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CN110120789A - 一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构 - Google Patents

一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构 Download PDF

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Abstract

一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构。本发明公开了该电路功能块主要包含射频功率放放大级PA，射频扼流电感La，二次谐波抑制网络，宽带匹配网络，三次谐波抑制网络，五次谐波抑制网络。二次，三次，五次谐波抑制网络由N（N大于2）阶电感，电容构成的串联谐振电路组成。射频输入信号是从信号输入口进入PA进行功率放大，经过二次谐波抑制网络，宽带匹配网络，三次谐波抑制网络，五次谐波抑制网络，最后通过耦合电容到负载。本发明的谐波抑制网络，及谐波宽带匹配电路，采用的是集总参数原件，可以全集成在一块硅芯片上。谐波抑制网络，使2次，3次，5次谐波对地短路，增加了效率，射频信号输出的线性度更高。使用宽带匹配技术，可以使PA满足多模多频的工作方式。

Description

一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构
技术领域
本发明涉及微波功率放大器输出谐波控制领域，尤其是一种高效率，高线性化对输出谐波进行抑制处理的方法。
背景技术
在当前无线通信中，射频前端是最重要的模块电路之一，射频前端中的PA(功率放大器(Power Amplifier)模块又是前端模块中最核心的发射模块，射频发射模块PA的性能优劣，直接决定了通信信号的质量。在当前时期，通信信号的频率越来越高，如第四代网络通信（4G），通信频率越高对射频放大器PA的要求性能就越高，比如线性度，效率，稳点性，带宽，功率，谐波抑制，邻近道信号比等。在以往的射频功率放大器中，都很难做到各项性能指标协调，往往为了保持高的线性度，牺牲了带宽，与效率。本发明的方法可以在宽带匹配条件下实现高效率，提出了一种可实现的宽带匹配方法，提出了一种二次，三次，五次谐波抑制网络的方法去提高效率。综合匹配电路与谐波抑制电路，提高了效率，展宽了通信带宽。在中国专利201510057384.5中，射频信号由功率放大器PA进行放大后，只对二次谐波进行抑制，接着进行匹配输出，这样的缺点是输出信号线性度不高，对负载变化很敏感，整体效率不高。
发明内容
现有的传统功率放大器解决方案如图1。小功率射频信号在射频功率放大器的输入端直接耦合进入，在输出端直接由单频点窄带匹配到负载端，实现最大传输功率。单频点的匹配主要的缺点有，第一当负载失配时，传输效率非常低，同时有效功率也很低，大量的能量以热能的形式耗散在有源晶体管上，对器件的有害影响很大。第二匹配的带宽很小，基本只能满足一种模式的通信，不能实现多模多频的通信方式。第三对谐波抑制的效果不好，在PA输出端对基频信号起主要干扰作用的是二次，三次，五次谐波，它们会使基频波形变差，线性度很差。且加载在PA的输出端口，使PAE（Power-Added Efficiency，即功率附加效率）变低，针对这些缺点，本发明提出带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，根据输出带宽要求，并联一个或多个二次谐波抑制网络、三次谐波抑制网络和五次谐波抑制网络。将谐波抑制网络与宽带匹配电路灵活有效融合，降低谐波失真同时提高匹配带宽，提高了射频功率放大器的整体输出效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是未采用本发明的系统统结构框图。
图2是本发明系统结构框图。
图3是二次谐波抑制网络电路图。
图4是三次，五次谐波抑制网络电路图。
图5是未采用本发明匹配电路结构的正向传输系数S21。
图6是本发明电路结构的正向传输系数S21。
图中
L0：射频扼流电感，301：射频功率放大器，302：二次谐波抑制网络，303-306：二次谐波谐振电路。402：二次谐波抑制网络，403-305：三次谐波谐振电路。401：La耦合电感。502：五次谐波抑制网络，503-305：五次谐波谐振电路。501：Ca耦合输出电容。L1-L9表示电感，C1-C9表示电容。
具体实施方式
图2是本发明提出的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构的结构框图。该电路功能块主要包含射频功率放放大级PA，射频扼流电感La，二次谐波抑制网络，宽带匹配网络，三次谐波抑制网络，五次谐波抑制网络。二次，三次，五次谐波抑制网络由N（N大于2）阶电感，电容构成的串联谐振电路组成。射频输入信号是，从信号输入口进入PA进行功率放大，经过二次谐波抑制网络，宽带匹配网络，三次谐波抑制网络，五次谐波抑制网络到信号输出，最后经过耦合电容到天线负载。本发明的谐波抑制网络，及谐波宽带匹配电路，采用的是集总参数原件，可以全集成在一块硅芯片上。避免使用分离原件板级电路的不稳定，提高了电路的可靠性。在谐波抑制网络中2次谐波可采用N阶2次谐波陷波器，3次谐波抑制网络可采用N阶3次谐波陷波器，5次谐波抑制网络可采用N阶5次谐波陷波器。二次谐波抑制网络的实现过程如图3要达到满足要求的二次谐波抑制，至少需要3阶抑制网络。本发明提供的一种采用3阶陷波器，对二次谐波陷波。射频信号由PA输出端口输出，在图3中的301后一级，宽带匹配网络的前一级302就是二次谐波抑制网络。
