CN220896661U - 射频功率放大器频率和阻抗切换电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体提供一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路及装置，旨在解决如何实现射频功率放大器工作频率和负载阻抗的切换的问题。为此目的，本实用新型的一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路，包括信号输入端、射频功率放大器、阻抗变换器、第一射频开关、耦合线圈对组、第二射频开关和信号输出端；所述信号输入端连接射频功率放大器，射频功率放大器与阻抗变换器连接；所述耦合线圈对组包括至少两个耦合线圈对，各所述耦合线圈对被配置为具有不同的偶模阻抗、奇模阻抗或电长度；所述电路通过第一射频开关和第二射频开关接入不同耦合线圈对以实现射频功率放大器的工作频率和/或负载阻抗的切换。

Description

射频功率放大器频率和阻抗切换电路及装置

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，具体提供一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路及装置。

背景技术

伴随着无线通信技术的发展，市场对射频前端产品的性能日益提高，这给人们带来便利的同时，也对射频芯片的性能提出了更高的要求；射频功率放大器作为射频发射机中的重要组成部分，是一种应用于无线通信链路前端的功率器件，主要作用是放大信号发射功率，被广泛应用于许多场景，包括移动终端通讯、雷达发射、卫星通信和微波加热等。

对于射频功率放大器来说，其工作效率与其自身工作状态、负载阻抗有关，要实现最大功率传输，必须使得负载阻抗与源阻抗相匹配，阻抗不匹配会影响基波增益与谐波增益。

目前，射频功率放大器为了增加效率，与前端模块(FEM)更紧密结合在一起，而单一FEM则将支持更广泛的频段及调制模式，这就要求射频功率放大器能够支持多种模式、频率范围及调制模式，因此，如何实现切换射频功率放大器工作频率的同时，还能够使得其负载阻抗与源阻抗相匹配，显得尤为迫切。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本实用新型，以提供解决如何实现射频功率放大器工作频率和负载阻抗的切换的技术问题的一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路及装置。

在第一方面，本实用新型提供一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路，包括信号输入端、射频功率放大器、阻抗变换器、第一射频开关、耦合线圈对组、第二射频开关和信号输出端；

所述信号输入端连接所述射频功率放大器的输入端，所述射频功率放大器的输出端与所述阻抗变换器的输入端连接；

所述耦合线圈对组包括至少两个耦合线圈对，各所述耦合线圈对被配置为具有不同的偶模阻抗、奇模阻抗或电长度；

所述阻抗变换器的输出端通过第一射频开关的闭合/关断与所述耦合线圈对的输入端连接/断开；

所述耦合线圈对的输出端通过第二射频开关的闭合/关断与所述信号输出端连接/断开；

其中，所述阻抗变换器连接的耦合线圈对与所述信号输出端连接的耦合线圈对的相对应；所述电路通过第一射频开关和第二射频开关接入不同耦合线圈对以实现射频功率放大器的工作频率和/或负载阻抗的切换。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述第一射频开关包括至少两个输入端口和至少两个输出端口，所述第一射频开关的输入端口连接所述阻抗变换器的输出端，其输出端口连接各耦合线圈对的输入端；所述第一射频开关的输入端口和其任一输出端口可导通连接。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述第一射频开关为双刀多掷开关。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述第二射频开关包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述第二射频开关的输入端口连接各耦合线圈对的输出端，其输出端口连接信号输出端；所述第二射频开关的任一输入端口和其输出端口可导通连接。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述第二射频开关为单刀多掷开关。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述耦合线圈对组包括第一耦合线圈对和第二耦合线圈对；

所述第一耦合线圈对包括第一耦合线圈和第二耦合线圈；

所述第二耦合线圈对包括第三耦合线圈和第四耦合线圈；

所述第一耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第一输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第一输入端口；

所述第二耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第二输出端口，其输出端接地；

所述第三耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第三输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第二输入端口；

所述第四耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第四输出端口，其输出端接地。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述耦合线圈对组包括第三耦合线圈对，所述第三耦合线圈对包括第五耦合线圈和第六耦合线圈；

