CN103023441A

CN103023441A - 射频功率放大器的带宽调节方法以及射频功率放大电路

Info

Publication number: CN103023441A
Application number: CN2012105194220A
Authority: CN
Inventors: 杨清华; 刘海玲
Original assignee: Beijing Zhongke's Chinese Is Electron Technology Co Ltd All Over World
Current assignee: Beijing Zhongke's Chinese Is Electron Technology Co Ltd All Over World
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明提供了一种射频功率放大器的带宽调节方法，该方法包括：依次串联射频功率放大器、匹配网络模块和天线；设置从所述射频功率放大器至所述天线之间的电路结构中任一电路节点引出的支路，每一所述支路包括电容元件/电感元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件/电感元件接地；切换所述开关至导通/断开状态以调节所述射频功率放大器的带宽。相应地，本发明还提供了一种射频功率放大电路，实施本发明可以降低射频功率放大电路的制造成本。

Description

射频功率放大器的带宽调节方法以及射频功率放大电路

技术领域

本发明涉及无线通信设备领域，尤其涉及一种射频功率放大器的带宽调节方法以及射频功率放大电路。

背景技术

射频功率放大器是实现射频信号无线传输的重要部件，随着通信网络的改进，适用于3G网络或4G网络射频功率放大器需要支持多种频段和制式，相应地，配备上述射频功率放大器的多频通信设备能在同一移动通信网络标准中选择不同频段进行射频传输。

现有技术中具有多种实现多频通信的射频电路，请参考图1，图1示出了现有技术中一种具有多路的射频功率放大器结构的射频电路的结构图，其中，每一射频功率放大器在其输入端和输出端分别串联输入匹配网络和输出匹配网络，例如输入匹配网络1串联射频功率放大器PA1，来自输入匹配网络1的射频信号输入至射频功率放大器PA1中，该射频信号经过放大后从PA1传输至输入匹配网络1中，最终从输入匹配网络1中输入至后端芯片。类似地，射频功率放大器PA2也具有相似的电路结构，包括输入匹配网络2和输出匹配网络2。在该电路结构中，输入匹配网络和输出匹配网络确定，因此每一路射频功率放大器对应一个频段，若想实现多频传输则需要设置对应的多个射频功率放大器及其外围电路，其缺点是其电路结构复杂，不利于集成电路板的布局，增加了电路板的复杂度以及尺寸。

请参考图2，图2示出了现有技术中另一种可实现多频通信的射频电路的结构图，其中，前端芯片将射频信号输入至射频功率放大器PA中进行放大，经过放大后的射频信号选择性地输入输出匹配网络1或输出匹配网络2中，通过后端芯片的作用切换接入放大器PA的电路为输出匹配网络1或输出匹配网络2，以达到改变射频带宽的目的。该射频电路的缺点在于需要设计大功率的后端芯片作为射频开关，其结构复杂且制造成本较高。

考虑到射频电路芯片的制造要求，上述两种射频电路所存在的缺陷使得射频电路芯片无法设计为更小的尺寸和简单的结构，且制造成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种射频功率放大器的带宽调节方法以及射频功率放大电路，以解决现有技术中存在的缺陷。

为了达到上述目的，一方面，本发明提供了一种射频功率放大器的带宽调节方法，该方法包括：

依次串联射频功率放大器、匹配网络模块和天线；

设置一条或多条从所述射频功率放大器至所述天线之间的电路结构中任一电路节点引出的支路，每一所述支路包括电容元件/电感元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件/电感元件接地；

切换所述开关至导通/断开状态以调节所述射频功率放大器的带宽。

另一方面，本发明提供了一种射频功率放大电路，该射频功率放大电路包括：

依次串联的射频功率放大器、匹配网络模块和天线，以及一条或多条从所述射频功率放大器至所述天线之间的电路结构中任一电路节点引出的支路；

每一所述支路包括电容元件/电感元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件/电感元件接地。

与现有技术相比，本发明提供的射频功率放大器的带宽调节方法以及射频功率放大电路中公开的技术方案减少了射频电路中放大器裸片的数量，还省去了大功率的射频开关，因此整体上减小了该射频功率放大电路的复杂度，相应地根据该射频功率放大电路设计的集成电路板的成本降低。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中一种具有多路的射频功率放大器结构的射频电路的结构图；

图2是现有技术中另一种可实现多频通信的射频电路的结构图；

图3是根据本发明的射频功率放大电路的一种具体实施方式的结构示意图；

图4是根据本发明的射频功率放大电路的另一种具体实施方式的结构示意图；

图5是所述射频功率放大电路的一种具体电路图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。

首先请参考图3，图3是根据本发明的射频功率放大电路的一种具体实施方式的结构示意图，该电路包括：依次串联的射频功率放大器100、匹配网络模块200和天线，具体地，射频功率放大器100的输入端与射频输入电路连接，射频输入电路提供射频信号输入至射频功率放大器100内，该射频信号经过射频功率放大器100的功率放大处理，通过射频功率放大器100的输出端输入至匹配网络模块200中，最后通过匹配网络模块200的输出端传输至所述天线进行发射。

