一种功率易调的高效射频功率放大器的制作方法

本发明涉及无线电收发机设计技术领域，特别是涉及一种功率易调的高效射频功率放大器，主要应用于无线通讯相关的领域。可以广泛应用于2g、3g、4g、5g无线通讯，蓝牙通讯，无线局域网和无线近场通讯等产业或者产品。

背景技术：

射频功率放大器是通讯系统中的关键电路。射频功率放大器位于发射机的末端，是整个系统中消耗能量最多，产生热量最高的单元。射频功率放大器工作效率直接决定了整个发射系统的耗能、稳定性，以及对电源和散热装置的需求与限制。尤其对于手持的电池供电的设备，射频功率放大器效率越高，电池供电的时间越长，越是有利于手持设备的小型化。

根据现有的相关文献可知：理论上发送效率可以高达100％，主要采用e类射频功率放大器、f类射频功率放大器和反f类射频功率放大器。

现有技术的e类射频功率放大器如图1所示，图1即为现有技术的e类射频功率放大器的电路原理图，该e类射频功率放大器主要包括：由作为开关的mos管m1、扼流圈电感lrfc和储能电容c1a组成的功率变换器，由电容c1b和电感l1a组成的用来滤除谐波的l、c滤波器，以及与负载rload(天线或者线圈)相匹配的50欧姆的l、c匹配电路，其中l、c匹配电路由电容c1c和电感l1b组成。这种e类射频功率放大器电路设计的核心是：不考虑开关管m1的内阻的前提下，在开关管m1开和关的瞬间，节点a的电压为零，也就是在稳态时通过调整电容c1a：开关管m1关闭时，由于扼流圈和匹配电路及滤波器等的作用，a点电压会上升到3到5倍的电源电压，然后下降，在a点电压恰好下降到零时开关管m1开通。

现有技术的f类射频功率放大器如图2所示，图2即为现有技术的f类射频功率放大器的电路原理图，该f类射频功率放大器主要包括：由作为开关的mos管m2、扼流圈电感lrfc和隔直电容c2a组成的功率变换器，由电容c2b和电感l2a组成的用来滤除偶次谐波的第一l、c滤波器，以及由电容c2c和电感l2b组成的用来滤除奇次谐波的第二l、c滤波器。这种f类射频功率放大器电路设计的核心与e类射频功率放大器相同。

反f类射频功率放大器电路与f类射频功率放大器电路的核心相同，只是交换了两个滤波器的位置，即第一l、c滤波器和第二l、c滤波器的位置互换。

当e类射频功率放大器、f类射频功率放大器和反f类射频功率放大器电路中的滤波电路、匹配电路调整到理想状态时，射频功率放大器的发射功率主要依赖于电源电压，电源电压越高，发送功率越大。电源电压不变，射频功率放大器的发送功率几乎不变。对于手持设备电源电压要求较高、在需要调整发送功率时，必须调整电源电压，这样由于稳压器的加入反而降低射频功率放大器的整体效率，难以满足设计要求。

同时，其中的滤波电路集中承担了主要的谐波功率。由于电感固有电阻，承担过大的谐波功率和一部分有功功率，必然会造成滤波电路中的电感发热，并且体积增加。而且，e类射频功率放大器由于存在匹配电感值不够细化的问题，造成了e类射频功率放大器的功率调整比较困难的弊端。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种功率易调的高效射频功率放大器，通过结构改进，具有发射效率高、功率易调以及负载变化对发射效率影响较小的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种功率易调的高效射频功率放大器，包括扼流圈电感、mos开关管、第一电感和四个电容，所述扼流圈电感的一端与电源连接，扼流圈电感的另一端连接第一电感的一端，该第一电感的另一端与mos开关管连接；第一电感两端分别连接两个对地的匹配电容，该第一电感还并联了一个用于调节发射功率的可调电容；所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处经隔直电容驱动负载。

