CN101656515B - 一种射频功率放大器高低功率合成电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及射频功率放大器领域，具体是指一种具有高、低功率输出通道、效率高且电路相对简洁的射频功率放大器应用电路。所述电路包括控制电路和受控于控制电路的功率放大器PA1和PA2，所述功率放大器PA1和PA2输入端均与一采用共射共基结构连接且同样受控于控制电路的三极管放大电路连接。上述电路中的三极管可以采用MOSFET或HEMT等工艺制作的晶体管代替。本发明所述电路采用共射共基结构放大器作为整个放大电路的驱动级，在对输入射频信号进行放大的同时起到输入射频开关的作用，从而省略了输入射频开关，降低了电路设计的复杂程度和生产成本；且共射共基结构的共射级晶体管在高、低功率模式下共用，能够简化输入匹配网络设计。
Description
技术领域
本发明涉及射频功率放大器技术领域，具体是指一种分别具有高、低功率输出通道、性能稳定、效率高且电路相对简洁的射频功率放大器应用电路。
背景技术
射频功率放大器是无线通信系统中不可或缺的电路模块，主要负责将调制后的射频信号放大到一定的功率值，再通过天线发射出去。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。从大多数手机在给定区域平均输出功率的概率分布看，TD-SCDMA/CDMA/WCDMA制式手机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。射频功率放大器作为无线收发机中功耗最大的部件，减小其本身的功率损耗即提高射频功率放大器的效率，特别是低功率模式下的效率(在TD-SCDMA/CDMA/WCDMA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。为了提高射频功率放大器的平均效率，就有必要采用带高、低功率的射频功率放大器电路。
现有的提高射频功率放大器平均效率的高、低功率合成技术中，主要采用并行通道高、低功率合成方法。如图1所示，射频功率放大器包含并行的高功率通道和低功率通道，在高功率模式工作时，控制电路控制SW1、PA1导通，SW2、SW3、PA2关断，由PA1实现功率放大；在低功率模式工作时，控制电路控制SW2、SW3、PA2导通，SW1、PA1关断，由PA2实现功率放大；开关SW1和SW2用于增加射频功率放大器高、低功率模式间的隔离度及减少射频信号的泄漏，开关SW3用于调节低功率通道的输出阻抗以提高低功率模式下的效率。采用这种并行通道高、低功率合成技术的射频功率放大器由于需要额外开关SW1和SW2来提高高、低功率模式间的隔离度及减少射频信号泄漏，这增加了电路设计的复杂程度与生产成本；并且在高、低功率模式工作时，PA1、PA2的输入阻抗差别很大，因而需要分别为高、低功率通道增加匹配网络以实现良好的输入匹配，这增加了射频功率放大器输入匹配网络的设计复杂程度。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中射频功率放大器高、低功率合成电路性能差、电路复杂、设计难度大的问题，进而提供一种性能稳定、效率高且电路相对简洁的射频功率放大器高、低功率合成电路。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案为：提供一种射频功率放大器高低功率合成电路，包括控制电路和受控于控制电路的功率放大器PA1和PA2，其特征在于：所述功率放大器PA1和PA2输入端均与一采用共射共基结构连接且同样受控于控制电路的三极管放大电路连接。
具体的，所述三极管放大电路包括三极管Q2、Q3，所述三极管Q2、Q3集电极分别连接功率放大器PA1和PA2输入端，并分别通过电感L1、L2连接电源VCC1、VCC2；三极管Q2、Q3发射极相连并通过三极管Q1集电极、Q1的发射极接地，所述三极管Q1基极与输入信号连接；三极管Q2、Q3基极分别通过电阻连接控制电路；所述三极管Q2、Q3基极还分别通过电容接地。
优选的方案为：所述三极管Q2、Q3集电极与功率放大器PA1和PA2输入端之间分别连接有第二、第四匹配网络；所述输入信号通过第一匹配网络连接三极管Q1基极。
