CN104716911A - 一种射频功率放大器、基站及阻抗调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种射频功率放大器、基站及阻抗调整方法，通过设置于射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间的传输线，来调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗，或者通过设置于射频功率放大器的输出传输线和输出负载连接点处的第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器，来调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。

Description

一种射频功率放大器、基站及阻抗调整方法

技术领域

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器、基站及阻抗调整方法。

背景技术

由于基站产品中的射频功率放大器要求具有大功率、高增益的特点，为了实现高增益的特点，射频功率放大器的器件厂家会进行输入输出内匹配，这样，会使射频功率放大器在工作频带的带外形成谐振频点，导致器件在谐振频点附近具有潜在的不稳定因素。在一定条件下，这种不稳定因素还会被激发，严重情况下将导致射频功率放大器的损坏，因此，提高功放的稳定性显得尤为重要。

目前，针对射频功率放大器的稳定性，通常的方法为调整输入输出的匹配网络、在栅极供电臂上增加串联电阻、在漏极供电臂上增加串联谐振电路、以及增加腔体的隔离等等；然而，这些方法都是以牺牲射频功率放大器的增益、线性度以及效率等指标为代价，并且实现起来比较复杂，操作性较差。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种射频功率放大器、基站及阻抗调整方法，能在提高射频功率放大器稳定性的同时，降低对射频功率放大器在工作频带内性能指标的影响，且设计简单、易于实现。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种射频功率放大器，所述射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置有阻抗调整电路；

所述阻抗调整电路，用于调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。

上述方案中，所述阻抗调整电路包括传输线；所述传输线的一端与所述射频功率放大器的输出传输线的输出端相连，另一端与所述射频功率放大器的输出负载的输入端相连。

上述方案中，所述传输线的长度小于等于所述预设频点的半波长。

上述方案中，所述阻抗调整电路包括第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器；其中，

所述第一元件的一端与所述射频功率放大器的输出传输线的输出端相连，另一端与所述第二元件的一端或所述第一电容器的一端相连；所述第一电容器的另一端接地，所述第二元件的另一端与所述第二电容器的一端相连，所述第二电容器的另一端接地。

上述方案中，所述第一元件和所述第二元件均包括电感器和微带线。

本发明实施例还提供了一种基站，所述基站包括上述任意一种所述的射频功率放大器。

本发明实施例还提供了一种阻抗调整方法所述方法，包括：在射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置阻抗调整电路，调整预设频点处的负载阻抗。

上述方案中，所述阻抗调整电路包括传输线；所述调整预设频点处的负载阻抗为：通过调整传输线的长度调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。

上述方案中，所述调整传输线的长度为：调整所述传输线的长度小于等于所述预设频点的半波长。

上述方案中，所述阻抗调整电路包括第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器；所述调整预设频点处的负载阻抗为：通过调整第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器的值调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。

本发明实施例提供的射频功率放大器、基站及阻抗调整方法，在射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置阻抗调整电路，用来调整射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗，如此，能够在提高射频功率放大器稳定性的同时，降低对射频功率放大器在工作频带内性能指标的影响。在具体实现中，所述阻抗调整电路可以通过传输线实现，也可以通过由第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器组成的电路实现，设计简单、易于实现。

附图说明

图1为一般射频功率放大器的组成结构示意图；

图2为本发明实施例射频功率放大器的组成结构示意图；

图3为本发明实施例一射频功率放大器的组成结构示意图；

图4为本发明实施例二射频功率放大器的组成结构示意图；

图5为本发明实施例二射频功率放大器相应的Smith圆的示例示意图；

图6为本发明实施例包括具有阻抗调整电路的射频功率放大器的基站的组成结构示意图；

图7为本发明实施例一和实施例二的射频功率放大器实现阻抗调整方法的流程示意图。

具体实施方式

图1为一般射频功率放大器100的组成结构示意图，如图1所示，所述射频功率放大器100包括：依次连接的输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15以及输出负载16；根据模拟电路的基本理论，可将射频功率放大器100等效为一个二端口网络；并且，根据负载阻抗的大小可通过Smith圆确定出功放稳定区域和不稳定区域；所述二端口网络的负载阻抗值的改变会直接影响射频功率放大器100是否处于稳定区域。

基于此，当射频功率放大器100工作于工作频带的带外，且处于Smith圆的不稳定区域时，为了防止自激振荡的产生，使射频功率放大器100避开Smith圆的不稳定区域，可在射频功率放大器100的结构基础上进行改进，通过调整射频功率放大器100的负载阻抗，使射频功率放大器100在避开Smith圆不稳定区域的同时，降低对射频功率放大器100在工作频带内性能指标的影响。

