CN105262446A

CN105262446A - 一种多级射频功率放大电路

Info

Publication number: CN105262446A
Application number: CN201510696630.1A
Authority: CN
Inventors: 贯会征; 王宇晨; 艾君
Original assignee: Ruidi Kechuang Microelectronic (Beijing) Co Ltd
Current assignee: Ruidi Kechuang Microelectronic (Beijing) Co Ltd; RDA Microelectronics Beijing Co Ltd
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明公开了一种多级射频功率放大电路，包括级间匹配电路，该级间匹配电路包括：级间阻抗匹配网络，其设置于前一级放大管与后一级放大管之间，其中，级间匹配电路还包括谐振网络，谐振网络设置于前一级放大管与级间阻抗匹配网络之间，用以抑制射频信号中的谐波。本发明可以显著提高射频功率放大器的线性度，降低射频功率放大器的静态功耗，还可以显著提高功率放大线路的效率。

Description

一种多级射频功率放大电路

技术领域

本发明涉及射频电路设计技术领域，具体地说，涉及一种多级射频功率放大电路。

背景技术

在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。射频功率放大器的主要功能为将已调制的射频信号放大到所需的功率值，通过天线发射，保证在一定区域内的接收机可以接收到信号。作为射频部分关键部件的功率放大器，其性能对通信质量产生直接的影响。线性度是衡量射频功率放大器的重要指标，通常用最大线性输出功率表征。LTE通信系统中射频功率放大器的最大线性输出功率通常指IM3<-35dBc,IM5<-45dBc时，射频功率放大器的输出功率，其中IM3为三阶交调分量，IM5为五阶交调分量。

现有技术中是采用提高射频功率放大器的偏置电流，使得功率放大器工作在AB类偏A类放大状态，从而提高射频功率放大器的线性度。但是，现有技术使得静态工作电流增加，加大了射频功率放大器的静态功耗。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种多级射频功率放大电路，用以提高射频功率放大器的线性度。

根据本发明的一个实施例，提供了一种多级射频功率放大电路，包括级间匹配电路，所述级间匹配电路包括：级间阻抗匹配网络，其设置于前一级放大管与后一级放大管之间，

其中，所述级间匹配电路还包括谐振网络，所述谐振网络设置于前一级放大管与所述级间阻抗匹配网络之间，用以抑制射频信号中的谐波。

根据本发明的一个实施例，在前一级放大管与所述谐振网络之间还设置有级间滤波电容。

根据本发明的一个实施例，在所述放大电路的最后一级放大管之后设置有输出阻抗匹配网络，其中，在最后一级放大管和所述输出阻抗匹配网络之间设置有谐振网络。

根据本发明的一个实施例，所述谐振网络为串联谐振网络。

根据本发明的一个实施例，所述串联谐振网络为RC串联谐振网络。

根据本发明的一个实施例，所述串联谐振网络为LC串联谐振网络。

根据本发明的一个实施例，各所述谐振网络从所述放大电路的输入端到输出端依据谐波的阶次顺序逐次对谐波进行抑制。

根据本发明的一个实施例，输出端的所述谐振网络用于抑制二阶谐波。

根据本发明的一个实施例，所述级间阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。

根据本发明的一个实施例，所述输出阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。

本发明的有益效果：

本发明可以不用提高射频功率放大器的偏置电流来抑制射频信号中的多阶谐波，来显著提高了射频功率放大器的线性度，就不需增大射频功率放大器静态功耗，还可以显著提高功率放大线路的效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有技术中一种多级射频功率放大电路的电路原理图；

图2是根据本发明的一个实施例的一种多级射频功率放大电路的系统结构图；

图3是根据本发明的一个实施例的一种多级射频功率放大电路的电路原理图；以及

图4是图1和图3所示电路的实验结果对比图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

如图1所示为现有技术中一种多级射频功率放大电路的电路原理图。由图1可知，在第一级功率放大管Q1和第二级功率放大管Q2之间设置匹配网络1。该匹配网络1包括电容C12、C13和电感L3，只能用于Q1和Q2之间的功率匹配，无法提高射频功率放大器的线性度和效率。为提高射频功率放大器的线性度和效率，现有技术中通常采用提高射频功率放大器的偏置电流的方式，但这种方式增大了射频功率放大器的静态功耗。因此，本发明提供了一种新型多级射频功率放大电路，在不增大射频功率放大器静态功耗的情况下，既增强了射频功率放大器的谐波抑制，又显著提高了射频功率放大器的线性度和效率。

