CN209218048U - 改善谐波性能的宽带匹配电路及功率放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种改善谐波性能的宽带匹配电路，连接在功率放大器的功率放大级与信号输出端之间，宽带匹配电路包括扼流圈、分别谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络、分别谐振在不同的频率点的至少两三次谐波抑制网络以及宽带匹配网络，其中，扼流圈连接在功率放大级的输出端与电源之间；至少两二次谐波抑制网络分别连接在功率放大级的输出端与地之间，至少两二次谐波抑制网络的输出端与宽带匹配网络的输入端连接；至少两三次谐波抑制网络分别连接在宽带匹配网络的输出端与地之间，至少两三次谐波抑制网络的输出端与功率放大器的信号输出端连接。本实用新型实现了二次、三次谐波抑制网络的谐振频率点的灵活控制，提高功率放大器的效率。

Description

改善谐波性能的宽带匹配电路及功率放大器

技术领域

本实用新型涉及功率放大器技术领域，尤其涉及一种改善谐波性能的宽带匹配电路及具有该改善谐波性能的宽带匹配电路的功率放大器。

背景技术

射频功率放大器作为无线收发机中最关键的模块之一，也是耗能最大的一个模块。当输入信号增加到一定程度时，射频功率放大器会因工作在非线性区而产生一系列的谐波分量，这很大程度上影响了功率管放大器的性能。而且，传统的射频功率放大器通常是单频点匹配且匹配网络窄，单频点网络使得传输效率和有效功率依赖于负载的匹配，造成能量以热能方式损耗，而匹配网络窄就意味着需要分别为各个工作频带设置一个单独的功率放大器，增加了成本。

随着4G的商用和普及，研究第五代移动通信成为了时下的热点。5G通信要求单位时间内吞吐率更高、通信器件的能耗更低、电池的寿命更长等。目前，频谱资源十分紧缺，且各类通信设备所占用的频谱带宽也十分拥挤。因此，在保证射频功率放大器的输出信号不对其他频段的信号进行干扰的条件下，进一步扩宽射频功率放大器的工作频带，提高射频功率放大器的工作效率，节省带宽资源是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种改善谐波性能的宽带匹配电路，以提高功率放大器的效率，展宽频带利用带宽。

本实用新型的另一目的在于提供一种功率放大器，其改善谐波性能的宽带匹配电路能够提高功率放大器的效率，展宽频带利用带宽。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种改善谐波性能的宽带匹配电路，连接在功率放大器的功率放大级与信号输出端之间，所述改善谐波性能的宽带匹配电路包括扼流圈、分别谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络、分别谐振在不同的频率点的至少两三次谐波抑制网络以及宽带匹配网络，其中，所述扼流圈连接在功率放大级的输出端与电源之间；至少两所述二次谐波抑制网络分别连接在功率放大级的输出端与地之间，至少两所述二次谐波抑制网络的输出端与所述宽带匹配网络的输入端连接；至少两所述三次谐波抑制网络分别连接在所述宽带匹配网络的输出端与地之间，至少两所述三次谐波抑制网络的输出端与功率放大器的信号输出端连接。

较佳地，所述二次谐波抑制网络包括第一电感L1和第一电容C1，所述第一电感L1的第一端与功率放大级的输出端及所述宽带匹配网络的输入端连接，所述第一电感L1的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端接地。

较佳地，所述三次谐波抑制网络包括第二电感L2和第二电容C2，所述第二电感L2的第一端与所述宽带匹配网络的输出端及功率放大器的信号输出端连接，所述第二电感L2的第二端与所述第二电容C2的第一端连接，所述第二电容C2的第二端接地。

较佳地，所述宽带匹配网络包括高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路与所述二次谐波抑制网络的输出端连接，所述低通滤波电路的输入端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述低通滤波电路的输出端与所述三次谐波抑制网络连接。

较佳地，所述高通滤波电路包括第三电容C3和第三电感L3，所述第三电容C3的第一端与所述二次谐波抑制网络的输出端连接，所述第三电容C3的第二端与所述第三电感L3的第一端及所述低通滤波电路的输入端连接，所述第三电感L3的第二端接地。

较佳地，所述低通滤波电路包括第四电感L4和第四电容C4，所述第四电感L4的第一端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述第四电感L4的第二端与所述第四电容C4的第一端及所述三次谐波抑制网络的输入端连接，所述第四电容C4的第二端接地。

为实现另一目的，本实用新型还提供了一种功率放大器，所述功率放大器包括如上所述的改善谐波性能的宽带匹配电路。

与现有技术相比，本实用新型的改善谐波性能的宽带匹配电路包括谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络和至少两三次谐波抑制网络，可以有效抑制功率放大器的多个谐振频率点的二次谐波和三次谐波，有效提高了功率放大器的效率；而且，本实用新型的二次谐波抑制网络和三次谐波抑制网络均独立于宽带匹配网络，有利于实现二次谐波抑制网络和三次谐波抑制网络的谐振频率点的灵活控制；另外，本实用新型的二次谐波抑制网络、三次谐波抑制网络与宽带匹配网络相互配合，在降低了输出信号的谐波失真的同时也展宽了频带利用带宽，提高了功率放大器的整体输出效率；此外，宽带匹配网络连接在二次谐波抑制网络和三次谐波抑制网络之间，相较于将宽带匹配网络连接在功率放大器的信号输出端的方式，减少了各个网络之间的干扰，进一步提高了功率放大器的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例改善谐波性能的宽带匹配电路的组成结构示意框图。

