CN218829866U - 射频功率放大器及射频芯片 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种射频功率放大器及射频芯片，射频功率放大器包括依次连接的信号输入端、功率检测模块、偏置电压控制模块、第一放大器模块、偏置电路、第二放大器模块以及信号输出端；偏置电路的输入端连接至外部的第一固定电压，偏置电路的输出端连接至第一放大器模块，并使第一放大器模块在射频功率放大器的功率范围内始终处于开启状态；偏置电压控制模块的输出端连接第二放大器模块的输入端，并将功率检测模块对射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压；第一放大器模块的输出端和第二放大器模块的输出端共同与信号输出端连接。本实用新型的射频功率放大器及射频芯片能同时升功率放大器的效率与线性度，结构简单。

Description

射频功率放大器及射频芯片
技术领域
本实用新型涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器及射频芯片。
背景技术
随着人类进入信息化时代，无线通信技术有了飞速发展，从手机，无线局域网，蓝牙等已成为社会生活和发展不可或缺的一部分。无线通信技术的进步离不开射频电路和微波技术的发展。在无线收发系统中，射频功率放大器是重要的组成部分之一。作为高功率非线性器件的射频功率放大器(PA)位于射频发射机的末级，是无线通信基站系统中最为核心的模块之一，同时它也是整个系统最主要的耗能模块，因此射频功放的设计对整个无线通信基站系统的性能起着至关重要的作用。特别是随着近几年来5G无线通信基站系统的进一步部署，对功放的效率和线性度都提出了更高的要求。
现有技术中一般采用功率回退的方式提升功放的线性度，使得射频功率放大器远离饱和区，进入线性区以满足线性度要求。然而这种方式会大大降低功率放大器的效率，无法实现同时提升效率与线性度的目的。
目前较为广泛应用的一种提升功放回退区效率的方法是包络跟踪技术，它根据输入射频功率的大小调整功放的偏置电压，使得功放始终工作在饱和状态，从而有效提升功放在整个功率范围内的平均效率。但由于功放的增益会随偏置电压变化而变化，一般情况下，包络跟踪放大器比恒定电压的功率放大器的线性度要差。
实用新型内容
针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种射频功率放大器及射频芯片，以解决传统的射频功率放大器在应用时不能同时提升功率放大器的效率与线性度的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
第一方面，本实用新型实施例提供一种射频功率放大器，所述射频功率放大器包括依次连接的信号输入端、功率检测模块、偏置电压控制模块、第一放大器模块、偏置电路、第二放大器模块以及信号输出端；
所述功率检测模块的输入端连接所述信号输入端并对所述信号输入端输入的射频信号进行功率检测，所述功率检测模块的输出端分别输出至所述第一放大器模块的输入端和所述偏置电压控制模块的输入端；
所述偏置电路的输入端连接至外部的第一固定电压，所述偏置电路的输出端连接至所述第一放大器模块，用于为所述第一放大器模块提供偏置电压，并使所述第一放大器模块在所述射频功率放大器的功率范围内始终处于开启状态；
所述偏置电压控制模块的输出端连接所述第二放大器模块的输入端，并将所述功率检测模块对所述射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压，用于为第二放大器模块提供偏置电压；
所述第一放大器模块的输出端和所述第二放大器模块的输出端共同与所述信号输出端连接。
优选的，所述第一放大器模块包括第一电容、第一晶体管以及第一电感；所述第一电容的第一端作为所述第一放大器模块的输入端连接至所述功率检测模块的输出端，所述第一电感的第一端连接至所述偏置电路的输出端，所述第一电容的第二端分别与所述第一晶体管的基极和所述第一电感的第二端连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的集电极作为所述第一放大器模块的输出端连接至所述信号输出端，所述第一晶体管的集电极还连接至电源电压；
所述第二放大器模块包括第二电容、第二晶体管以及第二电感；所述第二电感的第一端作为所述第二放大器模块的输入端连接至所述偏置电压控制模块的输出端，所述第二电容的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电容的第二端分别与所述第二电感的第二端和所述第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第二晶体管的集电极作为所述第二放大器模块的输出端连接至所述信号输出端，所述第二晶体管的集电极还连接至电源电压。
优选的，所述第一晶体管包括多个，多个所述第一晶体管并联设置。
