CN102931927B - 一种功率放大模组的阻抗匹配方法 - Google Patents

Abstract

一种功率放大模组的阻抗匹配方法，所述功率放大模组至少包括有第一级功率放大电路和第二级功率放大电路，所述第一级功率放大电路的输出作为第二级功率放大电路的输入，第一级功率放大电路的输出阻抗为 ，第二级功率放大电路的输入阻抗为，且≠，其特征在于：通过选择一不同于和的过渡阻抗,设，将匹配至，匹配至，该过渡阻抗Z₀可以为Z₁和Z₂两者的任一者，也可以为一不同于Z₁和Z₂的阻抗，即完成了和之间的阻抗匹配，使得两级放大电路之间能够很好地级联，本方法大大减轻了功率放大模组级间阻抗匹配的难度和成本。

Description

一种功率放大模组的阻抗匹配方法

技术领域

本发明涉及阻抗匹配，尤其涉及功率放大模组阻抗的级间匹配。

背景技术

阻抗匹配的目的在于让所有高频的信号均能传至负载点，不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益，保证能量传输损耗最小。为保证通用性，现有技术的做法是将上一级电路的输出阻抗和下一级电路的输入阻抗分别匹配至50欧姆，即完成了两级电路之间的阻抗匹配。

随着移动通信技术的不断发展，功率需求越来越高，射频功率放大模组作为无线通讯系统中的单元模块，主要负责将调制后的小信号放大成为大功率信号。由于大功率的需求，功率放大模组的输入阻抗值和输出阻抗值与50欧姆的特征阻抗值差距越来越大。在实际应用中，为满足射频大功率器件高线性、高带宽、高效率和高功率的要求，目前业内主要采用基于横向扩展金属氧化半导体(LDMOS)的技术，使用该技术的功率放大模组具有非常小的输入阻抗以及输出阻抗值，例如P1dB在40瓦以上的管子，一般其输入阻抗或输出阻抗仅在3欧姆～5欧姆之间，如此小的阻抗要匹配至50欧姆能量几乎不可能无损，而能量的损耗直接影响其输出功率，且匹配难度大、调试时间长、电路带宽窄。

于是，如何解决现有技术存在的不足，便成为本发明的研究课题。

发明内容

本发明目的是提供一种能量损耗少、匹配难度小且易于调试的功率放大模组的阻抗匹配方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种功率放大模组的阻抗匹配方法，所述功率放大模组至少包括有第一级功率放大电路和第二级功率放大电路，所述第一级功率放大电路的输出作为第二级功率放大电路的输入，第一级功率放大电路的输出阻抗为Z₁＝R₁+jX₁，第二级功率放大电路的输入阻抗为Z₂＝R₂+jX₂，且R₁-jX₁≠R₂+jX₂；

通过以下任一匹配方法完成所述输出阻抗Z₁＝R₁+jX₁与所述输入阻抗Z₂＝R₂+jX₂之间的阻抗匹配：

(a)第一步，选择一不同于Z₁和Z₂的过渡阻抗Z₀，设Z₀＝R₀+jX₀，

第二步，将Z₁＝R₁+jX₁匹配至Z₂＝R₂+jX₂匹配至Z₀＝R₀+jX₀；

(b)将Z₁＝R₁+jX₁匹配至

(c)Z₂＝R₂+jX₂匹配至

其中R₁、R₂和R₃均为电阻值，X₁、X₂和X₀均为电抗值， $\stackrel{\‾}{R_2+{\mathrm{jX}}_2}=R_2-{\mathrm{jX}}_2,\stackrel{\‾}{R_0+{\mathrm{jX}}_0}=R_0-{\mathrm{jX}}_0;$

所述输出阻抗Z₁＝R₁+jX₁、输入阻抗Z₂＝R₂+jX₂和过渡阻抗Z₀＝R₀+jX₀之间通过微带线串联支节和电容并联的结构实现阻抗的匹配。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述“第一级功率放大电路的输出阻抗R₁+jX₁”指的是从第一级功率放大电路的输出端向第一级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第一级功率放大电路的输出端向另一方向看去的等效电阻即为其输出阻抗R₁+jX₁的共轭

相同的，所述“第二级功率放大电路的输入阻抗R₂+jX₂”指的是从第二级功率放大电路的输入端向第二级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第二级功率放大电路的输入端向另一方向看去的等效电阻即为其输入阻抗R₂+jX₂的共轭