图2是本实用新型实施例改善谐波性能的宽带匹配电路的电路原理图。

图3是本实用新型实施例二次谐波抑制网络与其他部分的电路关系示意图。

图4是本实用新型实施例三次谐波抑制网络与其他部分的电路关系示意图。

图5是本实用新型实施例宽带匹配网络与其他部分的电路关系示意图。

图6是现有技术中常用的宽带匹配电路的插损特性仿真曲线。

图7是本实用新型改善谐波性能的宽带匹配电路的插损特性仿真曲线。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图5，本实用新型公开了一种改善谐波性能的宽带匹配电路100，连接在功率放大器的功率放大级210与信号输出端之间，改善谐波性能的宽带匹配电路100包括扼流圈L0、分别谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络1、分别谐振在不同的频率点的至少两三次谐波抑制网络2以及宽带匹配网络3，其中，扼流圈L0连接在功率放大级210的输出端与电源VCC之间；至少两二次谐波抑制网络1分别连接在功率放大级210的输出端与地之间，至少两二次谐波抑制网络1的输出端与宽带匹配网络3的输入端连接；至少两三次谐波抑制网络2分别连接在宽带匹配网络3的输出端与地之间，至少两三次谐波抑制网络2的输出端与功率放大器的信号输出端连接。其中，扼流圈L0用于阻断交流信号，二次谐波抑制网络1用于抑制二次谐波，三次谐波抑制网络2用于抑制三次谐波。

作为优选实施例，二次谐波抑制网络1包括第一电感L1和第一电容C1，第一电感L1的第一端与功率放大级210的输出端及宽带匹配网络3的输入端连接，第一电感L1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端接地。

当然，在一些实施例中，也可以将第一电感L1和第一电容C1的位置对调(即第一电容C1的第一端与功率放大级210的输出端及宽带匹配网络3的输入端连接，第一电容C1的第二端与第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端接地)，故不应以此为限。

作为优选实施例，改善谐波性能的宽带匹配电路100包括两个以上的二次谐波抑制网络1，两个以上的二次谐波抑制网络1谐振在不同的频率点上。二次谐波抑制网络1的谐振频率点符合公式其中，f_2w为二次谐波抑制网络1的谐振频率，f₀为功率放大器的谐振频率，L1为二次谐波抑制网络1的电感值，C1为二次谐波抑制网络1的电容值。

作为优选实施例，根据功率放大器的工作频率范围将n个二次谐波抑制网络1的谐振频率以一定的频率间隔设置(通过改变二次谐波抑制网络1的电感值和电容值)。例如，当功率放大器工作在2.3GHZ～2.7GHZ之间，而n为3时，可以设置3个二次谐波抑制网络1的谐振频率分别为4.8GHZ、5.0GHZ、5.2GHZ。

作为优选实施例，三次谐波抑制网络2包括第二电感L2和第二电容C2，第二电感L2的第一端与宽带匹配网络3的输出端及功率放大器的信号输出端连接，第二电感L2的第二端与第二电容C2的第一端连接，第二电容C2的第二端接地。

当然，在一些实施例中，也可以将第二电感L2和第二电容C2的位置对调(即第二电容C2的第一端与宽带匹配网络3的输出端及功率放大器的信号输出端连接，第二电容C2的第二端与第二电感L2的第一端连接，第二电感L2的第二端接地)，故不应以此为限。

作为优选实施例，改善谐波性能的宽带匹配电路100包括两个以上的三次谐波抑制网络2，两个以上的三次谐波抑制网络2谐振在不同的频率点上。三次谐波抑制网络2的谐振频率点符合公式其中，f_3w为三次谐波抑制网络2的谐振频率，f₀为功率放大器的谐振频率，L2为三次谐波抑制网络2的电感值，C2为三次谐波抑制网络2的电容值。

作为优选实施例，根据功率放大器的工作频率范围将n个三次谐波抑制网络2的谐振频率以一定的频率间隔设置(通过改变三次谐波抑制网络2的电感值和电容值)。例如，当功率放大器工作在2.3GHZ～2.7GHZ之间，而n为3时，可以设置3个三次谐波抑制网络2的谐振频率分别为7.2GHZ、7.5GHZ、7.8GHZ。

作为优选实施例，宽带匹配网络3包括高通滤波电路31和低通滤波电路32，高通滤波电路31与二次谐波抑制网络1的输出端连接，低通滤波电路32的输入端与高通滤波电路31的输出端连接，低通滤波电路32的输出端与三次谐波抑制网络2连接。