有鉴于此，在本发明实施例中，在射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置阻抗调整电路，通过所设置的阻抗调整电路来调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。

图2为本发明实施例射频功率放大器的组成结构示意图，如图2所示，本发明实施例具有阻抗调整电路的射频功率放大器200包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15以及输出负载16；关键在于，所述射频功率放大器200还包括：设置于输出传输线15和输出负载16之间的阻抗调整电路21，用于调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。

具体的，所述阻抗调整电路21的一端与射频功率放大器200的输出传输线15的输出端相连，另一端与射频功率放大器200的输出负载16的输入端相连。

对于预设频点处，在射频功率放大器200的输出匹配网络14固定不变的情况下，为了调整负载阻抗的大小，可以通过改变阻抗调整电路21来改变负载阻抗，使得射频功率放大器200在所述预设频点处工作于Smith圆的稳定区域而能够稳定工作，从而从根本上提高射频功率放大器200在预设频点处的稳定性；其中，所述预设频点为存在不稳定性的频点，根据设计时的实际需求来确定。

其中，所述阻抗调整电路21可以通过传输线实现，也可以通过由第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器组成的电路实现。

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

图3为本发明实施例一射频功率放大器的组成结构示意图，如图3所示，本发明实施例具有阻抗调整电路的射频功率放大器300包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15以及输出负载16；关键在于，所述射频功率放大器300还包括：设置于输出传输线15和输出负载16之间的传输线31，用于调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。本实施例中，所述传输线31作为阻抗调整电路。

具体的，所述传输线31一端与射频功率放大器300的输出传输线15的输出端相连，另一端与射频功率放大器300的输出负载16的输入端相连；其中，传输线31包括但不限于：微带线、带状线、悬浮微带以及同轴线等。

通过调整传输线31的长度即可有效调节射频功率放大器300在所述预设频点处的负载阻抗；其中，传输线31的长度小于等于所述预设频点的半波长。例如，根据设计时的需求，当预设频点为2.6MHZ时，射频功率放大器300处于不稳定区域，通过一段长度为0.18波长、特性阻抗为40欧姆的传输线31，调整传输线31的长度和宽度，保证传输线31的长度小于等于半波长，这样，传输线31即可改变射频功率放大器300在2.6MHZ时的负载阻抗，最终使得射频功率放大器300处于Smith圆的稳定区域而稳定工作。这里，不同特性阻抗的传输线31对负载阻抗的调整起到不同的作用，选取合适的特性阻抗，可以在提高射频功率放大器300稳定性的同时，减小由于传输线31对于射频功率放大器300在工作频带内的性能的影响。

具体的，图4为本发明实施例二射频功率放大器400的组成结构示意图，如图4所示，本发明实施例具有阻抗调整电路的射频功率放大器400包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15以及输出负载16；关键在于，所述射频功率放大器400还包括：设置于输出传输线15和输出负载16连接点处的第一元件41、第二元件42、第一电容器43以及第二电容器44，用于调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。本实施例中，所述第一元件41、第二元件42、第一电容器43以及第二电容器44共同构成阻抗调整电路。

具体的，所述第一元件41一端与射频功率放大器400的输出传输线15的输出端相连，另一端与第二元件42一端或第一电容器43一端相连；第一电容器43另一端接地；第二元件42另一端与第二电容器44一端相连；第二电容器44另一端接地；其中，第一元件41和第二元件42均包括电感器和微带线。

通过调整第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值即可有效调节射频功率放大器400在所述预设频点处的负载阻抗；其中，第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值根据所述预设频点和选频网络的基本理论来确定，且第二电容器44为所述预设频点处的旁路电容。

具体的，当第一元件41为第一电感器，第二元件42为第二电感器时，不考虑第二电感器和第二电容器44，根据所述预设频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}$

其中，L₁为第一电感器的值，C₁为第一电容器43的值，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求和所述预设频点f的值计算出第一电感器的值和第一电容器43的值，通过L₁和C₁实现对负载阻抗的调整。

考虑第二电感器和第二电容器44，所述预设频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{L_{2}C}_1/(L_1+L_2)}$

其中，L₂为第二电感器的值，引入L₂，为了保持所述预设频点f的值不变，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求通过调整L₁和L₂的值，使得L₁尽可能大，由于射频功率放大器400的选频特性的带宽较宽，会对工作频带内产生较大的影响，L₁的增大会使得射频功率放大器400对工作频带内呈现高阻特性，减小了因为负载阻抗的调整而对射频功率放大器400的影响。