所述第五耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第五输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第三输入端口；

所述第六耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第六输出端口，其输出端接地。

在上述射频功率放大器频率和阻抗切换电路的一个技术方案中，

所述射频功率放大器为差分功率放大器。

在第二方面，本实用新型提供一种射频前端装置，包括如第一方面中任一项所述的射频功率放大器频率和阻抗切换。

本实用新型上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

在实施本实用新型的技术方案中，基于对电路的设计，阻抗变换器通过第一射频开关的闭合与关断来实现与耦合线圈对组的连接与断开，耦合线圈对组通过第二射频开关的闭合与关断来实现与信号输出端的连接与断开，通过改变连通的耦合线圈对，从而实现对射频功率放大器的工作频率和负载阻抗的切换，结构简单、易于实现、成本低廉。

附图说明

参照附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1是本实用新型的射频功率放大器频率和阻抗切换电路的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例一的阻抗变换器和耦合线圈对电路示意图；

图3是本实用新型的实施一的仿真效果示意图；

图4是本实用新型的实施例二的阻抗变换器和耦合线圈对电路示意图；

图5是本实用新型的实施二的仿真效果示意图；

图6是本实用新型的实施例三的阻抗变换器和耦合线圈对电路示意图；

图7是本实用新型的实施三的仿真效果示意图；

图8是本实用新型的实施例四的阻抗变换器和耦合线圈对电路示意图；

图9是本实用新型的实施四的仿真效果示意图；

图10是本实用新型的实施例五的阻抗变换器和耦合线圈对电路示意图；

图11是本实用新型的实施五的仿真效果示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

如背景技术所述，先要求射频功率放大器能够支持多种模式、频率范围和调制模式，因此需要再满足其工作频率的同时，能够使得射频功率放大器的负载阻抗与源阻抗相匹配，基于此，本实用新型提供了一种实现射频功率放大器工作频率和负载阻抗的切换电路。

具体的，如图1所示，本实用新型实施提供一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路，包括信号输入端、射频功率放大器201、阻抗变换器202、第一射频开关203、耦合线圈对组204、第二射频开关205和信号输出端；

信号输入端连接射频功率放大器201的输入端，射频功率放大器201的输出端与阻抗变换器202的输入端连接；

耦合线圈对组204包括至少两个耦合线圈对，各耦合线圈对被配置为具有不同的偶模阻抗、奇模阻抗或电长度；

阻抗变换器202的输出端通过第一射频开关203的闭合/关断与耦合线圈对的输入端连接/断开；

耦合线圈对的输出端通过第二射频开关205的闭合/关断与信号输出端连接/断开；

基于上述电路设置及连接关系，在本实用新型中，阻抗变换器202能够通过第一射频开关203选择连接的不同的耦合线圈对，信号输出端通过第二射频开关205连接与阻抗变换器202连接相对应的的耦合线圈对；由于不同耦合线圈对具有不同的圈偶模阻抗、奇模阻抗或电长度，本实用新型的切换电路能够通过第一射频开关203和第二射频开关205接入不同耦合线，对以实现射频功率放大器的工作频率和/或负载阻抗的切换。

进一步地，如图1所示，在本实用新型中，耦合线圈对组204包括两两组成耦合线圈对，例如图中，第一耦合线圈对、第二耦合线圈对和第三耦合线圈对，第一耦合线圈对包括第一耦合线圈206和第二耦合线圈207，第二耦合线圈对包括第三耦合线圈208和第四耦合线圈209，第三耦合线圈对包括第五耦合线圈210和第六耦合线圈211；

射频功率放大器201是一个差分功率放大器，INN、INP为差分功率放大器的两个差分输入端口，连接信号输入端，差分功率放大器的输出端口OUTP、OUTN分别连接到阻抗变换器202的第一输入端口和第二输入端口；阻抗变换器202的第一输出端口连接到第一射频开关203的第一输入端口，阻抗变换器202的第二输出端口连接到第一射频开关203的第二输入端口，第一射频开关203可以是一个双刀六掷开关，第二射频开关205是一个单刀三掷开关；