为了实现对所述射频功率放大器100的带宽调节，该射频功率放大电路还包括从所述射频功率放大器至所述天线之间的电路结构中任一电路节点引出的支路，每一所述支路包括电容元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件接地。如图3所示，该射频功率放大电路包括n条与所述天线并联的支路，引出所述一条或多条支路的电路节点设置在所述匹配网络模块200的电路结构之外，例如第一支路包括电容元件C1和开关S1，当开关S1处于导通状态时该第一支路导通，电容元件C1接入射频功率放大电路中且接地；类似地，第二支路包括电容元件C2和开关S2，当开关S2处于导通状态时该第二支路导通，电容元件C2接入射频功率放大电路中且接地。在实际实施过程中，为了使该射频功率放大电路支持较大的带宽范围，所述支路中包括的电容元件C1、电容元件C2至电容元件Cn选用不同电容量数值，通过切换每一所述支路中包括的开关至导通/断开状态，使不同的该支路上不同的电容元件接入所述射频功率放大电路中（即与匹配网络模块200形成电连接），即可调节匹配网络模块200的网络特性，以达到改变射频放大器的频带宽度（即带宽）的目的。

在优选的实施例中，当一个所述支路中的开关处于导通状态时，该射频功率放大电路中其余支路的开关与该导通的开关的状态相逆，即均处于断开状态。例如图3中的开关S1切换至导通状态时，其余支路上的开关，即开关S2至开关Sn，均可控地调整为断开状态。这样可实现定量地根据实施者意愿调整射频功率放大器100的带宽。基于上述考虑，可用一个“n选1导通”的开关电路等效替换所有所述支路中存在的开关，该开关电路一端分别接入每一所述支路中包括的电容元件，且另一端接地，通过操作该开关电路使得在同一时刻只有一条所述支路接入该射频功率放大电路。

匹配网络模块200和所有所述支路上的电容元件组成匹配滤波网络300，所述射频功率放大电路的实施者可以根据实际情况选用合适的器件组成该射频功率放大电路中各个部分，使得匹配网络模块200输出至天线的射频信号的功率和效率达到理想值。

可选地，每一所述支路上的电容元件可以等效地替换为一个电感元件，例如将电容元件C1替换为电感元件L1、将电容元件C2替换为电感元件L2等。参考图3，在逻辑上其遵循的规则是从电容元件C1至Cn组成的集合中任取一个或多个电容元件等效地替换为电感元件。

一些实施例中，上文中提及的术语“开关”或“开关电路”其具体实施形式可以是采用物理接触/分离方式实现导通/断开状态的机械开关。在优选的实施例中，考虑到承载本射频功率放大电路的集成电路芯片尺寸较小，且通常应用在移动通信设备上，因此所述“开关”或“开关电路”的具体实施形式通常是利用CMOS工艺或SOI工艺制造的晶体管作为开关，例如CMOS开关或SOI开关，通过操作所述移动通信设备触发电信号即可控制该CMOS开关或SOI开关的通断状态，即实现所述“开关”或“开关电路”的导通/断开状态的切换。当然本领域技术人员还可以根据公知常识使用其他类型的电子元器件进行组合以组成上述“开关”的一种具体实施形式，在此不再赘述。

典型地，如图3所示，射频功率放大器100是多级功率放大器，其由三个射频功率放大级A1、A2和A3依次串联形成。

一种优选的实施例中，该射频功率放大电路还包括控制电路400，用于控制所述射频功率放大器100正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态（若将所述开关等效替换为“n选1导通”开关电路，则控制该开关电路切换至在同一时刻实现某一支路切换至导通/断开状态）。

另一种优选的实施例中，参考图4，图4是根据本发明的射频功率放大电路的另一种具体实施方式的结构示意图，该射频功率放大电路还包括控制引脚500，该控制引脚500用于连接包含控制电路的外接芯片600，以接受外接芯片600的控制电路传送的电信号，用来控制控制所述射频功率放大器100正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态（若将所述开关等效替换为“n选1导通”开关电路，则控制该开关电路切换至在同一时刻实现某一支路切换至导通/断开状态）。图4示出的射频功率放大电路中的其余部分可以参考前文中对图3示出的射频功率放大电路所进行的描述，在此不再赘述。

