一种包络阻抗控制结构、功率放大器结构
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域,特别是一种包络阻抗控制结构、功率放大器结构。
背景技术
随着移动通信的发展,信息量的不断增加,要求增大发射信号的带宽来提升单位时间内的信息传输量,这要求功率放大器(简称“功放”)具有宽带信号发射能力,信号包络总带宽达500MHz;而功放的功率、效率、线性等指标决定着无线通信设备的工作距离和尺寸,综合性能优异的功放设计方法具有极大的研究价值。在未来6G通信中随着用户需求的不断变化,多频点、多信号制式下信号的包络带宽将会极大的扩展,功放设计中需要采用包络阻抗控制技术,否则功放的输出功率、效率、增益等指标将严重的恶化,降低系统的整体性能。比如在两个频点1.8GHz和2.1GHz处各有超过20MHz的信号带宽。
信号包络阻抗(或者叫作基带阻抗)直接影响功放各项指标(线性、功率、效率)。虽然现有技术中包络阻抗对功放的非线性特性有决定性的影响,但如何设计满足条件的宽带偏置网络鲜有报道。偏置网络需要对全频段射频信号具有近似短路作用,如纯LC网络构成的偏置电路,根据电路网络理论可知,网络的驱动点输入阻抗函数值是纯虚数,其零极点随着频率的增加是交替排列的。即,在整个频带内,电抗有大有小,不能达到全频段阻抗都小于某一阈值的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了解决整个频带内阻抗大小差异的问题,本发明提出了一种包络阻抗控制结构、功率放大器结构。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:一种包络阻抗控制结构,包括供匹配网络、供电网络、包络阻抗控制网络,所述匹配网络的一端为信号输入端,所述匹配网络的另一端为信号输出端,所述匹配网络用于阻抗变换;所述供电网络的一端接入匹配网络中,所述供电网络的另一端接电源,所述供电网络用于为功率放大器的晶体管提供直流偏置;所述包络阻抗控制网络的一端连接匹配网络,所述包络阻抗控制网络的另一端接地,所述包络阻抗控制网络用于控制包络频带的阻抗。
进一步的,所述包络阻抗控制网络包括包络控制电路,所述包络控制电路包括微带线、射频电容、第一电容、第一电阻,所述微带线一端连接到匹配网络,所述微带线另一端分别连接射频电容和第一电阻,所述射频电容接地,所述第一电阻连接第一电容再接地。
进一步的,所述微带线和接地端之间具有一个或者多个并联射频电容。
进一步的,所述射频电容采用等效的微带电容替代。
进一步的,所述微带线由射频电感替代。
进一步的,所述第一电阻串联第二电感,或者所述第一电阻并联第二电感,或者所述第一电阻并联第二电容。
进一步的,所述包络阻抗控制网络包括三个并联的包络控制电路,所述三个并联的包络控制电路的微带线分别和匹配网络连接。
进一步的,所述三个并联的包络控制电路的第二电容的电容量不同。
进一步的,所述匹配网络连接一个或者多个供电网络,所述供电网络包括供电电路,所述供电电路包括串联的供电线和偏置网络,所述供电线和匹配网络连接。
本发明还公开了一种功率放大器结构,包括晶体管,所述晶体管输入端设置包络阻抗控制结构,所述晶体管输出端设置包络阻抗控制结构。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明的匹配网络使输入或输出端口负载匹配到晶体管理想的阻抗变换;偏置网络为晶体管提供供电传输通道;包络阻抗控制网络实现晶体管在包络频带范围内呈现出低阻抗特性。基于本发明的技术方案,包络阻抗控制网络在不影响功率放大器基波工作频带的情况下,灵活地控制包络阻抗,能使包络阻抗始终在宽频带范围内低于某一阈值;本发明的技术方案满足信号包络带宽越来越宽的要求。
附图说明
图1为本发明包络阻抗控制结构示意图。
图2(a)为本发明包络阻抗控制网络的其中一种结构示意图。
图2(b)为本发明包络阻抗控制网络的其中一种结构示意图。
图2(c)为本发明包络阻抗控制网络的其中一种结构示意图。
图2(d)为本发明包络阻抗控制网络的其中一种结构示意图。
