CN101478291A - 射频功率放大器电路和射频功率放大方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频功率放大器电路，以及采用这种射频功率放大器电路实现的射频功率放大方法。本发明在低功率模式下，加入阻抗匹配网络与开关相连，在输出端形成高负载阻抗匹配网络，当开关导通时，功率放大器输出通过开关和高负载阻抗匹配网络至输出端，由于开关导通时的阻抗值与匹配网络的负载阻抗值的比值较小，因此降低了输出功率在开关上的损耗，提高低功率功率放大器的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频功率放大器电路。本发明还涉及一种射频功率放大方法。
背景技术
在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。最大线性功率效率(本发明所述的效率均为最大线性功率效率)是衡量功率放大器性能的重要指标之一。功率放大器的输出功率随基站信号的强弱而改变，以CDMA功率放大器为例，如果采用单一的功率放大器，当其输出功率为16dBm时，效率仅为10％，而且静态工作电流较大，可达100mA。因此为提高功率放大器在小功率输出时的效率，射频功率放大器电路通常采用高低功率两种工作模式，相应的功率放大器包括大功率输出功率放大电路与小功率输出功率放大电路，两种功率放大电路在输出端通过功率合成网络至同一输出端。
现有的射频功率放大器电路的结构如图1所示。当功率放大器工作在高功率模式下，大功率功率放大器开启，小功率功率放大器关闭，开关K1断开，大功率功率放大器输出通过匹配网络1至输出端RFout。此时由于大功率放大器的输出功率较高，因此大功率功率放大器功率输出点PH处的负载阻抗值Z1较小。当功率放大器工作在低功率模式下，大功率功率放大器关闭，小功率功率放大器开启，开关K1导通，小功率功率放大器输出通过匹配网络2、开关K1和匹配网络1至输出端RFout。此时由于小功率放大器的输出功率较低，因此小功率功率放大器功率输出点PL处的负载阻抗值Z2较高。通过匹配网络2使得高负载阻抗点PL和低负载阻抗点PH相匹配。
这种高低功率合成网络在低功率模式下工作时，以CDMA功率放大器为例，其功率放大器的效率通常为20％，较单一功率放大器小功率输出时的效率明显提高，且低功率模式下的静态工作电流较低，仅为10mA，较单一功放电路可减少90％。但是，由于在导通状态下的开关其阻抗值ZK1很低，通常ZK1＝4Ω，而高功率输出匹配网络1的阻抗值Z1也较低，一般负载阻抗Z1＝4Ω，则ZK1/Z1＝4/4＝1，从而导致输出功率在开关上的损耗增大。因此，现有技术在低功率模式下输出功率在开关上的损耗较大，影响了小功率功率放大器的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器电路，以及采用这种电路实现的射频功率放大方法，提高射频功率放大器电路在低功率模式下的效率。
为解决上述技术问题，本发明射频功率放大器电路的技术方案是，包括：
大功率功率放大器，所述大功率功率放大器输出的信号经过一个用来降低负载阻抗的第一匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端；
小功率功率放大器，所述小功率功率放大器连接有切换开关，所述切换开关进行切换后，将一个第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得所述小功率功率放大器输出的信号经过所述高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端。
本发明采用上述电路实现的射频功率放大方法的技术方案是，当所述射频功率放大器电路工作在高功率模式时，所述切换开关将小功率功率放大器和第二匹配网络断开，使得输入信号通过所述大功率功率放大器和第一匹配网络后由所述射频功率放大器电路的输出端输出；当所述射频功率放大器电路工作在低功率模式时，所述切换开关将所述第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得输入信号经过所述小功率功率放大器和该高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端。
本发明所提供的上述电路结构和方法，由于开关导通时的阻抗值与匹配网络的负载阻抗值的比值较小，因此输出功率在开关上的损耗较低，从而提高了低功率功率放大器的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的射频功率放大器电路的电路图；
图2为本发明射频功率放大器电路的电路图。
具体实施方式
本发明公开了一种射频功率放大器电路，如图2所示，包括：
大功率功率放大器，所述大功率功率放大器输出的信号经过一个用来降低负载阻抗的第一匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端RFout；
小功率功率放大器，所述小功率功率放大器连接有切换开关，所述切换开关进行切换后，将一个第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得所述小功率功率放大器输出的信号经过所述高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端RFout。
