CN219268822U - 射频功率放大器及射频功放模组 - Google Patents

射频功率放大器及射频功放模组 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种射频功率放大器及射频功放模组，其中，所述功率放大器包括依次连接的信号输入端、驱动级功率放大器、放大级功率放大器和信号输出端、连接至所述驱动级功率放大器的驱动级偏置电路、连接至所述放大级功率放大器的放大级偏置电路、分别连接至所述驱动级功率放大器的输入端和所述驱动级功率放大器的输出端的反馈增益调节电路、以及分别连接至所述驱动级功率放大器、所述放大级功率放大器和所述反馈增益调节电路并为其供电的电源模块；所述反馈增益调节电路包括二极管、第一电阻以及RC反馈电路。本实用新型可以使射频功率放大器保证低增益下线性度，以满足5G‑NR通讯系统的要求。

Description

射频功率放大器及射频功放模组
【技术领域】
本实用新型涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器及射频功放模组。
【背景技术】
通信领域的射频功率放大器(PowerAmplifier，PA)是无线通信链路中的关键单元之一，其作用是将经过调制携带了调制信息的电信号(射频信号)放大至一定的功率水平，并能激发后端的天线产生相应的电磁波信号，以实现无线信号传输。相对4G LTE射频功率放大器，5G NR射频功率放大器对线性度的要求更高，特别是CP-256QAM调制信号下的EVM线性度指标，对于射频功率放大器提出了更高的要求。
受限于5G手机通讯系统中基带的输出功率的动态范围，在低于-50dBm的输出功率下无法满足基带信号的线性度要求，因此5G-NR射频功率放大器需要支持低增益模式工作。而相关技术中降低增益的方法为降低射频功率放大器的静态电流，这种方法虽然可以降低增益，但会恶化射频功率放大器的线性度，无法满足5G-NR通讯系统的要求。
如图7所示，相关技术中的射频功率放大器主要包括依次连接的信号输入端、驱动级功率放大器、放大级功率放大器和信号输出端、以及为驱动级功率放大器提供第一偏置电流的驱动级偏置电路和为放大级功率放大器提供第二偏置电流的放大级偏置电路等；当射频功率放大器工作在高功率模式时，电源模块为其输入高电压，第一偏置电流和第二偏置电流均为最大偏置电流，以提高增益，当射频功率放大器工作在低功率模式时，电源模块为其输入低电压，第一偏置电流和第二偏置电流均为最小偏置电流，这种方式虽然能降低增益，但小功率(-10dBm)与大功率(10dBm)对应的增益差值大于5dB如图8所示，且小功率与大功率对应的相位差值大于10°如图9所示，从而使得射频功率放大器无法保证低增益下的线性度，也无法满足5G-NR通讯系统的要求。
【实用新型内容】
本实用新型的目的在于提供一种新的射频功率放大器，以解决相关射频功率放大器无法保证低增益下的线性度，且无法满足5G-NR通讯系统要求的问题。
为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型提供了其包括依次连接的信号输入端、驱动级功率放大器、放大级功率放大器和信号输出端、以及连接至所述驱动级功率放大器的驱动级偏置电路和连接至所述放大级功率放大器的放大级偏置电路；所述射频功率放大器还包括分别连接至所述驱动级功率放大器的输入端和所述驱动级功率放大器的输出端的反馈增益调节电路、以及分别连接至所述驱动级功率放大器、所述放大级功率放大器和所述反馈增益调节电路并为其供电的电源模块；
所述反馈增益调节电路包括二极管、第一电阻以及RC反馈电路；
所述二极管的负极连接至所述电源模块；所述第一电阻的第一端连接至所述二极管的正极，所述第一电阻的第二端连接至所述电源模块；所述RC反馈电路的输入端连接至所述二极管的正极，所述RC反馈电路的第一输出端连接至所述驱动级功率放大器的输入端，所述RC反馈电路的第二输出端连接至所述驱动级功率放大器的输出端；
所述RC反馈电路用于根据所述驱动级功率放大器的工作电压调节自身电阻值，以使所述驱动级功率放大器的增益提高或降低。
优选的，所述RC反馈电路包括电容、第二电阻以及第三电阻；