所述四个电容分别是作为两个对地的匹配电容的第一电容、第二电容，作为用于调节发射功率的可调电容的第三电容、作为隔直电容的第四电容。

所述第一电容的一端连接于所述电感的另一端与mos开关管的连接处，第一电容的另一端接地；所述第一电容与所述扼流圈电感、mos开关管、第一电感组成功率变换器。

所述mos开关管为n沟道增强型，所述第一电感的另一端与mos开关管的漏极相连接。

通过调整第一电容的电容值使mos开关管导通时漏极的电压恰好下降到零。

所述第二电容的一端连接于所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处，第二电容的另一端接地；所述第二电容与所述第一电感组成匹配电路。

所述第三电容的两端分别与第一电感的两端相连接；且第三电容的电容值大小与放大器功率大小成反向变化。

所述第四电容的一端连接于所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处，第四电容的另一端连接负载。

进一步的，还包括滤波电路，所述滤波电路连接在所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处与所述隔直电容之间。

所述滤波电路由第二电感和第五电容组成，所述第五电容的一端连接于所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处，第五电容的另一端连接于第二电感的一端，第二电感的另一端连接于所述隔直电容。

所述滤波电路由第二电感和第五电容组成，所述第二电感的一端连接于所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处，第二电感的另一端连接于所述隔直电容，第五电容的一端连接于所述第二电感的另一端与隔直电容的连接处，所述第五电容的另一端接地。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

本发明由于采用了扼流圈电感、mos开关管、第一电感和四个电容来组成射频功率放大器，且扼流圈电感的一端与电源连接，扼流圈电感的另一端连接第一电感的一端，该第一电感的另一端与mos开关管连接；第一电感两端分别连接两个对地的匹配电容，该第一电感还并联了一个用于调节发射功率的可调电容；所述扼流圈电感的另一端与第一电感的一端的连接处经隔直电容驱动负载。本发明的这种结构能够带来如下有益效果：

1、发射效率高，理论上可以达到100％；

2、在不调整电源电压的条件下，可以通过调整电路中特定电容(即第三电容)很容易实现发射功率的调整；

3、相对于e类射频功率放大器，本发明中射频功率放大器负载变化对发射效率的影响较小。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器不局限于实施例。

附图说明

图1是现有技术的e类射频功率放大器的电路原理图；

图2是现有技术的f类射频功率放大器的电路原理图；

图3是实施例一本发明的电路原理图；

图4是实施例二本发明的电路原理图；

图5是实施例三本发明的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

参见图3所示，本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，包括扼流圈电感lrfc、mos开关管m3、第一电感l3和四个电容，所述扼流圈电感lrfc的一端与电源连接，扼流圈电感lrfc的另一端连接第一电感l3的一端，该第一电感l3的另一端与mos开关管m3连接；第一电感l3两端分别连接两个对地的匹配电容，该第一电感l3还并联了一个用于调节发射功率的可调电容；所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l3的一端的连接处经隔直电容驱动负载rload。

其中，四个电容分别是作为两个对地的匹配电容的第一电容c3a、第二电容c3c，作为用于调节发射功率的可调电容的第三电容c3b、作为隔直电容的第四电容c3d。

本实施例中，第一电容c3a的一端连接于所述电感l3的另一端与mos开关管m3的连接处，第一电容c3a的另一端接地；所述第一电容c3a与所述扼流圈电感lrfc、mos开关管m3、第一电感l3组成功率变换器。

本实施例中，mos开关管m3为n沟道增强型，所述第一电感l3的另一端与mos开关管m3的漏极相连接。

通过调整第一电容c3a的电容值使mos开关管m3导通时漏极的电压恰好下降到零。

本实施例中，第二电容c3c的一端连接于所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l3的一端的连接处，第二电容c3c的另一端接地；所述第二电容c3c与所述第一电感l3组成匹配电路。

本实施例中，第三电容c3b的两端分别与第一电感l3的两端相连接；且第三电容的电容值大小与放大器功率大小成反向变化，即第三电容c3b的电容值越小，功率越大，第三电容c3b的电容值越大，功率越小。