当然，在一些实施例中，也可以将高通滤波电路31和低通滤波电路32的位置对调，(即低通滤波电路32与二次谐波抑制网络1的输出端连接，高通滤波电路31的输入端与低通滤波电路32的输出端连接，高通滤波电路31的输出端与三次谐波抑制网络2连接)，故不应以此为限。

作为优选实施例，高通滤波电路31包括第三电容C3和第三电感L3，第三电容C3的第一端与二次谐波抑制网络1的输出端连接，第三电容C3的第二端与第三电感L3的第一端及低通滤波电路32的输入端连接，第三电感L3的第二端接地。

作为优选实施例，低通滤波电路32包括第四电感L4和第四电容C4，第四电感L4的第一端与高通滤波电路31的输出端连接，第四电感L4的第二端与第四电容C4的第一端及三次谐波抑制网络2的输入端连接，第四电容C4的第二端接地。

本实用新型还公开了一种功率放大器，包括如上所述的改善谐波性能的宽带匹配电路100。

图6为现有技术中常用的宽带匹配电路的插损特性仿真曲线，图7为本实用新型改善谐波性能的宽带匹配电路100的插损特性仿真曲线；对比图6和图7可以得知，本实用新型的改善谐波性能的宽带匹配电路100在频率点5.0GHZ和7.5GHZ分别改善了109db和132db，对二次谐波和三次谐波都达到了很好的抑制效果，减小了基波的谐波失真，可以大大提高功率放大器的效率和线性度。

与现有技术相比，本实用新型的改善谐波性能的宽带匹配电路100包括谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络1和至少两三次谐波抑制网络2，可以有效抑制功率放大器的多个谐振频率点的二次谐波和三次谐波，有效提高了功率放大器的效率；而且，本实用新型的二次谐波抑制网络1和三次谐波抑制网络2均独立于宽带匹配网络3，有利于实现二次谐波抑制网络1和三次谐波抑制网络2的谐振频率点的灵活控制；另外，本实用新型的二次谐波抑制网络1、三次谐波抑制网络2与宽带匹配网络3相互配合，在降低了输出信号的谐波失真的同时也展宽了频带利用带宽，提高了功率放大器的整体输出效率；此外，宽带匹配网络3连接在二次谐波抑制网络1和三次谐波抑制网络2之间，相较于将宽带匹配网络3连接在功率放大器的信号输出端的方式，减少了各个网络之间的干扰，进一步提高了功率放大器的效率。

以上所揭露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种改善谐波性能的宽带匹配电路，连接在功率放大器的功率放大级与信号输出端之间，其特征在于：所述改善谐波性能的宽带匹配电路包括扼流圈、分别谐振在不同的频率点的至少两二次谐波抑制网络、分别谐振在不同的频率点的至少两三次谐波抑制网络以及宽带匹配网络，其中，

所述扼流圈连接在功率放大级的输出端与电源之间；

至少两所述二次谐波抑制网络分别连接在功率放大级的输出端与地之间，至少两所述二次谐波抑制网络的输出端与所述宽带匹配网络的输入端连接；

至少两所述三次谐波抑制网络分别连接在所述宽带匹配网络的输出端与地之间，至少两所述三次谐波抑制网络的输出端与功率放大器的信号输出端连接。

2.如权利要求1所述的改善谐波性能的宽带匹配电路，其特征在于：所述二次谐波抑制网络包括第一电感L1和第一电容C1，所述第一电感L1的第一端与功率放大级的输出端及所述宽带匹配网络的输入端连接，所述第一电感L1的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端接地。

3.如权利要求1所述的改善谐波性能的宽带匹配电路，其特征在于：所述三次谐波抑制网络包括第二电感L2和第二电容C2，所述第二电感L2的第一端与所述宽带匹配网络的输出端及功率放大器的信号输出端连接，所述第二电感L2的第二端与所述第二电容C2的第一端连接，所述第二电容C2的第二端接地。

4.如权利要求1所述的改善谐波性能的宽带匹配电路，其特征在于：所述宽带匹配网络包括高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路与所述二次谐波抑制网络的输出端连接，所述低通滤波电路的输入端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述低通滤波电路的输出端与所述三次谐波抑制网络连接。

5.如权利要求4所述的改善谐波性能的宽带匹配电路，其特征在于：所述高通滤波电路包括第三电容C3和第三电感L3，所述第三电容C3的第一端与所述二次谐波抑制网络的输出端连接，所述第三电容C3的第二端与所述第三电感L3的第一端及所述低通滤波电路的输入端连接，所述第三电感L3的第二端接地。

6.如权利要求4所述的改善谐波性能的宽带匹配电路，其特征在于：所述低通滤波电路包括第四电感L4和第四电容C4，所述第四电感L4的第一端与所述高通滤波电路的输出端连接，所述第四电感L4的第二端与所述第四电容C4的第一端及所述三次谐波抑制网络的输入端连接，所述第四电容C4的第二端接地。

7.一种功率放大器，其特征在于：包括如权利要求1至6任一项所述的改善谐波性能的宽带匹配电路。