所述电容的第一端作为所述RC反馈电路的第一输出端；所述第二电阻的第一端与所述电容的第二端连接，所述第二电阻的第二端作为所述RC反馈电路的输入端；所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第三电阻的第二端作为所述RC反馈电路的第二输出端。
优选的，所述电源模块包括第一电源和第二电源；
所述第一电源分别连接至所述反馈增益调节电路和所述第二电源；所述第二电源分别连接至所述驱动级功率放大器和所述放大级功率放大器。
优选的，所述电容的电容值范围为1PF-5PF，所述第一电阻的阻值为800Ω，所述第二电阻的阻值为100Ω，所述第三电阻的阻值为700Ω。
第二方面，本实用新型提供了一种射频功放模组，所述射频功放模组包括如上所述的射频功率放大器。
与相关技术相比，本实用新型中的射频功率放大器通过在驱动级功率放大器的输入端和驱动级功率放大器的输出端增加反馈增益调节电路，该反馈增益调节电路包括二极管、第一电阻以及RC反馈电路，且RC反馈电路用于根据驱动级功率放大器的工作电压调节自身电阻值，以使驱动级功率放大器的增益提高或降低，这样当射频功率放大器工作在高功率模式时，其工作电压为高电平，第一电阻便可以选取适合的电阻值使二极管的正向压差低于1.2V，此时二极管无法导通，相应的RC反馈电路中的电阻值增大，以提高驱动级功率放大器的增益，而当射频功率放大器工作在低功率模式时，其工作电压为低电平，第一电阻便可以选取适合的电阻值使二极管的正向压差高于1.2V，此时二极管导通，相应的RC反馈电路中的电阻值减小，以降低驱动级功率放大器的增益，整个降低增益的过程均只需要调节RC反馈电路中的电阻值，无需降低第一偏置电流和第二偏置电流，小功率和大功率对应的增益差值小于0.5dB，且小功率与大功率对应的相位差值小于1°，从而使得射频功率放大器保证了低增益下的线性度，以满足5G-NR通讯系统的要求。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图，其中：
图1为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器的电路连接示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器中反馈增益调节电路的电路连接示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器工作于高功率模式时RC反馈电路的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器工作于低功率模式时RC反馈电路的结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器工作时的增益曲线示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种射频功率放大器工作时的相位曲线示意图；
图7为相关技术提供的一种射频功率放大器的电路连接示意图；
图8为相关技术提供的一种射频功率放大器工作时的增益曲线示意图；
图9为相关技术提供的一种射频功率放大器工作时的相位曲线示意图。
其中，100、射频功率放大器；1、信号输入端；2、驱动级功率放大器；3、放大级功率放大器；4、信号输出端；5、驱动级偏置电路；6、放大级偏置电路；7、反馈增益调节电路；71、RC反馈电路；8、电源模块；81、第一电源；82、第二电源。
【具体实施方式】
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，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供了一种射频功率放大器100，结合图1和图2所示，其包括依次连接的信号输入端1、驱动级功率放大器2、放大级功率放大器3和信号输出端4、以及连接至驱动级功率放大器2的驱动级偏置电路5和连接至放大级功率放大器3的放大级偏置电路6；射频功率放大器100还包括分别连接至驱动级功率放大器2的输入端和驱动级功率放大器2的输出端的反馈增益调节电路7、以及分别连接至驱动级功率放大器2、放大级功率放大器3和反馈增益调节电路7的电源模块8。