2、上述方案中，三种所述匹配方法的相同点是：方法a、b和c均选择一中间值作为所述输出阻抗R₁+jX₁和输入阻抗R₂+jX₂的匹配目标；

而三种匹配方法的不同点是：方法a选择了一个不同于R₁+jX₁和R₂+jX₂的R₀+jX₀，并将作为R₁+jX₁的匹配目标，将R₀+jX₀作为R₂+jX₂的匹配目标；方法b直接将作为R₁+jX₁的匹配目标；方法c则直接将作为R₂+jX₂的匹配目标。

本发明工作原理和优点：

本发明的功率放大模组阻抗匹配方法通过选取一与所述输出阻抗和输入阻抗接近的过渡阻抗，该过渡阻抗可以具有一虚部，当所述输出阻抗匹配至该过渡阻抗的共轭，而所述输入阻抗匹配至该过渡阻抗时，两者的虚部可以互相抵消，使两级功率放大电路之间能够很好地级联；而当过渡阻抗为所述输出阻抗和输入阻抗两者中的一者时，只需将一者直接匹配至另一者的共轭即可；由于本发明的阻抗匹配方法选取一个与所述输出阻抗和输入阻抗接近的阻抗作为过渡阻抗，且该过渡阻抗允许存在虚部，相较于现有技术中选择50欧姆作为特征阻抗的阻抗匹配方法，大大降低了功率放大模组级间阻抗匹配的难度和成本，缩短了调试时间，同时减少了能量损耗。

附图说明

附图1为本发明第一级功率放大电路和第二级功率放大电路示意图；

附图2为现有技术阻抗匹配方法原理图；

附图3为本发明匹配方法a原理图；

附图4为本发明匹配方法b原理图；

附图5为本发明匹配方法c原理图；

附图6为本发明实施例一电路图；

附图7为本发明实施例二电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：一种功率放大模组的阻抗匹配方法

所述功率放大模组由第一级功率放大电路U₁和第二级功率放大电路U₂组成，所述第一级功率放大电路U₁的输出作为第二级功率放大电路U₂的输入，第一级功率放大电路U₁的输出阻抗为Z₁＝R₁+jX₁，该输出阻抗R₁+jX₁是从第一级功率放大电路的输出端向第一级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第一级功率放大电路的输出端向另一方向看去的等效电阻即为其输出阻抗R₁+jX₁的共轭第二级功率放大电路U₂的输入阻抗为Z₂＝R₂+jX₂，该输入阻抗R₂+jX₂是从第二级功率放大电路的输入端向第二级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第二级功率放大电路的输入端向另一方向看去的等效电阻即为其输入阻抗R₂+jX₂的共轭且R₁-jX₁≠R₂+jX₂。

参见附图3所示，完成输出阻抗R₁+jX₁和输入阻抗R₂+jX₂之间的匹配包括以下步骤：

第一步，选择一不同于Z₁和Z₂的过渡阻抗Z₀，设Z₀＝R₀+jX₀。

第二步，将Z₁＝R₁+jX₁匹配至Z₂＝R₂+jX₂匹配至Z₀＝R₀+jX₀，与Z₀＝R₀+jX₀二者的虚部相抵，第一级功率放大电路U₁的输出端和第二级功率放大电路U₂的输入端之间能够很好的级联。

参见附图6所示，所述功率放大模组由第一级功率放大电路U₁和第二级功率放大电路U₂组成，所述第一级功率放大电路U₁的输出作为第二级功率放大电路U₂的输入，第一级功率放大电路U₁的输出阻抗为Z₁，第二级功率放大电路U₂的输入阻抗为Z₂，

现选取Z₀作为其过渡阻抗，U₁的输出端与一输出匹配网络连接，该匹配网络由一特征阻抗为Z₆、长度为θ₆的微带线并联电容C₆，串联特征阻抗为Z₇、长度为θ₇₁的微带线并联电容C₇，再串联特征阻抗为Z₇、长度为θ₇₂的微带线并联电容C₈，最后串联特征阻抗为Z₇、长度为θ₇₃的微带线构成；U₂的输入端与一输入匹配网络连接，该输入匹配网络由一特征阻抗为Z₈、长度为θ₈₁的微带线并联电容C₉、C₁₀，串联特征阻抗为Z₈、长度为θ₈₂的微带线并联电容C₁₁，再串联特征阻抗为Z₉、长度为θ₉₁的微带线并联电容C₁₂，最后串联特征阻抗为Z₉、长度为θ₉₂的微带线构成。

