CN102882477B - 可调节工作频率的射频功率器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，输入、输出预匹配网络或者功率器模块中的电容值或者电感值不是固定不变的，是能够调节控制的，通过改变电容值或者电感值，能够使得功率器件的工作频率发生改变，从而输入和输出预匹配网络的工作频率的范围也随之增大，扩大了射频功率器件能够工作的范围，而且还降低了射频功率器件设计的工艺复杂性和成本，能够使射频功率器件工作在各种需要不同工作频率的场合。

Description

可调节工作频率的射频功率器件
技术领域
本发明涉及射频及微波技术领域，具体涉及了广泛的用于射频及微波领域的可调节工作频率的射频功率器件。
背景技术
射频功率器件，如LDMOS，GaAs-HBT等，被广泛的用于射频及微波领域的功率放大器中，射频功率器件能够提供非常高的输出功率，通常大于100瓦，这样需要非常多的功率晶体管并联，就造成了非常低的输入和输出阻抗。而通常功率放大器的输入和输出阻抗都是固定的50欧姆，目前，为了解决阻抗匹配电路的问题，需要给功率放大器的输入和输出端增加预匹配网络。单独的功率放大器是能够工作在非常宽的频率范围，从直流到三分之一的截止频率（）。
但是现行的输入和输出预匹配网络，是利用LC谐振电路，来提高输入和输出的阻抗，由于现行的LC谐振电路的L电感，C电容值是固定的不能够改变的这就使匹配电路工作在一个较窄带的频率范围，严重限制了射频功率器件能够工作的范围。目前，射频功率器件，需要设计特定的输入和输出的预匹配电路来工作在特定的频率，如2.14GHz附近，但由于因为输入和输出预匹配网络的工作频率较窄，为了提高成品率，需要严格的控制输入和输出预匹配网络中各器件的值，从而增加了工艺难度、复杂性和成本，而且，射频功率器件工作在较窄带的频率范围，适用范围窄。
发明内容
为了解决传统的射频功率器件，因为预匹配网络，使得射频功率器件工作带宽比较窄的特点，本发明提供的可调节工作频率的射频功率器件，通过加不同的控制电压来改变电容、电感值，从而改变输入和输出预匹配网络的工作频率，扩大了射频功率器件能够工作频率的范围，不仅可以降低射频功率器件的工艺复杂性，还可以使射频功率器件工作在各种需要不同工作频率的场合。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，所述输入预匹配网络包括依次串联的第一电感和第二电感，其特征在于：所述输入预匹配网络还包括可变电容模块，所述可变电容模块设在第一电感和第二电感的连接点处。
前述的可调节工作频率的射频功率器件，其特征在于：所述可变电容模块包括第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一电阻的一端做为可变电容模块的控制输入端，所述第一电阻的另一端与第二电容和第一电容的一端共同连接，所述第一电容的另一端做为可变电容模块的输出端与所述第一电感相连接，所述第二电容的另一端接地，所述第一电容和第二电容至少有一个为可变电容。
前述的可调节工作频率的射频功率器件，其特征在于：所述可变电容模块包括第三电容和可变电感模块，所述第三电容和可变电感模块相连接，所述第三电容的另一端做为可变电容模块的输出端与所述第一电感相连接。
前述的可调节工作频率的射频功率器件，其特征在于：所述可变电感模块包括第三电感、第四电感和可变电阻，所述第三电感和第四电感的一端共同与所述第三电容连接，所述第三电感的另一端通过可变电阻与第四电感的一端连接，所述可变电阻的滑动端做为可变电容模块的控制输入端。
一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，所述输入预匹配网络包括依次串联的第一电感和第二电感，其特征在于：还包括可变电容模块。
前述的可调节工作频率的射频功率器件，其特征在于：所述可变电容模块设在输入预匹配网络和功率放大器模块连接点处。
前述的可调节工作频率的射频功率器件，其特征在于：所述可变电容模块设在功率放大器模块和输出预匹配网络连接点处。
