CN101867349B - 射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频功率放大器，包括与输入匹配网络和输出匹配网络连接的射频功率放大管，输入匹配网络与第一输入传输线连接，输出匹配网络与第一输出传输线连接，第一输入传输线与输入射频滤波电容连接，第一输出传输线与输出射频滤波电容连接；还包括第一电容和/或第二电容；第一电容与第一输入传输线和输入匹配网络连接；第二电容与第一输出传输线和输出匹配网络连接。本发明实施例提供的射频功率放大器，使射频功率放大器中避免使用螺管电感，保证了射频功率放大器的性能。

Description

射频功率放大器

技术领域

本发明实施例涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器。 

背景技术

射频功率放大器是无线通信系统中的关键器件，主要用于将输入信号低失真、高效率地放大，使得输出信号的功率达到某一预设值，同时完成符合相应协议要求的功率控制的功能。 

如图1所示为现有技术中射频功率放大器的结构示意图，射频功率放大管107分别与输入匹配网络101和输出匹配网络108连接，输入匹配网络101分别与输入隔直电容102一端和输入扼流电感103的一端连接；输入扼流电感103的另一端与两个第一低频滤波电容104的一端连接，两个第一低频滤波电容104的另一端接地，两个第一低频滤波电容104除了接地端之外的一端还与第一直流输入端105连接；输入隔直电容102的另一端与输入端106连接；输出匹配网络108分别与输出隔直电容109的一端和输出扼流电感110的一端连接，输出隔直电容109的另一端与输出端111连接，输出扼流电感110的另一端与两个第二低频滤波电容112的一端连接，两个第二低频滤波电容112的另一端接地，两个第二低频滤波电容112除了接地端以外的一端还与第二直流输入端113连接。第一直流输入端105和第二直流输入端113输入的是直流信号，输入端106输入的是射频信号，输出端111输出的也是射频信号，输出扼流电感110和输入扼流电感103将输入的直流信号和射频信号隔离，第一直流输入端105输入的直流信号通过输入扼流电感103后发送给射频功率放大管107，输入扼流电感103起到了隔射频通直流的作用。输出扼流电感110的作用与输入扼流电感103类似。 

如图1所示的现有技术中的射频功率放大器存在的问题是：在大功率（例如输出50W以上）情况下，射频功率放大器的电流较大，输入扼流电感和输出扼流电感需要采用螺管电感，螺管电感通常是人工或机器绕制而成，而螺管电感的制造一致性较差，会影响到射频功率放大器的性能。 

发明内容

本发明实施例提供一种射频功率放大器，用以解决现有技术中使用螺管电感影响射频功率放大器的性能的缺陷。 

本发明实施例提供了一种射频功率放大器，包括分别与输入匹配网络101和输出匹配网络108连接的射频功率放大管107，所述输入匹配网络101分别与输入隔直电容102的一端和第一输入传输线114的一端连接，所述输出匹配网络108分别与输出隔直电容109的一端和第一输出传输线116的一端连接，所述第一输入传输线114的另一端与第一直流输入端105和输入射频滤波电容115的一端连接，所述输入射频滤波电容115的另一端接地，所述第一输出传输线116的另一端与第二直流输入端113和输出射频滤波电容117的一端连接，所述输出射频滤波电容117的另一端接地；还包括第一电容201和/或第二电容202；所述第一电容201的一端与所述第一输入传输线114和所述输入匹配网络101连接，所述第一电容201的另一端接地；所述第二电容202的一端与所述第一输出传输线116和所述输出匹配网络108连接，所述第二电容202的另一端接地；所述第一输入传输线（114）和第一输出传输线（116）为除了四分之一波长传输线之外的传输线；所述第一电容用于通过调整自身的电容值以保证所述第一输入传输线的长度不变或减小，所述第二电容用于通过调整自身的电容值以保证所述第一输出传输线的长度不变或减小。 

本发明实施例提供射频功率放大器，由输入射频滤波电容和第一输入传输线共同实现输入扼流电感的功能，输出射频滤波电容和第一输出传输线共同实现输出扼流电感的功能，可以使射频功率放大器中避免使用螺管电感，保证了射频功率放大器的性能。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1所示为现有技术中射频功率放大器的结构示意图； 

图2所示为本发明射频功率放大器实施例一的结构示意图； 

图3所示为图2的简化结构示意图； 

图4所示为本发明射频功率放大器实施例二的结构示意图； 

图5所示为本发明射频功率放大器实施例三的结构示意图； 

图6所示为本发明射频功率放大器实施例四的结构示意图； 

图7所示为图6的简化结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

如图2所示为本发明射频功率放大器实施例一的结构示意图，该射频功率放大器包括分别与输入匹配网络101和输出匹配网络108连接的射频功率放大管107，输入匹配网络101分别与输入隔直电容102的一端和第一输入传输线114的一端连接，输出匹配网络108分别与输出隔直电容109的一端和第一输出传输线116的一端连接，第一输入传输线114的另一端与第一直流输入端105和输入射频滤波电容115的一端连接，输入射频滤波电容115的另一端接地，第一输出传输线116的另一端与第二直流输入端113和输出 射频滤波电容117的一端连接，输出射频滤波电容117的另一端接地；还包括第二电容202，第二电容202的一端与第一输出传输线116和输出匹配网络108连接，第二电容202的另一端接地。 