如图2所示为根据本发明的一个实施例的一种多级射频功率放大电路的系统结构图，以下参考图2来对本发明进行详细说明。

在本发明的一个实施例中，该多级射频功率放大电路包括级间匹配电路，该级间匹配电路设置于放大电路各级放大管之间。该级间匹配电路包括级间阻抗匹配网络，其设置于前一级放大管的输出与后一级放大管的输入之间，用于实现相邻放大管之间的级联阻抗匹配。另外，该级间匹配电路还包括级间谐振网络，该级间谐振网络设置于前一级放大管的输出与级间阻抗匹配网络的输入之间，用以抑制射频信号中的谐波。

如图2所示显示了第一级放大管和第二级放大管之间的级间匹配网络，该匹配网络包括第一级间阻抗匹配网络和第一级间谐振网络。如该功率放大电路包括第三级、第四级等放大管，则在第二级放大管和第三级放大管之间、第三级放大管与第四级放大管之间也可以设置类似的级间匹配网络，此处以第一级放大管和第二级放大管之间的级间匹配电路为例进行说明。

在本发明的一个实施例中，在前一级放大管与级间谐振网络之间设置有级间滤波电容，如图1所示。基于该级间滤波电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。另外，由于该级间滤波电容的存在，可以使得前一级放大管工作在J类放大状态。

在本发明的一个实施例中，在该放大电路的最后一级放大管之后设置有输出阻抗匹配网络，其中，在最后一级放大管和输出阻抗匹配网络之间设置有输出谐振网络，如图2所示。该输出阻抗匹配网络用于实现最后一级放大管与负载之间的阻抗匹配。该输出谐振网络网络用于对进入负载的射频信号进行最后的谐波抑制。

在本发明的一个实施例中，该谐振网络为串联谐振网络。此处的谐振网络包括以上所述的级间谐振网络和输出谐振网络。此处采用谐振网络，在对应基波整数倍的谐波频率点产生谐振，可以有效抑制对应基波整数倍的谐波。由于进入到放大器的射频信号包括除基波之外的多阶谐波，可以通过多个级间谐振网络逐个进行去除。

由于不同阶次的谐波能量不同，对基波的影响也不同。为更好地去除多阶次的谐波，可以通过控制谐振网络的参数，使得射频信号从放大电路的输入端到输出端依据谐波的阶次依次进行抑制。例如，对于3级放大电路，包括三个放大管，其中，第一级和第二级放大管之间的级间谐振网络可以抑制四阶谐波，第二级和第三级放大管之间的级间谐振网络可以抑制三阶谐波，第三级放大管之后可以抑制二阶谐波，从而最终得到所需的基波。或者，多阶谐波的抑制可以先抑制二阶谐波、再抑制三阶、四阶等谐波。但是，通过实验证明，相对于后一种谐波抑制，前一种谐波阶次降低抑制的效果较好。因此，在本发明中，靠近放大电路输入端的谐波网络抑制高阶次谐波，远离放大电路输入端的谐波网络抑制低阶次谐波，输出端的谐振网络用于抑制二阶谐波。

由于并联谐振网络产生尖峰波形，如采用这样的谐振网络不仅不能抑制射频信号中的谐波，还会增强。因此，在本发明中，采用产生凹陷波形的串联谐振网络，这样的谐振网络与谐波进行抵消，进行可以对谐波进行抑制。通过控制串联谐振网络的参数，可以产生对应一定阶次的谐波，从而对该阶次的谐波进行抑制。

在本发明的一个实施例中，该串联谐振网络为RC串联谐振网络。通过控制电阻R和电容C的参数，可以产生对应阶次谐波频率点的谐振。在本发明的另一个实施例中，该串联谐振网络为LC串联谐振网络。通过控制电感L和电容C的参数，可以产生对应阶次谐波频率点的谐振。另外，基于RC串联谐振网络和LC串联谐振网络可以扩展得知，RC串并联谐振网络、LRC串联谐振网络也可以产生所需的多阶谐波。

在本发明的一个实施例中，级间阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。在本发明的一个实施例中，输出阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。本发明中，级间阻抗匹配网络和输出阻抗匹配网络均可以采用现有的各种阻抗匹配网络，通过调整各阻抗匹配网络中各器件的参数，来达到所需的阻抗值。