其中，驱动级功率放大器2用于将信号输入端1输入的射频信号进行一级功率放大；放大级功率放大器3用于将经过一级功率放大后的射频信号进行二级功率放大。
信号输出端4用于将经过二级功率放大后的射频信号向下一级电路输出。
驱动级偏置电路5用于为驱动级功率放大器2提供第一偏置电流Ib1；放大级偏置电路6用于为放大级功率放大器3提供第二偏置电流Ib2。
反馈增益调节电路7包括二极管Diode、第一电阻R1以及RC反馈电路71。
二极管Diode的负极连接至电源模块8；第一电阻R1的第一端连接至二极管Diode的正极，第一电阻R1的第二端连接至电源模块8；RC反馈电路71的输入端连接至二极管Diode的正极，RC反馈电路71的第一输出端连接至驱动级功率放大器2的输入端，RC反馈电路71的第二输出端连接至驱动级功率放大器2的输出端。
RC反馈电路71用于根据驱动级功率放大器2的工作电压调节自身电阻值，以使驱动级功率放大器2的增益提高或降低。
电源模块8用于分别为驱动级功率放大器2、放大级功率放大器3和反馈增益调节电路7供电。
具体地，RC反馈电路71包括电容C、第二电阻R2以及第三电阻R3。
电容C的第一端作为RC反馈电路71的第一输出端；第二电阻R2的第一端与电容C的第二端连接，第二电阻R2的第二端作为RC反馈电路71的输入端；第三电阻R3的第一端与第二电阻R2的第二端连接，第三电阻R3的第二端作为RC反馈电路71的第二输出端。
具体地，电源模块8包括第一电源81和第二电源82。
第一电源81分别连接至反馈增益调节电路7和第二电源82；第二电源82分别连接至驱动级功率放大器2和放大级功率放大器3。
第一电源81为反馈增益调节电路7内的器件以及第二电源82供电；由于驱动级功率放大器2和放大级功率放大器3所需要的电压较大，因此需要与第一电源81连接的第二电源82进行独立供电。
本实施例中，电容C可以根据工作频率选取一个合适的电容值，如1PF-5PF；第一电阻可根据实际需求选取一个合适的阻值，如800Ω；第二电阻R2和第三电阻R3根据降低增益的需求可以选取一个合适的阻值，如第二电阻R2为100欧姆，第三电阻R3为700欧姆；二极管Diode与第三电阻R3并联，第三电阻R3的第一端通过第一电阻R1与第一电源81连接，第三电阻R3的第二端则与驱动级功率放大器2的晶体管集电极连接。
本实施例的射频功率放大器100中反馈增益调节电路7的工作原理为：当射频功率放大器100工作在高功率模式时，其工作电压为高电平，即第二电源82的置于高电平，第一电阻R1可以选取适合的电阻值使二极管Diode正向压差低于1.2V，此时二极管Diode无法导通，驱动级功率放大器2等效的RC反馈电路71如图3所示，RC反馈电路71中的电阻值较大，以提高驱动级功率放大器2的增益，即提高驱动级功率放大器2增益为高；当射频功率放大器100工作在高低功率模式时，其工作电压为高电平，即第二电源82的置于低电平(小于1V)，第一电阻R1可以选取适合的电阻值使二极管Diode正向压差高于1.2V，即二极管Diode正向导通电压高于1.2V，此时二极管Diode无法导通，驱动级功率放大器2等效的RC反馈电路71如图4所示，RC反馈电路71中的电阻值较小，以降低驱动级功率放大器2的增益，即驱动级功率放大器2增益降低。整个增益降低的幅度只需要调节第二电阻R2和第三电阻R3的电阻值，无需降低驱动级偏置电路5的第一偏置电流Ib1和放大级偏置电路6的第二偏置电流Ib2，无论是高功率模式，还是低功率模式，第一偏置电流Ib1和第二偏置电流Ib2均可以取最大值，小功率(-10dBm)与大功率(10dBm)对应的增益差值小于0.5dB，如图5所示，小功率(-10dBm)与大功率(10dBm)对应的相位差值小于1°，如图6所示。小功率也可以简称低功率，大功率也可以简称高功率。
