CN113411063A - 一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构及功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构及功率放大器。所述电路结构包括巴伦、调谐单元和匹配单元。所述巴伦包括主耦合线圈、第一副耦合线圈和第二副耦合线圈，所述主耦合线圈的一端连接接地端，所述第一副耦合线圈的一端连接第一平衡信号端口，所述第二副耦合线圈的一端连接第二平衡信号端口，所述第一副耦合线圈和所述第二副耦合线圈的连接点连接接地端；所述调谐单元连接在所述主耦合线圈的另一端和所述接地端之间；所述匹配单元连接在所述主耦合线圈的另一端和非平衡信号端口之间。

Description

一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构及功率放大器
技术领域
本申请涉及功率放大技术领域，具体涉及一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构及功率放大器。
背景技术
巴伦（英语为balun）为一种三端口器件，或者说是一种通过将匹配输入转换为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接的宽带射频传输线变压器。巴伦的功能在于使系统具有不同阻抗或与差分/单端信令兼容，并且用于手机和数据传输网络等现代通信系统。
5GNR，基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础，5G技术将实现超低时延、高可靠性。5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟（更快的响应时间），低于1毫秒，而4G为30-70毫秒。
为了实现如此高的数据传输速率，对于射频前端模组中功率放大器提出了更加高的线性度要求。推挽射频放大器结构因为其具备较高的线性功率被越来越多的应用于5G-NR射频功率放大器设计中，巴伦被设计在推挽射频放大器的输出端口，具有阻抗匹配以及谐波抑制等作用，对整个模块的性能起到了关键作用。
5G-NR射频前端模块因为其具备较高的发射功率，所以产生的高次谐波也同步变大，传统巴伦并不具备良好的谐波抑制能力。
发明内容
本申请实施例提供一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构，包括巴伦、调谐单元和匹配单元，所述巴伦包括主耦合线圈、第一副耦合线圈和第二副耦合线圈，所述主耦合线圈的一端连接接地端，所述第一副耦合线圈的一端连接第一平衡信号端口，所述第二副耦合线圈的一端连接第二平衡信号端口，所述第一副耦合线圈和所述第二副耦合线圈的连接点连接接地端；所述调谐单元连接在所述主耦合线圈的另一端和所述接地端之间；所述匹配单元连接在所述主耦合线圈的另一端和非平衡信号端口之间。
根据一些实施例，所述电路结构还包括第一电容，第一电容连接在所述第一平衡信号端口和所述第二平衡信号端口之间。
根据一些实施例，所述调谐单元包括第二电容。
根据一些实施例，通过调谐所述第一电容和所述第二电容，调节所述巴伦的工作频段。
根据一些实施例，所述调谐单元还包括第一电感，所述第一电感与所述第二电容串联连接。
根据一些实施例，所述第一电感和所述第二电容共振在二阶谐波频率。
根据一些实施例，所述匹配单元包括并联连接的第三电容和第二电感。
根据一些实施例，所述第三电容和所述第二电感共振在三阶谐波频率。
本申请实施例还提供一种功率放大器，包括如上所述的适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构。
本申请实施例提供的技术方案，提出了一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构，采用此架构可以在保持巴伦良好的平衡性的前提下，有效提高巴伦高次谐波的抑制能力，从而达到5G-NR的系统要求，并且能够保持巴伦良好的平衡性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的一种巴伦匹配电路结构示意图。
图2是图1结构的巴伦平衡性示意图。
图3是图1结构的谐波抑制能力示意图。
图4是本申请实施例的一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构示意图。
图5是本申请实施例的另一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构示意图。
图6是图5结构的巴伦平衡性示意图。
图7是图5结构的谐波抑制能力示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
应当理解，本申请的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
图1是现有技术的一种巴伦匹配电路结构示意图。
如图1所示，端口1是非平衡端，端口2和端口3是平衡端。平衡端之间的电容C1和非平衡端的电容C2起调谐作用，使巴伦工作在不同的频段内。巴伦Xfer1由三个电感组成，分别是主线圈电感N1，附线圈电感N2，N3。为了使平衡端相差180°，N1与N2线圈的中心端口接地。
设计一个2.5GHz的巴伦结构，如图2所示。
如图2所示，横坐标是频率，单位是GHz，纵坐标是两个平衡端到非平衡端的相位。phase(S2,1),代表第一平衡端到非平衡端的相位，phase(S3,1),代表第二平衡端到非平衡端的相位。
在m4点，频率为2.5GHz，第一平衡端到非平衡端的相位为51.048°，第二平衡端到非平衡端的相位为128.952°。
巴伦的一项重要标准指标为其平衡性，即两个平衡输出（一个为反相180°输出，另一个为非反相输出）与“功率水平相等，相位相差180°”这一理想状态的接近程度。两个输出之间的相位角度差与180°的偏离程度称为巴伦的相位不平衡度。巴伦平衡性的好坏直接影响射频功率放大器的性能。可以看到巴伦的平衡性良好，两个平衡端口相差180°。
