CN102594264A - 射频功率放大器及其输入匹配电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器及其输入匹配电路，该射频功率放大器包括：偏置电路，用于为射频功率放大管提供偏置电压；输入匹配电路，连接于该偏置电路输出端与该射频功率放大管基极之间，用于匹配元件间的阻抗以避免射频信号于传输过程中功率损耗，该输入匹配电路还与一输入隔直电容的一端连接，该输入隔直电容的另一端连接于射频输入信号；以及射频功率放大管，用于对输入的射频信号进行放大，其发射极接地，集电极放大后的信号给后续电路，并连接至一电源电压，其中，该射频功率放大管为HBT管，通过本发明，实现了射频功率放大器的高稳定性、调整增益平坦度及改善输入驻波比的目的。

Description

射频功率放大器及其输入匹配电路
技术领域
本发明涉及一种射频功率放大器及其输入匹配电路，特别是涉及一种基于异质结双极性晶体管(HBT)的射频功率放大器及其输入匹配电路。
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，其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。对于应用于便携式手持设备发射机中的射频功率放大器来说，需要其具有小尺寸、高效率及低成本，因而射频功率放大器应具有尽可能高的集成度。在现有射频功率放大器设计中，考虑到对射频输出功率与功率增益等指标的要求，通常采用两级或多级放大器来实现射频功率放大器。由于是两级或多级射频功率放大器，故需要级间匹配电路，以便于对第一级(前级)的输出和第二级(后级)的输入进行匹配。图1为现有技术中一种射频功率放大器的电路结构示意图。如图1所示，射频功率放大器包含两级放大器Q1、Q2、输入匹配电路、级间匹配电路及输出匹配电路，其中，输出匹配电路用于实现信号源和输入端的匹配使源端无反射，保证信号源到放大器之间有最大的功率传输。在功率放大器设计中，输入匹配电路主要解决以下问题：
1)稳定性。然而现有技术通常在输入或输出端添加有耗匹配网络，经常是以牺牲增益和输出功率为代价换取稳定性的。
2)增益及其平坦度。主要是补偿微波晶体管的自身增益及增益滚降实现信号源的最大功率传输。
3)输入驻波比。功率放大器的输入输出阻抗都很小，大概只有几欧姆的量级，其中输入阻抗更小，而且虚部随频率变化较大，因此功率放大器的输入阻抗变换比很大，匹配电路较难设计
发明内容
为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种射频功率放大器及其输入匹配电路，其通过采用高通的输入匹配电路，不仅实现了射频功率放大器的高稳定性、调整增益平坦度及改善输入驻波比的目的，而且避免了信号传输过程中的功率损耗，实现了信号源的最大功率传输，提高了功率放大器的性能。
为达上述及其它目的，本发明提供一种射频功率放大器，至少包括：
偏置电路，用于为射频功率放大管提供偏置电压；
输入匹配电路，连接于该偏置电路输出端与该射频功率放大管基极之间，用于匹配元件间的阻抗以避免射频信号于传输过程中功率损耗，该输入匹配电路还与一输入隔直电容的一端连接，该输入隔直电容的另一端连接于射频输入信号；以及
射频功率放大管，用于对输入的射频信号进行放大，其发射极接地，集电极放大后的信号给后续电路，并连接至一电源电压。
进一步地，该输入匹配电路至少包括并联的第三电感及第三电阻，该并联的第三电感及第三电阻组成并联谐振，连接于该偏置电路的输出端与该射频功率放大管基极之间，谐振于工作频带的中心，以阻止射频输入信号经偏置电路分流。
进一步地，该输入匹配电路还包括第二电容，该第二电容连接于该射频功率放大管集电极与基极之间，用于负反馈以扩展工作频率与稳定工作状态。
进一步地，该射频功率放大器还包括第一电阻及第二电阻，该第一电阻连接于该射频功率放大管的基极，该第二电阻连接于该射频功率放大管的发射极与地之间。
进一步地，该第一电阻与该第二电阻为该射频功率放大管陈列的寄生电阻。
进一步地，该射频功率放大器还包括第二电感，该第二电感通过该第一电阻连接至该射频功率放大管的基极。
进一步地，该第二电感为该射频功率放大管陈列的寄生电感。
进一步地，该电源电压通过长线连接至该射频功率放大管集电极，长线等效为电感。
为达上述及其他目的，本发明还提供一种射频功率放大器的输入匹配电路，该输入匹配电路至少包括并联的第三电感与第三电容，该并联的第三电感及第三电阻组成并联谐振，连接于该射频功率放大器的偏置电路的输出端与射频功率放大管基极之间，谐振于工作频带的中心，以阻止射频输入信号经偏置电路分流。
进一步地，该输入匹配电路还包括第二电容，该第二电容连接于该射频功率放大管集电极与基极之间，用于负反馈以扩展工作频率与稳定工作状态。
与现有技术相比，本发明一种射频功率放大器及其输入匹配电路通过采用高通的输入匹配电路，不仅实现了射频功率放大器的高稳定性、调整增益平坦度及改善输入驻波比的目的，而且避免了信号传输过程中的功率损耗，实现了信号源的最大功率传输，提高了功率放大器的性能。
附图说明
图1为本发明之射频功率放大器的电路结构示意图；
图2为本发明一种射频功率放大器之较佳实施例的电路示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种射频功率放大器的电路结构示意图。如图1所示，本发明一种射频功率放大器，包括：偏置电路101、输入匹配电路102以及射频功率放大管Q1。
