CN101800346A

CN101800346A - 双频段射频放大器微带线匹配网络

Info

Publication number: CN101800346A
Application number: CN201010034336A
Authority: CN
Inventors: 刘元安; 刘鑫; 黎淑兰; 楼建全; 于翠屏; 武杰; 吴利辉; 吴永乐
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2010-08-11

Abstract

双频段射频放大器微带线匹配网络，用于无线通信技术双频放大器领域。本发明的目的是提供一种适用于无线通信的射频放大器匹配网络，使得放大器可以在任意两个频段上同时工作，即采用单套电路完成原本两套电路实现的功能。其主要特点是：采用三段微带传输线，结构简单，几何尺寸小，易于集成在各种器件中；采用多段传输线级联结构，具有宽的匹配带宽；采用微带线实现，适合于大功率应用。

Description

双频段射频放大器微带线匹配网络

技术领域

本发明涉及用于无线通信技术领域的射频放大器双频微带线匹配网络。

背景技术

射频放大器是无线通信中收发信机的重要组成部分，包括低噪声放大器、驱动放大器、功率放大器等多种类型。当前，无线通信系统通常工作在两个或两个以上的工作频率上。实现双频放大器，即采用单套电路完成两个频段上的放大，对于缩减多频段无线通信系统的体积和成本，具有重要意义。本发明提出了双频段放大器的匹配网络设计方法，能够实现放大器在两个频段内同时工作。

近年来，已经有多种方法用于微波无源器件的双频匹配。由于微波有源器件的待匹配阻抗往往不是实数阻抗，且在不同的频率上具有不同的输入/输出阻抗，因此，这些双频匹配方法不适用于对放大器等有源器件的随频率变化的负载阻抗进行匹配。

有源器件的双频匹配也有相关设计方法出现。一种匹配方法是采用传输支路转换装置在两套不同的匹配装置之间切换。这种方法的不足是不能同时实现两个频点的同时匹配和同时工作，且仍由两套匹配网络组成，体积较大。其次，出现了一些采用多种分立元件匹配的方法。分立元件匹配网络的结构复杂，功率容量小，且匹配带宽非常窄，不适用于高频和大功率放大器的设计和实现。另外，还出现了基于微带线的匹配网络结构，具有三段传输线和两端短路枝节，结构复杂，且短路枝节的采用不适合高频和大功率应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于无线通信的射频放大器匹配网络，使得放大器可以在两个频段上同时工作，即采用单套电路完成原本两套电路实现的功能。

本发明通过以下技术方案实现：一种微带线匹配网络，包括有微带传输线#1(T1)，微带传输线#2(T2)，微带传输线#3(T3)。微带线采用级联结构，以实现更宽的匹配带宽。T1接负载端，T3接输入端。

所述的微带传输线T1，其功能是将在两个频点处不同的负载阻抗转换为两个相互共轭的输入阻抗。设定R_L2为从T2向T1看到的输入电阻，X_L2为从T2向T1看到的输入电抗。在两个不同的频率f₁和f₂上，要求T1的设计满足R_L2|_f1＝R_L2|_f2，且X_L2|_f1＝-X_L2|_f2。其长度设计参数为：

l_{1} = \frac{c [π + \arctan \frac{Z_{3} (R_{1} - R_{2})}{R_{1} X_{2} - R_{2} X_{1}}]}{2 π (f_{2} + f_{1})} .

其中c是光速，R₁是匹配负载在第一个频点处的电阻，X₁是匹配负载在第一个频点处的电抗，R₂是匹配负载在第二个频点处的电阻，X₂是匹配负载在第二个频点处的电抗。

所述的微带传输线T2和T3，其长度设计参数为：

l_{2} = l_{3} = \frac{c}{2 (f_{2} + f_{1})} .

