一种提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构.pdf

本发明公开了一种提高宽带射频功率放大器效率的方法，即通过在宽带射频功率放大器的输出增加谐波抑制网络提升效率。本发明还公开了一种提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，包括宽带射频功率放大级；宽带输出匹配网络，实现对输出信号进行有效的输出；谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制，所述谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接在所述宽带射频功率放大级的输出与地之间所构成。本发明采用二次谐波抑制回路独立于输出匹配网络，可以灵活控制谐振频率点，有效抑制二次谐波，提高了功率放大器的效率及输出能力，同时，形成宽带匹配，使射频功率放大器能在较宽范围内工作，提高了射频功率放大器的性能。

权利要求书1.  一种提高宽带射频功率放大器效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：在射频输入信号端连接宽带射频功率放大级，对射频输入信号进行放大；在信号输出端连接宽带输出匹配网络，对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；在宽带射频功率放大级的输出与地之间连接谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制；其中，所述谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接构成。2.  如权利要求1所述的提高宽带射频功率放大器效率的方法，其特征在于，所述二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，将二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地，使所述宽度输出匹配网络在整个工作频带内的二次谐波阻抗都很低，每个二次谐波抑制网络分别谐振在不同的二次谐波频率点上。3.  一种提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，其特征在于，包括：宽带射频功率放大级，实现对射频输入信号进行放大；宽带输出匹配网络，实现对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制；所述宽带射频功率放大级的输出通过所述谐波抑制网络和宽带输出匹配网络连接到射频功率放大器电路的输出端，所述谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接在宽带射频功率放大级的输出与地之间所构成。4.  如权利要求3所述的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，其特征在于，所述二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，所述二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地，使所述宽度输出匹配网络在整个工作频带内的二次谐波阻抗都很低。5.  如权利要求3或4所述的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，其特征在于，所述每个二次谐波抑制网络分别谐振在不同的二次谐波频率点上。6.  如权利要求3所述的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，其特征在于，所述宽带输出匹配网络包括第一电感，第一电容，第二电感，第二电容和隔直电容；其中，第一电感一端为宽带输出匹配网络的信号输入端，另一端连接第一电容和第二电感；第一电容一端连接第一电感和第二电感，另一端接地；第二电感一端连接第一电感和第一电容，另一端连接第二电容和隔直电容；第二电容一端连接第二电感和隔直电容，另一端接地；隔直电容一端连接第二电感和第二电容，另一端为宽带输出匹配网络的输出端。

说明书一种提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构
技术领域
本发明涉及电子技术领域，涉及一种改善电路性能的方法，尤其涉及一种提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构。
背景技术
随着无线通信技术的发展和人们生活水平的提高，人们对手持移动无线通信的要求已不满足于简单的语音通话要求，逐渐从基本语音电话需求向多媒体业务需求发展，以至于当前移动无线通信系统的复杂度迅速增加，多种移动通讯网络并存，例如现在广泛应用的2G、3G和4G移动通讯网络。为了支持这些不同工作频段的通讯网络，手机终端对射频功率放大器等的需求开始成倍增加。射频功率放大器芯片是智能手机等移动终端无线收发系统中一个非常重要的部件，其性能直接影响到手机的通话质量、信号发射强度、电池续航能力等。
通常来说，射频功率放大器是窄带装置，需要为每个频带设计一个独立的射频功率大器。目前多模式、多频带蜂窝电话都包括有多个功率放大器以支持多个频带，大大增加的射频前端的复杂度。
