CN113242024A - 一种射频功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频功率放大器，所述射频功率放大器包括：输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块依次连接；所述输出匹配模块包括：相互依次连接的匹配电路、功率合成电路和输出阻抗匹配电路，所述匹配电路与所述放大模块连接，所述输出阻抗匹配电路与输出端连接。本发明的输出匹配模块可以对放大模块中功率管的输出信号做多级阻抗变换，提高功率管的工作带宽，同时将多通道的输出功率进行线性功率合成，从而实现提高线性功率的效果。

Description

一种射频功率放大器

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器。

背景技术

射频功率放大器是无线通信领域中不可或缺的电路模块，主要负责将调制后的射频信号放大到一定的功率值，再通过天线发射出去。

随着移动通信的发展，目前移动通信已经进入5G时代，手机成为人们日常生活不可或缺的工具，手机网络覆盖的要求越来越高。根据3GPP协议，传统的手机终端支持的功率等级是class 3，即在天线口输出功率为23dbm左右，而对于支持HPUE(HPUE支持的功率等级为class 2)的手机终端而言，天线端口功率升高到26dBm，功率的要求更高。为了满足高功率要求，目前常用的技术是增加输出功率管，或者增加电源电压以提高输出功率，以满足用户的使用需求。

但目前常用的方式有如下技术问题：由于手机终端是电池供电，增加电源电压比较困难，而增加输出功率管，导致成本增加，另外，增加输出功率管以提高输出功率的方案，会导致输出阻抗点降低，从而使得难度增加，而且会使得带宽变窄。5G的主要频段比4G高，5G的工作频段也比4G宽，导致提高后的输出频率也难以用户在高楼林立的城市室内环境下使用的需求，从而增加了网络通信的不稳定性，降低了用户的使用体验。

发明内容

本发明提出一种射频功率放大器，所述射频功率放大器设有多个放大电路对输出功率进行多级放大，并通过匹配网络将多级放大后的输出功率进行功率合成，实现更线性的高功率输出。

本发明实施例的第一方面提供了一种射频功率放大器，包括：输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块依次连接；

其中，所述输出匹配模块包括：相互依次连接的匹配电路、功率合成电路和输出阻抗匹配电路，所述匹配电路与所述放大模块连接，所述输出阻抗匹配电路与输出端连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述匹配电路设有两个，分别为第一匹配电路和第二匹配电路，所述第一匹配电路和所述第二匹配电路分别与所述功率合成电路的输入端连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一匹配电路包括：第四电感、第五电感以及第三电容；所述第二匹配电路包括：第六电感、第七电感以及第四电容

所述第四电感的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第五电感的一端连接，所述第四电感的另一端与电源的正极连接，所述第五电感的另一端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

所述第六电感的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第七电感的一端连接，所述第六电感的另一端与电源的正极连接，所述第七电感的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述功率合成电路包括：第一电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容；

其中所述第一电阻的两端分别与所述第一匹配电路和所述第二匹配电路连接，所述第一电感的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电感的另一端与接地端连接，所述第二电感的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电感的另一端与接地端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感和所述第一电阻的连接端连接，所述第一电容的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第二电容的一端与所述第二电感和所述第一电阻的连接端连接，所述第二电容的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述输出阻抗匹配电路连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述放大模块包括：第一驱动电路、第一级间匹配电路、功率分配电路以及两个第二驱动电路；

所述第一驱动电路与所述第一级间匹配电路连接，所述第一级间匹配电路与所述功率分配电路连接，所述功率分配电路分别与所述两个第二驱动电路连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述放大模块还包括：第三驱动电路和第二级间匹配电路；

所述第三驱动电路的输入端与所述输入匹配模块的输出端连接，所述第三驱动电路的输出端与所述第二级间匹配电路连接，所述第二级间匹配电路的输出端与所述第一驱动电路连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述放大模块包括：两条并联的放大支路；

其中，每条所述放大支路包括依次连接的第四驱动电路、第三级间匹配电路和第五驱动电路。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述放大模块还包括偏置电路，所述偏置电路与所述驱动电路连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述输入匹配模块包括依次连接的输入阻抗匹配电路和输入功率分配电路，其中输入阻抗匹配电路的一端与输入端连接，所述输入功率分配电路的两个输出端分别与所述两条并联的放大支路连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述输出阻抗匹配电路包括：第八电感、第五电容和第六电容；

