專利名稱：一種射頻功率放大器的輸出匹配電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種射頻功率放大器的輸出匹配電路。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人類對無線通信的要求已不滿足于 簡單的語音通話要求，而是希望在基本的語音通信基礎(chǔ)上能實現(xiàn)高速的、寬帶的、可靠的無 線互聯(lián)，可靠的高速寬帶業(yè)務(wù)的傳輸對通信設(shè)備提出了更高的要求。對于無線通信設(shè)備核心部分件之一的射頻功率放大器而言，要實現(xiàn)寬帶信號的傳 輸和高功率、高線性放大，除了需滿足工作頻帶內(nèi)的增益和線性需求外，還需重點考慮低頻 調(diào)制信號頻帶的阻抗特性。因為隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和通信設(shè)備節(jié)能環(huán)保要求的 不斷提高，現(xiàn)代基站功率放大器均采用數(shù)字預(yù)失真(DPD)對其線性進行補償，而功率放大器 設(shè)計的重點放在如何提高效率及功率放大器的可線性化方面，功率放大器是否可線性化及 可線性化的程度除與數(shù)字預(yù)失真的算法有關(guān)外，在功率放大器本身而言，很大程度是由功 率放大器的記憶效應(yīng)決定的。在射頻通信功率放大器中，記憶效應(yīng)通常被定義為依懶于信 號帶寬的非線性效應(yīng)，記憶效應(yīng)按其產(chǎn)生手機理可分為電記憶效應(yīng)和電熱記憶效應(yīng)，由于 功率放大管器件廠商在器件的電熱記憶效應(yīng)方面做了大量的優(yōu)化，因此一般而言在功率放 大器設(shè)計時談?wù)摰墓β史糯笃鞯挠洃浶?yīng)一般指電記憶效應(yīng)。根據(jù)功率放大器失真理論分 析，電記憶效應(yīng)主要與功率放大器的基波阻抗、二次諧波阻抗和包絡(luò)阻抗的大小及其在信 號帶寬范圍內(nèi)的不一致有關(guān)。對于通信頻段和信號帶寬而言，由于基波和二次諧波頻段的 相對帶寬較窄，很容易做到在基波的信號帶寬范圍和二次諧波的二倍信號帶寬范圍內(nèi)功率 放大器的輸入和輸出阻抗在很小的范圍內(nèi)變化。但是對于低頻調(diào)制信號頻率范圍內(nèi)要做到 阻抗(包絡(luò)阻抗)一致，則非常不容易。因此，在設(shè)計功率放大器時，改善放大器的記憶效應(yīng) 主要從放大器的包絡(luò)阻抗著手。包絡(luò)阻抗的變化或其大小在可接受范圍內(nèi)的帶寬稱為視頻 帶寬(VBW)。由前所述，要做到包絡(luò)阻抗一致，非常不容易。比如如果某一功率放大器放大的 信號帶寬為100MHz，則其包絡(luò)頻率范圍為從0 100MHz，要做到頻率從0 IOOMHz內(nèi)的 阻抗一致，是很困難的。解決這個問題可以從兩方面入手1、在包絡(luò)阻抗范圍內(nèi)不要出現(xiàn)諧 振點，因為諧振會造成阻抗急劇變化；2、讓包絡(luò)阻抗盡可能小，這樣可以減小包絡(luò)信號的幅 度，從而減少包絡(luò)信號對三階交調(diào)失真信號的影響。傳統(tǒng)的處理包絡(luò)阻抗的方法是在功率 放大管供電線上加入不同容值的電容以使包絡(luò)阻抗盡可能保持一致，或使用雙邊饋電線， 以減小輸出匹配電路的等效電感從而使包絡(luò)阻抗盡可能小或諧振點在包絡(luò)阻抗范圍外。這 種方法由于引入了雙邊饋電線，導(dǎo)致布版面積增加，這對于對體積要求越來越小的通信系 統(tǒng)是不允許的。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的布版面積大的缺點和不足，提供一種射頻功率放大器的輸出匹配電路。