巴伦的频率响应如图3所示，横坐标是频率，单位是GHz，纵坐标是插损，dB(S2,1),代表第一平衡端到非平衡端的插损。dB(S3,1),代表第二平衡端到非平衡端的插损。
在m1点，频率为2.5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-3.010dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-3.010dB。在m2点，频率为5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-10.511dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-10.511dB。在m3点，频率为7.5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-21.811dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-21.811dB。
平衡端到非平衡端的插损为-3dB，二阶谐波抑制能力为-10dB，三阶谐波抑制能力为-21dB。
图4是本申请实施例的一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构示意图。
电路结构包括巴伦1、调谐单元2和匹配单元3。
巴伦1包括主耦合线圈N1、第一副耦合线圈N2和第二副耦合线圈N3。主耦合线圈N1的一端连接接地端，第一副耦合线圈N2的一端连接第一平衡信号端口T2，第二副耦合线圈N3的一端连接第二平衡信号端口T3，第一副耦合线圈N2和第二副耦合线圈N3的连接点连接接地端。调谐单元2连接在主耦合线圈N1的另一端和接地端之间。匹配单元3连接在主耦合线圈N1的另一端和非平衡信号端口T1之间。
根据一些实施例，电路结构还包括第一电容C1，第一电容C1连接在第一平衡信号端口T2和第二平衡信号端口T3之间。调谐单元2包括第二电容C2。通过调谐第一电容C1和第二电容C2，调节巴伦1的工作频段。
根据一些实施例，匹配单元3包括并联连接的第三电容C3和第二电感L2。第三电容C3和第二电感L2共振在三阶谐波频率，可以提高三次谐波抑制能力。
根据一些实施例，调谐单元2还包括第一电感L1，第一电感L1与第二电容C2串联连接。第二电容C2和第一电感L1共振在二阶谐波频率，可以提高二次谐波抑制能力，如图5所示。
设计一个如图5所示的2.5GHz的巴伦结构，巴伦平衡性如图6所示。
如图6所示，横坐标是频率，单位是GHz，纵坐标是两个平衡端到非平衡端的相位。phase(S2,1),代表第一平衡端到非平衡端的相位，体现在图中的曲线为10，phase(S3,1),代表第二平衡端到非平衡端的相位，体现在图中的曲线为20。
在m1点，频率为2.5GHz，第一平衡端到非平衡端的相位为59.410°，第二平衡端到非平衡端的相位为120.590°。
可以看到巴伦的平衡性良好，两个平衡端口相差180°。
巴伦的频率响应如图7所示，横坐标是频率，单位是GHz，纵坐标是插损，dB(S2,1),代表第一平衡端到非平衡端的插损。dB(S3,1),代表第二平衡端到非平衡端的插损。
在m2点，频率为2.5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-3.010dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-3.010dB。在m3点，频率为5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-51.478dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-51.478dB。在m4点，频率为7.5GHz，第一平衡端到非平衡端的插损为-51.146dB，第二平衡端到非平衡端的插损为-51.146dB。
可见，本实施例中，平衡端到非平衡端的插损为-3dB，二阶谐波抑制能力为-51dB，三阶谐波抑制能力为-51dB。较现有技术的巴伦，在不牺牲插损和平衡性的情况下大大增强了巴伦谐波抑制能力。
本申请实施例还提供一种功率放大器，包括如上所述的适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构，包括：
巴伦，包括主耦合线圈、第一副耦合线圈和第二副耦合线圈，所述主耦合线圈的一端连接接地端，所述第一副耦合线圈的一端连接第一平衡信号端口，所述第二副耦合线圈的一端连接第二平衡信号端口，所述第一副耦合线圈和所述第二副耦合线圈的连接点连接接地端；
调谐单元，连接在所述主耦合线圈的另一端和所述接地端之间；
匹配单元，连接在所述主耦合线圈的另一端和非平衡信号端口之间。
2.如权利要求1所述的电路结构，还包括：
第一电容，连接在所述第一平衡信号端口和所述第二平衡信号端口之间。
3.如权利要求2所述的电路结构，其中，所述调谐单元包括第二电容。
4.如权利要求3所述的电路结构，其中，通过调谐所述第一电容和所述第二电容，调节所述巴伦的工作频段。
5.如权利要求3所述的电路结构，其中，所述调谐单元还包括第一电感，所述第一电感与所述第二电容串联连接。
6.如权利要求5所述的电路结构，其中，所述第一电感和所述第二电容共振在二阶谐波频率。
7.如权利要求1至6任一项所述的电路结构，其中，所述匹配单元包括并联连接的第三电容和第二电感。
8.如权利要求7所述的电路结构，其中，所述第三电容和所述第二电感共振在三阶谐波频率。
9.一种功率放大器，包括如权利要求1至8任一项所述的适用于巴伦的谐波抑制匹配电路结构。
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