CN204013405U - 一种支持多频段的可调谐高效功率放大器 - Google Patents

一种支持多频段的可调谐高效功率放大器 Download PDF

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刘洪刚
周佳辉
常虎东
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Abstract

本实用新型公开了一种支持多频段的可调谐高效功率放大器,包括可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路、可调谐输出匹配网络、偏置电路以及稳定网络,其中:可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路和可调谐输出匹配网络依次连接,射频信号经过可调谐输入匹配网络传送至E类功率放大级电路,再经可调谐输出匹配网络而输出;偏置电路与E类功率放大级电路连接,偏置电路给E类功率放大级电路提供直流偏置;稳定网络连接于可调谐输入匹配网络的输出与E类功率放大级电路的输入之间,稳定网络使E类功率放大级电路工作在绝对稳定状态。本实用新型射频功率放大器同时实现了既支持多频段可调,又具有高工作效率的目标。

Description

一种支持多频段的可调谐高效功率放大器
技术领域
本实用新型涉及一种功率放大器,特别涉及一种适用于长期演进(Long Term Evolution,LTE)支持多频段的可调谐高效功率放大器。
背景技术
LTE因其高传输速率、低***延迟和优化数据包的无线传输技术使得在下一代的移动通信中占据的主导地位,2013年12月4日下午工信部正式向三大运营商发布4G牌照,***、中国电信和***均获得TD-LTE牌照这也标志着中国进入4G时代。然而全球因为不同地区选择的LTE频段互不相同。例如北美选择的是700/800和1700/1900MHz,欧洲使用的是800/1800/2600MHz,亚洲选择使用2400/2600MHz频段。这样不同地区频段不同会导致某地区使用的终端可能在另一地区就无法使用,因此需要使用支持多频段的终端设备。
射频功率放大器作为无线通信设备的核心部件,位于发射机的末端,是终端射频设备的重要前端组成部分。目前解决多频段的传统功率放大器的主要实现方式是集成多个支持不同频段的射频功率放大器。但是这种实现方式具有面积大,电路结构复杂,功耗和成本都很高的问题。
很多传统的无线设备工作效率低下,造成了大量的资源浪费,因此如何提高通信***工作效率,减小运营成本和能耗提高通信行业的经济效益成为人们研究的热点。
如何同时实现既支持多频段可调,又具有高工作效率的射频功率放大器成为业内值得研究的问题。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种支持多频段的可调谐高效功率放大器,以同时实现既支持多频段可调,又具有高工作效率的射频功率放大器。
(二)技术方案
为达到上述目的,本实用新型提供了一种支持多频段的可调谐高效功率放大器,该可调谐高效功率放大器包括可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路、可调谐输出匹配网络和偏置电路和稳定网络,其中:所述可调谐输入匹配网络、所述E类功率放大级电路和所述可调谐输出匹配网络依次连接,射频信号经过所述可调谐输入匹配网络传送至所述E类功率放大级电路,再经所述可调谐输出匹配网络而输出;所述偏置电路与所述E类功率放大级电路连接,所述偏置电路给所述E类功率放大级电路提供直流偏置;所述稳定网络连接于所述可调谐输入匹配网络的输出与所述E类功率放大级电路的输入之间,所述稳定网络使所述E类功率放大级电路工作在绝对稳定状态。
