专利名称：一种射频功率放大器的输出匹配电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种射频功率放大器的输出匹配电路。
背景技术：
随着通信技术的发展和人们生活水平的提高，人类对无线通信的要求已不满足于 简单的语音通话要求，而是希望在基本的语音通信基础上能实现高速的、宽带的、可靠的无 线互联，可靠的高速宽带业务的传输对通信设备提出了更高的要求。对于无线通信设备核心部分件之一的射频功率放大器而言，要实现宽带信号的传 输和高功率、高线性放大，除了需满足工作频带内的增益和线性需求外，还需重点考虑低频 调制信号频带的阻抗特性。因为随着数字信号处理技术的发展和通信设备节能环保要求的 不断提高，现代基站功率放大器均采用数字预失真(DPD)对其线性进行补偿，而功率放大器 设计的重点放在如何提高效率及功率放大器的可线性化方面，功率放大器是否可线性化及 可线性化的程度除与数字预失真的算法有关外，在功率放大器本身而言，很大程度是由功 率放大器的记忆效应决定的。在射频通信功率放大器中，记忆效应通常被定义为依懒于信 号带宽的非线性效应，记忆效应按其产生手机理可分为电记忆效应和电热记忆效应，由于 功率放大管器件厂商在器件的电热记忆效应方面做了大量的优化，因此一般而言在功率放 大器设计时谈论的功率放大器的记忆效应一般指电记忆效应。根据功率放大器失真理论分 析，电记忆效应主要与功率放大器的基波阻抗、二次谐波阻抗和包络阻抗的大小及其在信 号带宽范围内的不一致有关。对于通信频段和信号带宽而言，由于基波和二次谐波频段的 相对带宽较窄，很容易做到在基波的信号带宽范围和二次谐波的二倍信号带宽范围内功率 放大器的输入和输出阻抗在很小的范围内变化。但是对于低频调制信号频率范围内要做到 阻抗(包络阻抗)一致，则非常不容易。因此，在设计功率放大器时，改善放大器的记忆效应 主要从放大器的包络阻抗着手。包络阻抗的变化或其大小在可接受范围内的带宽称为视频 带宽(VBW)。由前所述，要做到包络阻抗一致，非常不容易。比如如果某一功率放大器放大的 信号带宽为100MHz，则其包络频率范围为从0 100MHz，要做到频率从0 IOOMHz内的 阻抗一致，是很困难的。解决这个问题可以从两方面入手1、在包络阻抗范围内不要出现谐 振点，因为谐振会造成阻抗急剧变化；2、让包络阻抗尽可能小，这样可以减小包络信号的幅 度，从而减少包络信号对三阶交调失真信号的影响。传统的处理包络阻抗的方法是在功率 放大管供电线上加入不同容值的电容以使包络阻抗尽可能保持一致，或使用双边馈电线， 以减小输出匹配电路的等效电感从而使包络阻抗尽可能小或谐振点在包络阻抗范围外。这 种方法由于引入了双边馈电线，导致布版面积增加，这对于对体积要求越来越小的通信系 统是不允许的。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的布版面积大的缺点和不足，提供一种射频功率放大器的输出匹配电路。本实用新型的目的通过下述技术方案实现一种射频功率放大器的输出匹配电 路，主要由连接在射频功率放大管输出端的单边馈电电路构成，所述射频功率放大管输出 端还连接有一个与其并联的LC串并联谐振电路。上述LC串并联谐振电路主要由电感L3与电容Cl组成的LC串联电路、以及与该 LC串联电路并联的电容C2构成，所述LC串联电路连接在射频功率放大管输出端和地线之 间；所述电容Cl对于包络频率信号呈短路状态，电容C2对于包络频率信号呈开路状态。上述单边馈电电路主要由连接在射频功率放大管输出端和电源之间的供电线、以 及连接在供电线与地线之间的射频电容C3和陶瓷电容C4构成；所述射频电容C3对于包络 频率信号呈开路状态；陶瓷电容C4对于包络频率信号呈短路状态。综上所述，本实用新型的有益效果是通过在射频功率放大管输出端设置一个与 其并联的LC串并联谐振电路，该LC串并联谐振电路谐振于射频功率放大器工作频率f；附 近，利用其对于频率为fo的信号呈现开路状态，对于包络频率信号呈现短路状态，从而实现 了在对频率为fo的信号无影响的同时减小射频功率放大器输出端的低频等效谐振电感，进 而展宽了视频带宽和改善了记忆效应；由于LC器件为集总参数器件，从而不需要增加布版 面积，有效减小了射频功率放大器输出匹配电路的布版面积。
