一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路，自所述射频源至负载形成有射频微波信号的信号路径，所述信号路径上连接有用于进行阻抗匹配的全微带结构，所述微带结构包括主匹配模块、第一、第二串联匹配模块、第一和第二并联模块在第一频率f1时，主匹配模块实现第一频率阻抗匹配至负载阻抗，第1串联匹配模块和第2串联匹配模块不影响匹配；同时，在第一频率f1时，两个并联模块在和主链路的连接点为开路状态。在第二频率f2时，可由第一串联模块和第一并联模块进行阻抗匹配，而第二串联模块不影响匹配，第2并联模块在在与主链路的连接点处为开路状态。在第三频率f3时，第二串联模块和第二并联模块进行阻抗匹配。
【专利说明】一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于无线通信【技术领域】，尤其是涉及一种能够同时支持三个频段工作的阻抗匹配网络。
【背景技术】
[0002]随着无线通信技术的快速发展和新的无线通信技术的出现，要求收发机必须同时工作在多个频带来同时支持多个通信标准。例如，在作为无线LAN[局域网，Local AreaNetwork8 标准的 IEEE[电气和电子工程师协会，Institute of Electrical and ElectronicEngineers]802.11 a/b/g的各个标准中，规定了 5.2GHz频带和2.4GHz频带的两个频带.[0003]射频功率放大器是无线收发机中包含的必不可少的模块，有将无线频带的信号进行放大、并承担将其供给到天线的作用。并且，射频功率放大器是无线电路中最耗能的单元，因此，射频功率放大器的设计被要求高效率的工作。一般功放电路中设计只是对一个频带进行优化，达到性能最佳(高效，高输出功率等)。为了满足同时支持多频带或者多标准的工作的需求，射频功率放大器必须要求其阻抗匹配电路同时支持多带工作。通常，采用通过开关切换或者采用可重构元素对于各个频带被最优地设计的电路的结构，但是，这些结构只能在某一个时刻工作在一个频段，很难实现同时工作在多频带的要求，并且存在占用面积大，电路复杂，成本较高的缺点。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，期望实现在各个频带中可以同时放大三个频带的混合射频信号的三频带功率放大器。而且期望实现将与这样的三频带功率放大器相对应的三个频带的混合型号在各个频带中可同时进行阻抗匹配的匹配电路。因此，本发明的目的在于:提供将三个频带的射频信号在各个频带中可同时进行阻抗匹配的匹配电路。
[0005]本发明一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路的技术方案是:该匹配电路中，自所述射频源至负载形成有射频微波信号的信号路径，所述信号路径上连接有用于进行阻抗匹配的全微带结构，所述微带结构包括主匹配模块、第一串联匹配模块、第二串联匹配模块、第一并联匹配模块和第二并联模块；所述主匹配模块、所述第一串联匹配模块、第二串联匹配模块依次串联在所述信号路径上；所述第一并联匹配模块与所述信号路径及所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块之间的节点并联；所述第二并联匹配模块与所述信号路径及所述第二串联匹配模块与负载之间的节点并联；所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块分别是特性阻抗4与所述负载阻抗Ztl相同的传输线；该匹配电路射频信号频率具有第一频率、第二频率f2和第三频率f;在射频微波信号频率为第一频率的情况下，所述主匹配模块被设定，所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块设定不影响第一频率的匹配条件，同时，所述第一并联匹配模块和第二并联匹配模块在与信号链路的连接点对于射频微波信号为开路状态，所述主匹配模块使得第一个复阻抗Zd (f\)和负载阻抗Ztl进行匹配；在射频微波信号频率为第二频率f2时，由所述第一串联匹配模块和第一并联匹配模块进行阻抗匹配，使第二个复阻抗Zd (f2)和负载阻抗Ztl进行匹配；在射频微波信号频率为第三频率f3时，由所述第二串联匹配模块和第二并联匹配模块进行阻抗匹配，使第三个复阻抗ZD(f3)和负载阻抗Ztl进行匹配。
[0006]本发明三频带射频功率放大器阻抗匹配电路，其中，所述主匹配模块是L型、T型和Ji型网络中的其中一种网络。
[0007]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0008]本发明匹配电路中，通过合理的设计各个模块的结构，可同时实现三个频带的阻抗匹配，能够针对特定的频率的相关复阻抗，在三个频率点附近实现实数阻抗的匹配，实现同时工作在多频带的要求，本发明匹配电路结构简单，成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明匹配电路的原理方框图；
