CN113114134A - 一种功率放大器 - Google Patents

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CN113114134A CN202110301153.XA CN202110301153A CN113114134A CN 113114134 A CN113114134 A CN 113114134A CN 202110301153 A CN202110301153 A CN 202110301153A CN 113114134 A CN113114134 A CN 113114134A
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杨天应
刘石头
张胜峰
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Shenzhen Times Suxin Technology Co Ltd
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers

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Abstract

本发明公开了一种功率放大器，包括输入匹配网络、输出匹配网络、晶体管以及电源模块，输出匹配网络包括匹配电容，匹配电容为可调节电容；可调节电容与晶体管的漏极连接；晶体管的栅极与输入匹配网络连接，晶体管的漏极与电源模块连接，晶体管的源极接地；电源模块，用于根据所述功率放大器的数据功率需求调节所述功率放大器的漏极电压。通过实施本发明实施例提供的功率放大器能够进一步提升现有功率放大器在采用增加漏极电压方式来增大输出功率的调节效果。与现有功放漏压调节技术相比，能够获得更高的输出功率，同时能够获得更高的增益及效率。

Description

一种功率放大器
技术领域
本发明涉无线通讯技术及电子技术领域，尤其涉及一种功率放大器。
背景技术
功率放大器是无线通信系统的核心部件，其功能是实现射频信号放大，然后将信号通过天线辐射出去，实现信号无线传输。功率放大器的输出功率大小直接决定了信号覆盖距离和区域内终端信号强弱。在通信基站的覆盖范围内，由于人员流动和不同时间段(白天、晚上)业务量均存在较大差异。功率放大器在确保能够满足业务需求的情况下，同时为实现能耗降低，通常采用漏极电压调节技术实现以上目的。白天或人流量大的时候，为保障通讯质量，功率放大器需要输出更大功率。现有技术采用将功放漏极电压调高，以此达到增加PA(功率放大器)输出功率的目的。晚上或人流量小的时候，通讯基站将功放漏极电压调低，减小PA输出功率，以此达到节能的目的。
现有技术中功率放大器的等效电路图如图1所示，输入、输出匹配网络均包括微带线和匹配电容。晶体管可以是氮化镓高电子迁移率晶体管、横向扩散金属半导体氧化物晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管。匹配电容均为容值不随电压变换的固定电容。在实际工作过程中，当通信基站的业务量饱和时，需要通过增大漏极电压，从而提高功率放大器的输出功率，以此确保通讯质量。如图2所示，由于现有功放匹配电容的容值是固定不变的，上述功率放大器在漏极电压调节的过程中，功率放大器的漏端负载线固定。当漏极电压由Vgs(q1)增加到Vgs(q2)，晶体管的膝点电压增加。功率放大器的输出功率计算公式为
Figure BDA0002986308930000011
因此等价膝点电压Vneek增加会导致PA漏极电压增大输出功率增加不明显、甚至导致增益技效率不及预期。
发明内容
本发明实施例提供一种功率放大器，能够解决现有功率放大器在采用增加漏极电压方式来增大漏极输出功率时，输出功率增加不明显的问题。
本发明一实施例提供了一种功率放大器，包括输入匹配网络、输出匹配网络、晶体管以及电源模块；所述输出匹配网络包括匹配电容，所述匹配电容为可调节电容；所述可调节电容与晶体管的漏极连接；
所述晶体管的栅极与所述输入匹配网络连接，所述晶体管的漏极与所述电源模块连接，所述晶体管的源极接地；
所述电源模块，用于根据所述功率放大器的数据功率需求调节所述功率放大器的漏极电压。
进一步的，所述输出匹配网络还包括：第一供电臂滤波电容、第二供电臂滤波电容、第一电阻、1/4波长线、微带线以及隔直电容；
所述第一供电臂滤波电容的第一端与供电电源连接，所述第一供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第一电阻的第一端与所述第一供电臂滤波电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二供电臂滤波电容的第一端连接，所述第二供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第二供电臂滤波器的第一端还与所述1/4波长线的第一端连接，所述1/4波长线的第二端与所述晶体管的漏极连接；