所述大功率功率放大器的输出端与电源端之间连接有一个电感L5，所述第一匹配网络包括两个电感L6和L7，这两个电感串联连接在所述大功率功率放大器的输出端PH与所述射频功率放大器电路的输出端RFout之间，其中与所述射频功率放大器电路的输出端RFout连接的电感L7的两端与地之间各连接有一个电容C4和C5；所述小功率功率放大器的输出端PL通过一个第一切换开关K2连接到所述射频功率放大器电路的输出端RFout，所述第二匹配网络包括一个电容C6，该电容C6与一个第二切换开关K3串联在所述射频功率放大器电路的输出端RFout与地之间。
本发明还提供了一种利用上述射频功率放大器电路实现的射频功率放大方法，当所述射频功率放大器电路工作在高功率模式时，所述切换开关将小功率功率放大器和第二匹配网络断开，使得输入信号由RFin1通过所述大功率功率放大器和第一匹配网络后由所述射频功率放大器电路的输出端输出；当所述射频功率放大器电路工作在低功率模式时，所述切换开关将所述第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得输入信号由RFin2经过所述小功率功率放大器和该高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端。
如图2所示，当射频功率放大器工作在高功率模式时，大功率功率放大器开启，小功率功率放大器关闭，开关K2、K3断开，功率放大器输出通过第一匹配网络至输出端RFout。此时由于功率放大器的输出功率较高，因此高功率功率放大器功率输出点PH处的负载阻抗值ZH较小。当射频功率放大器工作在低功率模式时，小功率功率放大器开启，大功率功率放大器关闭，开关K2、K3导通，第二匹配网络与第一匹配网络相连形成高负载阻抗匹配网络，此时由于小功率功率放大器的输出功率较低，因此，功率输出点PL处负载阻抗值ZL较高。由于开关K2导通阻抗值ZK2较低，而ZL值较高，使得ZK2/ZL的比值很低，因此输出功率在开关上的损耗较低，从而提高了低功率模式下功率放大器的效率。
现以图2的电路实现形式，以CDMA射频功率放大器功率合成网络设计为例。当输出功率大于16dBm时，大功率功率放大器开启，小功率功率放大器关闭，开关K2、K3断开，功率放大器输出通过第一匹配网络至输出端RFout。由于输出功率较高，点PH处的负载阻抗值ZH设计为4Ω。当输出功率小于等于16dBm时，小功率功率放大器开启，大功率功率放大器关闭，开关K2、K3导通，第二匹配网络通过开关K3与第一匹配网络相连形成高负载阻抗匹配网络，使得点PL处负载阻抗值ZL为50Ω。本发明中第二匹配网络采用的电路结构为并联电容C3到地。通常开关导通时的阻抗值ZK2为4Ω，此时ZK2/ZH＝4/50＝0.08，比值很低，使得功率放大器输出在开关上的损耗较小，依此功率合成网络设计的功率放大器，在低功率模式下工作时，效率可达28％，功率效率得到显著提高。
由于传统的高低功率合成网络，在低功率模式下，开关与低负载阻抗值的匹配网络相连，从而导致输出功率在开关上的损耗较大，降低了低功率功率放大器的效率。本发明中，在低功率模式下，加入阻抗匹配网络与开关相连，在输出端形成高负载阻抗匹配网络，当开关导通时，功率放大器输出通过开关和高负载阻抗匹配网络至输出端，由于开关导通时的阻抗值与匹配网络的负载阻抗值的比值较小，因此降低了输出功率在开关上的损耗，提高低功率功率放大器的效率。
Claims (3)
1.一种射频功率放大器电路，其特征在于，包括：
大功率功率放大器，所述大功率功率放大器输出的信号经过一个用来降低负载阻抗的第一匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端；
小功率功率放大器，所述小功率功率放大器连接有切换开关，所述切换开关进行切换后，将一个第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得所述小功率功率放大器输出的信号经过所述高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器电路，其特征在于，所述大功率功率放大器的输出端与电源端之间连接有一个电感，所述第一匹配网络包括两个电感，这两个电感串联连接在所述大功率功率放大器的输出端与所述射频功率放大器电路的输出端之间，其中与所述射频功率放大器电路的输出端连接的电感的两端与地之间各连接有一个电容；所述小功率功率放大器的输出端通过一个第一切换开关连接到所述射频功率放大器电路的输出端，所述第二匹配网络包括一个电容，该电容与一个第二切换开关串联在所述射频功率放大器电路的输出端与地之间。
3.一种利用权利要求1或2所述的射频功率放大器电路实现的射频功率放大方法，其特征在于，当所述射频功率放大器电路工作在高功率模式时，所述切换开关将小功率功率放大器和第二匹配网络断开，使得输入信号通过所述大功率功率放大器和第一匹配网络后由所述射频功率放大器电路的输出端输出；当所述射频功率放大器电路工作在低功率模式时，所述切换开关将所述第二匹配网络与所述第一匹配网络相连接形成高负载阻抗匹配网络，同时使得输入信号经过所述小功率功率放大器和该高负载阻抗匹配网络之后传输至所述射频功率放大器电路的输出端。
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