CN118174664A - 一种具有谐波抑制网络的射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及射频集成电路领域，具体涉及一种具有谐波抑制网络的射频功率放大器，包括偏置电路分别连接到每级功率放大管的基极；射频扼流网络一端连接到每级功率放大管的集电极，另一端连接到电源VCC；输入匹配网络一端连接到射频输入端，一端连接到第一级功率放大管的基极，输入匹配网络还连接第一谐波抑制网络；级间匹配网络一端连接到第一级功率放大管的集电极，一端连接第二级功率放大管的基极；级间匹配网络还连接第二谐波抑制网络；输出匹配网络一端连接功率放大管集电极，一端连接射频输出端，输出匹配网络还连接第三谐波抑制网络，解决谐波叠加在基频信号波形上，造成失真，降低整体系统线性度的问题，有效抑制射频信号谐波分量。
Description
技术领域
本发明涉及射频集成电路领域，具体涉及一种具有谐波抑制网络的射频功率放大器。
背景技术
功率放大器一般用于射频收发机的输出级，用于将射频信号放大到一定功率后发经由天线发射出去。随着通信系统的发展，射频信号调制阶数不断提高以满足提高通信系统信道容量的需求，更高的调制阶数对功率放大器的线性度提出了更高的要求。通常射频放大器工作在高输出功率状态下时，由于晶体管的非线性特性，功率放大器输出的谐波会非常高，这些谐波会叠加在基频信号波形上，造成失真，降低整体系统的线性度，不能满足通信系统的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种具有谐波抑制网络的射频功率放大器，解决谐波叠加在基频信号波形上，造成失真，降低整体系统线性度的问题。
本发明是这样实现的，
一种带有谐波抑制网络的射频功率放大器，所述射频功率放大器包括：第一级功率放大管、第二级功率放大器、第一谐波抑制网络、第二谐波抑制网络、第三谐波抑制网络、输入匹配网络、输出匹配网络、级间匹配网络、射频扼流网络以及偏置电路，其中：
所述偏置电路分别连接到每级功率放大管的基极，用于提供功率放大管所需要的偏置电流；
所述射频扼流网络一端连接到每级功率放大管的集电极，另一端连接到电源VCC，用于提供功率放大管所需的偏置电压，同时阻止射频信号泄露到电源；
所述输入匹配网络一端连接到射频输入端，一端连接到第一级功率放大管的基极，用于给第一级功率放大管提供源阻抗，所述输入匹配网络还连接第一谐波抑制网络；
所述级间匹配网络一端连接到第一级功率放大管的集电极，一端连接第二级功率放大管的基极，用以给第一级功率放大管提供负载阻抗，为第二级功率放大管提供源阻抗；所述级间匹配网络还连接第二谐波抑制网络；
所述输出匹配网络一端连接功率放大管集电极，一端连接射频输出端，所述输出匹配网络还连接第三谐波抑制网络。
进一步地，所述第一谐波抑制网络和第二谐波抑制网络结构相同，均包括串联的电容和电感，其中，第一谐波抑制网络包括串联的电感Lf1和电容Cf1；第二谐波抑制网络包括串联的电感Lf2和电容Cf2。
进一步地，所述第三谐波抑制网络包括第一支路与第二支路，所述第一支路包括串联的电感Lf3和电容Cf3，连接在第二级功率放大管的集电极与地之间，所述第二支路包括串联的电感Lf4和电容Cf4，所述第二支路串联在输出匹配网络与射频输出端之间。
进一步地，所述电容Cf1、电容Cf2、电容Cf3以及电容Cf4均为可变电容。
进一步地，所述输入匹配网络包含电容C1和电感L1，所述电容C1一端连接第一级功率放大管基极，一端连接所述电感L1，电感L1另一端接地，第一谐波抑制网络连接在电容C1和电感L1的连接点。
进一步地，所述级间匹配网络包含电容C2和电容C3，所述电容C2和电容C3串联，所述第二谐波抑制网络连接在电容C2和电容C3的连接点，所述电容C2为可变电容。
进一步地，所述第一级功率放大管为多个，所述电容C1为多个电容，多个电容一端都连接在一起，与电感L1连接，另一端分别连接一个第一级功率放大管；所述第二级功率放大管为多个，所述电容C3为多个电容，每个电容一端都连接在一起，与电容C2连接，另一端分别连接一个第二级功率放大管。