优选的，所述第一放大器模块还包括第三电感，所述第三电感的第一端连接所述电源电压，所述第三电感的第二端连接所述第一晶体管的集电极。
优选的，所述第二晶体管包括多个，多个所述第二晶体管并联设置。
优选的，所述射频功率放大器还包括输入匹配网络，所述输入匹配网络的输入端连接所述功率检测模块的输出端，所述输入匹配网络的输出端连接所述第一放大器模块的输入端。
优选的，所述射频功率放大器还包括输出匹配网络，所述输出匹配网络的输入端连接所述第一放大器模块的输出端和所述第二放大器模块的输出端，所述输出匹配网络的输出端连接至所述信号输出端。
第二方面，本实用新型实施例提供了一种射频芯片，包括上述的射频功率放大器。
与相关技术相比，本实用新型的实施例中，通过将功率检测模块的输入端连接信号输入端并对信号输入端输入的射频信号进行功率检测，功率检测模块的输出端分别输出至第一放大器模块的输入端和偏置电压控制模块的输入端；偏置电路的输入端连接至外部的第一固定电压，偏置电路的输出端连接至第一放大器模块，用于为第一放大器模块提供偏置电压，并使第一放大器模块在射频功率放大器的功率范围内始终处于开启状态；偏置电压控制模块的输出端连接第二放大器模块的输入端，并将功率检测模块对射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压，用于为第二放大器模块提供偏置电压；第一放大器模块的输出端和第二放大器模块的输出端共同与信号输出端连接。第一固定电压为第一功率放大模块提供偏置，功率检测模块检测信号输入端输出的射频信号的功率大小，并将检测电压输入到偏置电压控制模块使其产生电压作为第二放大器模块的偏置电压；这样可以避免在低功率区使用过多的晶体管导致产生多余的功率耗散，有利于提升回退区的功放效率，另外，偏置电压控制模块可以根据功率检测电压的大小在第二放大器模块打开后在不同的功率范围为其提供动态偏置，使其在整个功率范围内保持增益稳定，从而优化功率放大器的增益平坦度，提升线性度；同时还能提升功率放大器的效率。
附图说明
下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附
图中：
图1为本实用新型实施例中功率放大器的电路图；
图2为本实用新型实施例中射频功率放大器的增益曲线；
图3为本实用新型实施例中射频功率放大器与现有技术的对比图。
其中，100、功率放大器，1、信号输入端，2、功率检测模块，3、输入匹配网络，4、偏置电压控制模块，5、第一放大器模块，6、第二放大器模块，7、输出匹配网络，8、信号输出端，9、偏置电路。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
请参阅图1-3所示，本实用新型实施例提供一种射频功率放大器100，所述射频功率放大器100包括依次连接的信号输入端1、功率检测模块2、偏置电压控制模块4、第一放大器模块5、偏置电路9、第二放大器模块6以及信号输出端8。
所述功率检测模块2的输入端连接所述信号输入端1并对所述信号输入端1输入的射频信号进行功率检测，所述功率检测模块2的输出端分别输出至所述第一放大器模块5的输入端和所述偏置电压控制模块4的输入端。
所述偏置电路9的输入端连接至外部的第一固定电压Vb1，所述偏置电路9的输出端连接至所述第一放大器模块5，用于为所述第一放大器模块5提供偏置电压，并使所述第一放大器模块5在所述射频功率放大器100的功率范围内始终处于开启状态。
所述偏置电压控制模块4的输出端连接所述第二放大器模块6的输入端，并将所述功率检测模块2对所述射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压Vb2，用于为第二放大器模块6提供偏置电压；所述第一放大器模块5的输出端和所述第二放大器模块6的输出端共同与所述信号输出端8连接。
具体的，通过将功率检测模块2的输入端连接信号输入端1，功率检测模块2的输出端将信号输入端1输入的射频信号进行检测输出两路射频功率信号，并分别输出至第一放大器模块5的输入端和偏置电压控制模块4的输入端，偏置电压控制模块4的输出端连接第二放大器模块6的输入端，第一放大器模块5的输出端和第二放大器模块6的输出端共同与信号输出端8连接。第一固定电压Vb1为第一功率放大模块提供偏置，功率检测模块2检测信号输入端1输出的射频信号的功率大小，并将检测电压输入到偏置电压控制模块4使其产生电压作为第二放大器模块6的第二固定电压Vb2；这样可以避免在低功率区使用过多的晶体管导致产生多余的功率耗散，有利于提升回退区的功放效率，另外，偏置电压控制模块4可以根据功率检测电压的大小在第二放大器模块6打开后在不同的功率范围为其提供动态偏置，使其在整个功率范围内保持增益稳定，从而优化功率放大器的增益平坦度，提升线性度；同时还能提升功率放大器的效率。