所述微带线的第一端与所述晶体管的漏极连接，所述微带线的第二端与所述隔直电容的第一端连接，所述隔直电容的第二端与射频输出端连接；
所述可调节电容通过所述微带线与所述与晶体管的漏极连接。
进一步的，所述可调节电容包括第一可调节电容以及第二可调节电容；所述第一可调节电容的第一端与所述微带线连接，所述第一可调节电容的第二端接地；所述第二可调节电容的第一端与所述微带线连接，所述第二可调节电容的第二端接地。
进一步的，所述第一可调节电容与所述第二可调节电容均为钛酸锶钡可调电容。
进一步的，所述输入匹配网络包括：第三供电臂滤波电容、第四供电臂滤波电容、第二电阻、第二1/4波长线、第二微带线、第二隔直电容以及第三可调节电容；
所述第三供电臂滤波电容的第一端与所述第四供电臂滤波电容的第一端连接，所述第三供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第四供电臂滤波电容的第一端还与所述第二1/4波长线的第一端连接，所述第四供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第二1/4波长线的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二微带线连接；
所述第二微带线的第一端与所述晶体管的栅极连接，所述第二微带线的第二端与所述第二隔直电容的第一端连接，所述第二隔直电容的第二端与射频输入端连接；
所述第三可调节电容与所述第二微带线连接。
通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种功率放大器，该功率放大器包括输入匹配网路、输出匹配网络、晶体管以及电源模块。将现有技术功率放大器的输出匹配网络中容值不随电压变化的匹配电容替换为容值能够随着电压变化进行自动调节的可调节电容。当电源模块对功率放大器漏极电压调节时，可变容值的匹配电容电压也随之发生变化，同时实现可调电容容值随功率放大器漏级电压调节。从而实现漏端匹配网络阻抗调节，漏级匹配网络阻抗的调节即为功率放大器负载线的调节，进而确保在不同的漏极电压下，PA的负载线都能位于最佳状态。采用本发明提供的功率放大器与现有技术相比，在采用增加漏极电压方式来增大漏极输出功率时能够使得功率放大器获得更高的输出功率，此外由于功率放大器负载线的自动调节，功率放大器能够获得更高的效率及增益。
附图说明
图1是现有技术提供的一种功率放大器的结构示意图。
图2为现有功率放大器漏级电压调节时负载线的变化。
图3是本发明一实施例所提供的一种功率放大器的结构示意图。
图4为本发明一实施例所提供的一种功率放大器的输出匹配网络的等效电路图。
图5是本发明一实施例所提供的一种功率放大器的负载线示意图。
图6是本发明一实施例所提供的一可调节电容的电容与电压之间的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。
如图3所示，本发明一实施例提供了一种功率放大器，包括输入匹配网络、输出匹配网络、晶体管以及电源模块；输出匹配网络包括匹配电容，匹配电容为可调节电容；可调节电容与晶体管的漏极连接；
晶体管的栅极与所述输入匹配网络连接，晶体管的漏极与供电电源连接，晶体管的源极接地。
晶体管可以是氮化镓高电子迁移率晶体管、横向扩散金属半导体氧化物晶体管、砷化镓高电子迁移率晶体管。
上述输出匹配网络的等效电路图如图4所示。
通过将原有固定容值的匹配电容替换为容值随着电压变化而自动调节的可调节电容，使得在调节PA漏极电压时能够同时实现漏端匹配网络阻抗调节，实现功率放大器负载线的调节，进而确保在不同的漏极电压下，PA的负载线都能位于最佳状态，从而使得功率放大器获得更高的输出功率、效率及增益。
如图5所示，采用本发明上述实施例后，当漏极电压为Vds(q1)时其负载线为a,当漏极电压调节到Vds(q3)时，其负载线为b,而如果采用现有技术的方案当当漏极电压调节到Vds(q3)时，其负载线为c,即相比与现有技术当漏极电压调节到Vds(q3)时，其负载线由原来的c调节至b,从而确保器件负载线仍工作于最佳功率匹配状态，从而获得更高的输出功率、效率及增益。
如图3所示在一个优选的实施例中，输出匹配网络还包括：第一供电臂滤波电容、第二供电臂滤波电容、第一电阻、1/4波长线、微带线以及隔直电容；
第一供电臂滤波电容的第一端与供电电源连接，第一供电臂滤波电容的第二端接地；第一电阻的第一端与第一供电臂滤波电容的第一端连接，第一电阻的第二端与第二供电臂滤波电容的第一端连接，第二供电臂滤波电容的第二端接地；第二供电臂滤波器的第一端还与1/4波长线的第一端连接，1/4波长线的第二端与微带线连接；微带线的第一端与晶体管的漏极连接，微带线的第二端与隔直电容的第一端连接，隔直电容的第二端与射频输出端连接；可调节电容通过微带线与晶体管的漏极连接。
