一种功率放大器及通信系统的制作方法

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种功率放大器及通信系统。

背景技术

无线通信技术的飞速发展，尤其是绿色无线通信的发展，对于通信系统的性能指标提出了越来越高的要求。作为通信系统中的一个重要组成部分，功率放大器的工作效率将直接影响到整个通信系统的能耗量级，常见的功率放大器包括输入匹配模块、第一放大器、级间匹配模块、第二放大器、输出匹配模块，其中，输出匹配模块用于抑制谐波，但是现有技术中的输出匹配模块是通过电感和电容串联来抑制谐波的，而串联结构会产生大电流，使得功率放大器的功耗较高，无法满足绿色无线通信的要求。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种功率放大器，不存在大电流，在抑制谐波的同时降低了功率放大器功耗，提高了输出功率。本发明的另一目的是提供一种包括上述功率放大器的通信系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种功率放大器，包括输入匹配模块，第一放大器，级间匹配模块，第二放大器和输出匹配模块，所述输出匹配模块包括第一调制单元和第二调制单元，其中：

所述第一调制单元的第一端分别与所述第二调制单元的第一端及所述第二放大器的第二端连接，所述第一调制单元的第二端接地，所述第二调制单元的第二端与功率放大器的信号输出端连接；

所述第一调制单元包括依次连接的第一子调制单元、第二子调制单元直至第n子调制单元，所述第一子调制单元的第一端作为所述第一调制单元的第一端，所述第n子调制单元的第二端作为所述第一调制单元的第二端，第i子调制单元中包括第i调制电容及第i调制电感，所述第i调制电容的第一端和所述第i调制电感的第一端连接，其公共端作为所述第i子调制单元的第一端，所述第i调制电容的第二端和所述第i调制电感的第二端连接，其公共端作为所述第i子调制单元的第二端，i＝1，2，…，n，n为正整数。

优选的，当n≥2时，所述第一调制单元还包括设于所述第i子调制单元与第i+1子调制单元之间的第一电感。

优选的，所述第二调制单元包括第二电感、第一电容及第二电容，其中：

所述第二电感的第一端与所述第一电容的第一端连接，其公共端作为所述第二调制单元的第一端，所述第二电感的第二端分别与所述第一电容的第二端及所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端作为所述第二调制单元的第二端。

优选的，所述第一放大器为ab类功率放大器或a类功率放大器。

优选的，所述第二放大器为f类功率放大器。

优选的，所述输入匹配模块包括第三电容，第四电容及第三电感，其中：

所述第三电容的第一端与所述功率放大器的信号输入端连接，所述第三电容的第二端分别与所述第四电容的第一端及所述第三电感的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述第三电感的第二端与所述第一放大器的第一端连接。

优选的，所述级间匹配模块包括第五电容，第六电容，第七电容及第四电感，其中：

所述第五电容的第一端分别与所述第六电容的第一端及所述第一放大器的第二端连接，所述第六电容的第二端分别与所述第七电容的第一端及所述第四电感的第一端连接，所述第五电容第二端及所述第七电容的第二端均接地，所述第四电感的第二端与所述第二放大器的第一端连接。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种通信系统，包括如上文任意一项所述的功率放大器。

本发明提供了一种功率放大器，包括输入匹配模块，第一放大器，级间匹配模块，第二放大器和输出匹配模块，输出匹配模块包括第一调制单元和第二调制单元，其中：第一调制单元的第一端分别与第二调制单元的第一端及第二放大器的输出端连接，第一调制单元的第二端接地，第二调制单元的第二端与功率放大器的信号输出端连接；第一调制单元包括依次连接的第一子调制单元、第二子调制单元直至第n子调制单元，第一子调制单元的第一端作为第一调制单元的第一端，第n子调制单元的第二端作为第一调制单元的第二端，第i子调制单元中包括第i调制电容及第i调制电感，第i调制电容的第一端和第i调制电感的第一端连接，其公共端作为第i子调制单元的第一端，第i调制电容的第二端和第i调制电感的第二端连接，其公共端作为第i子调制单元的第二端，i＝1，2，…，n，n为正整数。

可见，在实际应用中，采用本发明所提供的输出匹配模块，在二次谐波处通过多个子调制模块串联后接地，来抑制谐波，其中，每个子调制模块中的电容和电感采用并联结构，不存在大电流，在抑制谐波的同时降低了功率放大器功耗，在三次谐波处，通过第二调制模块将能量回收至第二放大器中的功率管的集电极，提高了第二放大器的输出功率，进一步降低了功耗。

本发明还提供了一种通信系统，具有和上述功率放大器相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种功率放大器的结构示意图；