本发明的有益效果是：通过在射频功率器件的控制端口加不同的控制电压调整可变电容模块的电容值及电感值，由于电容值或者电感值的改变，输入、输出预匹配网络或者功率放大器模块中增加的LC谐振电路的谐振频率的值也会随之改变，输入和输出预匹配网络的工作频率的范围也随之增大，扩大了射频功率器件的能够工作的范围，从而降低了射频功率器件设计的工艺复杂性和成本，而且能够使射频功率器件工作在各种需要不同工作频率的场合。
附图说明
图1是传统的射频功率器件的电路示意图。
图2是传统的射频功率器件的结构示意图。
图3是本发明可调节工作频率的射频功率器件的实施例1的电路示意图。
图4是本实施例1的结构示意图。
图5是本发明可调节工作频率的射频功率器件的实施例2的电路示意图。
图6是本发明可调节工作频率的射频功率器件的实施例3的电路示意图。
图7是本发明可调节工作频率的射频功率器件的实施例4的电路示意图。
图8是本发明实施例1和2共用的一种可变电容模块的电路示意图。
图9是本发明实施例3和4所用的可变电感模块的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，传统的射频功率器件包括输入预匹配网络、输出预匹配网络和功率器件模块，1为射频功率器件的输入端，2为射频功率器件的输出端，输入预匹配电路包括第一电感3、第一电容模块4和第二电感5，其中第一电感3和第二电感5串联在一起，如图2所示，第一电感3和第二电感5由键合线组成，第一电容模块4通常是由MOSCAP组成，是一块单独的芯片，通常跟射频功率器件不一样的工艺来实现，第一电容模块4和第二电感5用来谐振输入电容的，功率器件模块包括功率器件6，可用RF-LDMOS，也可用GaAs-HBT或GaN-HBT等功率器件；输出预匹配网络包括第五电感7，第二电容模块8，第六电感9，第五电感7和第二电容模块8是用来谐振输出电容的，其中第五电感7和第六电感9共同与第二电容模块8的漏极相连接，如图2所示，第五电感7和第六电感9由键合线电感组成，第一电容模块4和第二电容模块8通常是由MOSCAP组成或者是由金属、绝缘体和金属组成的，是用来实现隔直流，在工作的频率范围内实现的是交流短路的目的，通常跟射频功率器件不一样的工艺来实现。
如图2所示的传统的射频功率器件的结构图，为了提高射频功率器件输出的功率，由A和B两个完全对称的结构组成，每个包含输入匹配网络、输出匹配网络和功率放大器模块件组成，其中10为射频功率器件的背板，通常是接地的，第一电容模块4、功率器件6和第二电容模块8通过良好的电连接固定在背板10上面。
第一实施例：
如图3及图8所示，本发明的实施例1和传统的结构的不同在于，将原有的第一电容模块4变成可变电容模块11，可变电容模块11的电容值的大小可以通过外加的控制电压信号Vtrcl来改变，也就可变电容模块11、第二电感5和管子输入电容组成电路的谐振频率，从而能够让射频功率器件工作在不同的频率范围，具体连接关系如下：一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，所述输入预匹配网络包括依次串联的第一电感和第二电感，所述输入预匹配网络还包括可变电容模块11，所述可变电容模块11设在第一电感3和第二电感5的连接点处；所述可变电容模块11包括第一电容12、第二电容13和第一电阻14，所述第一电阻的一端做为可变电容模块11的控制输入Input端，所述第一电阻12的另一端与第二电容13和第一电容12的一端共同连接，所述第一电容12的另一端做为可变电容模块11的输出端与所述第一电感3相连接，所述第二电容13的另一端接地，所述第一电容12和第二电容13至少有一个为可变电容。
如图4所示本发明实施例1的结构图，可变电容模块11的电容值的改变是通过外界的Vctrl信号控制，Vctrl信号控制端通过键合线连接到射频功率器件的电压输出管脚。
第二实施例：