在本实施例中，所述第一放大器模块5包括第一电容C1、第一晶体管QA以及第一电感L1，所述第一电容C1的第一端作为所述第一放大器模块5的输入端连接至所述功率检测模块2的输出端，所述第一电感L1的第一端连接至偏置电路9的输出端，所述第一电容C1的第二端分别与所述第一晶体管QA的基极和所述第一电感L1的第二端连接，所述第一晶体管QA的发射极接地，所述第一晶体管QA的集电极作为所述第一放大器模块5的输出端连接至所述信号输出端8，所述第一晶体管QA的集电极还连接至电源电压Vcc。通过第一固定电压Vb1提供偏置电压，通过偏置电路9的输出端连接至第一放大器模块5，用于为所述第一放大器模块5提供偏置电压，并使所述第一放大器模块5在所述射频功率放大器100的功率范围内始终处于开启状态。通过第一晶体管QA对通过的射频信号进行放大后并连接至信号输出端8输出。
所述偏置电路9的第一端与所述第一固定电压Vb1连接，所述偏置电路9的第二端与所述第一电感L1的第一端连接。通过偏置电路9对输入的第一固定电压Vb1进行处理，方便与第一电容C1的第二端和第一晶体管QA的基极连接，使得第一放大器模块5在整个功率范围内始终处于开启状态，并由固定第一固定电压Vb1为其提供偏置，功率放大效果好。
所述偏置电压控制模块4的输出端输出第二固定电压Vb2至所述第二放大器模块6的输入端，所述第二放大器模块6包括第二电容C2、第二晶体管QB以及第二电感L2，所述第二电感L2的第一端作为所述第二放大器模块6的输入端连接至所述偏置电压控制模块4的输出端，所述第二电容C2的第一端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第二电容C2的第二端分别与所述第二电感L2的第二端和所述第二晶体管QB的基极连接，所述第二晶体管QB的发射极接地，所述第二晶体管QB的集电极作为所述第二放大器模块6的输出端连接至所述信号输出端8。通过偏置电压控制模块4将所述功率检测模块2对所述射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压Vb2，用于为第二放大器模块6提供偏置电压。第二放大器模块的第二电容C2和第二电感L2对输入的偏置电压进行谐振处理，使得第二放大器模块6的第二晶体管QB在不同的功率范围内增益稳定，并将放大的信号与第一晶体管QA放大的信号共同连接至信号输出端8，通过信号输出端8连接至外部设备或天线。
在本实施例中，所述第一晶体管QA包括多个，多个所述第一晶体管QA并联设置。例如，第一晶体管QA包括N个晶体管并联组成，其中，N为1,2,3,4等等，因此，多个第一晶体管包括晶体管QA1至晶体管QAN，用于对射频信号进行功率放大。
其中，当多个晶体管并联时，每个晶体管都对应设置有电容和电感，比如以第一晶体管QA包括两个为例说明：两个第一电容C1的第一端分别连接功率检测模块2的输出端，两个第一电感L1的第一端连接偏置电路9的输出端，两个第一电容C1的第二端和两个第一电感L1的第二分别连接两个第一晶体管QA的基极，两个第一晶体管QA的集电极连接信号输出端8，两个第一晶体管QA的发射极分别接地。
同理，还可以为3个，4个等，具体个数根据实际情况选择。
在本实施例中，所述第一放大器模块5还包括第三电感L3，所述第三电感L3的第一端连接所述电源电压，所述第三电感L3的第二端连接所述第一晶体管QA的集电极。
在本实施例中，所述第二晶体管QB包括多个，多个所述第二晶体管QB并联设置。例如，第二晶体管QB包括M个晶体管并联组成，其中，M为1,2,3,4等等，因此，多个第二晶体管包括晶体管QB1至晶体管QBM，用于对射频信号进行功率放大。
可选的，第一晶体管QA和第二晶体管QB可以是三极管、场效应管等。均用于对射频功率进行放大处理。
其中，当多个晶体管并联时，每个晶体管都对应设置有电容和电感，比如以第二晶体管QB包括两个为例说明：两个第二电容C2的第一端分别连接，两个第二电感L2的第一端连接偏置电压控制模块4的输出端，两个第二电容C2的第二端和两个第二电感L2的第二分别连接两个第二晶体管QB的基极，两个第二晶体管QB的集电极连接信号输出端，两个第二晶体管QB的发射极分别接地。
同理，还可以为3个，4个等，具体个数根据实际情况选择。
在本实施例中，所述射频功率放大器100还包括输入匹配网络3，所述输入匹配网络3的输入端连接所述功率检测模块2的输出端，所述输入匹配网络3的输出端连接所述第一放大器模块5的输入端。用于为第一放大器模块5提供输入匹配，以保证输出的射频功率最大，便于第一放大器模块5进行功率放大。
在本实施例中，所述射频功率放大器100还包括输出匹配网络7，所述输出匹配网络7的输入端连接所述第一放大器模块5的输出端和所述第二放大器模块6的输出端，所述输出匹配网络7的输出端连接至所述信号输出端8。通过输出匹配网络7将第一放大器模块5和第二放大器模块6输出的射频功率进行合成匹配后，通过输出匹配网络7输出至信号输出端8。
本实施例中，第一放大器模块5在整个功率范围内始终处于开启状态，并由固定电压Vb1为其提供偏置。射频信号进入射频功率放大器100后首先经过功率检测模块2，它用于检测输入射频信号的功率大小，并输出检测电压Vdet，偏置电压控制模块4接收到Vdet电压后将其转换为第二固定电压Vb2作为第二放大器模块6的偏置电压。如图2所示，当输入功率为0时，Vdet＝0，第二放大器模块6处于关闭状态，随着输入功率的增大，检测电压Vdet也逐渐增大，当输入射频功率大于预设值VP时，第二放大器模块6开始工作，此时偏压控制模块可根据输入功率的大小调整第二放大器模块6的偏置电压Vb2，使其在不同的功率范围内保持增益稳定，从而优化射频功率放大器100的增益平坦度，便于提升线性度。