本實用新型的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種射頻功率放大器的輸出匹配電 路，主要由連接在射頻功率放大管輸出端的單邊饋電電路構(gòu)成，所述射頻功率放大管輸出 端還連接有一個與其并聯(lián)的LC串并聯(lián)諧振電路。上述LC串并聯(lián)諧振電路主要由電感L3與電容Cl組成的LC串聯(lián)電路、以及與該 LC串聯(lián)電路并聯(lián)的電容C2構(gòu)成，所述LC串聯(lián)電路連接在射頻功率放大管輸出端和地線之 間；所述電容Cl對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)，電容C2對于包絡(luò)頻率信號呈開路狀態(tài)。上述單邊饋電電路主要由連接在射頻功率放大管輸出端和電源之間的供電線、以 及連接在供電線與地線之間的射頻電容C3和陶瓷電容C4構(gòu)成；所述射頻電容C3對于包絡(luò) 頻率信號呈開路狀態(tài)；陶瓷電容C4對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)。綜上所述，本實用新型的有益效果是通過在射頻功率放大管輸出端設(shè)置一個與 其并聯(lián)的LC串并聯(lián)諧振電路，該LC串并聯(lián)諧振電路諧振于射頻功率放大器工作頻率f；附 近，利用其對于頻率為fo的信號呈現(xiàn)開路狀態(tài)，對于包絡(luò)頻率信號呈現(xiàn)短路狀態(tài)，從而實現(xiàn) 了在對頻率為fo的信號無影響的同時減小射頻功率放大器輸出端的低頻等效諧振電感，進 而展寬了視頻帶寬和改善了記憶效應(yīng)；由于LC器件為集總參數(shù)器件，從而不需要增加布版 面積，有效減小了射頻功率放大器輸出匹配電路的布版面積。

圖1為本實用新型公開的射頻功率放大器的輸出匹配電路示意圖；圖2為傳統(tǒng)的射頻功率放大器的輸出匹配電路示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實 施方式不僅限于此。實施例如圖1所示的一種射頻功率放大器的輸出匹配電路，主要由連接在射頻功率放大 管輸出端的單邊饋電電路構(gòu)成，所述射頻功率放大管輸出端還連接有一個與其并聯(lián)的LC 串并聯(lián)諧振電路。上述LC串并聯(lián)諧振電路主要由電感L3與電容Cl組成的LC串聯(lián)電路、以及與該 LC串聯(lián)電路并聯(lián)的電容C2構(gòu)成，所述LC串聯(lián)電路連接在射頻功率放大管輸出端和地線之 間；所述電容Cl對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)，電容C2對于包絡(luò)頻率信號呈開路狀態(tài)。上述單邊饋電電路主要由連接在射頻功率放大管輸出端和電源之間的供電線、以 及連接在供電線與地線之間的射頻電容C3和陶瓷電容C4構(gòu)成；所述射頻電容C3對于包絡(luò) 頻率信號呈開路狀態(tài)；陶瓷電容C4對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)。本實施例中的射頻功率放大管采用射頻功率放大器件LDMOS (橫向擴散金屬氧化 物半導(dǎo)體)，但不局限于此，也可根據(jù)實際情況另行選擇；Cl需選取等效串聯(lián)電阻較小、容量 較大的陶瓷電容，其容值一般從Iu廣IOuF不等?，F(xiàn)分別針對本實用新型公開的以及傳統(tǒng)的射頻功率放大器輸出匹配電路，詳細闡 述本實用新型的有益效果。[0019]圖2為傳統(tǒng)的為了改善視頻帶寬和記憶效應(yīng)而采用的射頻功率放大器輸出匹配 電路，圖2中忽略了射頻功率放大器件LDMOS的引線電感，Cds為LDMOS漏極的等效電容；C3 和C6為射頻電容(由于其容量較小，為了計算方便，將其忽略)；C4和C5為容量較大的陶瓷 電容，對于包絡(luò)頻率信號來說，其容抗很小，可以近似為短路(在計算時按短路處理)；Ll和 L2是供電線的等效電感。因此，在沒有采用雙邊供電對視頻帶寬和記憶效應(yīng)進行處理時，僅由Ll或L2單邊 供電，此時輸出匹配電路的低頻諧振頻率為