图5为本发明实施例二射频功率放大器相应的Smith圆的示例示意图，如图5所示，例如，以一个工作在2.14MHZ的大功率射频功率放大器400的稳定性设计为例进行说明，图5中斜线区域表示射频功率放大器400对应的Smith圆的不稳定区域，图5中空白区域表示射频功率放大器400对应的Smith圆的稳定区域。

当射频功率放大器400工作在2.6MHZ时，即所述预设频率为2.6MHZ时，如图5所示，M1处于Smith圆的不稳定区域，当射频功率放大器400工作于M1点时，为了避开射频功率放大器400的不稳定区域，根据电容器的串联谐振特性，选取一个谐振频率略高于2.6MHZ电容器值，此处选取C₁=3.3pF，由所述预设频点和选频网络的基本理论得到，当L₁=0.6nH时，f=2.6MHZ；此时，负载阻抗的变化使得射频功率放大器400工作于M2点，如图5所示，M2位于Smith圆的稳定区域，进而使得射频功率放大器400能够稳定工作，且在2.14MHZ的插入损耗为-9.41dB，严重影响了射频功率放大器400在工作频带内的性能。

基于此，引入了L₂和C₂，C₂为射频功率放大器400在2.6MHZ的旁路电容，选取C₂为10pF；根据所述预设频点和选频网络的基本理论得到，当L₂取值较小时，L₁的取值就会变大，考虑到实际电容器布局的要求，当L₂=0.3nH时，要使得f=2.6MHZ，则L₁=3nH；此时，负载阻抗的变化使得射频功率放大器400工作于M3点，如图5所示，M3位于Smith圆的稳定区域，进而使得射频功率放大器400能够稳定工作，且在2.14MHZ的插入损耗为-0.38dB，与射频功率放大器400工作于M2点的插入损耗相比明显减小，降低了对射频功率放大器400在工作频带内的性能的影响。

当第一元件41和第二元件42为微带线时，可以根据微带线和电感的等效关系以及结合微带线的基本理论计算出相应的值。

图6为本发明实施例包括所述具有阻抗调整电路的射频功率放大器的基站的组成结构示意图，如图6所示，基站62包括具有阻抗调整电路的射频功率放大器61，所述射频功率放大器61包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15、输出负载16、以及设置于输出传输线15和输出负载16之间的阻抗调整电路21；

其中，所述阻抗调整电路21可以由传输线31实现，也可以由第一元件41，第二元件42，第一电容器43以及第二电容器44组成的电路实现。

当阻抗调整电路21通过传输线31实现时，如图3所示，传输线31的一端与射频功率放大器300的输出传输线15的输出端相连，另一端与射频功率放大器300的输出负载16的输入端相连；其中，传输线31包括但不限于：微带线、带状线、悬浮微带以及同轴线等。

通过调整传输线31的长度即可有效调节射频功率放大器300在所述预设频点处的负载阻抗；其中，传输线31的长度小于等于预设频点的半波长。

当阻抗调整电路21通过由第一元件41，第二元件42，第一电容器43以及第二电容器44组成的电路实现时，如图4所示，第一元件41一端与射频功率放大器400的输出传输线15的输出端相连，另一端与第二元件42一端或第一电容器43一端相连接；第一电容器43另一端接地；第二元件42另一端与第二电容器44一端相连接；第二电容器44另一端接地；其中，第一元件41和第二元件42均包括电感器和微带线。调整第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值即可有效调节射频功率放大器400在所述预设频点处的负载阻抗；其中，第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值是根据所述预设频点和选频网络的基本理论来确定，并且，第二电容器44为所述预设频点处的旁路电容。

具体的，当第一元件41为第一电感器，第二元件42为第二电感器时，不考虑第二电感器和第二电容器44，根据所预设的频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}$

其中，L₁为第一电感器的值，C₁为第一电容器的值，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求和所述预设频点的值计算出第一电感器的值和第一电容器43的值，通过调整L₁和C₁的值实现对负载阻抗的调整。

考虑第二电感器和第二电容器44，所述预设频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{L_{2}C}_1/(L_1+L_2)}$

其中，L₂为第二电感器的值，引入L₂，为了保持所述预设频点f的值不变，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求通过调整L₁和L₂的值，使得L₁尽可能大，由于射频功率放大器400的选频特性的带宽较宽，会对工作频带内产生较大的影响，L₁的增大会使得射频功率放大器400对工作频带内呈现高阻特性，减小了因为负载阻抗的调整而对射频功率放大器400的影响。

图7为本发明实施例一和实施例二的射频功率放大器实现阻抗调整方法的流程示意图，如图7所示，所述方法包括：

步骤701：在射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置阻抗调整电路；

这里，所述射频功率放大器，如图2所示，包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15、输出负载16以及设置于输出传输线15和输出负载16之间的阻抗调整电路21；