从而实现从Z₁到的阻抗匹配，以及从Z₂到Z₀的阻抗匹配。

实施例二：一种功率放大模组的阻抗匹配方法

所述功率放大模组由第一级功率放大电路U₁和第二级功率放大电路U₂组成，所述第一级功率放大电路U₁的输出作为第二级功率放大电路U₂的输入，第一级功率放大电路U₁的输出阻抗为Z₁＝R₁+jX₁，该输出阻抗R₁+jX₁是从第一级功率放大电路的输出端向第一级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第一级功率放大电路的输出端向另一方向看去的等效电阻即为其输出阻抗R₁+jX₁的共轭第二级功率放大电路U₂的输入阻抗为Z₂＝R₂+jX₂，该输入阻抗R₂+jX₂是从第二级功率放大电路的输入端向第二级功率放大电路看进去的等效电阻，而从第二级功率放大电路的输入端向另一方向看去的等效电阻即为其输入阻抗R₂+jX₂的共轭且R₁-jX₁≠R₂+jX₂。

参见附图4所示，将Z₁＝R₁+jX₁匹配至 与Z₂＝R₂+jX₂二者的虚部相抵，第一级功率放大电路U₁的输出端和第二级功率放大电路U₂的输入端之间能够很好的级联。

参见附图5所示，将Z₂＝R₂+jX₂匹配至Z₁＝R₁+jX₁，Z₁＝R₁+jX₁与二者的虚部相抵，第一级功率放大电路U₁的输出端和第二级功率放大电路U₂的输入端之间能够很好的级联。

参见附图7所示，所述功率放大模组由第一级功率放大电路U₁和第二级功率放大电路U₂组成，所述第一级功率放大电路U₁的输出作为第二级功率放大电路U₂的输入，第一级功率放大电路U₁的输出阻抗为Z₁，第二级功率放大电路U₂的输入阻抗为Z₂，

现选取U₁的输出阻抗或U₂的输入阻抗作为其过渡阻抗，U₁的输出端与U₂的输入端之间通过一匹配网络连接，该匹配网络由一特征阻抗为Z₃、长度为θ₃的微带线和电容C₁、C₂、C₃并联，再串联特征阻抗为Z₄、长度为θ₄的微带线，最后串联特征阻抗为Z₅、长度为θ₅的微带线与C₄、C₅并联的支节，从而实现从Z₁到的阻抗匹配，或者是从Z₂到的阻抗匹配。

本实施例中的匹配网络可作为第一级功率放大电路U₁的输出阻抗Z₁的输出匹配网络，也可作为第二级功率放大电路U₂输入阻抗Z₂的输入匹配网络。

上述实施例一和实施例二中，三种匹配方法的相同点是：均选择一中间值作为所述输出阻抗R₁+jX₁和输入阻抗R₂+jX₂的匹配目标。

而三种匹配方法的不同点是：实施例一中的方法a选择了一个不同于R₁+jX₁和R₂+jX₂的R₀+jX₀，并将作为R₁+jX₁的匹配目标，将R₀+jX₀作为R₂+jX₂的匹配目标；实施例二中的方法b直接将作为R₁+jX₁的匹配目标；实施例三中的方法c则直接将作为R₂+jX₂的匹配目标。

上述实施例一和实施例二中，若输出阻抗Z₁＝3+2j欧姆，Z₂＝10+3j欧姆，则其过渡阻抗Z₀取值可以为5+3j欧姆、5欧姆、10欧姆、15+5j欧姆或20欧姆等等与Z₁和Z₂较为接近且容易调试得到的过渡阻抗，且该过渡阻抗允许具有虚部，而不需要将两者均匹配至50欧姆，大大减小了其能量损耗，同时降低了调试难度，缩短了调试时间，大大节约了成本。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种功率放大模组的阻抗匹配方法，所述功率放大模组至少包括有第一级功率放大电路和第二级功率放大电路，所述第一级功率放大电路的输出作为第二级功率放大电路的输入，第一级功率放大电路的输出阻抗为                                                ，第二级功率放大电路的输入阻抗为，且≠，其特征在于：

通过以下任一匹配方法完成所述输出阻抗与所述输入阻抗之间的阻抗匹配：

（a）第一步，选择一不同于和的过渡阻抗,设，

第二步，将匹配至，匹配至；

（b）将匹配至；

（c）匹配至；

其中R₁、R₂和R₀均为电阻值，X₁、X₂和X₀均为电抗值，=，=，=；

所述输出阻抗、输入阻抗和过渡阻抗之间通过微带线串联支节和电容并联的结构实现阻抗的匹配。