所述的T2，其功能是将看向T1的输入阻抗通过l₂长度转化为在两个频率上相互共轭的输入阻抗。

所述的T3，其功能是将看向T2的输入阻抗通过l₃长度转化为待匹配的系统阻抗。通常情况下，射频放大器的系统阻抗为50Ω。

本发明是一种结构新颖、简单、实用的双频段射频放大器匹配网络，可同时提供两个频段上对放大器晶体管输入输出端口的同时匹配。其主要特点是：采用三段微带传输线，结构简单，几何尺寸小，易于集成在各种器件中；采用多段传输线级联结构，具有宽的匹配带宽；采用微带线实现，适合于大功率应用。

附图说明

图1是本发明双频段射频放大器微带线匹配网络的原理示意图

图2是本发明双频段射频放大器微带线匹配网络应用于3.45GHz/5.8GHz双频放大器实施例的电路示意图

图3是本发明双频段射频放大器微带线匹配网络应用于3.45GHz/5.8GHz双频放大器实施例的频率特性图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图2所示，本实施例为可同时工作在3.45GHz和5.8GHz的放大器。该放大器为最大增益传送放大器。在3.45GHz频率，待匹配的输入负载反射系数为0.134∠-154.0°，输出负载反射系数为0.247∠28.3°，在5.8G频率。本放大器的输入和输出匹配电路根据本发明设计，包括：介质基板，输入端口，输出端口，晶体管，偏置及稳定电路，输入匹配电路的微带线T_i1，T_i2和T_i3，输出匹配电路的微带线T_o1，T_o2和T_o3。

所述的介质基板相对介电常数为3.48，厚度为20mil。

所述的输入端口、输出端口为放大器的两端端口，采用标准的SMA接头，特征阻抗为50Ω。

所述的晶体管为双极性晶体管BFU725F。

所述的偏置及稳定电路由若干电容，电感，电阻组成，负责为晶体管提供直流偏置并抑制振荡。这种设计方法为本领域公知的。

所述的输入匹配电路微带线T_i1特征阻抗为69Ω，电长度为54度。通过本发明的设计方法设计。

所述的输入匹配电路微带线T_i2特征阻抗为87Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。

所述的输入匹配电路微带线T_i3特征阻抗为85Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。

所述的输入匹配电路微带线T_o1特征阻抗为77Ω，电长度为54度。通过本发明的设计方法设计。

所述的输入匹配电路微带线T_o2特征阻抗为59Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。

所述的输入匹配电路微带线T_i3特征阻抗为56Ω，电长度为67度。通过本发明的设计方法设计。

Claims

1.双频段射频放大器微带线匹配网络，包括：一种微带线匹配网络，包括有微带传输线#1(T1)，微带传输线#2(T2)，微带传输线#3(T3)。其特征是：所述的微带线匹配网络能工作在两个不同频率f₁，f₂。

2.如权利要求1所述的双频段射频放大器微带线匹配网络，其特征是：该微带线匹配网络所工作的两个频率可自由定义，即f₁，f₂为任意值。

3.如权利要求1所述的双频段射频放大器微带线匹配网络，其特征是：所述的微带传输线T1，将在两个频点处不同的负载阻抗转换为两个相互共轭的输入阻抗。设定R_L2为从T2向T1看到的输入电阻，X_L2为从T2向T1看到的输入电抗。在两个不同的频率f₁和f₂上，要求T1的设计满足R_L2|_f1＝R_L2|_f2，且X_L2|_f1＝-X_L2|_f2。其长度设计参数为：

l_{1} = \frac{c [π + \arctan \frac{Z_{3} (R_{1} - R_{2})}{R_{1} X_{2} - R_{2} X_{1}}]}{2 π (f_{2} + f_{1})} .

4.如权利要求1所述的双频段射频放大器微带线匹配网络，其特征是：所述的T2，将看向T1的输入阻抗通过l₂长度转化为在两个频率上相互共轭的输入阻抗。其长度设计参数为：

l_{2} = \frac{c}{2 (f_{2} + f_{1})} .

5.如权利要求1所述的双频段射频放大器微带线匹配网络，其特征是：所述的T3，将看向T2的输入阻抗通过l₃长度转化为待匹配的系统阻抗。通常情况下，射频放大器的系统阻抗为50Ω。其长度设计参数为：

l_{3} = \frac{c}{2 (f_{2} + f_{1})} .

6.如权利要求1所述的双频段射频放大器微带线匹配网络，其特征是：该匹配网络中的传输线可以结合本专利提出的设计方法以及不同射频基板参数转化为实际的微带线，带状线，共面波导，槽线等各种实际传输线结构的尺寸。