由于频谱资源的紧缺，很多工作频带都较窄，而且相邻。例如在频率范围2.3GHz~2.7GHz之间，就有4G LTE 网络的多个工作频带。通过将射频功率放大器的工作频带展宽可以实现兼容多个频带的功率放大器。图1示出了现有常用的宽带功率放大器的结构方框图，包括了宽带射频功率放大级和宽带输出匹配级。其中功率放大级实现宽带功率放大，宽带输出匹配网络实现宽带的功率输出。而这种结构的宽带射频功率放大器离中心频率越远的频率点能达到的输出功率以及效率都越低，总体效率也不高。
此外，为了保证射频功率放大器的输出不对其它频段进行干扰，一般需要对其支持的频带信号的谐波进行抑制，在有些应用中一个频带信号的谐波信号可能恰好位于另一个频带上，例如GSM900MHz频带信号的二次谐波刚好位于GSM1800MHz频带上。因此，为抑制一个频带的信号的谐波而设计的电路会抑制正好位于其谐波上的另外一个频带的正常信号。而且，有效的谐波抑制有助于提高功率放大器的效率。
发明内容
针对以上现有技术中的不足，本发明所要解决的技术问题提供一种提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构，能够有效的抑制二次谐波，降低宽带射频功率放大器的谐波失真，提高宽带功率放大器的效率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种提高宽带射频功率放大器效率的方法，包括：
在射频输入信号端连接宽带射频功率放大级，对射频输入信号进行放大；
在信号输出端连接宽带输出匹配网络，对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；
在宽带射频功率放大级的输出与地之间连接谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制，其中，所述谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接构成。
相应地，本发明实施例还提供了一种提高宽带射频功率放大器效率的电路结构，包括：
宽带射频功率放大级，实现对射频输入信号进行放大；
宽带输出匹配网络，实现对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；
谐波抑制网络，对输入到宽带输出匹配网络的信号进行谐波抑制；
所述宽带射频功率放大级的输出通过所述谐波抑制网络和宽带输出匹配网络连接到射频功率放大器电路的输出端，所述谐波抑制网络由至少两个二次谐波抑制网络并联连接在宽带射频功率放大级的输出与地之间所构成。
进一步的，所述二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，所述二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地，使所述宽度输出匹配网络在整个工作频带内的二次谐波阻抗都很低。所述每个二次谐波抑制网络分别谐振在不同的二次谐波频率点上。
具体地，所述宽带输出匹配网络包括第一电感，第一电容，第二电感，第二电容和隔直电容；其中，第一电感一端为宽带输出匹配网络的信号输入端，另一端连接第一电容和第二电感；第一电容一端连接第一电感和第二电感，另一端接地；第二电感一端连接第一电感和第一电容，另一端连接第二电容和隔直电容；第二电容一端连接第二电感和隔直电容，另一端接地；隔直电容一端连接第二电感和第二电容，另一端为宽带输出匹配网络的输出端。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构，采用二次谐波抑制回路独立于输出匹配网络，可以灵活控制谐振频率点，有效抑制二次谐波，提高了功率放大器的效率及输出能力，同时，形成宽带匹配，使射频功率放大器能在较宽范围内工作，提高了射频功率放大器的性能。
附图说明
图1是现有技术中的宽带射频功率放大器电路的电路结构图。
图2是本发明实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的宽带输出匹配网络的结构示意图。
图4是本发明另一个实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的结构示意图。
图5是常用的宽带输出匹配网络的插入损耗随频率变化的仿真曲线。
图6是采用本发明提供的方法后的宽带输出匹配网络的插入损耗随频率变化的仿真曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
参见图2，是本发明实施提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的结构示意图，如图所示：
本发明提高宽带射频功率放大器效率的电路结构主要由三部分组成：宽带射频功率放大级201，宽带输出匹配网络202以及谐波抑制网络203。
在具体实施当中，所述宽带射频功率放大级201是实现对射频输入信号进行放大，所述宽带输出匹配网络202是实现对宽带射频功率放大级201输出的放大信号进行有效的输出，所述谐波抑制网络203对输入到宽带输出匹配网络202的信号进行谐波抑制，提高了功率放大器的效率及输出能力，同时，形成宽带匹配，使射频功率放大器能在较宽范围内工作，提高了射频功率放大器的性能。