如图3是根据本发明的一个实施例的一种多级射频功率放大电路的电路原理图。如图3所示，第一级放大管Q1和第二级放大管Q2之间设置级间匹配网络2，该匹配网络2由电容C2，C3，C4，C5和电感L3、电感L4组成。电容C4与电感L4形成串联谐振网络，谐振在三阶谐波频率点。匹配网络2实现级间功率匹配，即匹配到前一级功率放大管的功率输出负载值。第二级输出匹配网络3由匹配网络4、电容C6和电感L5构成。电容C6和电感L6形成串联谐振网络，谐振在二阶频率点。匹配网络3实现输出功率匹配，即匹配到第二级功率放大管的功率输出负载值。

不失一般性，以图3的电路实现形式，以LTE射频功率放大器两级放大电路为例，阐述本发明的具体应用方式。第一级放大管Q1的功率输出负载值设计为Z＝15Ω，通过匹配网络2，使得A点的阻抗值为Z_A＝15Ω。电容C4与电感L4形成串联谐振网络，谐振在三阶谐波频率点3f₀，其中其中，f₀为基波频率。通过匹配网络2可以有效地抑制三阶谐波。电容C5可以使得放大管1工作在J类工作状态，从而提高第一级线性功率输出能力。另外，该功率放大电路中的放大管采用有源驱动，并采用电感L1和L2将电源信号引入，可以进一步减少电路功耗，并且，这种电源引入方式可以有利于电压高低切换，有利于实现J类放大控制。

在匹配网络3中，电容C6与电感L6形成串联谐振网络，谐振在二阶谐波频率点2f₀，其中通过此网络可以有效地抑制二阶谐波。在上述过程中，实际级间匹配网络2、三阶谐波谐振网络和二阶谐波谐振网络的各部件参数由具体电路确定。

由图3分析可知，电容C5、三阶谐波谐振网络和二阶谐波谐振网络可以抑制射频信号中的多阶谐波，从而显著提高了射频功率放大器的线性度。并且，在这种情况下，达到一定要求的线性度，不用提高射频功率放大器的偏置电流，就不需增大射频功率放大器静态功耗。由于电容C5的加入，可以使得放大管工作的J类工作状态，从而显著提高功率放大线路的效率。

如图4所示为采用图1和图3所示的电路原理图得到的三阶交调分量和五阶交调分量的实验结果对比图。其中，纵轴表示交调分量，横轴表示放大器的输出功率，О所在曲线表示的是三阶交调分量，□所在曲线表示的是五阶交调分量。细线是未加入滤波电容C5和谐振网络得到的结果，粗线是加入滤波电容C5和谐振网络后的曲线。由图4可知，在加入滤波电容C5和谐振网络之后，功率放大器的三阶交调分量和五阶交调分量均减少了，说明放大器的三阶谐波和五阶谐波得到了抑制，从而显著提高了放大器线性度。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种多级射频功率放大电路，包括级间匹配电路，所述级间匹配电路包括：级间阻抗匹配网络，其设置于前一级放大管与后一级放大管之间，

2.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，在前一级放大管与所述谐振网络之间还设置有级间滤波电容。

3.根据权利要求2所述的放大电路，其特征在于，在所述放大电路的最后一级放大管之后设置有输出阻抗匹配网络，其中，在最后一级放大管和所述输出阻抗匹配网络之间设置有谐振网络。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的放大电路，其特征在于，所述谐振网络为串联谐振网络。

5.根据权利要求4所述的放大电路，其特征在于，所述串联谐振网络为RC串联谐振网络。

6.根据权利要求4所述的放大电路，其特征在于，所述串联谐振网络为LC串联谐振网络。

7.根据权利要求5或6所述的放大电路，其特征在于，各所述谐振网络从所述放大电路的输入端到输出端依据谐波的阶次顺序逐次对谐波进行抑制。

8.根据权利要求7所述的放大电路，其特征在于，输出端的所述谐振网络用于抑制二阶谐波。

9.根据权利要求1所述的放大电路，其特征在于，所述级间阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。

10.根据权利要求3所述的放大电路，其特征在于，所述输出阻抗匹配网络为L型匹配网络、π型匹配网络或T型匹配网络。