本实施例中，第四电容c3d的一端连接于所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l3的一端的连接处，第四电容c3d的另一端连接负载rload。

本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，在理想状态下，由于mos开关管m3在导通状态下电阻为零，通过调整第一电容c3a使mos开关管m3在零电压开关，消除了开关管的开启和关闭时的损耗，整个电路中没有任何耗能器件，故该电路理论上可以实现电源转换效率100％。为了保证功率放大器效率，电路设计应该满足：通过调整第一电容c3a的电容值使mos开关管m3导通时b点电压恰好下降到零。作为开关的mos开关管m3打开时，导通电阻越小功率放大器的转换效率越高。该电路设计的另外一个优点是功率放大器的输出功率可以方便的调整。其中功率调节电容即第三电容c3b的电容越小，功率越大，反之，第三电容c3b的电容越大，功率越小。

本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，是采用了扼流圈电感lrfc、mos开关管m3、第一电感l3和四个电容即第一电容c3a、第二电容c3c、第三电容c3b、第四电容c3d来组成射频功率放大器，且扼流圈电感lrfc的一端与电源连接，扼流圈电感lrfc的另一端连接第一电感l3的一端，该第一电感l3的另一端与mos开关管m3连接；第一电感l3两端分别连接两个对地的匹配电容即第一电容c3a、第二电容c3c，该第一电感l3还并联了一个用于调节发射功率的可调电容即第三电容c3b；所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l3的一端的连接处经隔直电容即第四电容c3d驱动负载rload。本发明的这种结构能够带来如下有益效果：一是发射效率高，理论上可以达到100％；二是在不调整电源电压的条件下，可以通过调整电路中特定电容(即第三电容)很容易实现发射功率的调整；三是相对于e类射频功率放大器，本发明中射频功率放大器负载变化对发射效率的影响较小。

本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，是针对现有技术的e类射频功率放大器、f类射频功率放大器和反f类射频功率放大器所存在的不足，而采用的一个技术方案。

本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，经过测试验证已经证明能够满足一种近场通讯的产品的设计需求。实现的功率放大器测试表明：在10–20mhz基频范围内发射效率高达89％，发射功率在30mw到150mw之间可以灵活调整。

本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，主要应用于无线通讯相关的领域，可以广泛应用于2g、3g、4g、5g无线通讯，蓝牙通讯，无线局域网和无线近场通讯等产业或者产品。

实施例二

参见图4所示，本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，包括扼流圈电感lrfc、mos开关管m4、第一电感l4a和四个电容即第一电容c4a、第二电容c4c、第三电容c4b、第四电容c4d，与实施例一的不同之处在于，还包括滤波电路，所述滤波电路连接在所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l4a的一端的连接处与所述隔直电容(即第四电容c4d)之间。

具体的，该滤波电路由第二电感l4b和第五电容c4e组成，所述第五电容c4e的一端连接于所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l4a的一端的连接处，第五电容c4e的另一端连接于第二电感l4b的一端，第二电感l4b的另一端连接于所述隔直电容(即第四电容c4d)。

实施例三

参见图5所示，本发明的一种功率易调的高效射频功率放大器，包括扼流圈电感lrfc、mos开关管m5、第一电感l5a和四个电容即第一电容c5a、第二电容c5c、第三电容c5b、第四电容c5d，与实施例一的不同之处在于，还包括滤波电路，所述滤波电路连接在所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l5a的一端的连接处与所述隔直电容(即第四电容c5d)之间。

具体的，该滤波电路由第二电感l5b和第五电容c5e组成，所述第二电感l5b的一端连接于所述扼流圈电感lrfc的另一端与第一电感l5a的一端的连接处，第二电感l5b的另一端连接于所述隔直电容(即第四电容c5d)，第五电容c5e的一端连接于所述第二电感l5b的另一端与隔直电容c5d的连接处，所述第五电容c5e的另一端接地。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。