CN105656438B - 一种小型化功率放大器模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型化功率放大器模块，包含功率管、输入匹配电路、输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路。所述输入匹配电路包含介质基板、焊接在介质基板上的功率管输入焊盘、输入匹配50欧姆微带线和输入匹配集总元件；所述输入匹配50欧姆微带线连接射频信号输入接口和功率管输入焊盘，所述输入匹配集总元件根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输入匹配50欧姆微带线上，跨接于输入匹配50欧姆微带线或者短接到接地孔。本发明采用小型化输入输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路，实现功率放大器小型化设计。设计方法结构简单，易于调试，一致性好，具有很好的应用价值。

Description

一种小型化功率放大器模块
技术领域
本发明涉及射频技术领域，特别涉及功率放大器设计技术领域。
技术背景
功率放大器是无线通信系统中重要部件。它的作用在于把经过调制后的信号放大到一个足够大的功率电平，最后经天线以电磁波的形式把信号向空间辐射出去。它的性能在很大程度上决定着系统的作用距离、体积、功耗与成本。
便携式通信设备、手持式设备、机载设备的高度集成化和综合化发展趋势对功率放大器提出了小型化需求。相对现有的标准50欧姆射频通信链路，大功率射频功率放大器输入输出阻抗往往偏小，需进行阻抗匹配设计。往往在功率放大器模块内部完成输入输出匹配设计需要更大的芯片面积，不可避免会增加功率放大器的昂贵生产成本。为了降低匹配电路的实现难度，芯片厂商设计的外围匹配电路尺寸往往偏大，而且复杂，无法满足功率放大器小型化的应用需求。
发明内容
针对现有技术方案的不足，本发明的发明目的在于提供一种小型化功率放大器模块，通过采用小型化设计方法满足了市场对功率放大器小型化的设计需求。该小型化功率放大器模块经济、实用，可广泛运用于各种便携式通信设备、手持式设备、机载设备。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种小型化功率放大器模块，包含功率管1、输入匹配电路、输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路；
所述输入匹配电路包含介质基板、焊接在介质基板上的功率管输入焊盘2、输入匹配50欧姆微带线4和输入匹配集总元件5；所述输入匹配50欧姆微带线4连接射频信号输入接口15和功率管输入焊盘2，所述输入匹配集总元件5根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输入匹配50欧姆微带线4上，跨接于输入匹配50欧姆微带线4或者短接到接地孔17。
优选地，所述介质基板由高介电常数、薄厚度的材料构成。
优选地，所述输入匹配50欧姆微带线4在介质基板的空闲处进行弯折。
优选地，所述输入匹配集总元件包含电容、电感和电阻，电容、电感和电阻值的大小根据功率管在工作频段的阻抗特征选取。
进一步，所述输出匹配电路包含介质基板，焊接在介质基板上的功率管输出焊盘3、输出匹配50欧姆微带线6和输出匹配集总元器件7，所述输出匹配50欧姆微带线6连接射频信号输出接口16和功率管输出焊盘3，所述输出匹配集总元器件7根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输出匹配50欧姆微带线6，跨接于输出匹配50欧姆微带线6或者短接到接地孔17。
优选地，所述输出匹配集总元件分别包含电容、电感和电阻，电容、电感和电阻值的大小根据功率管在工作频段的阻抗特征选取。
进一步，所述小型化输入偏置电路包含绕线电感8和输入供电滤波电容组13，绕线电感8与功率管输入焊盘2连接，输入供电滤波电容组13连接绕线电感8和输入端供电接口11的。
进一步，所述小型化输出偏置电路包含小于四分之一波长的高阻抗微带线9、谐振电容10和输出供电滤波电容组14，高阻抗微带线9连接功率管输出焊盘3和谐振电容10，输出供电滤波电容组14连接谐振电容10和输出端供电接口12。