/1 = 1/(2 χ τχ 4 Ll χ C)式中，C為射頻功率放大器件LDMOS和漏極等效電容Cds與輸出匹配電路的并聯(lián)值； Ll為供電線的等效電感。當(dāng)采用雙邊饋電線后，輸出匹配電路的低頻諧振頻率為
/2 = 1/(2XiTX￡2)χC) = 1/(2χπχ,/(￡1/2)χC) = IAxfl式中，C為射頻功率放大器件LDMOS和漏極等效電容Cds與輸出匹配電路的并聯(lián)值； Ll和L2為供電線的等效電感。由上可以看出，在同等條件下，采用雙邊饋電線后，射頻功率放大器輸出匹配電路 的諧振頻率提高了 1. 4倍，即阻抗變化大的點向頻率高端平移了，從而射頻功率放大器的 視頻帶寬得到了提高，記憶效應(yīng)得到了改善。但是由于這種方式額外的加入了一條饋電線， 且該饋電線的長度不能任意，一般情況下為工作頻率信號波長的1/4，因此增加了較多的布 版面積。如圖1所示，本實用新型將圖2中的其中一邊饋電線替換成了由L3、C1和C2組成 的LC串并聯(lián)諧振電路，其中，Cl為容量較大的電容，其容抗對于包絡(luò)頻率信號來說，幾乎呈 短路狀態(tài)；電容C2對于包絡(luò)頻率信號呈開路狀態(tài)；L2是供電線的等效電感，因此，要求該諧 振電路滿足并聯(lián)諧振頻率
/0 = l/(2x rxVZ3xC2)式中，/O為功率放大器工作頻率的中心頻率；L3的電感值小于或等于圖2中單邊 饋電線的等效電感Li，一般情況下，小于5nH ；對于包絡(luò)頻率信號來說，由于C2的容值較小，其對于包絡(luò)頻率信號呈開路狀態(tài)， 此時輸出匹配電路的低頻諧振頻率為
/ = 1 /(2 X Λ-x %/(Z2||￡3)xC)式中，C為射頻功率放大器件LDMOS和漏極等效電容Cds與輸出匹配電路的并聯(lián) 值；L2為供電線的等效電感。由于L3的電感值小于或等于Ll的等效電感值，因此，該實用新型的低頻諧振頻率大于或等于傳統(tǒng)的雙邊饋電線裝置的低頻諧振頻率；由于LC串并聯(lián)揩振電路對于頻率為 /0的工作頻段信號而言，相當(dāng)于開路狀態(tài)，即對有用信號的傳輸與放大不會產(chǎn)生影響，但 可以達到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的改善視頻帶寬的方法所達到的效果，且L3、C1和C2均為集總參數(shù) 原件，因此，其占用布版面積遠小于雙邊饋電線的分布參數(shù)原件的面積。本實用新型針對不同的工作頻率，選取不同的L3、C1和C2，以滿足上述要求。上述射頻功率放大器輸出匹配電路的設(shè)計方法，包括以下步驟(a)根據(jù)射頻功率放大器放大信號的包絡(luò)帶寬寬度，確定射頻功率放大器需要的 視頻帶寬fbw，如當(dāng)包絡(luò)信號帶寬為20MHz，射頻功率放大器的視頻帶寬應(yīng)至小大于20MHz， 如果考慮2次諧波失真信號的影響，則視頻帶寬應(yīng)大于40MHz，等等；不同的應(yīng)用場景和與 功率放大器配合的不同的DPD系統(tǒng)，需要的視頻帶寬不同，一般情況下視頻帶寬要大于DPD 系統(tǒng)對信號的處理帶寬；(b)根據(jù)視頻帶寬fbw，確定輸出匹配電路的低頻諧振頻率f；；為了使包絡(luò)阻抗隨 不同頻率變化盡可能小及其絕對值盡可能小，輸出匹配的低頻諧振頻率在選取時最好大于 1. 5 2倍視頻帶寬；(c)根據(jù)低頻諧振頻率f,，計算出LC串并聯(lián)諧振電路中的電感L3、電容Cl和電容 C2的大小，其具體過程如下(Cl)根據(jù)射頻功率放大管的數(shù)據(jù)手冊或器件模型，得到LDMOS器件的漏極等效電 容Cds，并由設(shè)計匹配電路器算出其等效電容Cm ；(c2)計算出LDMOS器件的漏極等效電感L ；