第一射频开关203的第一输出端口连接到第一耦合线圈206的输入端口，第一射频开关203的第二输出端口连接到第二耦合线圈207的输入端，第一射频开关203的第三输出端口连接到第三耦合线圈208的输入端，第一射频开关203的第四输出端口连接到第四耦合线圈209的输入端，第一射频开关203的第五输出端口连接到第五耦合线圈210的输入端，第一射频开关203的第六输出端口连接到第六耦合线圈211的输入端；

第一耦合线圈206的输出端连接到第二射频开关205的第一输出端口；第二耦合线圈207的输出端接地；第三耦合线圈208的输出端连接到第二射频开关205的第二输出端口；第四耦合线圈209的输出端接地；第五耦合线圈210的输出端连接到第二射频开关205的第三输出端口；第六耦合线圈211的输出端接地；第二射频开关205的输出端口连接到整个电路结构的输出端OUT，即信号输出端。

阻抗变换器202通过第一射频开关203闭合与关断实现与耦合线圈对组204的连接与断开，从而切换到不同的耦合线圈对；耦合线圈对组204通过第二射频开关205的闭合与关断实现与输出端OUT的连接与断开，从而实现不同的耦合线圈对与输出端OUT连接切换；通过选择不同的耦合线圈对之间的奇模阻抗Zo、偶模阻抗Ze或电长度E来实现射频功率放大器的工作频率和负载阻抗的切换。

需要说明的是，在本实用新型中，不对耦合线圈对的具体数量和模阻抗Zo、偶模阻抗Ze以及电长度E的数值做限制，在不偏离本实用新型的电路架构的前提下，数量和具体数值的更改或替换后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

为了更清晰地对本实用新型射频功率放大器频率和阻抗切换电路进行说明，下面结合具体实施例展开详述。

实施例一

如图2所示，本实施例的射频功率放大器频率和阻抗切换电路中，选择阻抗变换器202和通过第一射频开关连接的第一耦合线圈对，第一耦合线圈对包括第一耦合线圈206和第二耦合线圈207；其中，阻抗变换器202的偶模阻抗Ze1＝200ohm、奇模阻抗Zo1＝12ohm、电长度E1＝10，阻抗变换器输入端Z1接9ohm负载阻抗，耦合线圈对的输出端Z2接50ohm负载阻抗，目的为在2.49GHz～2.69GHz的频段内，实现9ohm～50ohm阻抗变换，因此，第一耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝18ohm、电长度E2＝15。

针对上述电路进行仿真，如图3所示，从图中可以看到，在2.49GHz～2.69GHz的频段内，S21(输入端到输出端的传输系数)小于-0.1dB，S11(输入端的回波损耗)小于-20dB，具有良好的隔离特性和更好的回波损耗的特性；同时可以看到输入端的阻抗Z1为9ohm，输出端的阻抗Z2为50ohm，实现了9ohm～50ohm的阻抗变换。

实施例二

如图4所示，本实施例的射频功率放大器频率和阻抗切换电路中，选择阻抗变换器202和通过第一射频开关连接的第二耦合线圈对，第二耦合线圈对包括第三耦合线圈208和第四耦合线圈209；其中，阻抗变换器202的偶模阻抗Ze1＝200ohm、奇模阻抗Zo1＝12ohm、电长度E1＝10，阻抗变换器输入端Z1接12ohm负载阻抗，耦合线圈对的输出端Z2接50ohm负载阻抗，目的为在2.49GHz～2.69GHz的频段内，实现12ohm～50ohm阻抗变换，因此，第二耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝23ohm、电长度E2＝20。

