稳定的射频功率放大器电路。
背景技术
随着无线通信***的迅猛发展，现代通信设备所承受的压力越来越大，对射频功率放大器的性能要求也越来越高。射频功率放大器是现代通信设备中不可或缺的重要模块，在民用和军用设备中都具有十分关键的作用，其性能的优劣，直接影响着通信设备工作质量的高低，制约了行业的发展。
射频功率放大器是通信***中实现信号放大功能的重要组件，由输入匹配电路、输出匹配电路、射频功率放大器件和偏置电路组成。工作时，射频信号由输入匹配电路输入，经射频功率放大器件放大后，从输出匹配电路输出。它的主要性能指标包括：功率、增益、效率、线性度和稳定性，其中稳定性是非常重要的一环。射频功率放大器作为高频信号放大器，其内部无源元件的寄生效应已经比较明显；同时信号在放大器内部传输时，也存在信号源阻抗或负载阻抗与放大器网络不匹配的情况。受这些因素的影响，射频功率放大器很容易形成正反馈导致自激振荡，甚至会导致设备损坏。因此在设计放大器时，需要提前对射频功率放大器的稳定性进行分析与判定，避免不必要的损失。
改善射频功率放大器稳定性的典型方法之一是在器件的不稳定端增加串联或者并联的电阻，用来增大输入阻抗的实部，使得其大于0，降低正反馈效应。
虽然在器件的不稳定端增加串联电阻可以很好的抑制射频功率放大器正反馈引起的不稳定性问题，但是在整个射频功率放大***的应用中有很多缺点：由于电阻性元件在信号的传输过程中会产生比较大的损耗，所以会导致增益降低，不利于电路达到理想的工作性能；同时电阻产生的附加的热噪声会被放大，使射频功率放大器的噪声系数恶化；输入端引入电阻还有可能会破坏原有的阻抗匹配，使射频功率放大器的性能降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种新型的射频功率放大器电路结构，该电路是通过在器件输入端增加R-C并联电路，来达到改善射频功率放大器低频稳定性的目的。
为达到上述目的，本发明设计了一种射频功率放大器电路包括：输入匹配电路、输出匹配电路、输入端偏置电路、输出端偏置电路和稳定电路，其特征在于，所述输入匹配电路和所述稳定电路依次串联在信号源端和射频功率放大器件的输入端之间，所述输出匹配电路连接在射频功率放大器件的输出端和负载端之间，所述输入端偏置电路与射频功率放大器件的输入端相连，所述输出端偏置电路与射频功率放大器件的输出端相连，其中所述稳定电路为R-C并联电路。
优选地，所述输入匹配电路包括电感和电容，其中所述电感串联于信号源端和射频功率放大器件的输入端之间，所述电容的一端与所述电感连接，另一端接地。
优选地，所述输入匹配电路包括多个电感和多个电容。
优选地，所述输出匹配电路包括电感和电容，所述电感串联在射频功率放大器件的输出端和负载端之间，所述电容一端与所述电感相连，另一端接地。
优选地，所述输出匹配电路包括分别与所述电感的两端连接的多个电容。
优选地，所述输入端偏置电路串联于输入端电源和射频功率放大器件的输入端之间，包括多个电容和串联的多个电阻，其中所述电容的一端与所述电阻相连，另一端接地。
优选地，所述输入端偏置电路包括多个并联的电容。
优选地，所述输出端偏置电路串联于输出端电源和射频功率放大器件的输出端之间，包括电感和电容，所述电容一端与所述电感相连，另一端接地。
优选地，所述输出端偏置电路包括多个并联的电容。
优选地，所述信号源端和所述负载端设置有阻直电容。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明在输入端增加了R-C并联电路，巧妙地利用R-C并联电路的阻抗特性，使得在频率较低的频段时，R-C并联电路呈现电阻性，此时它可用来增大输入阻抗的实部，使其大于0，降低正反馈效应；而在较高频段时，R-C并联电路呈现电容性，信号通过R-C并联电路产生的损耗很小，因此电路对高频处的增益影响较小。
附图说明
图1为低频稳定射频功率放大器的电路结构图；
图2A和图2B为射频功率放大器绝对稳定性判定条件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明所设计的电路结构如图1所示，包含输入匹配电路、输出匹配电路、输入端偏置电路、输出端偏置电路和稳定电路，其中：
输入匹配电路：C2、L1、C3和L2共同作用完成阻抗的变换，起到器件输入端阻抗与源阻抗相匹配的作用；
输出匹配电路：C12、L4和C13共同作用完成阻抗的变换，起到器件输出端阻抗与负载阻抗相匹配的作用；