如图5及图8所示，本发明的实施例2和传统的结构的不同在于，本发明的功率放大器模块包括功率放大器6，还包括可变电容模块11，这样输出的电容包括两部分器件本身的和可变电容模块11，通过改变控制Vctrl端的电压，可以改变输出电容的大小，第五电感7和第二电容模块8是用来谐振输出电容的，这样这个谐振频率就随着控制Vctrl端的电压的变化而变化，从而能够让射频功率器件工作在不同的频率范围，具体连接关系如下：一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，还包括可变电容模块11，所述功率放大器模块包括功率放大器6，所述可变电容模块11设在功率放大器6和输出预匹配网络连接点处，可变电容模块11在实施例1中已经描述过，这里就不在重复复述。
第三实施例：
如图6及图9所示，本发明的实施例3和传统的结构的不同之处，与实施例1有相相似之处，其输入匹配网络包括另一种可变电容模块，放置位置与实施例1相同，只是可变电容模块的组成部分和实施例1中的可变电容模块11不同，实施例3中的可变电容模块包括第三电容15和可变电感模块16，所述第三电容15和可变电感模块16相连接，所述第三电容15的另一端做为此种可变电容模块的输出Vtrcl端与所述第一电感3相连接；所述可变电感模块16包括第三电感17、第四电感18和可变电阻19，如果可变电阻19完全打开，电阻接近于零，这个时候整个电路看进去的等效电感值是，如果将可变电阻19断开，电阻值很大，那么整个电路看进去的等效电感值为，因此通过改变Vctrl的电压，可以改变整个电路看进去的等效电感在到范围内变化，可以改变输出谐振频率的大小，从而能够让射频功率器件工作在不同的频率范围。
第四实施例：
如图7及图9所示，本发明的实施例4和传统的结构的不同之处，可变电容模块包括第三电容1和可变电感模块16，其中可变电感模块16的组成与实施例3相同，且第三电容15的位置与实施例3的位置不变，可变电感模块16位于第二电感5与功率放大器6之间，因此通过改变可变电感模块16中的Vctrl的电压，可以改变整个电路看进去的等效电感在到范围内变化，通过能够改变输出谐振频率的大小，让射频功率器件工作在不同的频率范围。
综上所述，本发明的可调节工作频率的射频功率器件，提供了四种实施例，当然不局限于就这四种实施例，四种实施例也可以配合使用，实现多端口控制，输入和输出匹配网络的谐振频率，本发明通过在射频功率器件的控制端口加不同的控制电压调整集成在射频功率器件内部的可变电容模块的电容值以及调整可变电感模块中的电感值，从而功率器件能够工作在不同的频率范围，这样扩大了射频功率器件的工作范围，还极大的降低了射频功率器件设计的工艺复杂性和成本，能够使射频功率器件工作在各种需要不同工作频率的场合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，所述输入预匹配网络包括依次串联的第一电感和第二电感，所述输入预匹配网络还包括可变电容模块，所述可变电容模块设在第一电感和第二电感的连接点处,其特征在于：所述可变电容模块包括第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一电阻的一端做为可变电容模块的控制输入端，所述第一电阻的另一端与第二电容和第一电容的一端共同连接，所述第一电容的另一端做为可变电容模块的输出端与所述第一电感相连接，所述第二电容的另一端接地，所述第一电容和所述第二电容至少有一个为可变电容。
2.一种可调节工作频率的射频功率器件，包括依次连接的输入预匹配网络、功率放大器模块和输出预匹配网络，所述输入预匹配网络包括依次串联的第一电感和第二电感，所述输入预匹配网络还包括可变电容模块，所述可变电容模块设在第一电感和第二电感的连接点处,其特征在于：所述可变电容模块包括第三电容和可变电感模块，所述第三电容和可变电感模块相连接，所述第三电容的另一端做为可变电容模块的输出端与所述第一电感相连接,所述可变电感模块包括第三电感、第四电感和可变电阻，所述第三电感和所述第四电感的一端共同与所述第三电容连接，所述第三电感的另一端通过可变电阻与第四电感的一端连接，所述可变电阻的滑动端做为可变电感模块的控制输入端。
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