CN101335504B - 用于幅度调制的射频功率放大器及超高频射频识别标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于幅度调制的射频功率放大器及超高频射频识别标签，该放大器包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；第二级放大模块用于提供可变的增益，第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与电感串联。本发明即使在输出功率较小的情况下也能实现较高的能量利用效率，从而保证高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于幅度调制的射频功率放大器，本发明还涉及一种包含该用于幅度调制的射频功率放大器的超高频射频识别标签。
背景技术
超高频射频识别(Ultra High Frequency Radio Frequency Identification，简称UHF RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，在快速扫描、小型化、抗污染、耐久性好、可重复使用、可穿透性阅读、数据记忆量大和数据可靠安全等方面有着巨大的优势，正广泛应用于各种行业，如物流仓储、智能交通、自动收费、海空港口货物管理、超市零售管理、医疗器械管理、邮政货物追踪等等，而且在边境管理、人员安全、体育运动方面也有广阔的应用天地，推动全球数字智能管理的发展。
UHF RFID读写器采用幅移键控调制(Amplify Shift Key，简称ASK)作为从读写器端到标签端的调制方式，因此发射链路一般需要采用线性功率放大器来放大功率后供天线向外辐射。由于实际线性功率放大器即使在输出功率最大的情况下，效率也不会超过40％，更何况当ASK调制要求输出功率有大有小，因此普通的线性功率放大器的综合效率远小于40％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足，提出了一种高效率的用于幅度调制的射频功率放大器及使用该射频功率放大器的超高频射频识别标签。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种用于幅度调制的射频功率放大器，包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联。
所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联。
所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地。
所述开关管为第三晶体管，所述放大管为第二晶体管，所述第三晶体管基极接控制信号、第三晶体管射极接第二晶体管集电极、第三晶体管集电极经第二电感接电源、第三晶体管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二晶体管基极接级间匹配模块输出、第二晶体管射极接地。
所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
一种超高频射频识别标签，包括用于幅度调制的射频功率放大器，所述用于幅度调制的射频功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联。
所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联。
所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地。
所述开关管为第三晶体管，所述放大管为第二晶体管，所述第三晶体管基极接控制信号、第三晶体管射极接第二晶体管集电极、第三晶体管集电极经第二电感接电源、第三晶体管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二晶体管基极接级间匹配模块输出、第二晶体管射极接地。
所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
本发明与现有技术对比的有益效果是：本发明的各个可控的功率支路都能够保证一定的输出效率，因此总的输出功率效率不随着输出幅度大小而变化，即使在输出功率较小的情况下也能实现较高的能量利用效率，从而保证高效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于幅度调制的射频功率放大器，包括输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块。
所述输入匹配模输出与第一级放大模块输入相连，所述第一级放大模块输出与级间匹配模块输入相连，级间匹配模块输出与第二级放大模块输入相连，第二级放大模块输出与输出匹配模块输入相连。所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，减少信号能量损失。所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，减少信号能量损失。所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗，使得输出功率最大化。
所述第一级放大模块包括第一电感L1和第一场效应管M1。所述第一级放大模块对输入信号进行一定放大来驱动第二级放大模块，第二级是功率级，向外输出所需要的功率。
所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感L2和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与电感串联。
各个可控的功率支路分别包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联。在图1中，所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地。各个可控的功率支路的开关管型号可以相同也可不同、各个可控的功率支路的放大管型号可以相同也可不同。即在图1中，Ct1、Ct2……Ctn的型号可以相同也可不同，M2、M3……Mn的型号可以相同也可不同。
