CN109962686B - 一种双模式射频功率放大系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双模式射频功率放大系统，包括第一电阻、第一功放、第二功放、第一3dB电桥、第二3dB电桥、第一补偿微带线、第二补偿微带线、第三补偿微带线、第四补偿微带线、第一功放、第二功放、第一输入匹配模块、第二输入匹配模块、第一输出匹配模块、第二输出匹配模块和模式切换模块，模式切换模块包括电容、四分之一波长线、电感、直流电源、PIN二极管和第二电阻；优点是仅通过调整第一功放和第二功放的栅极电压以及开启或者关闭直流电源就可以在Doherty功率放大器和功率合成类功率放大器这两类功率放大器之间进行自由切换，电路结构简单，切换过程简单，降低了无线通信系统的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频功率放大系统，尤其是涉及一种双模式射频功率放大系统。
背景技术
功率放大器(简称：功放)是无线通信系统和无线功率传输系统中核心的电路组件之一，它直接影响着无线通信系统和无线功率传输系统的各项指标，如输出功率、效率和工作带宽等。对于无线通信系统，通常为了得到高的线性度而采用输出功率回退的方式，使功放远离饱和区而工作在线性度高的区域，以确保无线通信系统传输的信号不被压缩产生失真和不对邻近信道产生影响。然而，输出功率回退会直接影响功放的漏极效率，例如，A类功放正常输出功率情况下的漏极效率是50％，输出功率回退6dB时的漏极效率降为12.5％；B类功放正常输出功率情况下的漏极效率为78.5％，输出功率回退6dB时的漏极效率降为39％。因此，传统的功放(A类和B类)无法在大回退功率下保持高的漏极效率，难以满足当前无线通信系统对高效率的要求。Doherty功放能在功率回退6dB范围内保持非常高的漏极效率(如：78.5％)。因此在大的输出功率回退范围内，Doherty功放能够满足无线通信系统对高效率的要求。
功率放大器的漏极效率决定了电池的消耗及使用程度，而Doherty功率放大器在大的输出功率回退范围内具有较高的漏极效率，使得它成为了当代无线通信系统中提高漏极效率的一个理想选择。但是，Doherty功率放大器的饱和输出功率不高，而功放输出功率的大小影响着无线通信系统的传输距离，功放输出功率越高，无线通信系统的传输距离越长，从而无线通信系统可以携带的信息越多。故此，Doherty功率放大器无法满足无线通信系统对高输出功率的要求。功率合成类功率放大器(例如两个AB类功率合成类功放、两个B类功率合成类功放等)相对于Doherty功率放大器，具有较高的饱和输出功率，因此功率合成类功放是当代无线通信系统中提高饱和输出功率的一个理想选择。但功率合成类功放在大的输出功率回退范围内的漏极效率没有Doherty功率放大器高，无法满足无线通信系统对高效率的要求。
众所周知，在不同环境、不同条件和不同需求下，无线通信系统所需的功率放大器的性能要求会存在差异，有时候甚至在同一环境的不同时间，都需要采用不同性能的功率放大器。高输出功率和在大的输出功率回退范围内的高漏极效率是当前无线通信系统对于功放的两种重要需求，现有的无线通信系统中通常都同时配备Doherty功率放大器和功率合成类功率放大器这两种不同类型的功放，然后根据其使用需求拆装更换这种功放，由此导致无线通信系统成本增加，且这两类功放更换操作繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双模式射频功率放大系统，该双模式射频功率放大系统能够在Doherty功率放大器和功率合成类功率放大器这两类功率放大器之间进行自由切换，切换过程简单，降低了无线通信系统的成本。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种双模式射频功率放大系统，包括第一电阻、第一功放、第二功放、第一3dB电桥、第二3dB电桥、第一补偿微带线、第二补偿微带线、第三补偿微带线、第四补偿微带线、第一功放、第二功放、第一输入匹配模块、第二输入匹配模块、第一输出匹配模块、第二输出匹配模块和模式切换模块，所述的第一3dB电桥和所述的第二3dB电桥分别具有输入端、隔离端、-90°相位输出端和0°相位输出端，所述的第一电阻的阻值为50欧，所述的第一功放和所述的第二功放能够通过调整其的栅极电压分别实现AB类功放、B类功放和C类功放；所述的第一3dB电桥的输入端为所述的双模式射频功率放大系统的输入端，所述的第一3dB电桥的隔离端和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端接地，所述的第一3dB电桥的0°相位输出端与所述的第一补偿微带线的输入端连接，所述的第一补偿微带线的输出端和所述的第一输入匹配模块的输入端连接，所述的第一输入匹配模块的输出端和所述的第一功放的输入端连接，所述的第一功放的输出端和所述的第一输出匹配模块的输入端连接，所述的第一输出匹配模块的输出端和所述的第二补偿微带线的输入端连接，所述的第二补偿微带线的