CN101562448A - 射频功率放大器高低功率合成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种与射频功率放大器配合使用的高低功率合成电路。所述电路连接于输入信号与负载之间，包括并行的高功率工作通道、低功率工作通道及用于选择切换两通道工作并对两通道工作进行控制的电压控制电路；其中高功率模式通道包括驱动级、功率级；低功率模式通道采用一三极管或MOS管器件配合一匹配网络很好的实现与高功率工作通道的并行工作。本发明通过对高、低功率放大器进行独立设计，从而能对功率放大器在高、低功率模式下的效率与其他指标进行优化，同时改善高、低输出功率模式下的效率，有效提高射频功率放大器平均效率，延长电池使用时间。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体是指与射频功率放大器结合使用的高、低功率合成电路。
背景技术
射频功率放大器广泛应用在各种无线通讯设备及电子系统中，如手机、移动终端等，它作为发射机中的关键部件，用于将已调制的射频信号放大到一定的功率值，再传输给天线发射出去。当手机要把调制后的信号发射给距离很远的基站时，为了保证基站能接收到足够的信号强度，需要手机以一个很高的功率等级对信号进行发射；相反，手机离基站越近，所需的发射功率就越小。在一个TD-SCDMA/WCDMA/CDMA制式手持终端中，不管是在城区还是郊区，射频功率放大器大部分时间工作于中、低功率等级下。因此减小射频功率放大器本身的功率损耗即提高射频功率放大器的效率，特别是低功率等级下的效率(在TD-SCDMA/WCDMA/CDMA制式中以16dBm为高低功率切换点)对于延长电池的使用时间就显得尤为关键。传统的射频功率放大器设计中通常都只关注高输出功率时的效率，因而其平均效率很低，严重影响了电池的使用时间。
目前的射频功率放大器设计通常都只关注高输出功率时的效率，而调查显示在TD-SCDMA/WCDMA/CDMA网路通讯系统中手机输出功率的使用多处于低功率模式下。据试验验证，射频功率放大器在输出功率为28dBm时的功率附加效率(英文名为power added efficiency，缩写为PAE)达到40％，但在低输出功率时的PAE却很低，由手机在实际使用情况下所需的输出功率分布情况可知，射频功率放大器大部分时间都以低功率等级工作，所以为了能在有限的电池容量下有效地延长手机的通话时间，提高低输出功率时的效率就变得非常关键。
在传统的射频功率放大器设计中，为了提高低输出功率时的效率，常采用动态电源控制技术和Doherty负载调制技术以及动态偏置电流控制技术来提高效率，前两者由于其复杂的电路结构和较高的生产成本而显得不太实用，动态偏置电流控制技术虽具有电路结构简单和成本较低等优点，但采用这种方法的射频功率放大器在低输出功率(通常为16dBm)的功率附加效率即PAE仍小于10％，很难满足高效率的要求。
发明内容
本发明针对现有射频功率放大器电路在低输出功率模式下，功率附加效率低的问题，提供一种能够在高、低功率工作模式下均能实现较高效率的新型射频功率放大器。
为实现上述目的，本发明采取的基本技术方案为：
提供一种射频功率放大器高低功率合成电路，连接于输入信号与负载之间，包括并行的高功率工作通道、低功率工作通道及用于选择切换两通道工作并对两通道工作进行控制的电压控制电路；所述高功率工作通道包括依次连接的驱动级和功率级；所述低功率工作通道包括一受控于电压控制电路的三极管，所述三极管基极接输入信号，发射极接地，集电极连接一二极管阴极，该二极管阳极通过一匹配网络连接至负载。
类似的，本发明还可以采取的这种方案：一种射频功率放大器高低功率合成电路，连接于输入信号与负载之间，包括并行的高功率工作通道、低功率工作通道及用于选择切换两通道工作并对两通道工作进行控制的电压控制电路；所述高功率工作通道包括依次连接的驱动级和功率级；所述低功率工作通道包括一三极管，所述三极管基极接输入信号，发射极接地，集电极通过一受控于电压控制电路的开关连接至负载。
具体的，所述匹配网络可采用LC谐振电路，所述LC谐振电路中电感、电容交点端与二极管阳极连接，电容另一端接地，电感另一端连接至负载。
更具体的，所述电压控制电路通过一开关装置选择切换高、低功率工作通道工作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明具有高、低功率两种输出通道，可根据工作情况选择使用，能有效提高射频功率放大器的平均效率，延长电池的使用时间；
2、本发明能够分别在高、低功率工作模式下对效率与其他指标分别进行优化，如优选方案中开关器件损耗小，对放大器工作效率影响小；且接入的匹配网络能够有效滤除高功率工作通道工作时产生的二阶谐波，提高低功率工作通道工作效率；
3、本发明电路简洁，成本低。
附图说明
图1为本发明基本方案电路框图；
图2为本发明一具体实施例电路图；
图3为本发明另一具体实施例电路图；
图4为本发明体现匹配网络的具体实施例的电路图；
图5是采用高、低功率合成技术的射频功率放大器的增益特性图；
图6为采用高、低功率合成技术的射频功率放大器的效率特性图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1为本发明基本方案电路框图。如图，该实施例采用并行两路放大器结构对输入信号进行放大，输入信号直接接入高、低两工作通道。其中高功率工作通道包括顺次连接的驱动级与功率级；低功率工作通道采用三极管Q1实现信号放大，三极管Q1集电极接二极管D1或开关SW2，二极管D1或开关SW2另一端通过一匹配网络接至负载。所述三极管Q1处也可采用MOS管替代实现放大功能。
图2为本发明在基本方案基础上一较为具体的实施方式电路图。如图，该实施例采用并行两路放大器结构对输入信号进行放大，电压控制电路控制一单刀双掷的开关SW1对射频输入信号进行切换，以及控制各级放大器的通断来实现高、低功率工作通道的切换。实施例中开关SW1也可用两个单刀单掷的开关替换。