图2所示的射频功率放大器也可以包括两个第一低频滤波电容104和两个第二低频滤波电容112，两个第一低频滤波电容104并联连接，一端接地，另一端与输入射频滤波电容115非接地端的一端和第一直流输入端105连接，两个第二低频滤波电容112并联连接，一端接地，另一端与输出射频滤波电容117非接地端的一端和第二直流输入端113连接。 

图2中，输入射频滤波电容115和第一输入传输线114可以共同实现输入扼流电感的功能，输出射频滤波电容117和第一输出传输线116可以共同实现输出扼流电感的功能，可以使射频功率放大器中避免使用螺管电感，保证了射频功率放大器的性能。 

并且，图2中的射频功率放大器还可以包括第二电容202，若功率放大器的工作频率减小，通过调整第二电容202的电容值，可以保证第一输出传输线116的长度不变或减小，能够实现射频功率放大器的小型化。 

如图3所示为图2的简化结构示意图，图3中将除了第一输出传输线116、输出射频滤波电容117和第二电容202之外的其他元件看成一个第一等效元件119，该第一等效元件119的等效阻抗为Zin₂，该Zin₂的取值如公式(1)所示： 

${\mathrm{Zin}}_2=\frac{\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}\×j{Z}_0\tan \left(\mathrm{\βd}\right)}{\frac{1}{\mathrm{j\ωC}}+j{Z}_0\tan \left(\mathrm{\βd}\right)}---\left(1\right)$

其中，ω＝2πf，f是射频功率放大器的工作频率。Z₀是第一输出传输线116的特性阻抗； 

其中λ是波长，频率越小，β越小；d是第一输出传输线116的长度，C是第二电容202的电容值， 

是常量。 

图3中，射频功率放大器工作在一个频率下，输出射频滤波电容117的谐振频率与射频功率放大器的工作频率相同时，输出射频滤波电容117将该工作频率下的射频信号短路，也就是说Zin₂＝∞。为了实现射频功率放大器的小型化，需要保证射频功率放大器的工作频率减小的情况下，第一输出传输线116的长度不变或减小。公式(1)中，第一输出传输线116的长度不变或者减小，也就是说d是已知的，为了达到Zin₂＝∞，可以求出一个C的值。也就是说，可以通过调整第二电容202的电容值，使得射频功率放大器的工作频率减小的情况下，使得第一输出传输线116的长度保持不变或者减小。 

如图4所示为本发明射频功率放大器实施例二的结构示意图，该实施例二与图2所示的实施例的区别之处在于：增加了第一电容201，该第一电容201的一端与第一输入传输线114和输入匹配网络101连接，第一电容201的另一端接地。 

图2中，可以通过调整第二电容202的电容值使得射频功率放大器的工作频率减小时，保持第一输出传输线116的长度不变或减小。图4中，可以通过调整第一电容201的电容值，使得射频功率放大器的工作频率减小时，保持第一输入传输线114的长度不变或减小。调整第一电容201的电容值使得第一输入传输线114的长度不变或减小的原理类似于对第二电容202的电容值的调整原理。 

图4所示的射频功率放大器中同时包括第一电容201和第二电容202，也可以只包括第一电容201。 

为了实现射频功率放大器的小型化，可以进一步调整第一电容201和第二电容202的电容值，保持第一输出传输线116和第一输入传输线114的长度不变或减小。 

本发明实施例提供的射频功率放大器，输入射频滤波电容115和第一输入传输线114共同实现输入扼流电感的功能，输出射频滤波电容117和第一输出传输线116共同实现输出扼流电感的功能，可以使得射频功率放大器中 避免使用螺管电感，保证了射频功率放大器的性能。并且，射频功率放大器中包括第一电容201和第二电容202中的至少一个，使得射频功率放大器的工作频率减小时，通过调整第一电容201的电容值可以保证第一输入传输线114的长度不变或减小，调整第二电容202的电容值可以保证第一输出传输线116的长度不变或减小，从而实现射频功率放大器的小型化。 

如图5所示为本发明射频功率放大器实施例三的结构示意图，图5在图2所示的射频功率放大器的基础上增加了第二输出传输线204，第二输出传输线204的一端与第二电容202和第一输出传输线116连接，第二输出传输线204的另一端与输出匹配网络108连接。 

在射频功率放大器中，可能不能在传输线与射频功率放大管的匹配结相交处直接焊接电容，在电容与射频功率放大管的匹配结之间可能需要保留小段的传输线。射频功率放大管的匹配结是指与射频功率放大管的管脚相连接的一部分微带电路。图5中，第二电容202和输出匹配网络108之间串接第二输出传输线204，这样，可以避免在靠近射频功率放大管107的匹配结上直接焊接第二电容202。 