[0010]图2是本发明匹配电路的电路设计原理图；
[0011]图3是本发明匹配电路实施例的电路原理图；
[0012]图4是本发明匹配电路输入阻抗的实部曲线图；
[0013]图5是本发明匹配电路输入阻抗的虚部曲线图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
[0015]如图1所示，本发明一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路，自所述射频源至负载形成有射频微波信号的信号路径，其特征在于，所述信号路径上连接有用于进行阻抗匹配的全微带结构，所述微带结构包括主匹配模块、第一串联匹配模块、第二串联匹配模块、第一并联匹配模块和第二并联模块。
[0016]所述主匹配模块、所述第一串联匹配模块、第二串联匹配模块依次串联在所述信号路径上；所述第一并联匹配模块与所述信号路径及所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块之间的节点并联；所述第二并联匹配模块与所述信号路径及所述第二串联匹配模块与负载之间的节点并联；所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块分别是
[0017]特性阻抗\与所述负载阻抗Ztl相同的传输线，所述第一并联匹配模块和第二并联匹配模块分别为对于所述信号路径并联地连接的并联匹配网络；
[0018]该匹配电路射频信号频率具有第一频率、第二频率f2和第三频率f3。
[0019]在射频微波信号频率为第一频率的情况下，所述主匹配模块被设定，所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块设定不影响第一频率的匹配条件，同时，第一并联匹配模块和第二并联匹配模块在与信号链路的连接点对于射频微波信号为开路状态，这样并联匹配模块可以忽略无线频率信号。即，在射频信号频率为第一频率的情况下，用主匹配模块进行阻抗匹配，主匹配模块使得第一个复阻抗ZJf1)和负载阻抗Ztl进行匹配。
[0020]在射频微波信号频率为第二频率f2时，由所述第一串联匹配模块和第一并联匹配模块进行阻抗匹配，所述第一串联匹配模块和第一并联匹配模块被设定，所述第二串联匹配模块设定不影响第二频率f2的匹配条件，同时，所述第二并联匹配模块在与信号链路的连接点对于射频信号为开路状态，这样并联匹配模块可以忽略无线频率信号。即，在射频信号频率为第一频率的情况下，用主匹配模块进行阻抗匹配，使第二个复阻抗ZD(f2)和负载阻抗Ztl进行匹配；
[0021]在射频微波信号频率为第三频率f3时，由所述第二串联匹配模块和第二并联匹配模块进行阻抗匹配，使第三个复阻抗Zd (f3)和负载阻抗Ztl进行匹配。
[0022]图2为基于图1所不的原理的基础下的具体的电路设计原理图。
[0023]该匹配电路的结构由三部分微带结构构成，分别实现三个频率(第一频率、第二频率f2和第三频率f33)的阻抗匹配。图2中第一部分为采用L型、T型和π型网络中其中一种网络的主匹配模块，以实现在所述第一频率fl时，在第一个复阻抗ZJf1)和负载阻抗Ztl之间进行阻抗匹配。所有信号链路中串联的微带线的特征阻抗\必须和负载阻抗Ztl相等，即\图2中并联的第二部分和第三部分，其中第二部分由第一串联模块和第一并联模块构成，第三部分由第二串联模块和第二并联模块构成，在射频微波信号频率为所述第一频率时，在第一串联模块和第一并联模块连接点处提供开路。这样在所述第一频率时，阻抗匹配完成之后，所述第一部分后面串联的微带线和并联电路模块，不会对匹配造成任何影响。
[0024]图2示出了并联的第二部分由三段微带线构成，一个在所述第一频率时的1/4波长传输线L2 —端和主链路并联连接，另一端并联连接一个1/4波长开路短截线L4和一节短路短截线L3。在所述第一频率时，在和主链路的连接点处提供开路，不影响第一频率
的匹配条件。并联的第二部分，在第一部分匹配完成的条件下，通过调节串联微带线L1和短路短截线L3的电长度，使得在所述第二频率f2时，在阻抗Zd (f2)和阻抗Z。之间进行阻抗匹配。
[0025]图2示出了并联的第三部分由5段微带线构成(L6，L7, L8, L9, Lltl)，其中，Lf^L8为在所述第一频率时的1/4波长传输线，在所述第一频率时，在和主链路的连接点处提供开路，不影响第一频率的匹配条件。Lltl在所述第二频率时的1/4波长传输线，通过调整微带线L9在所述第二频率f2时，在和主链路的连接点处提供开路，不影响第一频率f2的匹配条件。
[0026]图2中示出的并联的第三部分，在第一部分和第二部分匹配完成的条件下，通过调节串联微带线L5和短路短截线L7的电长度，使得在所述第三频率f3时，在阻抗Zd (f3)和阻抗Z。之间进行阻抗匹配。串联微带线L11的特征阻抗等于负载阻抗，电长度选择合适的值，以便连接端口。
