CN113364417A - 一种可调节的负载平衡功放结构 - Google Patents
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Abstract
一种可调节的负载平衡功放结构，包括一个射频信号输入源、一个将射频信号输入源输入的射频信号分为两路同频率且相位相差180°信号的180°相位Rat‑race耦合器和一个平衡功率放大器，180°相位Rat‑race耦合器输出的一路信号连接至平衡功率放大器的输入端，另一路信号依次连接经过幅度及相位调制模块和控制式功率放大器后连接至平衡功率放大器中输出侧的90°相位耦合器的隔离端口。可实现单输入可调节负载平衡功放。该结构不仅可以使用在低频，也可以使用在高频毫米波，不仅可以使用在PCB电路中，也可以使用在集成电路中，能够轻易实现宽带或者窄带的具有回退功能的单输入单输出射频功率放大器。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率放大电路，具体地说是一种可调节的负载平衡功放结构。
背景技术
现代通信技术的信号调制比越来越高，射频功率放大器大多时候是工作在回退功率状态，但是射频功放的效率一般在最大输出时达到最大，因此一般通信系统的射频功放处在效率较低的状态，为了提高功放回退时的效率，有Doherty结构的功放，outphase 功放结构。2016年Cripps教授提出的新型的能提高回退效率的射频功率放大器结构，其主要的实现结构如图1所示，其主要特点是通过负载耦合器的调制，功放可以提高在低输入信号下的效率。具体功能的实现需要控制式功率放大器和平衡式功率放大器两者的输入信号强度和相位满足一定的条件，因此需要两个独立的射频输入信号。这就导致相当于需要两个信号源才能实现这个功能，导致相匹配的控制系统较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种可调节的负载平衡功放结构。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种可调节的负载平衡功放结构，包括一个射频信号输入源、一个将射频信号输入源输入的射频信号分为两路同频率且相位相差180°信号的180°相位Rat-race耦合器和一个平衡功率放大器，所述平衡功率放大器中的耦合器采用90°相位耦合器，180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号连接至平衡功率放大器的输入端，180°相位Rat-race耦合器输出的另一路信号依次连接经过幅度及相位调制模块和控制式功率放大器后连接至平衡功率放大器中输出侧的90°相位耦合器的隔离端口。
所述的幅度及相位调制模块包括幅度控制器和相位控制器，180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号依次经幅度控制器和相位控制器后连接至控制式功率放大器。
所述的幅度控制器为射频增益控制放大器或衰减式幅度控制器。
所述的平衡功率放大器包括两个90°相位耦合器和两个射频功率放大器，两个90°相位耦合器分别设置在平衡功率放大器的输入侧和输出侧，180°相位Rat-race耦合器传输的信号经输入侧90°相位耦合器分配成两个信号后分别传输至两个射频功率放大器，两个射频功率放大器的输出以及180°相位Rat-race耦合器的另一路输出经输出侧90°相位耦合器合成并实现负载阻抗调制。
所述180°相位Rat-race耦合器传输的信号经输入侧90°相位耦合器分配成具有90°相位差的两个信号。
输入侧90°相位耦合器的耦合端口和直通端口各输出一路信号分别至两个射频功率放大器。
所述输入侧90°相位耦合器的隔离端口经50欧姆的电阻接地。
所述功放结构的各元件采用宽频带或窄频带结构。
本发明的有益效果是：利用180°相位Rat-race耦合器将射频输入分配成两路信号后，并对其中一种信号进行幅度和相位调制用于负载控制，可实现单输入可调节负载平衡功放。该结构不仅可以使用在低频，也可以使用在高频毫米波，不仅可以使用在PCB电路中，也可以使用在集成电路中，能够轻易实现宽带或者窄带的具有回退功能的单输入单输出射频功率放大器。
附图说明
图1是现有负载平衡功放结构示意图。
图2是本发明可调节的负载平衡功放结构示意图。
图3是本发明一种实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明。下面实施例所列出的具体内容不限于权利要求记载的技术方案要解决的技术问题所必须的技术特征。同时，所述列举是实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部实施例。
本发明可调节的负载平衡功放结构采用一个射频信号输入源，此信号可以是设备提供的，也可以是外接电路产生的。射频信号输入源连接至一个180°相位Rat-race耦合器，180°相位Rat-race耦合器产生两个输出的信号，分别叫做等分后射频信号1和等分后射频信号2。等分后射频信号1和等分后射频信号2频率相同且相位相差180°。一般而言射频信号分成两路后，这两路射频信号的相对应的幅值和相位就应该是固定的，但是如前面提到的，平衡放大器的负载调制需要这两个输入射频信号满足特定的幅值和相位要求，因此需要对分成两路的射频信号的相对幅值和相位再次进行相应的调节，以满足要求。