图1为本实用新型公开的射频功率放大器的输出匹配电路示意图；图2为传统的射频功率放大器的输出匹配电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实 施方式不仅限于此。实施例如图1所示的一种射频功率放大器的输出匹配电路，主要由连接在射频功率放大 管输出端的单边馈电电路构成，所述射频功率放大管输出端还连接有一个与其并联的LC 串并联谐振电路。上述LC串并联谐振电路主要由电感L3与电容Cl组成的LC串联电路、以及与该 LC串联电路并联的电容C2构成，所述LC串联电路连接在射频功率放大管输出端和地线之 间；所述电容Cl对于包络频率信号呈短路状态，电容C2对于包络频率信号呈开路状态。上述单边馈电电路主要由连接在射频功率放大管输出端和电源之间的供电线、以 及连接在供电线与地线之间的射频电容C3和陶瓷电容C4构成；所述射频电容C3对于包络 频率信号呈开路状态；陶瓷电容C4对于包络频率信号呈短路状态。本实施例中的射频功率放大管采用射频功率放大器件LDMOS (横向扩散金属氧化 物半导体)，但不局限于此，也可根据实际情况另行选择；Cl需选取等效串联电阻较小、容量 较大的陶瓷电容，其容值一般从Iu广IOuF不等。现分别针对本实用新型公开的以及传统的射频功率放大器输出匹配电路，详细阐 述本实用新型的有益效果。[0019]图2为传统的为了改善视频带宽和记忆效应而采用的射频功率放大器输出匹配 电路，图2中忽略了射频功率放大器件LDMOS的引线电感，Cds为LDMOS漏极的等效电容；C3 和C6为射频电容(由于其容量较小，为了计算方便，将其忽略)；C4和C5为容量较大的陶瓷 电容，对于包络频率信号来说，其容抗很小，可以近似为短路(在计算时按短路处理)；Ll和 L2是供电线的等效电感。因此，在没有采用双边供电对视频带宽和记忆效应进行处理时，仅由Ll或L2单边 供电，此时输出匹配电路的低频谐振频率为
/1 = 1/(2 χ τχ 4 Ll χ C)式中，C为射频功率放大器件LDMOS和漏极等效电容Cds与输出匹配电路的并联值； Ll为供电线的等效电感。当采用双边馈电线后，输出匹配电路的低频谐振频率为
/2 = 1/(2XiTX￡2)χC) = 1/(2χπχ,/(￡1/2)χC) = IAxfl式中，C为射频功率放大器件LDMOS和漏极等效电容Cds与输出匹配电路的并联值； Ll和L2为供电线的等效电感。由上可以看出，在同等条件下，采用双边馈电线后，射频功率放大器输出匹配电路 的谐振频率提高了 1. 4倍，即阻抗变化大的点向频率高端平移了，从而射频功率放大器的 视频带宽得到了提高，记忆效应得到了改善。但是由于这种方式额外的加入了一条馈电线， 且该馈电线的长度不能任意，一般情况下为工作频率信号波长的1/4，因此增加了较多的布 版面积。如图1所示，本实用新型将图2中的其中一边馈电线替换成了由L3、C1和C2组成 的LC串并联谐振电路，其中，Cl为容量较大的电容，其容抗对于包络频率信号来说，几乎呈 短路状态；电容C2对于包络频率信号呈开路状态；L2是供电线的等效电感，因此，要求该谐 振电路满足并联谐振频率
/0 = l/(2x rxVZ3xC2)式中，/O为功率放大器工作频率的中心频率；L3的电感值小于或等于图2中单边 馈电线的等效电感Li，一般情况下，小于5nH ；对于包络频率信号来说，由于C2的容值较小，其对于包络频率信号呈开路状态， 此时输出匹配电路的低频谐振频率为