其中，第八电感的一端分别与所述第五电容的一端和所述第六电容的一端连接，所述第八电感的另一端与接地端连接，所述第五电容的另一端与所述功率合成电路连接，所述第六电容的另一端与负载连接。

相比于现有技术，本发明实施例提供的一种射频功率放大器，其有益效果在于：本发明可以对功率管的输出信号进行多级阻抗变换，提高工作带宽，同时将多通道的输出功率进行线性功率合成，从而实现提高线性功率的效果。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图。

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。

目前的射频功率放大器的输出功率低，难以满足用户的实际需求。

为了解决上述问题，下面将通过以下具体的实施例对本申请实施例提供的一种射频功率放大器进行详细介绍和说明。

参照图1，示出了本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图。

其中，作为示例的，所述射频功率放大器，可以包括：输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块依次连接。

其中，所述输出匹配模块包括：相互依次连接的匹配电路、功率合成电路和输出阻抗匹配电路，所述匹配电路与所述放大模块连接，所述输出阻抗匹配电路与输出端连接。

所述输入匹配模块的输入端与信号输入端连接，用于接收信号；所述放大模块用于信号放大；所述输出匹配模块的输出端与负载连接，所述输出匹配模块可以将放大后的信号输出给负载。

参照图1，所述输出匹配模块包括：相互依次连接的匹配电路、功率合成电路和输出阻抗匹配电路，所述匹配电路与所述放大模块连接，所述输出阻抗匹配电路与输出端连接。

具体地，所述功率合成电路包括：第一电阻R1、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1和第二电容C2；

其中所述第一电阻R1的两端分别与所述第一匹配电路和所述第二匹配电路连接，所述第一电感L1的一端与所述第一电阻R1的一端连接，所述第一电感L1的另一端与接地端连接，所述第二电感L2的一端与所述第一电阻R1的另一端连接，所述第二电感L2的另一端与接地端连接，所述第一电容C1的一端与所述第一电感L1和所述第一电阻R1的连接端连接，所述第一电容C1的另一端与所述第三电感L3的一端连接，所述第二电容C2的一端与所述第二电感L2和所述第一电阻R1的连接端连接，所述第二电容C2的另一端与所述第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端与所述输出阻抗匹配电路连接。

参照图1，在本实施例中，所述输出阻抗匹配电路包括：第八电感L8、第五电容C5和第六电容C6；

其中，第八电感L8的一端分别与所述第五电容C5的一端和所述第六电容C6的一端连接，所述第八电感L8的另一端与接地端连接，所述第五电容C5的另一端与所述功率合成电路连接，所述第六电容C6的另一端与负载连接。

在实际操作中，射频信号可以进入输入匹配模块，然后给放大模块进行多级的放大，最后经由输出匹配模块进行功率合成并输出至负载。在可选的实施例中，负载可以是阻值为50欧姆负载。

在本实施例中，本发明可以对输入信号进行多级阻抗变换，提高输出功率，同时将多通道的输出功率进行线性功率合成，从而实现提高线性功率的效果。

参照图1，在本实施例中，所述放大模块包括：第一驱动电路DRV1、第一级间匹配电路、功率分配电路以及两个第二驱动电路DRV2；

所述第一驱动电路DRV1与所述第一级间匹配电路连接，所述第一级间匹配电路与所述功率分配电路连接，所述功率分配电路分别与所述两个第二驱动电路连接DRV2。

参照图1，该功率分配电路与功率合成电路的电路结构相同，具体地，该功率分配电路为功率合成电路的反向连接，功率分配电路的电路结构可以参考功率合成电路的电路结构，为了避免重复，在此不再赘述。

参照图1，所述第一级间匹配电路与所述输出阻抗匹配电路的电路结构相同，具体可以参照输出阻抗匹配电路的电路结构，为了避免重复，在此不再赘述。

参照图1，第一级间匹配电路和功率分配电路的连接结构也与功率合成电路和输出阻抗匹配电路的连接结构相同。第一级间匹配电路和功率分配电路的连接结构也可以参考功率合成电路和输出阻抗匹配电路的连接结构，为了避免重复，在此不再赘述。