输出端和所述的第二3dB电桥的-90°相位输出端连接，所述的第一3dB电桥的-90°相位输出端与所述的第三补偿微带线的输入端连接，所述的第三补偿微带线的输出端和所述的第二输入匹配模块的输入端连接，所述的第二输入匹配模块的输出端和所述的第二功放的输入端连接，所述的第二功放的输出端和所述的第二输出匹配模块的输入端连接，所述的第二输出匹配模块的输出端和所述的第四补偿微带线的输入端连接，所述的第四补偿微带线的输出端和所述的第二3dB电桥的0°相位输出端连接，所述的第二3dB电桥的输入端为所述的双模式射频功率放大系统的输出端，所述的模式切换模块包括电容、阻抗为50欧的四分之一波长线、电感、直流电源、PIN二极管和第二电阻，所述的第二电阻的阻值为50欧；所述的直流电源的正极和所述的电感的一端连接，所述的直流电源的负极接地，所述的电感的另一端和所述的四分之一波长线连接，所述的四分之一波长线的一端和所述的电容的一端连接，所述的电容的另一端和所述的第二3dB电桥的隔离端连接，所述的四分之一波长线的另一端和所述的PIN二极管的正极连接，所述的PIN二极管的负极和所述的第二电阻的一端连接，所述的第二电阻的另一端接地；当实现功率合成类功率放大器时，调整所述的第一功放和所述的第二功放的栅极电压，使所述的第一功放和所述的第二功放同时为AB类功放或者同时为B类功放，开启所述的直流电源供电，所述的PIN二极管导通等效于导线，所述的电容起到隔直通交作用，由于所述的第二3dB电桥的隔离端输出交流电，所述的电容等效于导线，所述的四分之一波长线与所述的第二电阻等效于50Ω负载，此时所述的双模式射频功率放大系统等效为功率合成类功率放大器；当实现Doherty功率放大器时，调整所述的第一功放和所述的第二功放的栅极电压，使所述的第一功放为AB类功放，所述的第二功放为C类功放，使所述的直流电源处于关闭状态，此时所述的直流电源不供电，所述的PIN二极管截止相当于开路，根据传输线特性，所述的电容通过所述的四分之一波长线接地，所述的电容起到阻抗变换作用，此时所述的双模式射频功率放大系统等效于Doherty功率放大器。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过第一电阻、第一功放、第二功放、第一3dB电桥、第二3dB电桥、第一补偿微带线、第二补偿微带线、第三补偿微带线、第四补偿微带线、第一功放、第二功放、第一输入匹配模块、第二输入匹配模块、第一输出匹配模块、第二输出匹配模块和模式切换模块来构建双模式射频功率放大系统，当实现功率合成类功率放大器时，调整第一功放和第二功放的栅极电压，使第一功放和第二功放同时为AB类功放或者同时为B类功放，开启直流电源供电，PIN二极管导通等效于导线，电容起到隔直通交作用，由于第二3dB电桥的隔离端输出交流电，电容等效于导线，四分之一波长线与第二电阻等效于50Ω负载，此时双模式射频功率放大系统等效为功率合成类功率放大器，当实现Doherty功率放大器时，调整第一功放和第二功放的栅极电压，使第一功放为AB类功放，第二功放为C类功放，使直流电源处于关闭状态，此时直流电源不供电，PIN二极管截止相当于开路，根据传输线特性，电容通过四分之一波长线接地，电容起到阻抗变换作用，此时双模式射频功率放大系统等效于Doherty功率放大器，由此本发明的双模式射频功率放大系统仅通过调整第一功放和第二功放的栅极电压以及开启或者关闭直流电源控制PIN二极管的导通和截止状态就可以在Doherty功率放大器和功率合成类功率放大器这两类功率放大器之间进行自由切换，电路结构简单，切换过程简单，通过较低的成本同时实现Doherty功率放大器和功率合成类功率放大器这两类功率放大器功能，降低了无线通信系统的成本。
附图说明
图1为本发明的双模式射频功率放大系统的结构图；
图2为本发明的双模式射频功率放大系统实现率合成类功率放大器时的等效结构图；
图3为本发明的双模式射频功率放大系统实现Doherty功率放大器时的等效结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图1所示，一种双模式射频功率放大系统，包括第一电阻R1、第一功放、第二功放、第一3dB电桥U1、第二3dB电桥U2、第一补偿微带线、第二补偿微带线、第三补偿微带线、第四补偿微带线、第一功放、第二功放、第一输入匹配模块、第二输入匹配模块、第一输出匹配模块、第二输出匹配模块和模式切换模块，第一3dB电桥U1和第二3dB电桥U2分别具有输入端、隔离端、-90°相位输出端和0°相位输出端，第一电阻R1的阻值为50欧，第一功放和第二功放能够通过调整其的栅极电压分别实现AB类功放、B类功放和C类功放；第一3dB电桥U1的输入端为双模式射频功率放大系统的输入端，第一3dB电桥U1的隔离端和第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端接地，第一3dB电桥U1的0°相位输出端与第一补偿微带线的输入端连接，第一补偿微带线的输出端和第一输入匹配模块的输入端连接，第一输入匹配模块的输出端和第一功放的输入端