上述方案中,所述可调谐输入匹配网络包括:第一至第三隔直电容(C1、C2、C3)、第七至第八输入可调匹配电容(C7、C8)、第一至第三扼流电感(L1、L2、L3)和第四输入匹配电感L4,其中:所述第一隔直电容C1一端作为信号输入端,另一端依次通过第七输入可调匹配电容C7、第二隔直电容C2、第四输入匹配电感L4、第三隔直电容C3与所述E类功率放大级电路相连接;所述第三扼流电感L3一端接地,另一端连接于第一隔直电容C1与第七输入可调匹配电容C7之间;所述第一扼流电感L1一端接偏置,另一端连接于第七输入可调匹配电容C7与第二隔直电容C2之间;所述第二扼流电感L2一端接偏置,另一端连接于第二隔直电容C2与第四输入匹配电感L4之间;所述第八输入可调匹配电容C8一端接地,另一端连接于第二隔直电容C2与第四输入匹配电感L4之间。
上述方案中,所述稳定网络采用RLC网络,包括依次串联连接的第一电阻R1、第五电感L5和第十电容C10,其中,所述第一电阻R1一端连接于第三隔直电容C3与所述E类功率放大级电路之间,另一端连接于第五电感L5;第十电容C10一端连接于第五电感L5,另一端接地。
上述方案中,所述E类功率放大级电路采用E类电路拓扑结构,包括晶体管、第四及第五隔直电容(C4、C5)、第六至第八扼流电感(L6、L7、L8)、可变转向电容Cd、可变调谐电容C和调谐电感Lx,其中:所述晶体管的栅端作为信号输入,源端接地,漏端依次通过第四隔直电容C4、第五隔直电容C5及可变调谐电容C连接于调谐电感Lx;所述可变转向电容Cd一端连接于第四隔直电容C4与第五隔直电容C5之间,另一端接地;所述第六扼流电感L6一端连接于第四隔直电容C4与第五隔直电容C5之间,另一端接直流偏置;所述第七扼流电感L7一端连接于第五隔直电容C5与可变调谐电容C之间,另一端接直流偏置;所述第八扼流电感L8一端连接于可变调谐电容C与调谐电感Lx之间,另一端接地。
上述方案中,所述可调谐输出匹配网络包括第六隔直电容C6、第十扼流电感L10、第九可变输出匹配电容C9和第九输出匹配电感L9,其中:所述第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9相连接,所述第九输出匹配电感L9另一端接该可调谐高效功率放大器的输出端;所述第十扼流电感L10一端连接于第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9之间,另一端接直流偏置;所述第九可变输出匹配电容C9一端连接于第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9之间,另一端接地。
(三)有益效果
本实用新型提供的这种支持多频段的可调谐高效功率放大器,采用E类功率放大器与可重构或可调谐电路网络相结合的方式,E类功率放大器可以提供很高的工作效率,可重构或可调谐电路网络可以对电路进行调谐处理,使整个网络在不同频段进行工作,将E类功率放大器与可重构或可调谐电路网络相结合,拥有工作效率高、多工作频段可调的特点,同时实现了既具备简单电路结构支持多频段可调,又具有高工作效率的射频功率放大器。
附图说明
图1是本实用新型提供的支持多频段的可调谐高效功率放大器的原理图。
图2是图1所示的可调谐高效功率放大器中可调谐输入匹配网络的电路图。
图3是图1所示的可调谐高效功率放大器中稳定网络的电路图。
图4是图1所示的可调谐高效功率放大器中E类功率放大级电路的电路图。
图5是图1所示的可调谐高效功率放大器中可调谐输出匹配网络的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、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,对本实用新型进一步详细说明。
如图1-图5所示,本实用新型实施例提供了一种支持多频段的可调谐高效功率放大器,该可调谐高效功率放大器包括可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路、可调谐输出匹配网络和偏置电路和稳定网络,其中:可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路和可调谐输出匹配网络依次连接,射频信号经过可调谐输入匹配网络传送至E类功率放大级电路,再经可调谐输出匹配网络而输出;偏置电路与E类功率放大级电路连接,偏置电路给E类功率放大级电路提供直流偏置;稳定网络连接于可调谐输入匹配网络的输出与E类功率放大级电路的输入之间,稳定网络使E类功率放大级电路工作在绝对稳定状态。