如图3所示，其中，虚线表示现有技术的两种情况，对于情况一，在所有的功率范围内，第一放大器模块5与第二放大器模块6均处于开启状态，这会导致在较低的功率区域，产生多余的耗散功率，导致低功率区的效率降低。对于情况二，在所有的功率范围内，仅开启第一放大器模块5，第二放大器模块6关闭，其低功率区的效率相比情况一有了明显提升，但存在饱和功率降低的问题。实线为本发明的输出功率曲线，通过第一放大器模块5打开，第二放大器模块6自动根据检测电压进行调节开启和关闭，从而提高射频功率放大器100整体的输出功率及功放效率。本发明实施例提供的射频功率放大器100可以在提升饱和功率的同时达到和情况二一样的回退效率；进而提升射频功率放大器100的线性度指标。
实施例二
本实用新型实施例提供了一种射频芯片，包括上述实施例一的射频功率放大器100。
需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (8)

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依次连接的信号输入端、功率检测模块、偏置电压控制模块、第一放大器模块、偏置电路、第二放大器模块以及信号输出端；
所述功率检测模块的输入端连接所述信号输入端并对所述信号输入端输入的射频信号进行功率检测，所述功率检测模块的输出端分别输出至所述第一放大器模块的输入端和所述偏置电压控制模块的输入端；
所述偏置电路的输入端连接至外部的第一固定电压，所述偏置电路的输出端连接至所述第一放大器模块，用于为所述第一放大器模块提供偏置电压，并使所述第一放大器模块在所述射频功率放大器的功率范围内始终处于开启状态；
所述偏置电压控制模块的输出端连接所述第二放大器模块的输入端，并将所述功率检测模块对所述射频信号进行功率检测后输出的检测电压转换为第二固定电压，用于为第二放大器模块提供偏置电压；
所述第一放大器模块的输出端和所述第二放大器模块的输出端共同与所述信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一放大器模块包括第一电容、第一晶体管以及第一电感；所述第一电容的第一端作为所述第一放大器模块的输入端连接至所述功率检测模块的输出端，所述第一电感的第一端连接至所述偏置电路的输出端，所述第一电容的第二端分别与所述第一晶体管的基极和所述第一电感的第二端连接，所述第一晶体管的发射极接地，所述第一晶体管的集电极作为所述第一放大器模块的输出端连接至所述信号输出端，所述第一晶体管的集电极还连接至电源电压；
所述第二放大器模块包括第二电容、第二晶体管以及第二电感；所述第二电感的第一端作为所述第二放大器模块的输入端连接至所述偏置电压控制模块的输出端，所述第二电容的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电容的第二端分别与所述第二电感的第二端和所述第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管的发射极接地，所述第二晶体管的集电极作为所述第二放大器模块的输出端连接至所述信号输出端，所述第二晶体管的集电极还连接至电源电压。
3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一晶体管包括多个，多个所述第一晶体管并联设置。
4.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一放大器模块还包括第三电感，所述第三电感的第一端连接所述电源电压，所述第三电感的第二端连接所述第一晶体管的集电极。
5.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第二晶体管包括多个，多个所述第二晶体管并联设置。
6.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括输入匹配网络，所述输入匹配网络的输入端连接所述功率检测模块的输出端，所述输入匹配网络的输出端连接所述第一放大器模块的输入端。
7.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器还包括输出匹配网络，所述输出匹配网络的输入端连接所述第一放大器模块的输出端和所述第二放大器模块的输出端，所述输出匹配网络的输出端连接至所述信号输出端。
8.一种射频芯片，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的射频功率放大器。
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