典型地，匹配网络模块200由多个匹配网络单元串联而构成，通常每一匹配网络单元包括使用导线连接的电感、电容和电阻等无源元件。参考图5，图5是所述射频功率放大电路的一种具体电路图，引出所述一条或多条支路的电路节点设置在匹配网络模块200的电路结构中，其中匹配网络模块200包括由电感L11和电容C11组成的第一匹配网络单元、电感L12和电容C12组成的第二匹配网络单元、以及电感L13组成的第三匹配网络单元，其中电容C11和电容C12接地。如图4所示所述第一匹配网络单元、第二匹配网络单元和第三匹配网络单元在电路逻辑上为串联关系。此外，该射频功率放大电路中包括的一条或多条与天线并联的支路同时与上述第三网络匹配单元并联。当然图5仅示出了所述射频功率放大电路的一种具体电路图，根据具体的设计需求匹配网络模块200可以包括更多的匹配网络单元，以提升其复杂度来适应所述设计需求，相应地，所述一条或多条与天线并联的支路还可以与匹配网络模块200中包括的多个匹配网络单元中的一个或多个并联。此外，图5示出的射频功率放大电路的其余部分可以参考前文中对图3示出的射频功率放大电路所进行的描述，在此不再赘述。

相应地，本发明还提供了一种射频功率放大器的带宽调节方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，依次串联射频功率放大器、匹配网络模块和天线；

步骤2，设置一条或多条从所述射频功率放大器至所述天线之间的电路结构中任一电路节点引出的支路，每一所述支路包括电容元件/电感元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件/电感元件接地；

步骤1和步骤2执行后，即形成如图3所示的射频功率放大电路中相关的部分，包括依次串联的射频功率放大器100、匹配网络模块200和天线，以及一条或多条与所述天线并联的支路，其中每一所述支路包括电容元件和开关，所述开关处于导通状态时所述电容元件接地。

进一步，本方法还包括步骤3，切换所述开关至导通/断开状态以调节所述射频功率放大器的带宽。步骤3的原理是通过切换每一所述支路中包括的开关至导通/断开状态，使不同的该支路上不同的电容元件接入所述射频功率放大电路中（即与匹配网络模块200形成电连接），即可调节匹配网络模块200的网络特性，以达到改变射频放大器的频带宽度的目的。具体地，所述开关包括：CMOS开关或SOI开关；和/或采用物理接触/分离方式实现导通/断开状态的机械开关。

典型地，所述匹配网络模块由多个匹配网络单元串联形成，所述一条或多条支路还与所述多个匹配网络单元中的一个或多个并联。所述射频功率放大器选用多级功率放大器，例如参考图3中示出的射频功率放大器100，其由三个射频功率放大管A1、A2和A3依次串联形成。

优选地，所述方法还包括如下步骤：提供控制电路，该控制电路用于控制所述射频功率放大器正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态。

上述描述中出现的术语和电子元件的说明及其工作方法均可参考本说明书前文中所提及的相同部分的描述，可以结合图3示出的射频功率放大电路来理解本方法的工作原理和具体实施过程。

相应地，根据设计需求，本方法的其他实施例中每一所述支路上的电容元件可以等效地替换为一个电感元件。

特别指出，本说明书的描述中，在一个元件之前加上词语“一个”，并不排除可以是多个这样的元件。进而，词语“包括”并不排除存在所列的元件或步骤之外的其他元件或步骤。

阅读了本发明的公开文本后，无论是使用涉及在RF工程和电路设计领域中公知的一些特征附加至本发明基础上，或是用上述一些特征替换本说明书描述过的技术特征，对于本领域的技术人员来说都是显而易见的。

以上所揭露的仅为本发明的几种较佳的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种射频功率放大器的带宽调节方法，该方法包括：

依次串联射频功率放大器、匹配网络模块和天线；

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述匹配网络模块由多个匹配网络单元串联形成；

所述一条或多条支路还与所述多个匹配网络单元中的一个或多个并联。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开关包括：

CMOS开关或SOI开关；和/或

采用物理接触/分离方式实现导通/断开状态的机械开关。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述射频功率放大器是多级功率放大器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，该方法还包括：

提供控制电路，该控制电路用于控制所述射频功率放大器正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态。

6.一种射频功率放大电路，该电路包括：

7.根据权利要求6所述的射频功率放大电路，其中：

所述匹配网络模块包括多个串联的匹配网络单元；

8.根据权利要求6所述的射频功率放大电路，其中，所述开关包括：

CMOS开关或SOI开关；和/或

采用物理接触/分离方式实现导通/断开状态的机械开关。

9.根据权利要求6所述的射频功率放大电路，其中：

所述射频功率放大器是多级功率放大器。

10.根据权利要求6至9任一项所述的射频功率放大电路，该射频功率放大电路还包括：

控制电路，用于控制所述射频功率放大器正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态。

11.根据权利要求6至9任一项所述的射频功率放大电路，该射频功率放大电路还包括：

控制引脚，用于连接包含控制电路的外接芯片，所述控制电路用于控制所述射频功率放大器正常工作，和/或控制所述开关切换至导通/断开状态。