180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号输入到幅度及相位调制模块产生一个调节后的射频信号，此信号会进一步注入到控制式功率放大器，产生出控制式功率放大器放大后的射频信号。所述的幅度及相位调制模块包括幅度控制器和相位控制器，幅度控制器可以是射频增益控制放大器，也可以是衰减式幅度控制器，实现控制式功率放大器输入信号的幅值的主动控制。相位控制器可以任意可控的相位调节器，使得控制式功率放大器的输入射频信号的相位可以被调节。180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号依次经幅度控制器和相位控制器后连接至控制式功率放大器。图3所示实施例中幅度控制器采用射频增益控制放大器，相位控制器采用射频相位调节器，控制式功率放大器采用宽带控制式功率放大器。由于射频增益控制放大器与射频相位调节器的存在，使得宽带控制功率放大器与宽带射频功率放大器的输出信号满足了相位和幅度的要求，从而实现了可调节的负载平衡功放。
180°相位Rat-race耦合器输出的另一路信号输入到平衡功率放大器的输入端。所述的平衡功率放大器包括两个90°相位耦合器和两个射频功率放大器，两个90°相位耦合器分别设置在平衡功率放大器的输入侧和输出侧。180°相位Rat-race耦合器分配的一路传输至输入侧90°相位耦合器，输入侧90°相位耦合器的隔离端口经50欧姆的电阻接地。输入侧90°相位耦合器的耦合端口和直通端口各输出一路信号，两个信号的幅度一样，具有90°相位差。输出的两个信号分别至两个射频功率放大器，两个射频功率放大器的输出连接至输出侧90°相位耦合器。
180°相位Rat-race耦合器的另一路经过幅度及相位调制和控制式功率放大器放电的信号传输至平衡功率放大器中输出侧的90°相位耦合器的隔离端口。平衡功率放大器中两个射频功率放大器的输出也连接至输出侧90°相位耦合器，经输出侧90°相位耦合器合成并实现负载阻抗调制。
所述可调节的负载平衡功放结构中各元件可采用宽频带或窄频带结构，例如图3所示，射频功率放大器和控制式功率放大器均采用宽频带。根据需要，也可以采用窄频带。能够轻易实现宽带或者窄带的具有回退功能的单输入单输出射频功率放大器，而其他的具有回退功能的射频功率放大器大多频率带宽很窄，或者实现宽带的性能会导致电路结构极其复杂。本发明的结构不仅可以使用在低频，也可以使用在高频毫米波，不仅可以使用在PCB电路中，也可以使用在集成电路中。
以上对具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的技术构思及其核心思想，尽管本文使用了特定的优选实施例对技术方案进行了描述和说明，但其不应理解为对本发明自身的限制。本领域技术人员在不脱离本发明技术构思的前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。这些轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：包括一个射频信号输入源、一个将射频信号输入源输入的射频信号分为两路同频率且相位相差180°信号的180°相位Rat-race耦合器和一个平衡功率放大器，所述平衡功率放大器中的耦合器采用90°相位耦合器，180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号连接至平衡功率放大器的输入端，180°相位Rat-race耦合器输出的另一路信号依次连接经过幅度及相位调制模块和控制式功率放大器后连接至平衡功率放大器中输出侧的90°相位耦合器的隔离端口。
2.如权利要求1所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述的幅度及相位调制模块包括幅度控制器和相位控制器，180°相位Rat-race耦合器输出的一路信号依次经幅度控制器和相位控制器后连接至控制式功率放大器。
3.如权利要求2所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述的幅度控制器为射频增益控制放大器或衰减式幅度控制器。
4.如权利要求1所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述的平衡功率放大器包括两个90°相位耦合器和两个射频功率放大器，两个90°相位耦合器分别设置在平衡功率放大器的输入侧和输出侧，180°相位Rat-race耦合器传输的信号经输入侧90°相位耦合器分配成两个信号后分别传输至两个射频功率放大器，两个射频功率放大器的输出以及180°相位Rat-race耦合器的另一路输出经输出侧90°相位耦合器合成并实现负载阻抗调制。
5.如权利要求4所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述180°相位Rat-race耦合器传输的信号经输入侧90°相位耦合器分配成具有90°相位差的两个信号。
6.如权利要求5所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：输入侧90°相位耦合器的耦合端口和直通端口各输出一路信号分别至两个射频功率放大器。
7.如权利要求6所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述输入侧90°相位耦合器的隔离端口经50欧姆的电阻接地。
8.如权利要求1—7任一项所述的一种可调节的负载平衡功放结构，其特征在于：所述功放结构的各元件采用宽频带或窄频带结构。
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