图2为本发明所提供的另一种功率放大器的结构示意图；

图3为本发明所提供的另一种功率放大器的结构示意图；

图4为本发明所提供的第二调制模块的结构示意图；

图5为本发明所提供的输入匹配模块的结构示意图；

图6为本发明所提供的级间匹配模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种功率放大器，不存在大电流，在抑制谐波的同时降低了功率放大器功耗，提高了输出功率。本发明的另一核心是提供一种包括上述功率放大器的通信系统。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。

请参照图1，图1为本发明所提供的一种功率放大器的结构示意图，包括输入匹配模块1，第一放大器2，级间匹配模块3，第二放大器4和输出匹配模块5，输出匹配模块5包括第一调制单元51和第二调制单元52，其中：

第一调制单元51的第一端分别与第二调制单元52的第一端及第二放大器4的第二端连接，第一调制单元51的第二端接地，第二调制单元52的第二端与功率放大器的信号输出端连接；

第一调制单元51包括依次连接的第一子调制单元511、第二子调制单元512直至第n子调制单元51n，第一子调制单元511的第一端作为第一调制单元51的第一端，第n子调制单元51n的第二端作为第一调制单元51的第二端，第i子调制单元51i中包括第i调制电容cpi及第i调制电感lpi，第i调制电容cpi的第一端和第i调制电感lpi的第一端连接，其公共端作为第i子调制单元51i的第一端，第i调制电容cpi的第二端和第i调制电感lpi的第二端连接，其公共端作为第i子调制单元51i的第二端，i＝1，2，…，n，n为正整数。

具体的，本发明所提供的的功率放大器属于两级调谐，包括输入匹配模块1，第一放大器2，级间匹配模块3，第二放大器4和输出匹配模块5，输入匹配模块1的第一端与功率放大器的信号输入端连接，输入匹配模块1的第二端与第一放大器2的第一端连接，第一放大器2的第二端与级间匹配模块3的第一端连接，级间匹配模块3的第二端与第二放大器4的第一端连接，第二放大器4的第二端与输出匹配模块5的第一端连接，输出匹配模块5的第二端与功率放大器的信号输出端连接，其中，第一放大器2由第一偏置电源bias1，第一功率管q1，第一电源vcc1，电感lb1及电感l1构成，其具体连接结构参照图2所示，第一功率管q1的基极与电感lb1的第一端连接，其公共端作为第一放大器2的第一端，第一功率管q1的集电极与电感l1的第一端连接，其公共端作为第一放大器2的第二端。相应的，第二放大器4由第二偏置电源bias2，第二功率管q2，第二电源vcc2，电感l2，电感lb2，电容c01、电容c02构成，具体连接结构参照图2所示，第二功率管q2的基极与电感lb2的第一端连接，其公共端作为第二放大器4的第一端，第二功率管q2的集电极分别与电感l2的第一端及电容c02的第一端连接，其公共端作为第二放大器4的第二端。

具体的，本发明所提供的输出匹配模块5采用多谐振串并联网络的阻抗调制，在二次谐波处，通过第一调制单元51将二次谐波短路到地，以减小二次谐波，在三次谐波处，通过第二调制单元52将三次谐波开路，以回收三次谐波，从而提高功率放大器的输出功率以及线性度。第一调制单元51中可以包括一个子调制单元或多个串联的子调制单元，分别记为第一子调制单元511、第二子调制单元512直至第n子调制单元51n，任意一个子调制单元可以记为第i子调制单元51i，每个子调制单元中均包括一个调制电感和与该调制电感并联的调制电容，调制电感和调制电容采用并联的结构不会造成大电流，在保证抑制谐波效果的基础上，降低了能耗。

本发明提供了一种功率放大器，包括输入匹配模块，第一放大器，级间匹配模块，第二放大器和输出匹配模块，输出匹配模块包括第一调制单元和第二调制单元，其中：第一调制单元的第一端分别与第二调制单元的第一端及第二放大器的输出端连接，第一调制单元的第二端接地，第二调制单元的第二端与功率放大器的信号输出端连接；第一调制单元包括依次连接的第一子调制单元、第二子调制单元直至第n子调制单元，第一子调制单元的第一端作为第一调制单元的第一端，第n子调制单元的第二端作为第一调制单元的第二端，第i子调制单元中包括第i调制电容及第i调制电感，第i调制电容的第一端和第i调制电感的第一端连接，其公共端作为第i子调制单元的第一端，第i调制电容的第二端和第i调制电感的第二端连接，其公共端作为第i子调制单元的第二端，i＝1，2，…，n，n为正整数。

可见，在实际应用中，采用本发明所提供的输出匹配模块，在二次谐波处通过多个子调制模块串联后接地，来抑制谐波，其中，每个子调制模块中的电容和电感采用并联结构，不存在大电流，在抑制谐波的同时降低了功率放大器功耗，在三次谐波处，通过第二调制模块将能量回收至第二放大器中的功率管的集电极，提高了第二放大器的输出功率，进一步降低了功耗。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，当n≥2时，第一调制单元51还包括设于第i子调制单元51i与第i+1子调制单元51i+1之间的第一电感lm1。