如图2所示,可调谐输入匹配网络包括:第一至第三隔直电容(C1、C2、C3)、第七至第八输入可调匹配电容(C7、C8)、第一至第三扼流电感(L1、L2、L3)和第四输入匹配电感L4,其中:第一隔直电容C1一端作为信号输入端,另一端依次通过第七输入可调匹配电容C7、第二隔直电容C2、第四输入匹配电感L4、第三隔直电容C3与E类功率放大级电路相连接;第三扼流电感L3一端接地,另一端连接于第一隔直电容C1与第七输入可调匹配电容C7之间;第一扼流电感L1一端接偏置,另一端连接于第七输入可调匹配电容C7与第二隔直电容C2之间;第二扼流电感L2一端接偏置,另一端连接于第二隔直电容C2与第四输入匹配电感L4之间;第八输入可调匹配电容C8一端接地,另一端连接于第二隔直电容C2与第四输入匹配电感L4之间。
如图3所示,所述稳定网络采用RLC网络,包括依次串联连接的第一电阻R1、第五电感L5和第十电容C10,其中,所述第一电阻R1一端连接于第三隔直电容C3与所述E类功率放大级电路之间,另一端连接于第五电感L5;第十电容C10一端连接于第五电感L5,另一端接地。
如图4所示,E类功率放大级电路采用E类电路拓扑结构,包括晶体管、第四及第五隔直电容(C4、C5)、第六至第八扼流电感(L6、L7、L8)、可变转向电容Cd、可变调谐电容C和调谐电感Lx,其中:晶体管的栅端作为信号输入,源端接地,漏端依次通过第四隔直电容C4、第五隔直电容C5及可变调谐电容C连接于调谐电感Lx;可变转向电容Cd一端连接于第四隔直电容C4与第五隔直电容C5之间,另一端接地;第六扼流电感L6一端连接于第四隔直电容C4与第五隔直电容C5之间,另一端接直流偏置;第七扼流电感L7一端连接于第五隔直电容C5与可变调谐电容C之间,另一端接直流偏置;第八扼流电感L8一端连接于可变调谐电容C与调谐电感Lx之间,另一端接地。
如图5所示,可调谐输出匹配网络包括第六隔直电容C6、第十扼流电感L10、第九可变输出匹配电容C9和第九输出匹配电感L9,其中:第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9相连接,第九输出匹配电感L9另一端接该可调谐高效功率放大器的输出端;第十扼流电感L10一端连接于第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9之间,另一端接直流偏置;第九可变输出匹配电容C9一端连接于第六隔直电容C6与第九输出匹配电感L9之间,另一端接地。
本实用新型提供的这种支持多频段的可调谐高效功率放大器,其工作原理如下:
如图4所示,偏置电路为晶体管提供直流偏置,使晶体管工作在E类开关状态。通过控制DCbias3改变可变转向电容Cd的大小;控制DCbias4来改变可变调谐电容C的大小,使调谐电容和调谐电感谐振在不同的频段工作,进而使本实用新型功率放大器可以在不同频段下工作。
参见图2和图5,通过改变偏置DCbias1、DCbias2、DCbias5来控制第七至第九可变输出匹配电容(C7、C8、C9)的电容大小,以调整可调谐输入匹配网络和可调谐输出匹配网络。输入匹配网络采用共轭匹配方式,以都得到足够的功率增益。输出匹配网络采用最佳负载阻抗,得到最佳输出功率。
本实用新型具有以下优点:
1、本实用新型提供的支持多频段的可调谐高效功率放大器,通过改变偏压来控制可调谐输入匹配网络、功率放大级、可调谐输出匹配网络中的可变电容达到不同频段之间切换工作的效果。
2、本实用新型提供的支持多频段的可调谐高效功率放大器,由于采用E类功率放大器结构,所以本实用新型功率放大器拥有很高的工作效率。
3、本实用新型提供的支持多频段的可调谐高效功率放大器,电路结构简单,易于实现。