图2(e)为本发明包络阻抗控制网络的其中一种结构示意图。
图3为本发明包络阻抗控制结构的其中一种实施例结构示意图。
图4为图3实施例的包络网络的包络阻抗值对比示意图。
图5为本发明中晶体管的输入端和输出端都引入包络阻抗控制网络的功率放大器结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图,对本发明进一步详细说明。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
类似于偏置网络中对射频频率的控制,功率放大器线性指标与功率放大器本身的记忆效应强相关,因此包络阻抗的控制至关重要。
其中一种实施例,如图1所示,一种包络阻抗控制结构,包括供匹配网络101、供电网络102、包络阻抗控制网络103,所述匹配网络101的一端为信号输入端A,所述匹配网络101的另一端为信号输出端B,所述匹配网络101用于阻抗变换;所述供电网络102的一端接入匹配网络101中,供电网络102和匹配网络101通过匹配网络101引出一条线实现连接,所述供电网络102的另一端接电源,所述供电网络102用于为功率放大器的晶体管提供直流偏置;所述包络阻抗控制网络103的一端连接匹配网络,所述包络阻抗控制网络103的另一端接地,所述包络阻抗控制网络用于控制包络频带的阻抗。该结构能在不影响功率放大器基波工作频带的情况下,灵活地控制包络阻抗。匹配网络使输入端或输出端负载匹配到晶体管理想的阻抗变换;偏置网络为晶体管提供供电传输通道;包络阻抗控制网络实现晶体管在包络频带范围内呈现出低阻抗特性。
其中一种实施例,所述包络阻抗控制网络包括包络控制电路,如图2(a)所示的包络控制电路包括微带线TLBB、射频电容CRF、第一电容CBB、第一电阻RBB,所述微带线一端连接到匹配网络,所述微带线另一端分别连接射频电容CRF和第一电阻RBB,所述射频电容CRF接地,所述第一电阻RBB连接第一电容CBB再接地。
其中一种实施例,所述微带线和接地端之间具有一个或者多个并联射频电容。为多个并联射频电容时,在各个工作频点处于近似短路状态(容抗的模值<20)。
其中一种实施例,所述射频电容采用等效的微带电容替代,如微带扇形电容。
其中一种实施例,如图2(b)所示,所述微带线TLBB由射频电感LRF替代。
其中一种实施例,所述第一电阻RBB串联第二电感LA或者所述第一电阻RBB并联第二电感LA或者所述第一电阻RBB并联第二电容CA;
其中一种情况,如图2(c)所示,所述微带线TLBB一端连接到匹配网络101,所述微带线TLBB另一端分别连接射频电容CRF和第二电感LA,所述第二电感LA依次连接第一电阻RBB、第一电容CBB再接地。
其中一种情况,如图2(d)所示,所述微带线TLBB一端连接到匹配网络101,所述微带线TLBB另一端分别连接射频电容CRF和第一电阻RBB,所述第一电阻RBB连接第一电容CBB再接地,所述第一电阻RBB并联第二电感LA。
其中一种情况,如图2(e)所示,所述微带线TLBB一端连接到匹配网络101,所述微带线TLBB另一端分别连接射频电容CRF和第一电阻RBB,所述第一电阻RBB连接第一电容CBB再接地,所述第一电阻RBB并联第二电容CA。
其中一种实施例,如图3所示,所述包络阻抗控制网络包括三个并联的包络控制电路,所述三个并联的包络控制电路的微带线分别和匹配网络连接。图3的实施例中,三个并联的包络控制电路包括微带线TLBB、射频电容CRF、第一电容CBB、第一电阻RBB,所述微带线一端连接到匹配网络,所述微带线另一端分别连接射频电容CRF和第一电阻RBB,所述射频电容CRF接地,所述第一电阻RBB连接第一电容CBB再接地。需要说明的是,本实施例中包络控制电路的结构不限制与图3所示结构,本发明其它实施例的包络控制电路的结构也应适用于本实施例。