￡ = 1/(4 χ爐 χ/,2 xQ式中，C=CJC、.，(c3)計算出電感L3;
Ll = LxLV(Ll-L)式中，Ll為供電線的等效電感，L為LDMOS器件的漏極等效電感；(c4)選取電容Cl 電容Cl需選取ESR較小、容量較大的陶瓷電容。其等效串聯(lián)電 阻較小、容量較大的陶瓷電容，其容值一般從Iu廣IOuF不等；(c5)計算出電容C2的值；C2 = 1 /(4 X TT2 X jf X L3) °( d)為了使得結(jié)果更加精確，所述步驟(c )結(jié)束后，將計算出的電感L3、電容Cl和 電容C2連同整個輸出匹配電路一起代入仿真軟件進行仿真，如射頻功率放大器的射頻指 標或視頻帶寬與理論計算不符，則進行微調(diào)，最終確定出電感L3、電容Cl和電容C2的大 (e)根據(jù)電感L3、電容Cl和電容C2的大小，進行器件選取，并與單邊饋電電路一 起連接構(gòu)成如圖1所示的射頻功率放大器的輸出匹配電路。 如上所述，便可較好的實現(xiàn)本實用新型。
權(quán)利要求1.一種射頻功率放大器的輸出匹配電路，主要由連接在射頻功率放大管輸出端的單邊 饋電電路構(gòu)成，其特征在于，所述射頻功率放大管輸出端還連接有一個與其并聯(lián)的LC串并 聯(lián)諧振電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻功率放大器的輸出匹配電路，其特征在于，所述LC 串并聯(lián)諧振電路主要由電感L3與電容Cl組成的LC串聯(lián)電路、以及與該LC串聯(lián)電路并聯(lián) 的電容C2構(gòu)成，所述LC串聯(lián)電路連接在射頻功率放大管輸出端和地線之間；所述電容Cl 對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)，電容C2對于包絡(luò)頻率信號呈開路狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種射頻功率放大器的輸出匹配電路，其特征在于，所述 單邊饋電電路主要由連接在射頻功率放大管輸出端和電源之間的供電線、以及連接在供電 線與地線之間的射頻電容C3和陶瓷電容C4構(gòu)成；所述射頻電容C3對于包絡(luò)頻率信號呈開 路狀態(tài)；陶瓷電容C4對于包絡(luò)頻率信號呈短路狀態(tài)。
專利摘要本實用新型公開了一種射頻功率放大器的輸出匹配電路，主要由連接在射頻功率放大管輸出端的單邊饋電電路構(gòu)成，所述射頻功率放大管輸出端還連接有一個與其并聯(lián)的LC串并聯(lián)諧振電路。本實用新型通過在射頻功率放大管輸出端設(shè)置一個與其并聯(lián)的LC串并聯(lián)諧振電路，從而實現(xiàn)了在對頻率為f0的信號無影響的同時減小射頻功率放大器輸出端的低頻等效諧振電感，進而展寬了視頻帶寬和改善了記憶效應(yīng)，有效減小了射頻功率放大器輸出匹配電路的布版面積。
文檔編號H03F3/189GK201898484SQ201020668098
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者張兵 申請人:芯通科技(成都)有限公司