以上所述的具体实施例,对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已,并不用于限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种支持多频段的可调谐高效功率放大器,其特征在于,该可调谐高效功率放大器包括可调谐输入匹配网络、E类功率放大级电路、可调谐输出匹配网络、偏置电路和稳定网络,其中:
所述可调谐输入匹配网络、所述E类功率放大级电路和所述可调谐输出匹配网络依次连接,射频信号经过所述可调谐输入匹配网络传送至所述E类功率放大级电路,再经所述可调谐输出匹配网络而输出;
所述偏置电路与所述E类功率放大级电路连接,所述偏置电路给所述E类功率放大级电路提供直流偏置;
所述稳定网络连接于所述可调谐输入匹配网络的输出与所述E类功率放大级电路的输入之间,所述稳定网络使所述E类功率放大级电路工作在绝对稳定状态。
2.根据权利要求1所述的支持多频段的可调谐高效功率放大器,其特征在于,所述可调谐输入匹配网络包括:第一至第三隔直电容(C1、C2、C3)、第七至第八输入可调匹配电容(C7、C8)、第一至第三扼流电感(L1、L2、L3)和第四输入匹配电感(L4),其中:
所述第一隔直电容(C1)一端作为信号输入端,另一端依次通过第七输入可调匹配电容(C7)、第二隔直电容(C2)、第四输入匹配电感(L4)、第三隔直电容(C3)与所述E类功率放大级电路相连接;
所述第三扼流电感(L3)一端接地,另一端连接于第一隔直电容(C1)与第七输入可调匹配电容(C7)之间;
所述第一扼流电感(L1)一端接偏置,另一端连接于第七输入可调匹配电容(C7)与第二隔直电容(C2)之间;
所述第二扼流电感(L2)一端接偏置,另一端连接于第二隔直电容(C2)与第四输入匹配电感(L4)之间;
所述第八输入可调匹配电容(C8)一端接地,另一端连接于第二隔直电容(C2)与第四输入匹配电感(L4)之间。
3.根据权利要求2所述支持多频段的可调谐高效功率放大器,其特征在于,所述稳定网络采用RLC网络,包括依次串联连接的第一电阻(R1)、第五电感(L5)和第十电容(C10),其中,所述第一电阻(R1)一端连接于第三隔直电容(C3)与所述E类功率放大级电路之间,另一端连接于第五电感(L5);第十电容(C10)一端连接于第五电感(L5),另一端接地。
4.根据权利要求1所述支持多频段的可调谐高效功率放大器,其特征在于,所述E类功率放大级电路采用E类电路拓扑结构,包括晶体管、第四及第五隔直电容(C4、C5)、第六至第八扼流电感(L6、L7、L8)、可变转向电容(Cd)、可变调谐电容(C)和调谐电感(Lx),其中:
所述晶体管的栅端作为信号输入,源端接地,漏端依次通过第四隔直电容(C4)、第五隔直电容(C5)及可变调谐电容(C)连接于调谐电感(Lx);
所述可变转向电容(Cd)一端连接于第四隔直电容(C4)与第五隔直电容(C5)之间,另一端接地;
所述第六扼流电感(L6)一端连接于第四隔直电容(C4)与第五隔直电容(C5)之间,另一端接直流偏置;
所述第七扼流电感(L7)一端连接于第五隔直电容(C5)与可变调谐电容(C)之间,另一端接直流偏置;
所述第八扼流电感(L8)一端连接于可变调谐电容(C)与调谐电感(Lx)之间,另一端接地。
5.根据权利要求1所述支持多频段的可调谐高效功率放大器,其特征在于,所述可调谐输出匹配网络包括第六隔直电容(C6)、第十扼流电感(L10)、第九可变输出匹配电容(C9)和第九输出匹配电感(L9),其中:
所述第六隔直电容(C6)与第九输出匹配电感(L9)相连接,所述第九输出匹配电感(L9)另一端接该可调谐高效功率放大器的输出端;
所述第十扼流电感(L10)一端连接于第六隔直电容(C6)与第九输出匹配电感(L9)之间,另一端接直流偏置;
所述第九可变输出匹配电容(C9)一端连接于第六隔直电容(C6)与第九输出匹配电感(L9)之间,另一端接地。
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