在使用时，当射频信号进入输入级匹配电路后，然后给第一驱动电路DRV1进行第一级放大，当信号经过第一级放大之后，进入第一级间匹配电路进行阻抗匹配，然后从第一级间匹配电路进入功率分配电路，并经过功率分配电路分别进入两个第二驱动电路DRV2进行二级放大，最后再由输出匹配模块将两个第二驱动电路DRV2的输出功率进行功率合成。

由于放大模块包括两个第二驱动电路，为了能同时接收两个第二驱动电路DRV2，参照图1，在本实施例中，匹配电路设有两个，分别为第一匹配电路和第二匹配电路，所述第一匹配电路和所述第二匹配电路分别与所述功率合成电路的输入端连接。

第一匹配电路的输入端与第一个第二驱动电路DRV2的输出端连接，第二匹配电路的输入端与第二个第二驱动电路DRV2的输出端连接。

另外，参照图1，所述放大模块还包括偏置电路，偏置电路可以分别与所述第一驱动电路DRV1和所述第二驱动电路DRV2连接。

为了进一步提高功率放大效果，参照图2，示出了本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图。

在本实施例中，所述放大模块还包括：第三驱动电路DRV3和第二级间匹配电路；

所述第三驱动电路DRV3的输入端与所述输入匹配模块的输出端连接，所述第三驱动电路DRV3的输出端与所述第二级间匹配电路连接，所述第二级间匹配电路的输出端与所述第一驱动电路DRV1连接。

在具体实现中，所述第二级间匹配电路可以包括：第七电容C7、第八电容C8和第九电感L9，其中，第三驱动电路DRV3的输出端与第七电容C7的一端，第七电容C7的另一端分别与第八电容C8的一端和第九电感L9的一端连接，第八电容C8的另一端与第一驱动电路DRV1的输入端连接，第九电感L9的另一端与接地端连接。

参照图2，在可选的实施例中，所述第一级间匹配电路和所述第二级间匹配电路的电路结构可以相同。

在具体实现中，当用户需要输出大功率时，第三驱动电路DRV3可以使用面积比较大的功率管，不但可以增加输出功率，也可以降低整个电路的成本。

在实际操作中，当某一区域内的射频功率放大器设有多个时，可以让每个射频功率器输出较小功率，以降低通信成本，具体地，参照图3，示出了本发明一实施例提供的一种射频功率放大器其中一种实施例的结构示意图，在输出较小功率的情况下，射频功率放大器可以采用如图3所示的电路结构。

另外，参照图2，所述第三驱动电路DRV3也与所述偏置电路连接。

在本实施例中，所述放大模块包括：两条并联的放大支路；

其中，每条所述放大支路包括依次连接的第四驱动电路、第三级间匹配电路和第五驱动电路。

需要说明的是，所述第三级间匹配电路可以与上述的第一级间匹配电路或第二级间匹配电路相同。具体结构可以参考上述描述，为了避免重复，在此不再赘述。

在使用时，输入信号可以分别从两条支路的输入端进入第四驱动电路DRV4进行一级放大，然后将放大后的信号输入至第五驱动电路DRV5进行二级放大，最后两个第五驱动电路DRV5可以将输出信号发送至输出匹配模块进行功率合成

由于放大模块包括两条支路，每条支路包括两个驱动电路，为了能将输入的射频信号可以分配至两条支路进行放大，参照图3，所述输入匹配模块包括：依次连接的输入阻抗匹配电路和输入功率分配电路，其中输入阻抗匹配电路的一端与输入端连接，所述输入功率分配电路的两个输出端分别与所述两条并联的放大支路连接。

具体地，该依次连接的输入阻抗匹配电路和输入功率分配电路的电路结构与级间功率分配电路，具体可以参照上述描述，为了避免重复，在此不再赘述。

参照图3，所述第一匹配电路包括：第四电感L4、第五电感L5以及第三电容C3；所述第二匹配电路包括：第六电感L6、第七电感L7以及第四电容C4

所述第四电感L4的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第五电感L5的一端连接，所述第四电感L4的另一端与电源的正极连接，所述第五电感L5的另一端与所述第三电容C3的一端连接，所述第三电容C3的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

所述第六电感L6的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第七电感L7的一端连接，所述第六电感L6的另一端与电源的正极连接，所述第七电感L7的另一端与所述第四电容C4的一端连接，所述第四电容C4的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