与相关技术相比，本实用新型中的射频功率放大器100通过在驱动级功率放大器2的输入端和驱动级功率放大器2的输出端增加反馈增益调节电路7，该反馈增益调节电路7包括二极管Diode、第一电阻R1以及RC反馈电路71，且RC反馈电路71用于根据驱动级功率放大器2的工作电压调节自身电阻值，以使驱动级功率放大器2的增益提高或降低，这样当射频功率放大器100工作在高功率模式时，其工作电压为高电平，第一电阻R1便可以选取适合的电阻值使二极管Diode的正向压差低于1.2V，此时二极管Diode无法导通，相应的RC反馈电路71中的电阻值增大，以提高驱动级功率放大器2的增益，而当射频功率放大器100工作在低功率模式时，其工作电压为低电平，第一电阻R1便可以选取适合的电阻值使二极管Diode的正向压差高于1.2V，此时二极管Diode导通，相应的RC反馈电路71中的电阻值减小，以降低驱动级功率放大器2的增益，整个降低增益的过程均只需要调节RC反馈电路71中的电阻值，无需降低第一偏置电流Ib1和第二偏置电流Ib2，小功率和大功率对应的增益差值小于0.5dB，且小功率与大功率对应的相位差值小于1°，从而使得射频功率放大器100保证了低增益下的线性度，以满足5G-NR通讯系统的要求。
另外，采用本实施例中射频功率放大器100降低增益的方式，还可以使其自动适应工作电压的变化，低电压时自动降低增益，无需增加控制管脚，在不增加成本的前提下保证了5G-NR通讯中射频功率放大器100低增益下的线性度，以满足5G-NR通讯系统的要求。
本实用新型还提供了一种射频功放模组的实施例，该射频功放模组包括上述实施例中的射频功率放大器100。由于本实施例中的射频功放模组包含了上述实施例中的射频功率放大器100，因此其也能达到上述实施例中射频功率放大器100所达到的技术效果，在此不作赘述。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种射频功率放大器，其包括依次连接的信号输入端、驱动级功率放大器、放大级功率放大器和信号输出端、以及连接至所述驱动级功率放大器的驱动级偏置电路和连接至所述放大级功率放大器的放大级偏置电路；其特征在于，所述射频功率放大器还包括分别连接至所述驱动级功率放大器的输入端和所述驱动级功率放大器的输出端的反馈增益调节电路、以及分别连接至所述驱动级功率放大器、所述放大级功率放大器和所述反馈增益调节电路并为其供电的电源模块；
所述反馈增益调节电路包括二极管、第一电阻以及RC反馈电路；
所述二极管的负极连接至所述电源模块；所述第一电阻的第一端连接至所述二极管的正极，所述第一电阻的第二端连接至所述电源模块；所述RC反馈电路的输入端连接至所述二极管的正极，所述RC反馈电路的第一输出端连接至所述驱动级功率放大器的输入端，所述RC反馈电路的第二输出端连接至所述驱动级功率放大器的输出端；
所述RC反馈电路用于根据所述驱动级功率放大器的工作电压调节自身电阻值，以使所述驱动级功率放大器的增益提高或降低。
2.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述RC反馈电路包括电容、第二电阻以及第三电阻；
所述电容的第一端作为所述RC反馈电路的第一输出端；所述第二电阻的第一端与所述电容的第二端连接，所述第二电阻的第二端作为所述RC反馈电路的输入端；所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第三电阻的第二端作为所述RC反馈电路的第二输出端。
3.如权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述电源模块包括第一电源和第二电源；
所述第一电源分别连接至所述反馈增益调节电路和所述第二电源；所述第二电源分别连接至所述驱动级功率放大器和所述放大级功率放大器。
4.如权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述电容的电容值范围为1PF-5PF，所述第一电阻的阻值为800Ω，所述第二电阻的阻值为100Ω，所述第三电阻的阻值为700Ω。
5.一种射频功放模组，其特征在于，所述射频功放模组包括如权利要求1至4任意一项所述的射频功率放大器。
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