上述方案中的三极管均可使用MOS器件代替，组成共源共栅结构的放大电路，其它连接方式相同。
本发明所述电路采用共射共基(共源共栅结构)结构放大器作为整个放大电路的驱动级，在对输入射频信号进行放大的同时起到输入射频开关的作用，从而无需使用额外的输入射频开关来提高隔离度，降低了电路设计的复杂程度和生产成本；且共射共基结构(共源共栅结构)的共射级晶体管在高、低功率模式下共用，能够简化输入匹配网络设计。
附图说明
图1为现有的射频功率放大器高低功率合成电路原理图；图2为本发明实施例一原理图；图3为本发明实施例二原理图。
具体实施方式
为了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2为本发明第一种优先实施电路图。如图，匹配网络1接于输入信号与晶体管Q1的基极之间，Q1的发射极接地，集电极分别与晶体管Q2、Q3的发射极相连，Q2的基极分别与电阻R1和电容C1相连，Q3的基极分别与电阻R2、电容C2相连，电容C1、C2的另一端均与地相连，Q2的集电极与电感L1、匹配网络2相连，电感L1的另一端与电源VCC1相连，Q3的集电极与电感L2、匹配网络4相连，电感L2的另一端与电源VCC2相连；高功率放大器PA1分别接于匹配网络2和匹配网络3之间，低功率放大器PA2分别与匹配网络4和匹配网络5、电容C3及开关SW1相连，SW1的另一端与电容C4相连，电容C3、C4的另一端均与地相连，匹配网络5的另一端与匹配网络3相连，匹配网络3的另一端与负载相连，控制电路分别与电阻R1、R2、功率级PA1、PA2及开关SW1相连。
该实施例的实现方式为利用控制电路控制晶体管Q2、Q3及功率级放大器PA1、PA2的通断来实现高、低功率模式工作。
在高功率模式工作时，控制电路控制晶体管Q2、高功率放大器PA1及开关SW1导通，晶体管Q3及低功率放大器PA2关断。此时输入信号、匹配网络1、晶体管Q1、Q2、匹配网络2、PA1和匹配网络3及负载构成高功率模式通道；晶体管Q1、Q2构成共射共基结构，且由于晶体管Q2导通，Q3关断，输入射频信号经由晶体管Q1、Q2构成的共射共基放大器放大后传递给级间匹配网络2和功率级的功率放大器PA1。
这里晶体管Q1、Q2在对输入信号进行放大的同时起到射频开关的作用。因为晶体管共射共基结构的连接方式所固有的高隔离度特性，采用这种结构不会带来任何射频功率放大器高、低功率模式间的隔离度问题。晶体管Q2、Q3基极的并联电容C1、C2用于给晶体管提供一个交流地；电阻R1、R2分别为晶体管Q2、Q3提供偏置；电感L1、L2为射频扼流电感；匹配网络3用于将负载(通常为50欧姆)转换成一个低阻，以提高射频功率放大器的输出功率能力；匹配网络2为级间匹配网络，用于将从功率放大器PA1输入端看进去的阻抗转换成一个较高的阻抗，以提高射频功率放大器的增益；匹配网络1用于实现输入匹配，以减少输入射频信号的反射；开关SW1与电容C4一起在高功率模式工作时产生一个低阻(C4的作用是给开关SW1提供一个交流地，其电容值相对较大，在高频下可认为其交流短路，且其和SW1的位置可上下调换)。如图由于关断的功率放大器PA2的输出阻抗相对较高，所以功率放大器PA2的输出阻抗Zout1主要由开关SW1与电容C4的阻抗决定，这个阻抗相对较低，因此Zout1要经匹配网络5转换成一个高阻(相对于功率放大器PA1输出阻抗Zin_load来说)，从而保证经功率级放大器PA1放大后的射频信号大部分流入匹配网络3并传递给负载。
在低功率模式工作时，控制电路控制晶体管Q3、低功率放大器PA2导通，晶体管Q2、高功率放大器PA1及开关SW1关断，输入信号、匹配网络1、晶体管Q1、Q3、匹配网络4、功率放大器PA2、电容C3、匹配网络5和匹配网络3及负载构成低功率模式通道。
由于晶体管Q2关断，Q3导通，输入射频信号经由晶体管Q1、Q3组成共射共基结构放大后传递给功率级PA2及负载实现低功率模式工作。开关SW1断开，消除了如图1中开关导通插损对低功率模式效率的影响；匹配网络5和电容C3用于将阻抗Zin_load转换成一个更高的阻抗，以提高低功率模式工作时效率；匹配网络4为级间匹配网络，用于将从功率放大器PA2输入端看进去的阻抗转换成一个较高的阻抗，以提高射频功率放大器的增益；匹配网络1用于实现输入匹配，以减少输入射频信号的反射。