在合成过程中，DRV51，通过第四电感L4提供偏置电流，放大信号之后进入由第五电感L5以及第三电容C3组成的LC第一个匹配电路，然后进入功率合成电路的核心网络；同理，DRV52，通过第六电感L6提供偏置电流，放大信号之后进入由第七电感L7以及第四电容C4组成的第二个匹配电路，然后进入功率合成电路的核心网络(图3中虚线框内的组成部分)。DRV51和DRV52的放大信号，经过功率合成电路之后，可以将射频信号放大2倍，并输入输出阻抗匹配电路做合适的阻抗匹配，最后将信号输出至负载。

在本实施例中，本发明实施例提供了一种射频功率放大器，其有益效果在于：本发明可以对输入信号进行多级阻抗变换，可以使得阻抗从50欧姆负载缓和地变换到功率输出管，降低匹配网络的Q值，从而增加输出匹配网络的带宽，同时偏置电路给每个放大器都提供合适的偏置电流，使得每级放大器都工作在合适状态，从而提供合适和稳定的输出功率。

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 (10)

1.一种射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括：输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块，所述输入匹配模块、放大模块和输出匹配模块依次连接；

其中，所述输出匹配模块包括：相互依次连接的匹配电路、功率合成电路和输出阻抗匹配电路，所述匹配电路与所述放大模块连接，所述输出阻抗匹配电路与输出端连接。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述匹配电路设有两个，分别为第一匹配电路和第二匹配电路，所述第一匹配电路和所述第二匹配电路分别与所述功率合成电路的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一匹配电路包括：第四电感、第五电感以及第三电容；所述第二匹配电路包括：第六电感、第七电感以及第四电容

所述第四电感的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第五电感的一端连接，所述第四电感的另一端与电源的正极连接，所述第五电感的另一端与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

所述第六电感的一端分别与所述放大模块的输出端和所述第七电感的一端连接，所述第六电感的另一端与电源的正极连接，所述第七电感的另一端与所述第四电容的一端连接，所述第四电容的另一端与所述功率合成电路的输入端连接。

4.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，所述功率合成电路包括：第一电阻、第一电感、第二电感、第三电感、第一电容和第二电容；

其中所述第一电阻的两端分别与所述第一匹配电路和所述第二匹配电路连接，所述第一电感的一端与所述第一电阻的一端连接，所述第一电感的另一端与接地端连接，所述第二电感的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二电感的另一端与接地端连接，所述第一电容的一端与所述第一电感和所述第一电阻的连接端连接，所述第一电容的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第二电容的一端与所述第二电感和所述第一电阻的连接端连接，所述第二电容的另一端与所述第三电感的一端连接，所述第三电感的另一端与所述输出阻抗匹配电路连接。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述放大模块包括：第一驱动电路、第一级间匹配电路、功率分配电路以及两个第二驱动电路；

所述第一驱动电路与所述第一级间匹配电路连接，所述第一级间匹配电路与所述功率分配电路连接，所述功率分配电路分别与所述两个第二驱动电路连接。

6.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述放大模块还包括：第三驱动电路和第二级间匹配电路；

所述第三驱动电路的输入端与所述输入匹配模块的输出端连接，所述第三驱动电路的输出端与所述第二级间匹配电路连接，所述第二级间匹配电路的输出端与所述第一驱动电路连接。

7.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述放大模块包括：两条并联的放大支路；

其中，每条所述放大支路包括依次连接的第四驱动电路、第三级间匹配电路和第五驱动电路。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的射频功率放大器，其特征在于，所述放大模块还包括偏置电路，所述偏置电路与所述驱动电路连接。

9.根据权利要求7所述的射频功率放大器，其特征在于，所述输入匹配模块包括依次连接的输入阻抗匹配电路和输入功率分配电路，其中输入阻抗匹配电路的一端与输入端连接，所述输入功率分配电路的两个输出端分别与所述两条并联的放大支路连接。

10.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述输出阻抗匹配电路包括：第八电感、第五电容和第六电容；

其中，第八电感的一端分别与所述第五电容的一端和所述第六电容的一端连接，所述第八电感的另一端与接地端连接，所述第五电容的另一端与所述功率合成电路连接，所述第六电容的另一端与负载连接。

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