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1、(10)申请公布号 CN 102364874 A (43)申请公布日 2012.02.29 CN 102364874 A *CN102364874A* (21)申请号 201110341729.1 (22)申请日 2011.11.02 H03F 3/20(2006.01) (71)申请人 山东安派通信技术有限公司 地址 273500 山东省济宁市邹城市西外环路 56 号 (72)发明人 刘元安 黎淑兰 于翠屏 苏明 吴永乐 郑先锋 付吉祥 (74)专利代理机构 北京德琦知识产权代理有限 公司 11018 代理人 夏宪富 (54) 发明名称 双频带功率放大器的偏置电路 (57) 摘要 一种双频带。
2、功率放大器的偏置电路， 由两段 串联微带线和一段微带线并联开路枝节构成的、 呈 T 型结构的等效双频四分之一波长传输线， 分 别位于所述串联微带线一端的两个射频短路电容 和位于射频回路中并联的两个隔直电容所组成。 其中两段串联微带线的电路结构和参数完全相 同， 并联开路枝节的一端连接于两段串联微带线 中间， 另一端处于开路。 两个射频短路电容和两个 隔直电容的自谐振频率分别为 f1和 f2， 前者并联 接在串联微带线的末端， 且两端分别接直流电源 和接地， 并与等效双频四分之一波长传输线组成 射频扼流电路。后者串接在双频带功率放大器的 射频回路。本发明偏置电路结构简单， 易于实现， 能同时工作。
3、于两个频段。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 CN 102364894 A1/1 页 2 1. 一种用于双频带功率放大器的偏置电路， 其特征在于 ： 所述偏置电路是由两段串联 微带线和一段微带线并联开路枝节构成的、 呈 T 型结构的等效双频四分之一波长传输线， 分别位于所述串联微带线一端的两个射频短路电容和位于射频回路中并联的两个隔直电 容所组成 ； 其中两段串联微带线的电路结构和参数完全相同， 所述微带线并联开路枝节的 一端连接于该两段串联微带线的连接处， 其另一端、 即终端处于开路 ； 所。
4、述两个射频短路电 容和两个隔直电容的自谐振频率都分别为 f1和 f2， 两个射频短路电容并联接在串联微带线 的末端， 且其两端分别连接直流电源和接地， 该两个射频短路电容和等效双频四分之一波 长传输线组成射频扼流电路 ； 并联的两个隔直电容串接在双频带功率放大器的射频回路。 2. 根据权利要求 1 所述的偏置电路， 其特征在于 ： 所述两段串联微带线电路的电长度 和特性阻抗的计算公式分别为 ： a n1，式中， a是对应于 f0 f1+f2的电长度， f1和 f2分别为该偏置电路两个工作频段的中心频率， 系数 n1为正整数 ； Zc 是等效双频四分之一波长传输线的特性阻抗， 其数值不受限制。 。
5、3. 根据权利要求 2 所述的偏置电路， 其特征在于 ： 所述两段串联微带线电路的电长度 计算公式 a n1 中的系数 n1应在综合考虑串联微带线特性阻抗 Za的印制电路板可实 现的基础上， 选择最小的正整数， 以减小微带线的外形尺寸。 4. 根 据 权 利 要 求 1 所 述 的 偏 置 电 路，其 特 征 在 于 ：所 述 微 带 线 并 联 开 路 枝 节 的 电 长 度 和 特 性 阻 抗 的 计 算 公 式 分 别 为 ： b n2， 式中， b是对应于 f0的电长度， 系数 n2为 正整数， 且应在综合考虑串联微带线特性阻抗 Zb的印制电路板可实现的基础上， 选择最小 的正整数， 。
6、以减小微带线的外形尺寸。 5. 根据权利要求 1 所述的偏置电路， 其特征在于 ： 所述并联在串联微带线末端的两个 射频短路电容因其自谐振频率分别为 f1和 f2， 故对于频率为 f1和 f2的射频信号， 能够同时 视为短路 ； 且所述的呈 T 型结构的等效双频四分之一波长传输线可同时等效为频率为 f1和 f2的射频信号上的四分之一波长传输线， 根据四分之一波长传输线阻抗变换的原理， 串联 微带线的另一端则被视为该两个频率f1和f2的射频信号开路， 从而阻隔射频信号进入直流 回路， 造成差损。 6. 根据权利要求 1 所述的偏置电路， 其特征在于 ： 因自谐振频率分别为 f1和 f2的所述 两。
7、个隔直电容并联后串接在射频回路中， 故其对于频率为 f1和 f2的信号同时提供短路， 对 功率放大器匹配电路不产生任何影响， 并避免因直流信号进入信号源或后级电路所产生的 不良影响。 权 利 要 求 书 CN 102364874 A CN 102364894 A1/4 页 3 双频带功率放大器的偏置电路 技术领域 0001 本发明涉及一种用于射频微波领域的双频带功率放大器的偏置电路， 属于模拟电 路的技术领域。 背景技术 0002 射频功率放大器是射频电路的重要组成， 广泛应用于无线通信中的发射机和接收 机， 以保证发射信号辐射到空间中时， 具有足够大的功率， 或者在接收端能够正确还原为功 率。