本发明各实施例中，各传输线可以是微带传输线、带状传输线或者同轴传输线，也可以是其他的传输线，此处不一一列举。其中，第一输入传输线114和第一输出传输线116可以是除了四分之一波长传输线之外的传输线。 

在如图4所示的射频功率放大器的基础上也可以增加第二输出传输线204，第二输出传输线204的连接方式与图5中相同。 

如图6所示为本发明射频功率放大器实施例四的结构示意图，该实施例与如图5所示的实施例的区别之处在于：增加了第二输入传输线203，第二输入传输线203的一端与第一电容201和第一输入传输线114连接，第二输入传输线203的另一端与输入匹配网络101连接；并且增加了第一电容201，第一电容201的连接方式与图4中相同。 

图4所示的实施例也可以只包括第一电容201，而不包括第一电容202， 这种情况下，可以增加第二输入传输线203，第二输入传输线203的连接方式与图6中相同。 

图6中，在第一电容201和输入匹配网络101之间串接第二输入传输线203，这样，可以避免在靠近射频功率放大管107的匹配结上直接焊接第一电容201。 

如图7所示为图6的简化结构示意图，图6中将除了第一输出传输线116、输出射频滤波电容117、第二电容202和第二输出传输线204之外的其他元件看成一个第二等效元件120，该第二等效元件120往第二输出传输线204方向看的等效阻抗为Zin₃，该Zin₃的取值如公式(2)所示： 

${\mathrm{Zin}}_3=Z_0\frac{Z_1+j{Z}_0\tan \left(\mathrm{\β}{d}_1\right)}{Z_0+j{Z}_1\tan \left(\mathrm{\β}{d}_1\right)}---\left(2\right)$

其中， 

d₁是第二输出传输线204的长度，d₂是第一输出传输线116的长度，Z₀是第二输出传输线204的阻抗，也是第一输出传输线116的阻抗，C是第二电容202的电容值。 

图7中，为了实现射频功率放大器的小型化，需要保证射频功率放大器的工作频率减小的情况下，第一输出传输线116和第二输出传输线204的长度不变或减小。公式(2)中，第一输出传输线116和第二输出传输线204的长度不变或者减小，也就是说d₁和d₂是已知的，为了达到Zin₃＝∞，可以求出一个C的值。也就是说，可以通过调整第二电容202的电容值，使得射频功率放大器的工作频率减小的情况下，使得第一输出传输线116和第二输出传输线204的长度保持不变或者减小。 

同样，在输入匹配网络中，依据以上类似的推导，可以得知，可以通过调整第一电容201的电容值，使得射频功率放大器的工作频率减小的情况下，使得第一输入传输线114和第二输入传输线203的长度保持不变或 者减小。 

本发明实施例中各实施例的序号仅用于表述的清楚，并不用于指示方案的优劣。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 

Claims (5)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，包括分别与输入匹配网络（101）和输出匹配网络（108）连接的射频功率放大管（107），所述输入匹配网络（101）分别与输入隔直电容（102）的一端和第一输入传输线（114）的一端连接，所述输出匹配网络（108）分别与输出隔直电容（109）的一端和第一输出传输线（116）的一端连接，所述第一输入传输线（114）的另一端与第一直流输入端（105）和输入射频滤波电容（115）的一端连接，所述输入射频滤波电容（115）的另一端接地，所述第一输出传输线（116）的另一端与第二直流输入端（113）和输出射频滤波电容（117）的一端连接，所述输出射频滤波电容（117）的另一端接地；还包括第一电容（201）和/或第二电容（202）；所述第一电容（201）的一端与所述第一输入传输线（114）和所述输入匹配网络（101）连接，所述第一电容（201）的另一端接地；所述第二电容（202）的一端与所述第一输出传输线（116）和所述输出匹配网络（108）连接，所述第二电容（202）的另一端接地；

所述第一输入传输线（114）和第一输出传输线（116）为除了四分之一波长传输线之外的传输线；

所述第一电容用于通过调整自身的电容值以保证所述第一输入传输线的长度不变或减小，所述第二电容用于通过调整自身的电容值以保证所述第一输出传输线的长度不变或减小。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，若所述射频功率放大器包括第二电容（202），所述射频功率放大器还包括第二输出传输线（204），所述第二输出传输线（204）的一端与所述第二电容（202）和第一输出传输线（116）连接，所述第二输出传输线（204）的另一端与所述输出匹配网络（108）连接。

3.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，若所述射频功率放大器包括第一电容(201)，所述射频功率放大器还包括第二输入传输线(203)；

所述第二输入传输线(203)的一端与所述第一电容(201)和第一输入传输线(114)连接，所述第二输入传输线(203)的另一端与所述输入匹配 网络(101)连接。

4.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第二输出传输线(204)是微带传输线、带状传输线或同轴传输线。

5.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第二输入传输线(203)是微带传输线、带状传输线或同轴传输线。 

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