[0027]图3表不基于图2所不的电路设计原理图所涉及的实施例的匹配电路的原理图。
[0028]本实施例，参照Cree公司CGH40010HEMT晶体管的datasheet提供的在不同频率下的负载牵引的阻抗值，选取三个频率下的负载阻抗进行三频带匹配电路的设计，选取的频率和相关的负载阻抗值如下:f! = 2.5GHz，ZJf1) = 19+j*9.2，f2 = 1.5GHz，Zd(f2)=28.15+j*29，和 f3 = IGHz, Zd (f3) = 41.4+j*28.5。
[0029]本实施例匹配电路具体的匹配过程如下:
[0030]如图3所示，所有的传输线的特性阻抗为50欧姆，首先，在第一频率= 2.5GHz时，设计电长度为43.3°的传输线LI和电长度为46.4°的开路短截线L2构成的L型匹配电路将复阻抗ZJf1) = 19+j*9.2匹配到负载阻抗50欧姆，同时串联传输线L3和L7的电长度此时可以为任意值，由于L5为在第一频率= 2.5GHz时电长度为90°的开路短截线，所以在和L6、L4的交点处呈现短路状态，又因为L4为在第一频率= 2.5GHz时电长度为90°的传输线，因此，在和L3的交点处，提供射频信号开路的状态。这样，第一频率f1 =
2.5GHz时，L4、L5和L6不影响匹配条件。同理，L8和L9也在第一频率= 2.5GHz时，在和L7的连接点处提供射频开路状态，也不影响匹配条件。其次，通过调节L6和L3的电长度，当在第二频率f2 = 1.5GHz时，L6的电长度为34.9°，L3的电长度为42.V时，Zd(f2)=28.15+j*29匹配到负载阻抗50欧姆。另外，设计L12的电长度在第二频率f2 = 1.5GHz为90°，这样在L12和Lll的连接点处提供射频信号短路，通过适当调节Lll的电长度，使得在L8和L7的交点处在第二频率f2 = 1.5GHz时也提供开路，这样L8，L9，L10, Lll, L12不影响第一频率= 2.5GHz和第二频率f2 = 1.5GHz的匹配条件。最后，在第三频率f3 =IGHz时，通过调节L7和LlO的电长度，当L7的电长度为26°，LlO的电长度为75.9°的时候，ZD(f3) =41.4+j*28.5匹配到负载阻抗50欧姆。这样就完成了 3个频率处的匹配。图4和图5分别为匹配电路输入阻抗的实部曲线图和虚部曲线图，从图中可以读到，设计出的匹配电路在三个频率下的实际阻抗值分别为:f\ = 2.5GHz，ZJf1) = 19.012+j*9.254，f2 =
1.5GHz,ZD(f2) = 28.113+j*28.992，和 f3 = lGHz，ZD(f3) = 41.421+j*28.425。可以看到，实际的仿真得到的阻抗值和需要匹配的阻抗值几乎相等，证明了本发明的可行性。
[0031]尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种三频带射频功率放大器阻抗匹配电路，自所述射频源至负载形成有射频微波信号的信号路径，其特征在于，所述信号路径上连接有用于进行阻抗匹配的全微带结构，所述微带结构包括主匹配模块、第一串联匹配模块、第二串联匹配模块、第一并联匹配模块和第二并联模块； 所述主匹配模块、所述第一串联匹配模块、第二串联匹配模块依次串联在所述信号路径上；所述第一并联匹配模块与所述信号路径及所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块之间的节点并联；所述第二并联匹配模块与所述信号路径及所述第二串联匹配模块与负载之间的节点并联； 所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块分别是特性阻抗\与所述负载阻抗Ztl相同的传输线； 该匹配电路射频信号频率具有第一频率、第二频率f2和第三频率f; 在射频微波信号频率为第一频率的情况下，所述主匹配模块被设定，所述第一串联匹配模块和第二串联匹配模块设定不影响第一频率fi的匹配条件，同时，所述第一并联匹配模块和第二并联匹配模块在与信号链路的连接点对于射频微波信号为开路状态，所述主匹配模块使得第一个复阻抗Zd(A)和负载阻抗Ztl进行匹配； 在射频微波信号频率为第二频率f2时，由所述第一串联匹配模块和第一并联匹配模块进行阻抗匹配，使第二个复阻抗Zd (f2)和负载阻抗Ztl进行匹配； 在射频微波信号频率为第三频率f3时，由所述第二串联匹配模块和第二并联匹配模块进行阻抗匹配，使第三个复阻抗Zd (f3)和负载阻抗Ztl进行匹配。
2.根据权利要求1所述三频带射频功率放大器阻抗匹配电路，其特征在于，所述主匹配模块是L型、T型和型网络中的其中一种网络。
【文档编号】H03F3/20GK103997305SQ201410211892
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】马建国, 成千福, 邬海峰 申请人:天津大学