当所述阻抗调整电路21通过传输线31实现时，如图3所示，所述传输线31一端与射频功率放大器300的输出传输线15的输出端相连，另一端与射频功率放大器300的输出负载16的输入端相连；通过调整传输线的长度调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗，其中，所述传输线包括但不限于：微带线、带状线、悬浮微带以及同轴线。

当所述阻抗调整电路21通过由第一元件41、第二元件42、第一电容器43以及第二电容器44组成的电路实现时，如图4所示，包括：输入传输线11、输入匹配网络12、功率放大器13、输出匹配网络14、输出传输线15、输出负载16以及设置于输出传输线15和输出负载16连接点处的第一元件41、第二元件42、第一电容器43以及第二电容器44，用于调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。

所述第一元件41一端与射频功率放大器400的输出传输线15的输出端相连接，另一端与第二元件42一端或第一电容器43一端相连接；第一电容器43另一端接地；第二元件42另一端与第二电容器44一端相连接；第二电容器44另一端接地；其中，第一元件41和第二元件42均包括电感器和微带线。

步骤702：所设置的阻抗调整电路调整预设频点处的负载阻抗。

这里，所述预设频点为存在不稳定性的频点，根据设计时的实际需求来确定；

当所述阻抗调整电路21通过传输线31实现时，通过调整传输线31的长度即可有效调节射频功率放大器300在所述预设频点处的负载阻抗；其中，传输线31的长度小于等于所述预设频点的半波长。

当所述阻抗调整电路21通过由第一元件41、第二元件42、第一电容器43以及第二电容器44组成的电路实现时，通过调整第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值即可有效调节射频功率放大器400在所述预设频点处的负载阻抗；其中，第一元件41、第二元件42以及第一电容器43的值是根据所述预设频点和选频网络的基本理论来确定，并且，第二电容器44为所述预设频点处的旁路电容。

具体的，当第一元件41为第一电感器，第二元件42为第二电感器时，不考虑第二电感器和第二电容器44，根据所述预设频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}$

其中，L₁为第一电感器的值，C₁为第一电容器43的值，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求和所述预设频点f的值计算出第一电感器的值和第一电容器43的值，通过L₁和C₁实现对负载阻抗的调整。

考虑第二电感器和第二电容器44，所述预设频点f有：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{L_{2}C}_1/(L_1+L_2)}$

其中，L₂为第二电感器的值，引入L₂，为了保持所述预设频点f的值不变，根据Smith圆的稳定区域内负载阻抗的要求通过调整L₁和L₂的值，使得L₁尽可能大，由于射频功率放大器400的选频特性的带宽较宽，会对工作频带内产生较大的影响，L₁的增大会使得射频功率放大器400对工作频带内呈现高阻特性，减小了因为负载阻抗的调整而对射频功率放大器400的影响。

当第一元件41和第二元件42为微带线时，可以根据微带线和电感的等效关系以及结合微带线的基本理论计算出相应的值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置有阻抗调整电路；

所述阻抗调整电路，用于调整所述射频功率放大器在预设频点处的负载阻抗。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述阻抗调整电路包括传输线；所述传输线的一端与所述射频功率放大器的输出传输线的输出端相连，另一端与所述射频功率放大器的输出负载的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述传输线的长度小于等于所述预设频点的半波长。

4.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述阻抗调整电路包括第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器；其中，

所述第一元件的一端与所述射频功率放大器的输出传输线的输出端相连，另一端与所述第二元件的一端或所述第一电容器的一端相连；所述第一电容器的另一端接地，所述第二元件的另一端与所述第二电容器的一端相连，所述第二电容器的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一元件和所述第二元件均包括电感器和微带线。

6.一种基站，其特征在于，所述基站包括权利要求1至5任一项所述的射频功率放大器。

7.一种阻抗调整方法，其特征在于，所述方法包括：在射频功率放大器的输出传输线和输出负载之间设置阻抗调整电路，调整预设频点处的负载阻抗。

8.根据权利要求7所述的阻抗调整方法，其特征在于，所述阻抗调整电路包括传输线；

所述调整预设频点处的负载阻抗为：通过调整传输线的长度调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。

9.根据权利要求8所述的阻抗调整方法，其特征在于，所述调整传输线的长度为：调整所述传输线的长度小于等于所述预设频点的半波长。

10.根据权利要求7所述的阻抗调整方法，其特征在于，所述阻抗调整电路包括第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器；

所述调整预设频点处的负载阻抗为：通过调整第一元件、第二元件、第一电容器以及第二电容器的值调整所述射频功率放大器在所述预设频点处的负载阻抗。