图3的实施例中,匹配网络101全由微带线构成,信号从A点流入,从B点流出并流入晶体管中;供电网络102的一端从匹配网络中引出了一条供电线,引出的供电线分别连接27pF的电容和电源滤波网络,该27pF的电容接地,电源滤波网络另一端接电源;三个并联的包络控制电路的微带线的长为15mm,宽0.3mm;三个并联的包络控制电路的射频电容CR的电容值均为27pF,三个并联的包络控制电路的第一电阻RBB的电阻值均为2Ω,三个并联的包络控制电路的第一电容CBB的电容值不同,其中第一包络控制电路的第一电容CBB的电容值为80pF,第二包络控制电路的第一电容CBB的电容值为200pF,第三包络控制电路的第一电容CBB的电容值为500pF。射频信号通过射频电容CRF短路到地,而包络频率通过第一电容CBB和第一电阻RBB到地。其中CBB与各自相连的传输线TLBB在包络频段内形成谐振,降低晶体管到地的包络阻抗值;引入电阻RBB是为了避免包络频段出现纯LC网路谐振使信号的包络频带内出现极大的阻抗值。而不同容值的第一电容CBB与微带线TLBB在频点80MHz、120MHz、200MHz附近形成串联谐振,从B点看出的阻抗Zin在谐振点出的虚部接近于零。
根据图3中给出的结构,可以得到宽频带内的包络阻抗值都很小,引入本实施例的包络阻抗控制网络后,包络阻抗值如图4所示。本实施例的包络阻抗在0-500MHz的频带内,阻抗模值低于8。若在电路中引入更多的包络阻抗控制支路,灵活地调整第一电容CBB或者微带线TLBB,可以实现理想频点处的包络阻抗控制功能。
其中一种实施例,所述供电网络包括供电电路,所述供电电路包括串联的供电线和偏置网络,如图3所示,偏执网络包括并联的27pF的射频电容和电源滤波网络,27pF的射频电容接地,电源滤波网络连接电源端,所述供电线和匹配网络连接。
另一个实施例,一种功率放大器结构,包括晶体管,所述晶体管输入端设置本发明中任一实施例的包络阻抗控制结构,所述晶体管输出端设置本发明中任一实施例的包络阻抗控制结构,信号从晶体管输入端的匹配网络输入,从晶体管输出端的匹配网络输出。如图5的实施例,晶体管输入端和输出端设置的包络阻抗控制结构均包括两个并联的包络控制电路。晶体管输入端设置的包络阻抗控制结构中,包括匹配网络1,供电网络包括连接匹配网络1的栅极供电线,栅极供电线连接栅极偏置网络再连接栅极电压端Vg,匹配网络1引出两条线分别连接包络阻抗控制电路1和包络阻抗控制电路2,包络阻抗控制电路1的微带线TLBB,1一端连接到匹配网络1,所述微带线TLBB,1另一端分别连接射频电容CRF,1和第一电阻RBB,1,所述射频电容CRF,1接地,所述第一电阻RBB,1连接第一电容CBB,1再接地;包络阻抗控制电路2的微带线TLBB,2一端连接到匹配网络1,所述微带线TLBB,2另一端分别连接射频电容CRF,2和第一电阻RBB,2,所述射频电容CRF,2接地,所述第一电阻RBB,2连接第一电容CBB,2再接地。晶体管输出端设置的包络阻抗控制结构中,包括匹配网络2,供电网络包括连接匹配网络2的漏极供电线,漏极供电线连接漏极偏置网络再连接漏极电压端Vd,匹配网络2引出两条线分别连接包络阻抗控制电路3和包络阻抗控制电路4,包络阻抗控制电路3的微带线TLBB,3一端连接到匹配网络2,所述微带线TLBB,3另一端分别连接射频电容CRF,3和第一电阻RBB,3,所述射频电容CRF,3接地,所述第一电阻RBB,3连接第一电容CBB,3再接地;包络阻抗控制电路4的微带线TLBB,4一端连接到匹配网络2,所述微带线TLBB,4另一端分别连接射频电容CRF,4和第一电阻RBB,4,所述射频电容CRF,4接地,所述第一电阻RBB,4连接第一电容CBB,4再接地。
最后应说明的是:以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,当然更不是限制本发明的专利范围;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围;也就是说,但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色,其所解决的技术问题仍然与本发明一致的,均应当包含在本发明的保护范围之内;另外,将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。