提高射频功率放大器效率的方法及射频功率放大器电路.pdf

本发明公开了一种提高射频功率放大器效率的方法及射频功率放大器电路，在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，明显提高射频功率放大器的效率至70％以上，并有效地抑制偶次谐波和奇次谐波，降低了射频功率放大器的谐波失真。

1.  一种提高射频功率放大器效率的方法，其特征在于，在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。

2.  根据权利要求1所述的提高射频功率放大器效率的方法，其特征在于，所述加入的偶次谐波低阻网络为多个。

3.  一种采用权利要求1或2所述的方法的射频功率放大器电路，包括射频功率放大器和连接在该射频功率放大器输出端的输出阻抗匹配网络，其特征在于，所述射频功率放大器的输出端还连接有偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。

4.  根据权利要求3所述的射频功率放大器电路，其特征在于，所述偶次谐波低阻网络为并联连接的多个。

5.  根据权利要求3或4所述的射频功率放大器电路，其特征在于，所述每个偶次谐波低阻网络为连接在所述射频功率放大器输出端与地之间的LC串联谐振网络，所述LC串联谐振网络包括串联连接的一个电容和一个电感，所述电容与所述射频功率放大器输出端连接，所述电感与地连接。

6.  根据权利要求3所述的射频功率放大器电路，其特征在于，所述输出阻抗匹配网络包括两个串联连接在所述射频功率放大器输出端与所述射频功率放大器电路输出端之间的电感，其中后一个电感的两端与地之间分别连接有一个电容；所述射频功率放大器的输出端与电源端之间也连接有一个电感。

提高射频功率放大器效率的方法及射频功率放大器电路
技术领域
本发明涉及一种提高射频功率放大器效率的方法。本发明还涉及一种射频功率放大器电路。
背景技术
在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。功率附加效率(Power-Added Efficiency，PAE，本发明所述效率均为功率附加效率)是衡量功率放大器性能的重要指标之一，其定义为输出功率P_out与输入功率P_in的差与电源供给的功率P_dc之比，即 PAE = P out - P in P dc ]]>。它既放映射频功率放大器将直流功率转换成射频功率的能力，又能反映射频功率放大器放大射频功率的能力。
现有的射频功率放大器电路如图1所示，包括射频功率放大器和连接到所述射频功率放大器输出端的阻抗匹配网络，所述输出阻抗匹配网络包括两个串联连接在所述射频功率放大器输出端与所述射频功率放大器电路输出端之间的电感L2和L3，其中后一个电感的两端与地之间分别连接有一个电容，如图1中的C1和C2；所述射频功率放大器的输出端与电源端之间也连接有一个电感L1，所述射频功率放大器电路的输入端RFin1连接到所述功率放大器的输入端，所述电感L3的一端为所述射频功率放大器电路的输出端RFout。
射频功率放大器处于A类工作状态时，是线性放大器，为避免让晶体管接近饱和与截止，通常减小输出信号功率，从而使效率降低到30％～40％。射频功率放大器处于B类工作状态时，效率可到70％以上，但由于晶体管处于零偏置状态，因此在输入信号低于某一值时，晶体管不导通，即在信号周期内出现一段不工作区，使信号失真。为提高射频功率放大器的输出功率，又有较高的效率，现有的技术是使射频功率放大器处于AB类工作状态，即导通角略大于180°，其效率通常可达到40％～50％。
然而，当射频功率放大器在通信系统中工作时，考虑到热损耗以及电池工作时间两方面的因素，如何提高射频功率放大器的效率就是一个重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高射频功率放大器效率的方法及实现这种方法的射频功率放大器电路，能够提高射频功率放大器的效率，并有效地抑制偶次谐波和奇次谐波，降低射频功率放大器的谐波失真。
为解决上述技术问题，本发明提高射频功率放大器效率的方法的技术方案是，在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。
本发明射频功率放大器电路的技术方案是，包括射频功率放大器和连接在该射频功率放大器输出端的输出阻抗匹配网络，所述射频功率放大器的输出端还连接有偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。
本发明在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，明显提高射频功率放大器的效率至70％以上，并有效地抑制偶次谐波和奇次谐波，降低了射频功率放大器的谐波失真。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的射频功率放大器电路的电路图；
图2为本发明射频功率放大器电路的电路图；
图3为本发明射频功率放大器电路输出信号的波形图。
具体实施方式
本发明公开了一种提高射频功率放大器效率的方法，在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。所述加入的偶次谐波低阻网络可以为多个。
本发明还公开了一种采用上述方法实现的射频功率放大器电路，包括射频功率放大器和连接在该射频功率放大器输出端的输出阻抗匹配网络，所述射频功率放大器的输出端还连接有偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，从而降低射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗，同时提高奇次谐波阻抗，使得射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，且所述输出端电压波形与所述输出端电流波形相位相反。
所述偶次谐波低阻网络为并联连接的多个。
所述每个偶次谐波低阻网络为连接在所述射频功率放大器输出端与地之间的LC串联谐振网络，所述LC串联谐振网络包括串联连接的一个电容，如图2所示的C3或C4，和一个电感，如图2所示的L5或L6，所述电容C3或C4与所述射频功率放大器输出端连接，所述电感L5或L6与地连接。
本发明中，所述输出阻抗匹配网络与图1所示的现有技术相同，所述射频功率放大器的输出端与电源端之间也连接有一个电感L4。
如图2所示，在射频功率放大器的输出端加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器输出匹配网络的偶次谐波阻抗很低，同时奇次谐波阻抗很高。这样，射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波，如图3所示。因此，无论在偶次谐波还是奇次谐波频点均无谐波功率产生，从而极大地提高了射频功率放大器的效率，并且有效地抑制偶次谐波和奇次谐波，降低了射频功率放大器的谐波失真。
不失一般性，我们以图2的电路实现形式，以GSM射频功率放大器输出匹配网络设计为例，阐述本专利的具体实施方式。在射频功率放大器的输出端加入偶次谐波低阻网络，即电容C3和C4并联到地。其中电容C3串联电感L5到地，形成第一LC串联谐振网络，谐振频率在二次谐波，使得射频功率放大器的输出网络在二次谐波的输出阻抗X₂很低；电容C4串联电感L6到地，同样形成第二LC串联谐振网络，谐振频率在四次谐波，使得射频功率放大器的输出网络在四次谐波的输出阻抗X₄很低。由两个LC串联谐振网络构成的偶次谐波低阻网络并联至射频功率放大器的输出端形成奇次谐波高阻网络，使得射频功率放大器的输出网络在三次谐波的输出阻抗X₃很高。这样，射频功率放大器输出端电压被整形为方波，而输出端电流整流为半波。由于谐波功率P_n＝I_n·U_n，其中n为谐波阶数，当U_n>0时，I_n≈0；当I_n>0时，U_n≈0，因此P_n≈0。采用此输出网络的射频功率放大器的效率可达70％以上，谐波抑制达70dBc以上。
在上述过程中，实际射频功率放大器的偶次谐波低阻网络由具体电路确定。
综上所述，本发明在射频功率放大器的输出网络中加入偶次谐波低阻网络，使得射频功率放大器处于F类工作状态，明显提高射频功率放大器的效率至70％以上，并有效地抑制偶次谐波和奇次谐波，降低了射频功率放大器的谐波失真。