CN104953216B - 功率处理电路及多路放大电路 - Google Patents
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Abstract
一种功率处理电路包括第一端部、第二端部、第三端部、隔离电阻、第一耦合单元、第二耦合单元。第一端部、第二端部和第三端部分别连接外部元件；隔离电阻用于隔离第二端部及第三端部的信号；第一耦合单元和第二耦合单元皆为呈U形的耦合结构，设置于隔离电阻的两侧，第一耦合单元与第一端部、第二端部及参考地连接，第二耦合单元与第一端部、第三端部及参考地连接。本发明也提供一种多路放大电路用于提高信号的传输功率。本发明具有体积较小及良好谐波抑制的特征，可以在有限的PCB基板空间内构建多输入多输出的射频高功率传输系统。
Description
技术领域
一种电子电路，尤其涉及一种功率处理电路及多路放大电路。
背景技术
在移动通信中，常常需要把某一输入功率按照一定的比例分配到各分支电路中，此时可以采用功率分配器。功率分配器是在微波电路中将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。同时，当需要把多路输入的信号合成一路信号时，也会把功率分配器作为功率合成器使用，目前，功率分配器会较常用到威尔金森(Wilkinson)功率分配器。但此类功率分配器的体积相对较大，不利于应用在狭小空间的设备中。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种用作功率分配或合成的功率处理电路，在保持其良好性能的同时，且能够有效减小体积。与此同时，也提供一种多路放大电路，有效提高信号的传输功率。
本发明实施方式提供的功率处理电路，包括第一端部、第二端部、第三端部、隔离电阻、第一耦合单元、第二耦合单元。其中，第一端部、第二端部和第三端部分别连接外部元件；隔离电阻设置于第二端部和第三端部之间，用于隔离第二端部及第三端部的信号，减少信号间的相互干扰；第一耦合单元和第二耦合单元皆为一种呈U形的耦合结构，设置于隔离电阻的两侧，第一耦合单元与第一端部、第二端部及参考地连接，第二耦合单元与第一端部、第三端部及参考地连接。
优选地，功率处理电路进行功率分配时，第一端部连接外部元件的输出端，用于接收信号；第二端部和第三端部分别连接外部元件的输入端，用于输出第一路输出信号和第二路输出信号。
优选地，功率处理电路进行功率合成时，第一端部连接外部元件的输入端，用于输出信号；第二端部和第三端部分别连接外部元件的输出端，用于接收第一路输入信号和第二路输入信号。
优选地，第一耦合单元的两信号端子分别与第一端部和第二端部连接；第二耦合单元的两信号端子分别与第一端部和第三端部连接。
优选地，第一耦合单元和第二耦合单元的耦合结构包括第一微带线、第二微带线、第一电容、短微带线，其中第一微带线和第二微带线之间存在间隙，第一微带线的一端、第二微带线的一端与第一电容的一端共同连接，第二微带线的另一端与短微带线的一端连接，第一电容的另一端通过过孔接地。
优选地，第一微带线和第二微带线皆为弯曲方向相同、外形呈L形的微带线，第一微带线和第二微带线共同构成耦合传输线，使得分别经过第一微带线和第二微带线的电磁波相互耦合而形成互感效应。
本发明实施方式提供的多路功率处理电路包括多个功率处理电路，其中功率处理电路与另外的所述功率处理电路连接。
优选地，一个功率处理电路的第二端部和第三端部分别与另外两个功率处理电路的第一端部连接。
本发明实施方式提供的功率处理电路多路放大电路包括多个多路功率处理电路及多个放大器，其中多个所述多路功率处理电路分别与多个放大器的输入、输出端相连。
本发明的有益效果是明显的：本发明具有体积较小及良好谐波抑制的特征，设置于较小空间的PCB基板上，可以在有限的PCB基板空间内构建多输入多输出的射频高功率传输系统。同时，本发明也可应用于高功率射频发射线路及产品中。如平衡功率放大器，推挽放大器，集成功率放大器，基站，升压机，路由器等，扩大应用范围。
附图说明
图1为本发明一实施方式的结构示意图。
图2为本发明一实施方式的尺寸标注图。
图3为图1的第一耦合单元或第二耦合单元的耦合结构示意图。
图4为图3所示耦合结构的尺寸标注图。
图5为图3所示耦合结构的等效电路图。
图6为本发明一实施方式的耦合结构S11、S21参数及角度的测量图。
图7为本发明一实施方式的耦合结构S12及S22参数的测量图。
图8为本发明一实施方式的等效电路图。
图9为本发明一实施方式的S11、S21参数测量图。
图10为本发明一实施方式的S31、S32参数测量图。
图11为本发明一实施方式的两路放大电路连接示意图。
图12为本发明又一实施方式多路功率处理电路的连接示意图。
图13为本发明又一实施方式四路功率处理电路的连接示意图。
主要元件符号说明
第一端部 1
第二端部 2
第三端部 3