进一步地，输出匹配网络包括电容C4、电容C5和电感L2，电容C4一端接地，另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电感L2的一端连接，电感L2另一端接地。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明谐波抑制网络连接在每个功率放大管基极和集电极所连接的匹配网络中，射频信号每经过一级功率放大管输入和输出时都会经过谐波抑制网络，从而有效抑制射频信号谐波分量，大幅降低谐波分量叠加对基频信号造成的失真，提高功率放大器的线性度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的射频功率放大器的结构框图；
图2为本发明实施例提供的一实施例提供的射频功率放大器的电路原理图；
图3为本发明实施例提供的另一种射频功率放大器的连接结构示意图；
图4为本发明实施例提供的二次谐波仿真结果对比图；
图5为本发明实施例提供的相位变化仿真结果对比图。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1结合图2所示，一种带有谐波抑制网络的射频功率放大器，所述射频功率放大器包括：第一级功率放大管、第二级功率放大器、第一谐波抑制网络、第二谐波抑制网络、第三谐波抑制网络、输入匹配网络、输出匹配网络、级间匹配网络、射频扼流网络以及偏置电路，其中：
所述偏置电路分别连接到每级功率放大管的基极，用于提供功率放大管所需要的偏置电流；
所述射频扼流网络一端连接到每级功率放大管的集电极，另一端连接到电源VCC，用于提供功率放大管所需的偏置电压，同时阻止射频信号泄露到电源；
所述输入匹配网络一端连接到射频输入端，一端连接到第一级功率放大管的基极，用于给第一级功率放大管提供源阻抗，所述输入匹配网络还连接第一谐波抑制网络；
所述级间匹配网络一端连接到第一级功率放大管的集电极，一端连接第二级功率放大管的基极，用以给第一级功率放大管提供负载阻抗，为第二级功率放大管提供源阻抗；所述级间匹配网络还连接第二谐波抑制网络，用以在后级功率放大管基极实现谐波抑制；
所述输出匹配网络一端连接功率放大管集电极，一端连接射频输出端，所述输出匹配网络还连接第三谐波抑制网络，用于在输出端实现谐波抑制。
本实施例中偏置电路为有源偏置，为功率放大管提高偏置电流。两级的功率放大管可以为多个晶体管的并联形式。射频扼流网络通过偏上电感实现，用于提高功率放大管集电极偏置电压，防止射频信号泄露和隔绝外部供电引入的干扰。
本实施例中，参见图2所示，输入匹配网络包含电感L1，电容C1和由电感Lf1和电容Cf1组成的第一谐波抑制网络，电感Lf1和电容Cf1的取值以使网络在二次谐波频率谐振为条件，使得电感Lf1和电容Cf1通路到地，在二次谐波处为低阻抗，滤除二次谐波。电感L1和电容C1组成LC匹配网络作为输入匹配网络，将阻抗匹配到第一级功率放大管T1需要的源阻抗点。
级间匹配网络包含电容C2和电容C3，第二谐抑制网络为电感Lf2和电容Cf2串联到地。当功率放大管为多个晶体管并连时，电容C3可以为连接在电容C2与谐波抑制网络连接点到每个晶体管基极的电容。电感Lf1和电容Cf1通路到地，在二次谐波处谐振为低阻抗，滤除二次谐波。电容C2和电容C3组成级间匹配网络，以对第一级功率放大管T1所需负载阻抗和第二级功率放大管T2所需源阻抗进行匹配，同时作为隔直电容。
输出匹配网络包括电容C4，电容C5，电感L2，电容C4一端接地，另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电感L2的一端连接，电感L2另一端接地。串联到地的电感Lf3和电容Cf3组成第三谐波抑制网络的第一支路，并联的电感Lf4和电容Cf4组成第四谐波抑制网络的第二支路。电感Lf3和电容Cf3通路到地在二次谐波处串联谐振为低阻抗，滤除二次谐波。电感Lf4和电容Cf4通路到地在二次谐波处并联谐振为高阻抗，阻挡射频信号中的二次谐波分量输出到射频输出端口，进一步滤除二次谐波。电容C4，电容C5和电感L2将加入谐波抑制网络后的阻抗匹配到功率放大管所需负载阻抗。
具体实施时，可以选择将谐波抑制网络中的电容元件设置为可变电容，以后续进行测试调整，降低成本。
图3展示了当第一级功率放大管T1与第二级功率放大管T2为多个晶体管器件并联组成时的一种连接方式。偏置电路连接到功率放大管基极路径上的电阻属于原先偏置电路中的一部分，为热稳定电阻，用以防止大功率下热效应引起的晶体管热崩塌。