/ = 1 /(2 X Λ-x %/(Z2||￡3)xC)式中，C为射频功率放大器件LDMOS和漏极等效电容Cds与输出匹配电路的并联 值；L2为供电线的等效电感。由于L3的电感值小于或等于Ll的等效电感值，因此，该实用新型的低频谐振频率大于或等于传统的双边馈电线装置的低频谐振频率；由于LC串并联揩振电路对于频率为 /0的工作频段信号而言，相当于开路状态，即对有用信号的传输与放大不会产生影响，但 可以达到甚至优于传统的改善视频带宽的方法所达到的效果，且L3、C1和C2均为集总参数 原件，因此，其占用布版面积远小于双边馈电线的分布参数原件的面积。本实用新型针对不同的工作频率，选取不同的L3、C1和C2，以满足上述要求。上述射频功率放大器输出匹配电路的设计方法，包括以下步骤(a)根据射频功率放大器放大信号的包络带宽宽度，确定射频功率放大器需要的 视频带宽fbw，如当包络信号带宽为20MHz，射频功率放大器的视频带宽应至小大于20MHz， 如果考虑2次谐波失真信号的影响，则视频带宽应大于40MHz，等等；不同的应用场景和与 功率放大器配合的不同的DPD系统，需要的视频带宽不同，一般情况下视频带宽要大于DPD 系统对信号的处理带宽；(b)根据视频带宽fbw，确定输出匹配电路的低频谐振频率f；；为了使包络阻抗随 不同频率变化尽可能小及其绝对值尽可能小，输出匹配的低频谐振频率在选取时最好大于 1. 5 2倍视频带宽；(c)根据低频谐振频率f,，计算出LC串并联谐振电路中的电感L3、电容Cl和电容 C2的大小，其具体过程如下(Cl)根据射频功率放大管的数据手册或器件模型，得到LDMOS器件的漏极等效电 容Cds，并由设计匹配电路器算出其等效电容Cm ；(c2)计算出LDMOS器件的漏极等效电感L ；
￡ = 1/(4 χ炉 χ/,2 xQ式中，C=CJC、.，(c3)计算出电感L3;
Ll = LxLV(Ll-L)式中，Ll为供电线的等效电感，L为LDMOS器件的漏极等效电感；(c4)选取电容Cl 电容Cl需选取ESR较小、容量较大的陶瓷电容。其等效串联电 阻较小、容量较大的陶瓷电容，其容值一般从Iu广IOuF不等；(c5)计算出电容C2的值；C2 = 1 /(4 X TT2 X jf X L3) °( d)为了使得结果更加精确，所述步骤(c )结束后，将计算出的电感L3、电容Cl和 电容C2连同整个输出匹配电路一起代入仿真软件进行仿真，如射频功率放大器的射频指 标或视频带宽与理论计算不符，则进行微调，最终确定出电感L3、电容Cl和电容C2的大 (e)根据电感L3、电容Cl和电容C2的大小，进行器件选取，并与单边馈电电路一 起连接构成如图1所示的射频功率放大器的输出匹配电路。 如上所述，便可较好的实现本实用新型。
权利要求1.一种射频功率放大器的输出匹配电路，主要由连接在射频功率放大管输出端的单边 馈电电路构成，其特征在于，所述射频功率放大管输出端还连接有一个与其并联的LC串并 联谐振电路。
2.根据权利要求1所述的一种射频功率放大器的输出匹配电路，其特征在于，所述LC 串并联谐振电路主要由电感L3与电容Cl组成的LC串联电路、以及与该LC串联电路并联 的电容C2构成，所述LC串联电路连接在射频功率放大管输出端和地线之间；所述电容Cl 对于包络频率信号呈短路状态，电容C2对于包络频率信号呈开路状态。
3.根据权利要求1或2所述的一种射频功率放大器的输出匹配电路，其特征在于，所述 单边馈电电路主要由连接在射频功率放大管输出端和电源之间的供电线、以及连接在供电 线与地线之间的射频电容C3和陶瓷电容C4构成；所述射频电容C3对于包络频率信号呈开 路状态；陶瓷电容C4对于包络频率信号呈短路状态。
专利摘要本实用新型公开了一种射频功率放大器的输出匹配电路，主要由连接在射频功率放大管输出端的单边馈电电路构成，所述射频功率放大管输出端还连接有一个与其并联的LC串并联谐振电路。本实用新型通过在射频功率放大管输出端设置一个与其并联的LC串并联谐振电路，从而实现了在对频率为f0的信号无影响的同时减小射频功率放大器输出端的低频等效谐振电感，进而展宽了视频带宽和改善了记忆效应，有效减小了射频功率放大器输出匹配电路的布版面积。
文档编号H03F3/189GK201898484SQ201020668098
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者张兵 申请人:芯通科技(成都)有限公司