在一个优选的实施例中，上述可调节电容包括第一可调节电容以及第二可调节电容；第一可调节电容的第一端与微带线连接，第一可调节电容的第二端接地；第二可调节电容的第一端与微带线连接，第二可调节电容的第二端接地。优选的第一可调节电容与第二可调节电容均为钛酸锶钡可调节电容。如图6所示，当漏极电压10V提升到40V，BST电容(钛酸锶钡可调节电容)的容值由8.0pF减小到4.5pF，电容调节比达43.8％，非常适合电压控制的可调匹配网络。
如图3所示在一个优选的实施例中，输入匹配网络包括：第三供电臂滤波电容、第四供电臂滤波电容、第二电阻、第二1/4波长线、第二微带线、第二隔直电容以及第三可调节电容；第三供电臂滤波电容的第一端与第四供电臂滤波电容的第一端连接，第三供电臂滤波电容的第二端接地；第四供电臂滤波电容的第一端还与第二1/4波长线的第一端连接，第四供电臂滤波电容的第二端接地；第二1/4波长线的第一端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第二微带线连接；第二微带线的第一端与晶体管的栅极连接，第二微带线的第二端与第二隔直电容的第一端连接，第二隔直电容的第二端与射频输入端连接；第三可调节电容与第二微带线连接。将输入匹配网络中的匹配容也设置为可调节电容，进一步提高增益及效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括输入匹配网络、输出匹配网络、晶体管以及电源模块；
所述输出匹配网络包括匹配电容，所述匹配电容为可调节电容；所述可调节电容与所述晶体管的漏极连接；
所述晶体管的栅极与所述输入匹配网络连接，所述晶体管的漏极与所述电源模块连接，所述晶体管的源极接地；
所述电源模块，用于根据所述功率放大器的数据功率需求调节所述功率放大器的漏极电压。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述输出匹配网络还包括：第一供电臂滤波电容、第二供电臂滤波电容、第一电阻、1/4波长线、微带线以及隔直电容；
所述第一供电臂滤波电容的第一端与供电电源连接，所述第一供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第一电阻的第一端与所述第一供电臂滤波电容的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第二供电臂滤波电容的第一端连接，所述第二供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第二供电臂滤波器的第一端还与所述1/4波长线的第一端连接，所述1/4波长线的第二端与所述微带线连接；
所述微带线的第一端与所述晶体管的漏极连接，所述微带线的第二端与所述隔直电容的第一端连接，所述隔直电容的第二端与射频输出端连接；
所述可调节电容通过所述微带线与所述与晶体管的漏极连接。
3.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述可调节电容包括第一可调节电容以及第二可调节电容；所述第一可调节电容的第一端与所述微带线连接，所述第一可调节电容的第二端接地；所述第二可调节电容的第一端与所述微带线连接，所述第二可调节电容的第二端接地。
4.如权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述第一可调节电容与所述第二可调节电容均为钛酸锶钡可调节电容。
5.如权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包括：第三供电臂滤波电容、第四供电臂滤波电容、第二电阻、第二1/4波长线、第二微带线、第二隔直电容以及第三可调节电容；
所述第三供电臂滤波电容的第一端与所述第四供电臂滤波电容的第一端连接，所述第三供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第四供电臂滤波电容的第一端还与所述第二1/4波长线的第一端连接，所述第四供电臂滤波电容的第二端接地；
所述第二1/4波长线的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第二微带线连接；
所述第二微带线的第一端与所述晶体管的栅极连接，所述第二微带线的第二端与所述第二隔直电容的第一端连接，所述第二隔直电容的第二端与射频输入端连接；
所述第三可调节电容与所述第二微带线连接。
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