优选地，所述谐振电容10的电容值根据功率管的工作频段以及高阻抗微带线的长度和宽度进行选取。
特别的，当输出偏置电流较小时(功率电感可承受范围的)，所述小型化输出偏置电路包含功率电感、谐振电容10和输出供电滤波电容组14，功率电感连接功率管输出焊盘3和谐振电容10，输出供电滤波电容组14连接谐振电容10和输出端供电接口12。
与现有技术相对比，该发明的有效效果在于：
本发明采用小型化输入输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路，实现功率放大器小型化设计。设计方法结构简单，易于调试，一致性好，具有很好的应用价值。
附图说明
图1为本发明电路结构示意图；
图2为本发明功放小型化设计电路示意图。
图中：1、功率管，2、功率管输入焊盘，3、功率管输出焊盘，4、输入匹配50欧姆微带线，5、输入匹配集总元件，6、输出匹配50欧姆微带线，7、输出匹配集总元件，8、绕线电感，9、高阻抗微带线，10、谐振电容，11、输入端供电接口，12、输出端供电接口，13、输入供电滤波电容组，14、输出供电滤波电容组，15、射频信号输入接口，16、射频信号输出接口，17、接地孔，18、输入隔直电容，19、输出隔直电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例。
本发明公开了一种小型化功率放大器模块，包含功率管1、输入匹配电路、输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路，如图1所示。本发明通过输入匹配电路、输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路实现了功率放大器的小型化设计。
图2给出了本发明小型化功率放大器模块的电路示意图。由于功率管1输入输出管脚较大，需预留较大的功率管输入焊盘2及功率管输出焊盘3。
输入匹配电路包含介质基板、焊接在介质基板上的功率管输入焊盘2、输入匹配50欧姆微带线4和输入匹配集总元件5；所述输入匹配50欧姆微带线4连接射频信号输入接口15和功率管输入焊盘2，所述输入匹配集总元件5根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输入匹配50欧姆微带线4上，跨接于输入匹配50欧姆微带线4或者短接到接地孔17。
其中，所述介质基板由高介电常数、薄厚度的材料构成，实现所需输入匹配50欧姆微带线长度以及宽度的最小化设计需求。对于带法兰盘需与结构件保持紧密连接的功率放大器，需在介质基板上开槽以安放功率管。
同时，所述输入匹配50欧姆微带线4在介质基板的空闲处进行弯折。在输入匹配50欧姆微带线4上还设有输入隔直电容18。
所述输出匹配电路包含介质基板，焊接在介质基板上的功率管输出焊盘3、输出匹配50欧姆微带线6和输出匹配集总元器件7，所述输出匹配50欧姆微带线6连接射频信号输出接口16和功率管输出焊盘3，所述输出匹配集总元器件7根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输出匹配50欧姆微带线6，跨接于输出匹配50欧姆微带线6或者短接到接地孔17。输出匹配50欧姆微带线6上还设有输出隔直电容19。
输入匹配集总元器件和输出匹配集总元器件分别包含电容、电感和电阻，电容、电感和电阻值大小根据功率放大器在工作频段的阻抗特征选取。
所述小型化输入偏置电路包含绕线电感8和输入供电滤波电容组13，绕线电感8与功率管输入焊盘2连接，输入供电滤波电容组13连接绕线电感8和输入端供电接口11的，滤除输入端供电接口11的低频电源纹波等。绕线电感8根据功率管的工作频段进行选取以实现对射频信号的扼流，避免射频能量从输入偏置电路泄露
所述小型化输出偏置电路包含小于四分之一波长的高阻抗微带线9、谐振电容10和输出供电滤波电容组14，实现输出偏置电路扼流。高阻抗微带线9连接功率管输出焊盘3和谐振电容10，输出供电滤波电容组14连接谐振电容10和输出端供电接口12。