实施例中，驱动级与功率级器件组成高功率工作通道，通过开关SW1的一触点端接输入信号；三极管Q1为低功率工作通道放大器件，其基极通过开关SW1的另一触点端连接输入信号，开关SW1中间触点受控于电压控制电路。三极管Q1基极同时与电压控制电路连接，三极管Q1发射极接地，集电极连接二极管D1阴极，二极管D1阳极通过一匹配网络(这里称为匹配网络6)连接至负载。其中驱动级与低功率放大器均可由一级或多级放大器构成，并且其可设计成增益可调形式。
在高功率模式工作时，电压控制电路产生控制电压使驱动级与功率级导通、三极管Q1截止，并控制开关SW1切换至触点2，则输入信号通过高功率工作通道放大后输出给负载。此时三极管Q1截止，起隔离作用，其上几乎没有功率消耗，对高功率工作通道效率几乎无影响。该工作方式下匹配网络6能够有效滤除高功率工作通道工作时产生的二阶谐波，提高高功率工作通道工作效率。
在低功率模式工作时，电压控制电路产生控制电压使驱动级与功率级关断，三极管Q1导通，并控制开关SW1切换至触点3，则输入信号通过低功率工作通道即三极管Q1放大后输出给负载。此时三极管Q1工作于线性工作区。此时，匹配网络6的作用为改变Q1的基波负载阻抗，从而提高低功率模式下的效率。
匹配网络6具体可采用一LC谐振网络，连接方式如图4实施例所示。
图3为本发明另一实施例电路图。该实施例中，与图2所示基本方案类似，只是将二极管D1处置换为一开关SW2，开关SW2受控于电压控制电路。在高功率模式工作时，开关SW2断开；在低功率模式工作时，开关SW2闭合。其余工作方式类似图2，在此不再赘述。
如图4所示为本发明优选实施方式示意图。该方案中，在图2所示方案基础上，在高、低功率工作通道与开关SW1之间分别设匹配网络2和匹配网络5，与负载之间设匹配网络4，且在高功率工作通道中驱动级、功率级之间设阻抗匹配网络3，开关SW1与输入信号之间还设有匹配网络1。匹配网络4的功能主要用于将负载电阻转换到一个较低的阻抗；匹配网络3作为级间匹配网络，用于将从功率级输入端看进去的阻抗转换到一个更高的阻抗以提高放大器的增益；匹配网络1、匹配网络2与匹配网络5用于输入匹配。当然图4中二极管可以用一开关替换，即在图3方案基础上加入上述各匹配网络以实现电路的优化。
图5是采用高、低功率合成电路的射频功率放大器的增益特性图。从图可以看出，射频功率放大器在高输出功率模式时，射频功率放大器具有高增益；而在低输出功率模式时，为了降低功耗、提高效率，信号通道上通常只有一级晶体管对输入信号放大，因而其具有较低的增益。
图6为采用高、低功率合成电路的射频功率放大器的效率特性图。其中纵轴表示附加效率，横轴表示输出功率，左边曲线表示低功率模式下曲线，右边曲线表示高功率模式下曲线。由于高、低功率合成技术的使用，从图可以看出，射频功率放大器在低输出功率时明显具有高得多的功率附加效率。因此，发射终端只需要输出较小的功率即可得到较高的功率附加效率，减小了发射终端的功率输出，达到延长发射终端使用时间的目的。
以上所述仅为本发明较佳的实施方案，需说明的是，在未脱离本发明构思前提下对其所做的任何微小变化及等同替换，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种射频功率放大器高低功率合成电路，连接于输入信号与负载之间，其特征在于，包括并行的高功率工作通道、低功率工作通道及用于选择切换两通道工作并对两通道工作进行控制的电压控制电路；所述高功率工作通道包括依次连接的驱动级和功率级；所述低功率工作通道包括一受控于电压控制电路的三极管，所述三极管基极接输入信号，发射极接地，集电极连接一二极管阴极，该二极管阳极通过一匹配网络连接至负载。
2、根据权利要求1所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述匹配网络采用LC谐振电路，所述LC谐振电路中电感、电容交点端与二极管阳极连接，电容另一端接地，电感另一端连接至负载。
3、根据权利要求2所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述电压控制电路通过开关器件选择切换高、低功率工作通道工作。
4、根据权利要求3所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述高、低功率工作通道与输入信号和负载之间均设有阻抗匹配网络。
5、根据权利要求4所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述驱动级、功率级之间设有阻抗匹配网络。
6、一种射频功率放大器高低功率合成电路，连接于输入信号与负载之间，其特征在于，包括并行的高功率工作通道、低功率工作通道及用于选择切换两通道工作并对两通道工作进行控制的电压控制电路；所述高功率工作通道包括依次连接的驱动级和功率级；所述低功率工作通道包括一三极管，所述三极管基极接输入信号，发射极接地，集电极通过一受控于电压控制电路的开关连接至负载。
7、根据权利要求6所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述匹配网络采用LC谐振电路，所述LC谐振电路中电感、电容交点端与二极管阳极连接，电容另一端接地，电感另一端连接至负载。
8、根据权利要求7所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述电压控制电路通过开关器件选择切换高、低功率工作通道工作。
9、根据权利要求8所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述高、低功率工作通道与输入信号和负载之间均设有阻抗匹配网络。
10、根据权利要求9所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述驱动级、功率级之间设有阻抗匹配网络。
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