图3为本发明第二种优先实施电路图。它采用MOSFET或HEMT等工艺的晶体管实现电路。如图，匹配网络1接于输入信号与晶体管M1的栅极之间，M1的源极接地，漏极分别与晶体管M2、M3的源极相连，M2的栅极分别与电阻R1和电容C1相连，M3的栅极分别与电阻R2、电容C2相连，电容C1、C2的另一端均与地相连，M2的漏极与电感L1、匹配网络2相连，电感L1的另一端与电源VCC1相连，M3的漏极与电感L2、匹配网络4相连，电感L2的另一端与电源VCC2相连，高功率放大器PA1分别与匹配网络2和匹配网络3相连，低功率放大器PA2分别与匹配网络4和匹配网络5、电容C3及开关SW1相连，SW1的另一端与电容C4相连，电容C3、C4的另一端均与地相连，匹配网络5的另一端与匹配网络3相连，匹配网络3的另一端与负载相连，控制电路分别与电阻R1、R2、功率级的功率放大器PA1、PA2及开关SW1相连。
其工作方式同样是利用控制电路控制MOS晶体管M2、M3及功率级放大器PA1、PA2的通断来实现高、低功率模式工作。在高功率模式工作时，晶体管M2导通，M3关断，晶体管M1、M2构成共源共栅放大器对输入射频信号进行放大；在低功率模式工作时，晶体管M2关断，M3导通，晶体管M1、M3构成共源共栅放大器对输入射频信号进行放大。实施例二具体工作原理与图2所示方案相同，在此不再赘述。
实际上，本发明所述电路中，晶体管Q1、Q2、Q3可以用采用MOSFET、HEMT、GaAs、SiGe等等其他工艺制作而来的晶体管替代，均可实现该电路功能，在此不再一一列举。
以上仅为本发明较优选的实施例，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 (8)
1.射频功率放大器高低功率合成电路，包括控制电路和受控于控制电路的功率放大器PA1和PA2，其特征在于：所述功率放大器PA1和PA2输入端均与一采用共射共基结构连接且同样受控于控制电路的三极管放大电路连接；
所述三极管放大电路包括三极管Q2、Q3，所述三极管Q2、Q3集电极分别连接功率放大器PA1和PA2输入端，并分别通过电感L1、L2连接电源VCC1、VCC2；三极管Q2、Q3射极相连并通过三极管Q1集电极、Q1的发射极接地，所述三极管Q1基极与输入信号连接；三极管Q2、Q3基极分别通过电阻连接控制电路。
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，所述三极管Q2、Q3基极还分别通过电容接地。
3.根据权利要求1或2所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述三极管Q2、Q3集电极与功率放大器PA1和PA2输入端之间分别连接有第二、第四匹配网络。
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，所述输入信号通过第一匹配网络连接三极管Q1基极。
5.射频功率放大器高低功率合成电路，包括控制电路和受控于控制电路的功率放大器PA1和PA2，其特征在于：所述功率放大器PA1和PA2输入端均与一采用共源共栅结构连接且同样受控于控制电路的MOS管放大电路连接；
所述MOS放大电路包括MOS管M2、M3，所述MOS管M2、M3漏极分别连接功率放大器PA1和PA2输入端，并分别通过电感L1、L2连接电源VCC1、VCC2；MOS管M2、M3源极相连并通过MOS管M1漏极、M1的源极接地，所述MOS管M1栅极与输入信号连接；MOS管M2、M3栅极分别通过电阻连接控制电路。
6.根据权利要求5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MOS管M2、M3栅极还分别通过电容接地。
7.根据权利要求5或6所述的射频功率放大器高低功率合成电路，其特征在于，所述所述MOS管M2、M3漏极与功率放大器PA1和PA2输入端之间分别连接有第二、第四匹配网络。
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，所述输入信号通过第一匹配网络连接MOS管栅极。
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