所述用于幅度调制的射频功率放大器可以用于幅移键控调制(ASK)的射频功率放大器。由于ASK调制是需要有大功率输出和小功率输出的情况，当输出功率较大时候，射频功率放大器可以达到较高的效率；输出功率要求较小的时候，因为第二级的偏置点会随输出功率改变，消耗的静态电流相应改变，所以射频功率放大器的效率会得到提高。另外，ASK调制方式输出功率最大值和最小值的比值，也就是信号动态范围很大，而本发明的射频功率放大器的输入可以采用恒定功率输入，可以简化对输入信号动态范围的要求。
在输出级，本发明采用若干并联的功率级。通过控制开关管Ct1～Ctn栅极信号可以打开或关闭各个可控的功率支路，从而调节第二级放大模块的放大增益。由于各个可控的功率支路都能够保证一定的输出效率，因此总的输出功率效率不随着ASK输出幅度大小而变化，即使在输出功率较小的情况下也能实现较高的能量利用效率。
本发明的射频功率放大器可以简化发射链路的结构，可以将传统结构的数模转换器和上变频混频器省略。调制可以通过Ct1～Ctn各个开关直接加载，也不需要将调制信号转化为模拟信号。输入端可以直接加载锁相环的输出来确定最后输出功率的载波频率。本发明可以实现高效率ASK调制，大大节省了功耗。本发明的射频功率放大器的灵活性很高，可以实现不同形状的波形。
实验表明，在最高功率要求20dBm的射频功率放大器采用ASK调制的时候，本发明采用甲乙类工作模式效率可以稳定在55％；系统在任何功率输出情况下，效率都能够大于50％。
当然，也可由晶体管构成可控的功率支路。例如：所述开关管为第三晶体管，所述放大管为第二晶体管，所述第三晶体管基极接控制信号、第三晶体管射极接第二晶体管集电极、第三晶体管集电极经第二电感接电源、第三晶体管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二晶体管基极接级间匹配模块输出、第二晶体管射极接地。
一种超高频射频识别标签，包括用于幅度调制的射频功率放大器，所述用于幅度调制的射频功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与电感串联。
所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联。
所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地。
所述开关管为第三晶体管，所述放大管为第二晶体管，所述第三晶体管基极接控制信号、第三晶体管射极接第二晶体管集电极、第三晶体管集电极经第二电感接电源、第三晶体管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二晶体管基极接级间匹配模块输出、第二晶体管射极接地。
所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联；
所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联；所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地；
控制信号通过控制开关管打开和关闭各个可控的功率支路，以调节第二级放大模块的放大增益，且各个可控的功率支路都能保证一定的输出效率。
2.如权利要求1所述的用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
3.一种用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联；所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联；所述开关管为第三三极管，所述放大管为第二三极管，所述第三三极管基极接控制信号、第三三极管射极接第二三极管集电极、第三三极管集电极经第二电感接电源、第三三极管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二三极管基极接级间匹配模块输出、第二三极管射极接地；
控制信号通过控制开关管打开和关闭各个可控的功率支路，以调节第二级放大模块的放大增益，且各个可控的功率支路都能保证一定的输出效率。
4.根据权利要求3所述的用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
5.一种超高频射频识别标签，包括用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：所述用于幅度调制的射频功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联；
所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联；
所述开关管为第三场效应管，所述放大管为第二场效应管，所述第三场效应管栅极接控制信号、第三场效应管源极接第二场效应管漏极、第三场效应管漏极经第二电感接电源、第三场效应管漏极还与输出匹配模块输入相连；所述第二场效应管栅极接级间匹配模块输出、第二场效应管源极接地；
控制信号通过控制开关管打开和关闭各个可控的功率支路，以调节第二级放大模块的放大增益，且各个可控的功率支路都能保证一定的输出效率。
6.如权利要求5所述的超高频射频识别标签，其特征是：所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
7.一种超高频射频识别标签，包括用于幅度调制的射频功率放大器，其特征在于：所述用于幅度调制的射频功率放大器包括依次连接的输入匹配模块、第一级放大模块、级间匹配模块、第二级放大模块、输出匹配模块，所述输入匹配模块用于将输入信号匹配到第一级放大模块，所述级间匹配模块用于将第一级放大模块的输出匹配到第二级放大模块的输入，所述输出匹配模块用于将天线的阻抗匹配到第二级放大模块所需输出阻抗；所述第二级放大模块用于提供可变的增益，所述第二级放大模块包括第二电感和至少两个可控的功率支路，各个可控的功率支路之间相互并联再与第二电感串联；所述可控的功率支路包括开关管和放大管，所述开关管和放大管串联；所述开关管为第三三极管，所述放大管为第二三极管，所述第三三极管基极接控制信号、第三三极管射极接第二三极管集电极、第三三极管集电极经第二电感接电源、第三三极管集电极还与输出匹配模块输入相连；所述第二三极管基极接级间匹配模块输出、第二三极管射极接地；
控制信号通过控制开关管打开和关闭各个可控的功率支路，以调节第二级放大模块的放大增益，且各个可控的功率支路都能保证一定的输出效率。
8.根据权利要求7所述的超高频射频识别标签，其特征在于：所述用于幅度调制的射频功率放大器是用于幅移键控调制的射频功率放大器。
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