第一耦合单元 4
第二耦合单元 5
第一微带线 11
第二微带线 12
第一电容 C1
短微带线 13、131、132
信号端子 14、15
过孔 16
功率处理电路 17、18、19、
20、21
放大器 PA1、PA2
隔离电阻 R
电容 Cc、Cc1、Cc2、
Cg、Cg1、Cg2
电感 L1、L2、Lg、
L11、L21、Lg1、
L12、L22、Lg2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本发明实施方式提供的功率处理电路及多路放大电路，为一种印刷在PCB板上的功率处理电路，功率处理电路用于分配或合成信号功率，多路放大电路用于提高信号的传输功率。
以下实施方式的部分示意图中使用不同的底纹进行标示，只为更好地说明本发明结构中的不同部分，实际上制作出的本发明设计不含有底纹。具体参数只为更详细地说明本发明，不以此限制本发明的权利要求范围。
图1为本发明功率处理电路一实施方式的结构示意图。如图1所示，功率处理电路包括第一端部1、第二端部2、第三端部3、第一耦合单元4、第二耦合单元5及隔离电阻R。
当功率处理电路作为功率分配时，第一端部1连接外部元件的输出端，用于接收信号；第二端部2和第三端部3分别连接外部元件的输入端，用于输出第一路输出信号和第二路输出信号。
当功率处理电路作为功率合成时，第一端部1连接外部元件的输入端，用于输出信号；第二端部2和第三端部3分别连接外部元件的输出端，用于接收第一路输入信号和第二路输入信号。
隔离电阻R设置于第二端部2和第三端部3之间，用于隔离第二端部2和第三端部3的信号，从而减少不同信号间的相互干扰。在本实施方式中，隔离电阻R可为0402封装形式的电阻，电阻值可为100欧姆，但不以此为限。
第一耦合单元4和第二耦合单元5皆为同一种耦合结构，第一耦合单元4和第二耦合单元5对称设置于隔离电阻R的两侧，用于把一路输入信号分为两路输出信号或把两路输入信号合成一路输出信号。
图2为本发明功率处理电路一实施方式的尺寸标注图。
图3为本发明一实施方式第一耦合单元4或第二耦合单元5的耦合结构示意图。从整体上看，耦合结构呈U的形状。在耦合结构中，第一微带线11和第二微带线12之间存在间隙，由第一微带线11、第二微带线12构成耦合传输线，第一微带线11的一端、第二微带线12的一端与第一电容C1的一端电共同连接在一起。其中，第一电容C1可为0402封装形式的电容，其电容值可为0.4pF，但不以此为限。第一微带线11的另一端作为信号端子14，第二微带线12的另一端连接短微带线13的一端，第一电容C1的另一端经由过孔16连接参考地。短微带线13的另一端作为信号端子15。其中，第一微带线11和第二微带线12中，皆包括弯曲成直角（外形呈L形）的微带线，且第一微带线11和第二微带线12的弯曲方向相同。
第一耦合单元4的信号端子14与第一端部1连接，第一耦合单元4的信号端子15与第二端部2连接，第二耦合单元5依照第一耦合单元4的连接方式，连接在第一端部1和第三端部3之间。
图4为图3所示的耦合结构尺寸标注图。
图5为图3所示的耦合结构等效电路，如图5所示，耦合结构的等效电路结构中，第一微带线11和第二微带线12分别等效为电感L1和电感L2，工作时，分别经过电感L1和电感L2的电磁波会以耦合系数k相互耦合而形成互感效应。第一微带线11和第二微带线12之间形成的耦合电容可等效为电容Cc，第一电容C1和过孔16等效为由电容Cg和电感Lg组成的串联电路。电感L1和电感L2的一端共同连接，此共同连接点经由电容Cg与电感Lg组成的串联电路接地。电感L1的另一端和电感L2的另一端分别与电容Cc的两端连接。电感L1与电容Cc的公共连接点作为信号端子14，电感L2与电容Cc的公共连接点与短微带线13的一端连接，短微带线13的另一端作为信号端子15。
在一实施方式中，耦合结构的特性阻抗值接近70.7欧姆，且在频率为2.45GHz的时候，电气长度刚好为90°。
在应用中，常用S参数（散射参数）来评估反射信号和传送信号的性能。结合微调的耦合结构及其等效电路，将耦合结构当作一个二端口网络，以信号端子14作为第1端、信号端子15作为第2端，可以得到如图6及图7的耦合结构S参数及角度关系的测量结果。
如图6及图7所示，曲线31表示第1端到第2端的传输系数S21，曲线32表示第1端的反射系数S11，曲线33表示第1端到第2端的角度关系，曲线41第2端的反射系数S22，以及曲线42表示第2端到第1端的传输系数S12，传输系数S21与传输系数S12相等，即曲线31与曲线42相同。曲线32和曲线41用来描述回波损耗的情况，当耦合结构工作于2.45GHz附近工作频段时，回波损耗值小于-10dB。曲线33中纵坐标为负90°的点刚好对应横坐标为2.45GHz，即频率为2.45GHz的时候，电气长度刚好为90°，且频率约在5.4Ghz和7.8GHz时，有两个传输零点，从而更好地抑制谐波失真。