针对上述电路进行仿真，如图5所示，在相同的频段2.49GHz～2.69GHz内，S21(输入端到输出端的传输系数)小于-0.1dB，S11(输入端的回波损耗)小于-20dB，具有良好的性能；输入端口的阻抗Z1为12ohm，输出端口的阻抗Z2为50ohm，实现了12ohm～50ohm的阻抗变换；与9ohm～50ohm阻抗变换相比，固定阻抗变换器202不变，即阻抗变换器401的偶模阻抗Ze1、奇模阻抗Zo1、电长度E1不变，通过调整耦合线圈对的偶模阻抗Ze2、奇模阻抗Zo2、电长度E2来实现12ohm～50ohm的阻抗变换。

实施例三

如图6所示，本实施例的射频功率放大器频率和阻抗切换电路中，选择阻抗变换器202和通过第一射频开关连接的第三耦合线圈对，第三耦合线圈对包括第五耦合线圈210和第六耦合线圈211；其中，阻抗变换器202的偶模阻抗Ze1＝200ohm、奇模阻抗Zo1＝12ohm、电长度E1＝10，阻抗变换器输入端Z1接15ohm负载阻抗，耦合线圈对的输出端Z2接50ohm负载阻抗，目的为在2.49GHz～2.69GHz的频段内，实现15ohm～50ohm阻抗变换，因此，第三耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝25ohm、电长度E2＝15。

针对上述电路进行仿真，如图7所示，从图中可以看出，在相同的频段内，S21(输入端到输出端的传输系数)小于-0.1dB，S11(输入端的回波损耗)小于-20dB，具有良好的特性；阻抗变换器501的偶模阻抗Ze1、奇模阻抗Zo1、电长度E1与前两个结构的阻抗变换器相同，耦合线圈对502偶模阻抗Ze2保持300ohm不变，奇模阻抗Zo2调整为25ohm，电长度E2调整为15，输入端的阻抗Z1为15ohm，输出端的阻抗Z2为50ohm，实现了15ohm～50ohm的阻抗变换。

实施例四

如图8所示，本实施例的射频功率放大器频率和阻抗切换电路中，选择阻抗变换器202和通过第一射频开关连接的第四耦合线圈对，第四耦合线圈对包括第七耦合线圈212和第八耦合线圈213；其中，阻抗变换器202的偶模阻抗Ze1＝200ohm、奇模阻抗Zo1＝12ohm、电长度E1＝10，阻抗变换器输入端Z1接18ohm负载阻抗，耦合线圈对的输出端Z2接50ohm负载阻抗，目的为在2.49GHz～2.69GHz的频段内，实现18ohm～50ohm阻抗变换，因此，第四耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝30ohm、电长度E2＝15。

针对上述电路进行仿真，如图9所示，在相同的频段内，其S21(输入端到输出端的传输系数)小于-0.1dB，S11(输入端的回波损耗)小于-20dB，耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝30ohm、电长度E2＝15，其余与前面三个结构相同，输入端口的阻抗Z1为18ohm，输出端口的阻抗Z2为50ohm，实现了18ohm～50ohm的阻抗变换。

以此类推，当在图1的结构中，保持阻抗变换器202不变，改变连接的耦合线圈对，其具有不同的偶模阻抗Ze、奇模阻抗Zo、电长度E，通过第一射频开关203和第二射频开关205的闭合与断开，来切换射频功率放大器的负载阻抗。

实施例五

如图10所示，本实施例的射频功率放大器频率和阻抗切换电路中，选择阻抗变换器202和通过第一射频开关连接的第五耦合线圈对，第五耦合线圈对包括第七耦合线圈212和第八耦合线圈213；其中，阻抗变换器202的偶模阻抗Ze1＝200ohm、奇模阻抗Zo1＝12ohm、电长度E1＝10，阻抗变换器输入端Z1接9ohm负载阻抗，耦合线圈对的输出端Z2接50ohm负载阻抗，目的为改变适应工作频率，因此，第五耦合线圈对的偶模阻抗Ze2＝300ohm、奇模阻抗Zo2＝18ohm、电长度E2＝21。