在302中包含303,304,305,306N阶二次谐波抑制网络。其中303电感L1，与电容C1 构成串联谐振电路，谐振二次谐波，此串联谐振电路对二次谐波短路，其它次谐波开路。谐 振频率为2倍基频其中为基波频率，串联谐振对二次谐波短 路，使二次谐波对地看到的阻抗为零。303,304,305,306组成N阶谐振电路，谐振在相同的二 次谐波频率点上。PA输出一端分别与303,304,305,306,宽带匹配网络连接。在303中先与L1 连接，L1另一端在与C1连接，C1另一端与参考地连接。
同理在304,305,306中，PA的输出端口分别与L2,L3...Ln一端连接，L2,L3...Ln的 另一端在分别与C2,C3...Cn连接，最后电容另一端在与参考地相连接。这样就实现了对二 次谐波的抑制。本发明应用了三阶谐波抑制网络，包含303，304,305.集总参数电容，电感选 用高质量的表贴原件，这样谐波网络具有较高的Q(品质因数)，降低了谐波网络的能量损 耗。306款为在理想情况的n阶，实际电路证明只用3阶电路就非常接近理想情况，因此本发 明电路搭建也只搭建到了第三阶，三个串联谐振相互并联，可以单点窄带谐振，在不同带宽 下也可以选取参数值设置在有一定带宽下谐振。三次，五次谐波抑制网络的实现过程如图 4:要达到满足要求的三次谐波抑制，至少需要3阶抑制网络。本发明提供的一种采用3阶陷 波器，对三次谐波陷波。射频信号由宽带匹配网络输出端口输出，在图4中的宽带匹配网络 的后一级，402就是三次谐波抑制网络。在402中包含403,404,405,3阶三次谐波抑制网络。 其中403由电感L4，与电容C4构成串联谐振电路，谐振三次谐波，此串联谐振电路对三次谐 波对短路，其它次谐波开路。谐振频率为3倍基频 其中为基波 频率，串联谐振对三次谐波短路，使三次谐波对地看到的阻抗为零。403,404,405,组成3阶 谐振电路，谐振在相同的三次谐波频率点上。宽带匹配网络的输出端分别与403,404,405, 401连接。在403中先与L4连接，L4另一端在与C4连接，C4另一端与参考地连接。同理在404, 405,406中，宽带匹配网络的输出一端分别与L5,L6一端连接，L5,L6的另一端在分别与C5, C6连接，最后电容C5,C6另一端在与参考地相连接。这样就实现了对三次谐波的抑制。
要达到满足要求的五次谐波抑制，至少需要3阶抑制网络。本发明提供的一种采用 3阶陷波器，对五次谐波陷波。射频信号由三阶谐波抑制网络输出端口输出，在图4中的三阶 谐波抑制网络的后一级，经401电感La到达五次谐波抑制网络， 502就是五次谐波抑制网 络。在502中包含503,504,505,3阶五次谐波抑制网络。其中503由电感L7，与电容C7构成串 联谐振电路，谐振五次谐波，此串联谐振电路对五次谐波对短路，其它次谐波开路。谐振频 率为5倍基频 其中为基波频率，串联谐振对五次谐波短路，使 五次谐波对地看到的阻抗为零。503,504,505,组成3阶谐振电路，谐振在相同的三次谐波频 率点上。401网络的输出一端分别与503,504,505,501连接。在503中先与L7连接，L7另一端 在与C7连接，C4另一端与参考地连接。同理在504,505中，401网络的输出一端分别与L8,L9 一端连接，L8,L9的另一端在分别与C8,C9连接，最后电容C8,C9另一端在与参考地相连接。 这样就实现了对五次谐波的抑制。信号在经过五次谐波抑制网络处理后由一个大电容耦合 输出给负载天线。经过上述处理的信号，可以获得高线性度与高效率。二次谐波抑制网络、 三次谐波抑制网络和五次谐波抑制网络并联个数灵活可变以实现不同的带宽需求。

Claims (9)

1.一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，它由射频功率放大级PA，射频扼流电感La，二次谐波抑制网络，宽带匹配网络，三次谐波抑制网络，五次谐波抑制网络和输出耦合电容构成；其特征射频放大级PA连接二次谐波匹配电路301,301在与宽带匹配电路连接，宽带匹配电路直接在与402三次谐波连接，402通过401耦合电感在与502五次谐波抑制电路连接，最后由501耦合电容输出。
2.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：二次谐波抑制电路具有高的品质因数Q；三次谐波抑制电路具有高的品质因数Q；五次谐波抑制电路具有高的品质因数Q。
3.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：二次谐波抑制电路具有对二次谐波短路。
4.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：三次谐波抑制电路具有对二次谐波短路。
5.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：三次谐波抑制电路具有对五次谐波短路。
6.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：宽带匹配电路具有低的品质因数Q。
7.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：宽带匹配电路具有超宽频带，对频带内的信号无衰减通过。
8.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：扼流电感La具有高的品质因数Q，对交流信号进行有效阻断。
9.根据权利要求1所述的一种带有高次谐波抑制的宽带匹配电路结构，其特征是：输出耦合电容501容值足够大，对直流隔直，对信号无衰减输出。
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