输入端偏置电路：R1和R2作为输入端偏置电路的高阻性元件存在，作用是防止射频信号从器件输入端流入偏置电路；C4、C5、C6和C7共同作用，可以滤除电源中不同频率的纹波；
输出端偏置电路：L3作为输出端偏置电路的高阻性元件存在，作用是防止射频信号从器件输出端流入偏置电路；C9、C10和C11共同作用，可以滤除电源中不同频率的纹波；
稳定电路：R-C并联电路作为稳定电路与器件输入端相连，起到改善射频功率放大器的低频稳定性的作用；
隔直电容：C1和C14分别作为信号源端和负载端的隔直电容存在，作用是防止信号中的直流成分进入射频功率放大器。
R-C并联电路的阻抗特性：在不同的工作频率下，R-C并联电路会呈现出不同的阻抗特性。此时，设R为电阻阻抗值、C为电容容值、ω为工作的角频率、f0为R-C并联电路的转折频率，令电阻阻抗和电容阻抗绝对值相等，见公式(1)和公式(2)，求出f0即为此电路的转折频率。当输入信号频率小于f0时，电路呈现电阻性；当输入信号频率大于f0时，电路呈现容抗性。因此，在低频时，呈现电阻性的R-C并联电路连接在射频功率放大器的输入端，增大了输入阻抗的实部，使其大于0，可以有效地改善由于正反馈而引起的不稳定问题；而当频率升高时，呈现容抗性的R-C并联电路的损耗较低，因此对射频功率放大器的增益影响较小。
射频功率放大器的绝对稳定性条件：射频放大器稳定性一般利用稳定性因子K和B1来衡量，即当稳定性因子K＞1和B1＞0同时成立，则满足绝对性稳定条件。
本发明在器件输入端增加了R-C并联电路，巧妙地利用R-C并联电路的阻抗特性，使得在频率较低的频段时，R-C并联电路呈现电阻性，此时它可用来增大输入阻抗的实部，使其大于0，降低正反馈效应；而在较高频段时，R-C并联电路呈现电容性，信号通过R-C并联电路产生的损耗很小，因此电路对高频处的增益影响较小。
本发明所设计的射频功率放大器的性能如图2A、图2B和表1所示。设计的射频功率放大器在350MHz以下的稳定性因子K和B1，满足K＞1和B1＞0同时成立，因此射频功率放大器在350MHz以下绝对稳定。同时，设计的射频功率放大器在100MHz-200MHz可稳定输出37.4dBm以上功率值，增益达到17.4dB以上，效率57％以上。
表1射频功率放大器实测性能
综上所述，本发明的射频功率放大器电路可以降低低频正反馈，改善低频稳定性，保持高频增益。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种射频功率放大器电路，包括：输入匹配电路、输出匹配电路、输入端偏置电路、输出端偏置电路和稳定电路，其特征在于，所述输入匹配电路和所述稳定电路依次串联在信号源端和射频功率放大器件的输入端之间，所述输出匹配电路连接在射频功率放大器件的输出端和负载端之间，所述输入端偏置电路与射频功率放大器件的输入端相连，所述输出端偏置电路与射频功率放大器件的输出端相连，其中所述稳定电路为R-C并联电路。
2.如权利要求1所述的射频功率放大器电路，其中，所述输入匹配电路包括电感和电容，其中所述电感串联于信号源端和射频功率放大器件的输入端之间，所述电容的一端与所述电感连接，另一端接地。
3.如权利要求2所述的射频功率放大器电路，其中，所述输入匹配电路包括多个电感和多个电容。
4.如权利要求1所述的射频功率放大器电路，其中，所述输出匹配电路包括电感和电容，所述电感串联在射频功率放大器件的输出端和负载端之间，所述电容一端与所述电感相连，另一端接地。
5.如权利要求4所述的射频功率放大器电路，其中，所述输出匹配电路包括分别与所述电感的两端连接的多个电容。
6.如权利要求1所述的射频功率放大器电路，其中，所述输入端偏置电路串联于输入端电源和射频功率放大器件的输入端之间，包括多个电容和串联的多个电阻，其中所述电容的一端与所述电阻相连，另一端接地。
7.如权利要求6所述的射频功率放大器电路，其中，所述输入端偏置电路包括多个并联的电容。
8.如权利要求1所述的射频功率放大器电路，其中，所述输出端偏置电路串联于输出端电源和射频功率放大器件的输出端之间，包括电感和电容，所述电容一端与所述电感相连，另一端接地。
9.如权利要求8所述的射频功率放大器电路，其中，所述输出端偏置电路包括多个并联的电容。
10.如权利要求1所述的射频功率放大器电路，其中，所述信号源端和所述负载端设置有阻直电容。
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2018
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