8、级别的可识别信号。传统的射频功率放大器主要由晶体管、 输入和输出的匹配电路以及 相应的直流偏置电路所组成。 0003 通信技术发展至今， 各个通信系统都呈现出频段越来越多样化的特征， 目前， 第三代移动通信 (3rd Generation)、 下一代移动通信系统 IMT-Advanced 和无线局域网 WAN(Wireless Local Area Network) 均工作于多个频段。这些频段的信号在通信时， 往往 需要频段数与无线通信设备的套数相对应。因此， 使得每个射频器件能够实现双频段甚至 多频段工作， 对于提高射频前端设备的集成度， 以降低功耗、 体积和设备成本都具有很重要 的现实意义。
9、。 0004 目前， 人们在双频带功率放大器的技术领域已经作了大量研究， 双频器件也获得 了一定的应用。通过检索现有的涉及双频功率放大器的专利和论文发现 ： 目前， 双频功率 放大器通常都是用串联在直流通路中的电感、 或采用四分之一波长传输线与电容或微带短 路相结合的偏置电路， 以实现通直流、 隔绝射频信号的作用。但是， 由于功放的工作频率较 高， 且输入输出段的功率大， 因此， 基于电感的射频扼流电路并不适用于功放的偏置电路， 而且， 四分之一波长传输线与微带短路相结合的偏置电路的带宽较窄， 很难达到在两个距 离较远的频段上同时实现扼流的作用。 发明内容 0005 有鉴于此， 本发明的目的是。
10、提供一种用于双频带功率放大器的偏置电路， 采用微 带线和电容构成的本发明偏置电路的电路设计构思新颖、 巧妙， 结构简单， 易于实现， 能够 同时工作于两个频段内。 0006 为了达到上述发明目的， 本发明提供了一种用于双频带功率放大器的偏置电路， 其特征在于 ： 所述偏置电路是由两段串联微带线和一段微带线并联开路枝节构成的、 呈 T 型结构的等效双频四分之一波长传输线， 分别位于所述串联微带线一端的两个射频短路电 容和位于射频回路中并联的两个隔直电容所组成 ； 其中两段串联微带线的电路结构和参数 完全相同， 所述微带线并联开路枝节的一端连接于该两段串联微带线的连接处， 其另一端、 即终端处于开。
11、路 ； 所述两个射频短路电容和两个隔直电容的自谐振频率都分别为 f1和 f2， 两个射频短路电容并联接在串联微带线的末端， 且其两端分别连接直流电源和接地， 该两 个射频短路电容和等效双频四分之一波长传输线组成射频扼流电路 ； 并联的两个隔直电容 串接在双频带功率放大器的射频回路。 说 明 书 CN 102364874 A CN 102364894 A2/4 页 4 0007 本发明是一种采用微带与集总参数元件混合电路组成的用于双频带功率放大器 的双频带偏置电路， 用于为双频段射频功率放大器提供直流偏置， 其创新特点是 ： 采用微带 线与电容结合的方式， 使得电路结构非常简单， 易于实现， 工。
12、作可靠 ； 能够同时工作于两个 频段， 且带宽较宽， 在射频回路阻隔直流的同时， 提供两个频率的射频通路。其中的射频扼 流电路可以同时阻隔该两个频段的射频信号进入直流回路， 以免引起差损。 总之， 本发明能 够很好地运用在双频功率放大器中， 因而能有效降低多频通信设备体积和生产成本， 具有 很好的推广应用前景。 附图说明 0008 图 1 是本发明双频带功率放大器的偏置电路的电原理图。 0009 图 2 是本发明偏置电路用于 1.9GHz 和 3.5GHz 双频功率放大器的射频扼流电路部 分的软件仿真实施例的电路原理图 ( 端口 1 和端口 2 均为 50)。 0010 图 3 是本发明偏置电。
13、路用于 1.9GHz 和 3.5GHz 双频功率放大器的射频扼流电路部 分的软件仿真实施例的试验结果示意图。 0011 图 4 是本发明偏置电路用于 1.9GHz 和 3.5GHz 双频功率放大器的隔直电路部分的 软件仿真实施例的电路原理图 ( 端口 1 和端 2 均为 50)。 0012 图 5 是本发明双频带偏置电路用于 1.9GHz 和 3.5GHz 双频功率放大器的隔直电路 部分的软件仿真实施例的试验结果示意图。 具体实施方式 0013 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面结合附图和实施例对本发明 作进一步的详细描述。 0014 参见图 1， 本发明双频带功率放大器的偏置。
14、电路是由两段串联微带线和一段微带 线并联开路枝节构成的、 呈 T 型结构的等效双频四分之一波长传输线， 分别位于串联微带 线一端的两个射频短路电容和位于射频回路中并联的两个隔直电容所组成。 其中两段串联 微带线的电路结构和参数完全相同， 微带线并联开路枝节的一端连接于该两段串联微带线 的连接处， 其另一端、 即终端处于开路。 两个射频短路电容和两个隔直电容的自谐振频率都 分别为 f1和 f2， 两个射频短路电容并联接在串联微带线的末端， 且其两端分别接直流电源 和接地。两个射频短路电容和等效双频四分之一波长传输线组成射频扼流电路， 并联的两 个隔直电容串接在双频带功率放大器的射频回路。 001。