所述宽带射频功率放大级201的输出通过所述谐波抑制网络203和宽带输出匹配网络202连接到射频功率放大器电路的输出端，所述谐波抑制网络203由至少两个二次谐波抑制网络并联连接在宽带射频功率放大级201的输出与地之间所构成。
具体地，所述谐波抑制网络203包括在所述宽带射频功率放大级输出与地之间连接的二个或n个（n大于2）由电容和电感串联连接的二次谐波抑制网络，所述二次谐波抑制网络如图2中所示的204、205 、… 206，其中包括电容C1、电感L1、电容C2、电感L2、电容Cn和电感Ln。此外，构成二次谐波抑制网络的电容和电感的先后顺序根据需要可以变化，所述二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级和宽带输出匹配网络之间，另一端接地，即所述电容或电感的其中一端连接功率放大器，另外一端接地，二次谐波抑制网络使所述宽度输出匹配网络在整个工作频带内的二次谐波阻抗都很低。
所述n个二次谐波抑制网络分别谐振在不同的频率点上，为了方便计算或应用，谐振点可以是等频率间隔。此外，n的具体取值根据需要而定。
谐振频率的计算公式为：
其中f为谐振频率，L为谐振网络电感值，C为谐振网络电容值。
因此本发明中，第n个（n为大于0的自然数）二次谐波抑制网络的谐振频率的计算公式为：
其中fn为2倍于工作频率点的谐振频率，Ln为谐振网络电感值，Cn为谐振网络电容值。
具体地，在其中一个实施方式中，如图3所示，为本发明实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的宽带输出匹配网络的结构示意图，该宽带输出匹配网络包括有：第一电感301，第一电容302，第二电感303，第二电容304和隔直电容305。其中，第一电感301一端为匹配网络的信号输入端，另一端连接第一电容302和第二电感303；第一电容302一端连接第一电感301和第二电感303，另一端接地；第二电感303一端连接第一电感301和第一电容302，另一端连接第二电容304和隔直电容305；第二电容304一端连接第二电感303和隔直电容305，另一端接地；隔直电容305一端连接第二电感303和第二电容304，另一端为匹配网络的输出端。
图4是本发明另一个实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的结构示意图，其中二次谐波抑制网络数量n取值为3，所述二次谐波抑制网络如图4中所示的406、407 和408，其中包括电容C1、电感L1、电容C2、电感L2、以及电容C3和电感L3。如果宽带功率放大器的工作频率范围为2.3GHz~2.7GHz，那么二次谐波抑制网络的谐振频率f1、f2和f3可以分别取值为4.8GHz、5.0GHz和5.2GHz。本发明另一个实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的电路结构的宽带输出匹配网络包括有：第一电感401，第一电容402，第二电感403，第二电容404和隔直电容405。其中，第一电感401一端为匹配网络的信号输入端，另一端连接第一电容402和第二电感403；第一电容402一端连接第一电感401和第二电感403，另一端接地；第二电感403一端连接第一电感401和第一电容402，另一端连接第二电容404和隔直电容405；第二电容404一端连接第二电感403和隔直电容405，另一端接地；隔直电容405一端连接第二电感403和第二电容404，另一端为匹配网络的输出端。
本发明还提供了一种提高宽带射频功率放大器效率的方法，在射频输入信号端连接宽带射频功率放大级201，对射频输入信号进行放大；在信号输出端连接宽带输出匹配网络202，对宽带射频功率放大级输出的放大信号进行有效的输出；在宽带射频功率放大级201的输出与地之间连接谐波抑制网络203，对输入到宽带输出匹配网络202的信号进行谐波抑制。其中，所述谐波抑制网络203由至少两个二次谐波抑制网络并联连接构成。
进一步的，所述二次谐波抑制网络由一个电容和一个电感串联连接构成，将二次谐波抑制网络一端连接在所述宽带射频功率放大级201和宽带输出匹配网络202之间，另一端接地，所述二次谐波抑制网络如图2中所示的204、205 、… 206，其中包括电容C1、电感L1、电容C2、电感L2、电容Cn和电感Ln。使所述宽度输出匹配网络在整个工作频带内的二次谐波阻抗都很低，每个二次谐波抑制网络分别谐振在不同的二次谐波频率点上。
图5为是常用的宽带输出匹配网络的插入损耗随频率变化的仿真曲线，图6为是采用本发明提供的方法后的宽带输出匹配网络的插入损耗随频率变化的仿真曲线。
对比图5和图6可知，采用本发明提供的方法后的宽带输出匹配网络在频率点4.8GHz、5.0GHz和5.2GHz的抑制效果，分别改善了38dB，40dB和40dB；在工作频率的二次谐波范围内的整体抑制效果也提高了10dB以上。可以得到采用本发明提供的一种提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构所设计功率放大器可以明显地抑制功率放大器的二次谐波，改善了功率放大器的效率及线性度。
本发明实施例提供的提高宽带射频功率放大器效率的方法及电路结构，采用二次谐波抑制回路独立于输出匹配网络，可以灵活控制谐振频率点，有效抑制二次谐波，提高了功率放大器的效率及输出能力，同时，形成宽带匹配，使射频功率放大器能在较宽范围内工作，提高了射频功率放大器的性能。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。