优选地，谐振电容10的电容值根据功率管的工作频段以及高阻抗微带线的长度和宽度进行选取。通过谐振电容和高阻抗微带线在工作频率的谐振实现对射频信号的扼流，避免射频能量从输出偏置电路泄露。
传统射频设计直流馈电采用高阻抗的四分之一波长微带线实现，但四分之一波长微带线占用的面积对于小型化设计不容忽视。采用小于四分之一波长的高阻抗微带线9及谐振电容10谐振进行扼流的设计方法可以将微带线长度进一步减小至八分之一波长左右，使得偏置电路所占用的电路面积。紧随谐振电容10并接输出供电滤波电容组14，滤除输出端供电12的电源纹波，增强功率放大器稳定性。
当功率管输出级电流在功率电感可以承受的范围内时，可采用功率电感替换小于四分之一波长的高阻抗微带线实现输出偏置电路扼流。可以进一步减小整体的设计尺寸
工作时，射频信号经由输入匹配电路、功率放大器、输出匹配电路实现射频信号的功率放大功能。输入匹配电路实现了输入信号端口的50欧姆到功率管输入端阻抗的输入匹配，输出匹配电路实现了功率管输出端阻抗到射频输出端口的50欧姆匹配。小型化输入偏置电路与功率管输入引脚焊盘相连，提供功放的输入端偏置供电；小型化输出偏置电路与功率管输出引脚焊盘相连，提供功放的输出端偏置供电。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种小型化功率放大器模块，包含功率管(1)、输入匹配电路、输出匹配电路、小型化输入偏置电路和小型化输出偏置电路，其特征在于：
所述输入匹配电路包含介质基板、焊接在介质基板上的功率管输入焊盘(2)、输入匹配50欧姆微带线(4)和输入匹配集总元件(5)；所述输入匹配50欧姆微带线(4)连接射频信号输入接口(15)和功率管输入焊盘(2)功率管输入焊盘(2)用于连接功率管(1)，所述输入匹配集总元件(5)根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输入匹配50欧姆微带线(4)上，跨接于输入匹配50欧姆微带线(4)或者短接到接地孔(17)；
所述小型化输入偏置电路包含绕线电感(8)和输入供电滤波电容组(13)，绕线电感(8)与功率管输入焊盘(2)连接，输入供电滤波电容组(13)连接绕线电感(8)和输入端供电接口(11)的；
所述输出匹配电路包含介质基板，焊接在介质基板上的功率管输出焊盘(3)、输出匹配50欧姆微带线(6)和输出匹配集总元器件(7)，所述输出匹配50欧姆微带线(6)连接射频信号输出接口(16)和功率管输出焊盘(3)，功率管输出焊盘(3)用于连接功率管(1)，所述输出匹配集总元器件(7)根据功率管在工作频段的阻抗特征分布于输出匹配50欧姆微带线(6)，跨接于输出匹配50欧姆微带线(6)或者短接到接地孔(17)；
所述小型化输出偏置电路包含功率电感、谐振电容(10)和输出供电滤波电容组(14)，功率电感连接功率管输出焊盘(3)和谐振电容(10)，输出供电滤波电容组(14)连接谐振电容(10)和输出端供电接口(12)。
2.根据权利要求1所述的小型化功率放大器模块，其特征在于：所述介质基板由高介电常数、薄厚度的材料构成。
3.根据权利要求1所述的小型化功率放大器模块，其特征在于：所述输入匹配50欧姆微带线(4)在介质基板的空闲处进行弯折。
4.根据权利要求1所述的小型化功率放大器模块，其特征在于：所述输入匹配集总元件包含电容、电感和电阻，电容、电感和电阻值的大小根据功率管在工作频段的阻抗特征选取。
5.根据权利要求1所述的小型化功率放大器模块，其特征在于：所述输出匹配集总元件分别包含电容、电感和电阻，电容、电感和电阻值的大小根据功率管在工作频段的阻抗特征选取。
6.根据权利要求1所述的一种小型化功率放大器模块，其特征在于：所述谐振电容(10)的电容值根据功率管的工作频段以及高阻抗微带线的长度和宽度进行选取。
7.根据权利要求1所述的一种小型化功率放大器模块，其特征在于：当输出偏置电流较小时，所述小型化输出偏置电路替换为包含功率电感、谐振电容(10)和输出供电滤波电容组(14)，功率电感连接功率管输出焊盘(3)和谐振电容(10)，输出供电滤波电容组(14)连接谐振电容(10)和输出端供电接口(12)。
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