具体的，每个子调制单元中包括并联的调制电容和调制电感，用于抑制谐波，当第一调制单元51中包括多个串联的子调制单元时，可以更大程度的抑制谐波，任意两个子调制单元通过第一电感lm1连接，这里的第一电感lm1用于调节谐振回路，使本发明所提供的输出匹配模块5的调谐效果更好，相应的，假设第一调制单元51中包括n(n≥2)个子调制单元，那么就包括n-1个第一电感lm1。考虑到基板面积有限，以及电容、电感的寄生参数可能会对放大电路产生影响，因此，可以在第一调制单元51中设置两个子调制单元及一个第一电感lm1，参照图3所示，在提高谐波抑制效果的基础上，节约了功率放大器的体积以及成本。

请参照图4，图4为本发明所提供的第二调制模块的结构示意图，该功率放大器在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，第二调制单元52包括第二电感lm2、第一电容cm1及第二电容cm2，其中：

第二电感lm2的第一端与第一电容cm1的第一端连接，其公共端作为第二调制单元52的第一端，第二电感lm2的第二端分别与第一电容cm1的第二端及第二电容cm2的第一端连接，第二电容cm2的第二端作为第二调制单元52的第二端。

具体的，本发明所提供的输出匹配模块5采用三次谐波开路的结构，回收三次谐波，使输出功率提高，具体的，在三次谐波处，通过第二电感lm2和第一电容cm1并联，将三次谐波的能量回收至第二功率管q2的集电极，从而提高输出功率，进而降低通信系统的能耗。

作为一种优选的实施例，第一放大器2为ab类功率放大器或a类功率放大器。

作为一种优选的实施例，第二放大器4为f类功率放大器。

具体的，考虑到在实际应用中，功率放大器的工作效率和线性度不可兼得，因此，本发明所提供的功率放大器可以选择线性度较高的ab类功率放大器或a类功率放大器作为输入级的放大器(即第一放大器2)，可以选择效率较高的f类功率放大器作为输出级的放大器(即第二放大器4)，在保证高线性度的同时，尽可能的提高效率，从而进一步降低整个通信系统的能耗量级，使其满足绿色无线通信的发展。

当然，第一放大器2和第二放大器4除了可以采用上述类型的功率放大器，还可以选择其他功率放大器，根据实际工程需要进行选择即可，本发明对此不做特殊的限定。

请参照图5，图5为本发明所提供的输入匹配模块的结构示意图，该功率放大器在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，输入匹配模块1包括第三电容cm3，第四电容cm4及第三电感lm3，其中：

第三电容cm3的第一端与功率放大器的信号输入端连接，第三电容cm3的第二端分别与第四电容cm4的第一端及第三电感lm3的第一端连接，第四电容cm4的第二端接地，第三电感lm3的第二端与第一放大器2的第一端连接。

具体的，本发明中的输入匹配模块1选用第三电容cm3、第四电容cm4和第三电感lm3的组合来进行阻抗匹配，使输入级的输入阻抗达到s11要求即可，一般为-30db～-40db，其中，s11为输入反射系数。

请参照图6，图6为本发明所提供的级间匹配模块的结构示意图，该功率放大器在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，级间匹配模块3包括第五电容cm5，第六电容cm6，第七电容cm7及第四电感lm4，其中：

第五电容cm5的第一端分别与第六电容cm6的第一端及第一放大器2的第二端连接，第六电容cm6的第二端分别与第七电容cm7的第一端及第四电感lm4的第一端连接，第五电容cm5第二端及第七电容cm7的第二端均接地，第四电感lm4的第二端与第二放大器4的第一端连接。

具体的，级间匹配模块3采用由第五电容cm5、第六电容cm6、第七电容cm7及第四电感lm4构成的t型匹配网络，将输入级的输出阻抗匹配到输出级的输入阻抗，并且输出级的输入阻抗是在其1db压缩点的功率和效率均最大时的阻抗，这样可以保证输入级为输出级提供足够的功率而不牺牲效率，其中，1db压缩点是衡量功率放大器最大输出功率的一个参数，1db压缩点的功率实际上是指增益为-1时的输出功率，假设输出增益为35db，那么1db压缩点的功率就是34db时的输出功率。

可以理解的是，级间匹配模块3还可以选择结构较为简单的l型匹配网络，l型匹配网络包括的元件较少，成本较低，但是考虑到l型匹配网络不能对匹配网络的品质因子(带宽)进行控制，因此，本发明采用了可以控制匹配网络的品质因子(带宽)的t型匹配网络，以使本发明所提供的功率放大器适用范围更广。

相应的，本发明还提供了一种通信系统，包括如上文任意一项的功率放大器。

本发明所提供的一种通信系统，具有和上述功率放大器相同的有益效果。

对于本发明所提供的一种通信系统的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。