图4展示了一实施实例二次谐波随输入功率变化仿真结果对比，三条曲线分别为在每级射频放大管的基极和集电极匹配网络中都添加谐波抑制网络，只在射频输出端添加谐波抑制网络和不添加谐波抑制网络，结果显示本发明具有很好的谐波抑制作用。
图5展示了一实施实例输出信号相位随输入功率变化仿真结果对比，三条曲线分别为在每级射频放大管的基极和集电极匹配网络中都添加谐波抑制网络，只在射频输出端添加谐波抑制网络和不添加谐波抑制网络，显示，本发明相位随输入功率变化低于只在射频输出端添加谐波抑制网络和不添加谐波抑制网络的变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器包括：第一级功率放大管、第二级功率放大器、第一谐波抑制网络、第二谐波抑制网络、第三谐波抑制网络、输入匹配网络、输出匹配网络、级间匹配网络、射频扼流网络以及偏置电路，其中：
所述偏置电路分别连接到每级功率放大管的基极，用于提供功率放大管所需要的偏置电流；
所述射频扼流网络一端连接到每级功率放大管的集电极，另一端连接到电源VCC，用于提供功率放大管所需的偏置电压，同时阻止射频信号泄露到电源；
所述输入匹配网络一端连接到射频输入端，一端连接到第一级功率放大管的基极，用于给第一级功率放大管提供源阻抗，所述输入匹配网络还连接第一谐波抑制网络；
所述级间匹配网络一端连接到第一级功率放大管的集电极，一端连接第二级功率放大管的基极，用以给第一级功率放大管提供负载阻抗，为第二级功率放大管提供源阻抗；所述级间匹配网络还连接第二谐波抑制网络；
所述输出匹配网络一端连接功率放大管集电极，一端连接射频输出端，所述输出匹配网络还连接第三谐波抑制网络。
2.根据权利要求1所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述第一谐波抑制网络和第二谐波抑制网络结构相同，均包括串联的电容和电感，其中，第一谐波抑制网络包括串联的电感Lf1和电容Cf1；第二谐波抑制网络包括串联的电感Lf2和电容Cf2。
3.根据权利要求2所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于， 所述第三谐波抑制网络包括第一支路与第二支路，所述第一支路包括串联的电感Lf3和电容Cf3，连接在第二级功率放大管的集电极与地之间，所述第二支路包括串联的电感Lf4和电容Cf4，所述第二支路串联在输出匹配网络与射频输出端之间。
4.根据权利要求3所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述电容Cf1、电容Cf2、电容Cf3以及电容Cf4均为可变电容。
5.根据权利要求1所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络包含电容C1和电感L1，所述电容C1一端连接第一级功率放大管基极，一端连接所述电感L1，电感L1另一端接地，第一谐波抑制网络连接在电容C1和电感L1的连接点。
6.根据权利要求5所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述级间匹配网络包含电容C2和电容C3，所述电容C2和电容C3串联，所述第二谐波抑制网络连接在电容C2和电容C3的连接点，所述电容C2为可变电容。
7.根据权利要求6所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，所述第一级功率放大管为多个，所述电容C1为多个电容，多个电容一端都连接在一起，与电感L1连接，另一端分别连接一个第一级功率放大管；所述第二级功率放大管为多个，所述电容C3为多个电容，每个电容一端都连接在一起，与电容C2连接，另一端分别连接一个第二级功率放大管。
8.根据权利要求1所述的带有谐波抑制网络的射频功率放大器，其特征在于，输出匹配网络包括电容C4、电容C5和电感L2，电容C4一端接地，另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与电感L2的一端连接，电感L2另一端接地。
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