针对上述电路进行仿真，如图11所示，从图中可以看到，在2.1GHz～2.3GHz频率范围内，S21(输入端到输出端的传输系数)小于-0.1dB，S11(输入端口的回波损耗)小于-20dB，电路结构与9ohm～50ohm阻抗变换示意图2唯一不同的就是耦合线圈对702的电长度不同，通过调整耦合线圈对的电长度，使得其工作频率发生了改变，工作频率变为2.1GHz～2.3GHz，输入端口的阻抗Z1为9ohm，输出端口的阻抗Z2为50ohm，同样实现了9ohm～50ohm的阻抗变换；应用到图1的结构中，通过改变耦合线圈对的电长度可以实现射频功率放大器工作频率的切换。

基于上述实施例，基于本实用新型的射频功率放大器频率和阻抗切换电路架构，阻抗变换器通过第一射频开关的闭合与关断来实现与耦合线圈对组的连接与断开，耦合线圈对组通过第二射频开关的闭合与关断来实现与输出端的连接与断开，通过改变连通的耦合线圈对，从而实现对射频功率放大器的工作频率和负载阻抗的切换，结构简单、易于实现、成本低廉。

进一步地，本实用新型还提供了一种射频前端装置，包括如前述中任一项所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路。

例如，前端模块(FEM)，使得单一FEM支持更广泛的频段及调制模式。

进一步地，本实用新型还提供了一种射频功率放大器频率和阻抗切换方法，基于如上所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，所述电路通过第一射频开关和第二射频开关接入不同耦合线圈对以实现射频功率放大器的工作频率和/或负载阻抗的切换。具体切换方式，请参照本实用新型实施例射频功率放大器频率和阻抗切换电路部分。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，包括信号输入端、射频功率放大器、阻抗变换器、第一射频开关、耦合线圈对组、第二射频开关和信号输出端；

所述信号输入端连接所述射频功率放大器的输入端，所述射频功率放大器的输出端与所述阻抗变换器的输入端连接；

所述耦合线圈对组包括至少两个耦合线圈对，各所述耦合线圈对被配置为具有不同的偶模阻抗、奇模阻抗或电长度；

所述阻抗变换器的输出端通过第一射频开关的闭合/关断与所述耦合线圈对的输入端连接/断开；

所述耦合线圈对的输出端通过第二射频开关的闭合/关断与所述信号输出端连接/断开；

其中，所述阻抗变换器连接的耦合线圈对与所述信号输出端连接的耦合线圈对的相对应；所述电路通过第一射频开关和第二射频开关接入不同耦合线圈对以实现射频功率放大器的工作频率和/或负载阻抗的切换。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述第一射频开关包括至少两个输入端口和至少两个输出端口，所述第一射频开关的输入端口连接所述阻抗变换器的输出端，其输出端口连接各耦合线圈对的输入端；所述第一射频开关的输入端口和其任一输出端口可导通连接。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述第一射频开关为双刀多掷开关。

4.根据权利要求2所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述第二射频开关包括至少一个输入端口和至少一个输出端口，所述第二射频开关的输入端口连接各耦合线圈对的输出端，其输出端口连接信号输出端；所述第二射频开关的任一输入端口和其输出端口可导通连接。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述第二射频开关为单刀多掷开关。

6.根据权利要求4所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述耦合线圈对组包括第一耦合线圈对和第二耦合线圈对；

所述第一耦合线圈对包括第一耦合线圈和第二耦合线圈；

所述第二耦合线圈对包括第三耦合线圈和第四耦合线圈；

所述第一耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第一输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第一输入端口；

所述第二耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第二输出端口，其输出端接地；

所述第三耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第三输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第二输入端口；

所述第四耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第四输出端口，其输出端接地。

7.根据权利要求5所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述耦合线圈对组包括第三耦合线圈对，所述第三耦合线圈对包括第五耦合线圈和第六耦合线圈；

所述第五耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第五输出端口，其输出端连接所述第二射频开关的第三输入端口；

所述第六耦合线圈的输入端连接所述第一射频开关的第六输出端口，其输出端接地。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路，其特征在于，所述射频功率放大器为差分功率放大器。

9.一种射频前端装置，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的射频功率放大器频率和阻抗切换电路。