结合图1所示的功率处理电路结构与图5所示的等效电路，可以得到如图8所示的等效电路。进而可以得到如图9和图10所示的功率处理电路一实施方式的S参数测量结果。
如图9和图10所示，曲线81表示第一端部1的反射系数S11，曲线82表示第一端部1到第二端部2的传输系数S21，曲线91表示第二端部2与第三端部3之间的隔离度S32，曲线92表示第一端部1到第三端部3的传输系数S31。根据曲线81，当功率处理电路工作于2.45GHz附近工作频段时，回波损耗值小于-10dB。本发明设计的功率处理电路具有宽阻带和低通滤波的特征，因此在传输设计中无需添加额外的滤波器。
利用上述的功率处理电路，本发明还可以设计成多路放大电路。
图11为本发明一实施方式的两路放大电路连接示意图。如图11所示，两路放大电路是多路放大电路的一种连接方式，此放大电路包括功率处理电路17、功率处理电路18以及两个放大器PA1和PA2，其中功率处理电路17和功率处理电路18皆为图1所示的功率处理电路结构，分别用于两路功率分配和两路功率合成。功率处理电路17的第二端部2和第三端部3分别与放大器PA1和放大器PA2的输入端连接，功率处理电路18的第二端部2和第三端部3分别与放大器PA1和放大器PA2的输出端连接。
图12为本发明又一实施方式多路功率处理电路的连接示意图，如图12所示，功率处理电路19的第二端部2和第三端部3分别与功率处理电路21的第一端部1和功率处理电路20的第一端部1连接，形成级联，从而扩展成为四路功率处理电路，在其他实施方式中，依照图12所示的连接方式，一个功率处理电路第二端部2和第三端部3分别与另外两个功率处理电路的第一端部1连接，从而扩展出更分支的多路功率处理电路。
此外，结合图11和图12所示的两路放大电路及多路功率处理电路，通过多个多路功率处理电路和多个放大器相连，可以设计出如图13所示的四路放大电路，甚至扩展出八路或八路以上的多路放大电路。如图13所示，多个多路功率处理电路的端部分别与多个放大器的输入、输出端相连。以多路放大电路传输信号，可以有效提高信号的传输功率。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种功率处理电路，其特征在于，包括：
第一端部；
第二端部；
第三端部；
隔离电阻，设置于所述第二端部和所述第三端部之间，用于隔离所述第二端部及所述第三端部的信号，以减少信号间的相互干扰；
第一耦合单元，呈U形的耦合结构，设置于所述隔离电阻的一侧，与所述第一端部、所述第二端部及参考地连接；及
第二耦合单元，呈U形的耦合结构，设置于所述隔离电阻的另一侧，与所述第一端部、所述第三端部及参考地连接，与所述第一耦合单元对称设置于所述隔离电阻的两侧；其中，
所述第一耦合单元与所述第二耦合单元之耦合结构均包括：第一微带线、第二微带线、第一电容、短微带线，所述第一微带线的一端、所述第二微带线的一端与所述第一电容的一端共同连接，所述第二微带线的另一端与所述短微带线的一端连接，所述短微带线的另一端悬空，所述第一电容的另一端通过过孔接地。
2.如权利要求1所述的功率处理电路，其特征在于，所述功率处理电路进行功率分配时，所述第一端部连接外部元件的输出端，用于从所述外部元件接收信号；所述第二端部和所述第三端部分别连接所述外部元件的输入端，用于输出第一路输出信号和第二路输出信号至所述外部元件。
3.如权利要求1所述的功率处理电路，其特征在于，所述功率处理电路进行功率合成时，所述第一端部连接外部元件的输入端，用于输出信号至所述外部元件；所述第二端部和所述第三端部分别连接所述外部元件的输出端，用于从所述外部元件接收第一路输入信号和第二路输入信号。
4.如权利要求1所述的功率处理电路，其特征在于，所述第一耦合单元包括两个信号端子，所述两个信号端子分别与所述第一端部和所述第二端部连接；及
所述第二耦合单元包括两个信号端子，所述两个信号端子分别与所述第一端部和所述第三端部连接。
5.如权利要求1所述的功率处理电路，其特征在于所述第一微带线和所述第二微带线之间存在间隙。
6.如权利要求5所述的功率处理电路，其特征在于，所述第一微带线和所述第二微带线皆为弯曲方向相同、外形呈L形的微带线，所述第一微带线和所述第二微带线共同构成耦合传输线，使得分别经过所述第一微带线和所述第二微带线的电磁波相互耦合而形成互感效应。
7.一种多路功率处理电路，其特征在于，包括多个相连的如权利要求1-6任一项所述的功率处理电路。
8.如权利要求7所述的多路功率处理电路，其特征在于，其中一个所述功率处理电路的第二端部和第三端部分别与另外两个所述功率处理电路的第一端部连接。
9.一种多路放大电路，其特征在于，包括多个如权利要求7所述的多路功率处理电路及多个放大器，其中多个所述多路功率处理电路分别与多个放大器的输入、输出端相连。
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