其中偏置电路101用于为射频功率放大器管提供稳定的偏置电压；输入匹配电路102连接于偏置电路101输出端与射频功率放大管Q1基极之间，其用于匹配元件之间的阻抗以避免信号传输过程中的功率损耗，同时，输入匹配电路102的一端还与输入隔直电容C1的一端相连，输入隔直电容的另一端连接于射频输入信号RF_IN；射频功率放大管Q1为HBT管，较佳的，可进一步为InGaP/GaAs HBT，用于对输入的射频信号进行放大，其发射极接地，集电极输出放大后的射频信号RF_OUT给后续电路，并连接一电源电压Vc1，在此需说明的是，这里的后续电路也可以为下一级放大电路。
图2为本发明一种射频功率放大器之较佳实施例的电路示意图。具体地说，输入匹配电路102至少包括并联谐振电路，该并联谐振电路包括并联的电感L3及电容C3，其连接于偏置电路101的输出端VBIAS1与射频功率放大管Q1的基极之间，谐振于工作频带的中心F0，用于阻止射频信号经偏置电路分流的作用。
较佳的，输入匹配电路102还包括一电容C2，电容C2为密勒电容，其连接于射频功率放大管Q1集电极与基极之间，起负反馈作用，用于扩展工作频率与稳定工作状态的作用。
较佳的，本发明之射频功率放大器还包括电阻R1及R2，电阻R1连接于射频功率放大管Q1的基极，电阻R2连接于射频功率放大管Q1的发射极与地之间，电阻R1及R2为射频功率放大管Q1(HBT)陈列的寄生电阻，通常取值为1-10Ω，以防止HBT管过热损坏。
于射频功率放大管Q1的基极，本发明还设置一电感L2，电感L2为射频功率放大管Q1(HBT)陈列的寄生电感，L2、R1、R2、L3及C3一起构成宽带匹配电路。在本发明较佳实施例中，Q1是InGaP/GaAs HBT管陈列的简单等效，此处共24个HBT组合，R1、R2、L2均为HBT管阵列的等效寄生参数，R1与R2同时作交流负反馈，可以提高射频功率放大器的线性度。
在本发明较佳实施例中，电源电压Vc1可通过长线连接至射频功率放大管Q1(HBT管)之集电极，这里长线等效为电感L4，放大后的射频信号则从HBT管(Q1)的集电极输出给后续电路。
综上所述，本发明一种射频功率放大器及其输入匹配电路通过采用高通的输入匹配电路，不仅实现了射频功率放大器的高稳定性、调整增益平坦度及改善输入驻波比的目的，而且避免了信号传输过程中的功率损耗，实现了信号源的最大功率传输，提高了功率放大器的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种射频功率放大器，至少包括：
偏置电路，用于为射频功率放大管提供偏置电压；
输入匹配电路，连接于该偏置电路输出端与该射频功率放大管基极之间，用于匹配元件间的阻抗以避免射频信号于传输过程中功率损耗，该输入匹配电路还与一输入隔直电容的一端连接，该输入隔直电容的另一端连接于射频输入信号；以及
射频功率放大管，用于对输入的射频信号进行放大，其发射极接地，集电极放大后的信号给后续电路，并连接至一电源电压。
2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于：该输入匹配电路至少包括并联的第三电感及第三电阻，该并联的第三电感及第三电阻组成并联谐振，连接于该偏置电路的输出端与该射频功率放大管基极之间，谐振于工作频带的中心，以阻止射频输入信号经偏置电路分流。
3.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于：该输入匹配电路还包括第二电容，该第二电容连接于该射频功率放大管集电极与基极之间，用于负反馈以扩展工作频率与稳定工作状态。
4.如权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于：该射频功率放大器还包括第一电阻及第二电阻，该第一电阻连接于该射频功率放大管的基极，该第二电阻连接于该射频功率放大管的发射极与地之间。
5.如权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于：该第一电阻与该第二电阻为该射频功率放大管陈列的寄生电阻。
6.如权利要求5所述的射频功率放大器，其特征在于：该射频功率放大器还包括第二电感，该第二电感通过该第一电阻连接至该射频功率放大管的基极。
7.如权利要求6所述的射频功率放大器，其特征在于：该第二电感为该射频功率放大管陈列的寄生电感。
8.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于：该电源电压通过长线连接至该射频功率放大管集电极，长线等效为电感。
9.一种射频功率放大器的输入匹配电路，其特征在于：该输入匹配电路至少包括并联的第三电感与第三电容，该并联的第三电感及第三电阻组成并联谐振，连接于该射频功率放大器的偏置电路的输出端与射频功率放大管基极之间，谐振于工作频带的中心，以阻止射频输入信号经偏置电路分流。
10.如权利要求9所述的射频功率放大器的输入匹配电路，其特征在于：该输入匹配电路还包括第二电容，该第二电容连接于该射频功率放大管集电极与基极之间，用于负反馈以扩展工作频率与稳定工作状态。
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