连接，第一功放的输出端和第一输出匹配模块的输入端连接，第一输出匹配模块的输出端和第二补偿微带线的输入端连接，第二补偿微带线的输出端和第二3dB电桥U2的-90°相位输出端连接，第一3dB电桥U1的-90°相位输出端与第三补偿微带线的输入端连接，第三补偿微带线的输出端和第二输入匹配模块的输入端连接，第二输入匹配模块的输出端和第二功放的输入端连接，第二功放的输出端和第二输出匹配模块的输入端连接，第二输出匹配模块的输出端和第四补偿微带线的输入端连接，第四补偿微带线的输出端和第二3dB电桥U2的0°相位输出端连接，第二3dB电桥U2的输入端为双模式射频功率放大系统的输出端，模式切换模块包括电容C1、阻抗为50欧的四分之一波长线、电感L1、直流电源V1、PIN二极管D1和第二电阻R2，第二电阻R2的阻值为50欧；直流电源V1的正极和电感L1的一端连接，直流电源V1的负极接地，电感L1的另一端和四分之一波长线连接，四分之一波长线的一端和电容C1的一端连接，电容C1的另一端和第二3dB电桥U2的隔离端连接，四分之一波长线的另一端和PIN二极管D1的正极连接，PIN二极管D1的负极和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地。
本实施例中，第一功放和第二功放分别采用Cree公司的型号为CGH40010的功放管来实现。当实现功率合成类功率放大器时，调整第一功放和第二功放的栅极电压，使第一功放和第二功放同时为AB类功放或者同时为B类功放，开启直流电源V1供电，PIN二极管D1导通等效于导线，电容C1起到隔直通交作用，由于第二3dB电桥U2的隔离端输出交流电，电容C1等效于导线，由于四分之一波长线是一个长度为
(λ为波长)、阻抗值Z0＝50Ω的微带线，微带线与其阻值为ZL＝50Ω的第二电阻R2(负载电阻)相连，二者等效阻抗值
因此，四分之一波长线与第二电阻R2的级联等效于50Ω负载，此时双模式射频功率放大系统等效为功率合成类功率放大器，此时其等效结构图如图2所示；当实现Doherty功率放大器时，调整第一功放和第二功放的栅极电压，使第一功放为AB类功放，第二功放为C类功放，使直流电源V1处于关闭状态，此时直流电源V1不供电，PIN二极管D1截止相当于开路，根据传输线特性，电容C1通过四分之一波长线接地，电容C1起到阻抗变换作用，此时双模式射频功率放大系统等效于Doherty功率放大器，此时其等效结构图如图3所示。
Claims (1)
1.一种双模式射频功率放大系统，其特征在于包括第一电阻、第一功放、第二功放、第一3dB电桥、第二3dB电桥、第一补偿微带线、第二补偿微带线、第三补偿微带线、第四补偿微带线、第一功放、第二功放、第一输入匹配模块、第二输入匹配模块、第一输出匹配模块、第二输出匹配模块和模式切换模块，所述的第一3dB电桥和所述的第二3dB电桥分别具有输入端、隔离端、-90°相位输出端和0°相位输出端，所述的第一电阻的阻值为50欧，所述的第一功放和所述的第二功放能够通过调整其的栅极电压分别实现AB类功放、B类功放和C类功放；所述的第一3dB电桥的输入端为所述的双模式射频功率放大系统的输入端，所述的第一3dB电桥的隔离端和所述的第一电阻的一端连接，所述的第一电阻的另一端接地，所述的第一3dB电桥的0°相位输出端与所述的第一补偿微带线的输入端连接，所述的第一补偿微带线的输出端和所述的第一输入匹配模块的输入端连接，所述的第一输入匹配模块的输出端和所述的第一功放的输入端连接，所述的第一功放的输出端和所述的第一输出匹配模块的输入端连接，所述的第一输出匹配模块的输出端和所述的第二补偿微带线的输入端连接，所述的第二补偿微带线的输出端和所述的第二3dB电桥的-90°相位输出端连接，所述的第一3dB电桥的-90°相位输出端与所述的第三补偿微带线的输入端连接，所述的第三补偿微带线的输出端和所述的第二输入匹配模块的输入端连接，所述的第二输入匹配模块的输出端和所述的第二功放的输入端连接，所述的第二功放的输出端和所述的第二输出匹配模块的输入端连接，所述的第二输出匹配模块的输出端和所述的第四补偿微带线的输入端连接，所述的第四补偿微带线的输出端和所述的第二3dB电桥的0°相位输出端连接，所述的第二3dB电桥的输入端为所述的双模式射频功率放大系统的输出端，所述的模式切换模块包括电容、阻抗为50欧的四分之一波长线、电感、直流电源、PIN二极管和第二电阻，所述的第二电阻的阻值为50欧；所述的直流电源的正极和所述的电感的一端连接，所述的直流电源的负极接地，所述的电感的另一端和所述的四分之一波长线连接，所述的四分之一波长线的一端和所述的电容的一端连接，所述的电容的另一端和所述的第二3dB电桥的隔离端连接，所述的四分之一波长线的另一端和所述的PIN二极管的正极连接，所述的PIN二极管的负极和所述的第二电阻的一端连接，所述的第二电阻的另一端接地；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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