15、5 本发明偏置电路中两段串联微带线电路的电长度和特性阻抗的计算公式分别为 ： a n1，式中， a是微带线电路对应于 f0 f1+f2的电长度 ( 单位 是弧度 )， f1和 f2分别为该偏置电路两个工作频段的中心频率， 系数 n1为正整数 ； Zc是等效 双频四分之一波长传输线的特性阻抗 ( 单位是欧姆 )， 其数值不受限制。 0016 所述两段串联微带线电路的电长度计算公式 a n1 中的系数 n1应在综合考 虑串联微带线特性阻抗 Za的印制电路板可实现的基础上， 选择最小的正整数 ( 如选为 1)， 以减小微带线的外形尺寸。实际微带线的特性阻抗通常是 20 120 欧姆。 说 明 书 C。
16、N 102364874 A CN 102364894 A3/4 页 5 0017 微带线并联开路枝节的电长度和特性阻抗的计算公式分别为 ： b n2， 式中， b是对应于f0的电长度(单位是弧 度 )， 系数 n2为正整数， 且应在综合考虑串联微带线特性阻抗 Zb 的印制电路板可实现的基 础上， 选择最小的正整数 ( 如选为 1)， 以减小微带线的外形尺寸。 0018 并联在串联微带线末端的两个射频短路电容因其自谐振频率分别为 f1和 f2， 故其 对于频率为 f1和 f2的射频信号， 能够同时视为短路 ； 且因为呈 T 型结构的等效双频四分之 一波长传输线可同时等效为频率为f1和f2的射频信。
17、号上的四分之一波长传输线， 根据四分 之一波长传输线阻抗变换的原理， 串联微带线的另一端被视为该两个频率f1和f2的射频信 号开路， 从而阻隔射频信号进入直流回路， 因而避免了接入直流偏置电路而造成的差损。 0019 因自谐振频率分别为f1和f2的两个隔直电容并联在射频回路中， 故其对于频率为 f1和 f2的信号同时提供短路， 因此隔直电容既不会对功率放大器匹配电路产生任何影响， 又避免因直流信号进入信号源或后级电路产生不良影响。 0020 本发明已经进行了实施试验， 下面简要介绍实施例的仿真试验情况 ： 0021 实施例是用软件仿真的、 能够同时工作于 1.9GHz 和 3.5GHz 的双频。
18、带功率放大器 的偏置电路， 也是由图 1 中的等效双频四分之一波长传输线、 射频短路电容和隔直电容所 组成 ( 参见图 2 所示的射频扼流电路 )。 0022 实施例中的射频短路电容和隔直电容各有2个 ： C1和C2， 均为村田0603封装的电 容， 该两个电容的容值分别为2.7pF和9pF。 等效双频四分之一波长传输线是采用2段完全 相同的串联微带线和 1 段微带开路枝节组成实现的， 取 Zc 135， n1 1， n2 2， 可计算 出串联微带线的特性阻抗为 68， 长度为 17.3mm， 微带开路枝节为末端开路的枝节， 其特 性阻抗为 61， 长度为 34mm。其中的介质板相对介电常数为。
19、 3.48， 介质板厚度为 20mil。 0023 参见图 3， 为了说明射频短路电容加入射频扼流电路时， 对射频信号呈现开路， 表 现为端口 1 到端口 2 的传输系数 (S(2， 1)， 图示的 S(2， 1) 理论最大值为 0dB， 表示从端口 1 发出的射频信号全部传送到端口 2 ； 且 S(2， 1) 越大， 表明从端口 1 到端口 2 的射频信号损 耗越小， 即射频扼流电路的差损越小。 0024 Freq/GHz 1.9 3.5 S(2， 1)/dB -0.00367 -0.00577 0025 上述两个数值都非常接近于 0， 而且， 这两个点往两边延伸后， 在一个较大频率范 围内。
20、的 S(2， 1) 变化都比较小， 表明本发明射频扼流电路可以用于带宽较宽的双频带功率 放大器。 0026 参见图5， 该图5的分析方法与图3类似， 并联的两个隔直电容的两端有两个端口， 如果对于 1.9GHz 和 3.5GHz 的信号 S(2， 1) 接近于 0dB， 就表示这两个隔直电容对于该两个 射频信号就越呈现短路。 0027 说 明 书 CN 102364874 A CN 102364894 A4/4 页 6 Freq/GHz 1.9 3.5 S(2， 1)/dB -0.02704 -0.04254 0028 总之， 实施例的试验是成功的， 实现了发明目的。 0029 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明保护的范围之内。 说 明 书 CN 102364874 A CN 102364894 A1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 102364874 A CN 102364894 A2/3 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102364874 A CN 102364894 A3/3 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102364874 A 。