多频带功率放大器 |
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| 申请号 | CN201080060062.1 | 申请日 | 2010-02-05 | 公开(公告)号 | CN102714487A | 公开(公告)日 | 2012-10-03 |
| 申请人 | 光州科学技术院; | 发明人 | 李宗洙; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开可在多频带动作的多频带功率 放大器 。本发明的多频带 功率放大器 包括：功率放大部，其放大输出 信号 ；匹配网络 电路 ，其位于上述功率放大部和负载之间，用于执行阻抗匹配；以及辅助放大部，其追加地供给给上述负载预定的 电流 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多频带功率放大器，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 多频带功率放大器技术领域背景技术[0002] 随着移动通信技术的发展，带来多种通信方式的使用，每个国家或者每个地区或者按照不同的通信方式，使用不同的频带。因此，近来，用于能够由一个芯片组实现多种频带的多频带通信技术受人瞩目。在这种多频带通信技术中，功率放大器因其特性方面的原因，很难实现为多频带。 发明内容[0004] 技术问题 [0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种在能够在多频带动作且能够缩小电路所占的面积的多频带功率放大器。 [0006] 解决问题的手段 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明的多频带功率放大器，包括：功率放大部，其放大输出信号；匹配网络电路，其用于在上述功率放大部和负载之间执行阻抗匹配；以及辅助放大部，其对上述负载追加地供给预定的电流。 [0008] 上述多频带功率放大器可还包括用于改变从上述辅助放大部输出的电流的大小和相位的传送线路。 [0009] 并且，上述多频带功率放大器可还包括用于使对上述负载追加地供给的电流断续的开关。 [0010] 并且，上述开关可在第一频率下设定为断开状态，可在第二频率下设定为接通状态。此时，设定成能够使得在上述功率放大部朝向上述负载一侧所见的阻抗在上述第一频率和上述第二频率下相同。在此，可将从上述辅助放大部输出的电流设定成，使得上述功率放大部中朝向上述负载一侧所见的阻抗在上述第一频率和上述第二频率相同。在此，可根据上述辅助放大部的偏压电路设定从上述辅助放大部输出的电流。 [0011] 为了解决上述技术问题，本发明的多频带功率放大器，包括：功率放大部，其放大输出信号；匹配网络电路，其用于在上述功率放大部和负载之间执行阻抗匹配；辅助放大部，其对上述负载追加地供给预定的电流；传送线路，其用于改变从上述辅助放大部输出的电流的大小和相位；以及开关，其用于使对上述负载追加地供给的电流断续。 [0012] 在此，上述开关可配置在上述传送线路和上述功率放大部的输出端之间。 [0013] 并且，上述开关可配置在上述辅助放大部和上述传送线路之间。 [0014] 为了解决上述技术问题，本发明的多频带功率放大器，包括：功率放大部，其放大输出信号；匹配网络电路，其用于在上述功率放大部和负载之间执行阻抗匹配；辅助放大部，其对上述负载追加地供给预定的电流；频带选择部，其选择上述多频带功率放大器的工作频带；以及偏压调整部，其根据在上述频带选择部选择的频带，调整从上述辅助放大部输出的电流的大小。 [0015] 在此，上述多频带功率放大器可还包括用于改变从上述辅助放大部输出的电流的大小和相位的传送线路。 [0016] 并且，上述偏压调整部能够调整上述辅助放大部的偏压，来调整从上述辅助放大部输出的电流的大小。 [0017] 并且，上述多频带功率放大器可还包括用于使对上述负载追加地供给的电流断续的开关。 [0018] 并且，上述频带选择部可根据在上述选择的频带，上述偏压调整部调整生成控制信号，以控制上述偏压调整部根据上述的所选择的频带、调整上述辅助放大部的偏压、来调整从上述辅助放大部输出的电流的大小。 [0019] 并且，上述频带选择部可根据上述的所选择的频带，生成用于对上述功率放大部所包含的阻抗匹配电路的阻抗进行调整的控制信号。在此，上述阻抗匹配电路由多级开关及与上述多级开关的各个端连接的互不相同的阻抗元件构成，上述控制信号控制上述多级开关，从而能够调整阻抗。并且，上述阻抗匹配电路包括可变电容器，上述控制信号调整上述可变电容器的电容来可调整阻抗。 [0020] 发明的效果 [0022] 图1是用于说明本发明中提供的多频带功率放大器的扼要原理的电路图。 [0023] 图2是用于更加详细说明本发明中提供的多频带功率放大器原理的电路图。 [0024] 图3是表示本发明一实施例的多频带功率放大器的电路图。 [0025] 图4及图5是表示功率放大部10和匹配网络电路20的电路图的一例。 [0026] 图6是表示I1比Z2_LOAD_f2的模拟实验结果图表。 [0027] 图7是表示本发明另一实施例的多频带功率放大器的电路图。 [0028] 图8是表示输入匹配电路110和级间匹配电路1 30的一例。 具体实施方式[0029] 下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。由于在下面的说明以及附图中相同的结构要素实质上分别表示相同的符号，因此省略反复说明。并且，在判断为说明本发明时有关的公知功能或者结构的具体说明会带给本发明的主旨不良影响的情况下，省略对其的详细说明。 [0030] 图1是用于说明本发明中提供的多频带功率放大器的扼要原理的电路图。 [0031] 参照图1，PA2表示放大输入信号的功率放大部，ZLOAD表示功率放大部的负载，PA1表示供给给ZLOAD辅助电流的辅助放大部。图1中，从功率放大部将电流I2供给到负载，还从辅助放大部将电流I1供给到负载。那么，在功率放大部中所见的ZLOAD的负载ZLOAD_N能够由以下数学公式表示。 [0032] 数学公式1 [0033] [0034] 因此，根据电流I1的大小和相位，PA2的负载线(load line)产生变化。从该点出发，为了多频带动作，适当地选定来自辅助放大部的电流I1的大小和相位，由此可根据动作频率的变化对ZLOAD_N进行变更。 [0035] 图2是用于更加详细说明本发明中提供的多频带功率放大器原理的电路图。 [0036] 参照图2，图1的电路图中将ZLOAD简化为阻抗R，由电流源表示的PA1和PA2分别变换为电压源V1以及V2。并且，为了调整从辅助放大部供给的电流的大小和相位，追加由电压源V1和串联连接的传送线路。传送线路的特性阻抗及电长度为ZT，θ。并且，将在V1中所见的负载表示为Z1，将在传送线路中所见的负载表示为Z1T，将在V2中所见的负载表示为Z2。 [0037] 通过传送线路的ABCD矩阵，以下数学公式的V1、I1、V1T、I1T成立以下关系。 [0038] 数学公式2 [0039] [0040] 上述数学公式2可由如下公式表示。 [0041] 数学公式3 [0042] V1＝cosθ·V1T+jZT·sinθ·I1T [0043] [0044] 由此，求V1T、I1T的值如下。 [0045] 数学公式4 [0046] [0047] [0048] 并且，根据传送线路的特性可以如下方式求Z1的值。 [0049] 数学公式5 [0050] [0051] 基于上述数学公式4及数学公式5，能够以如下方式求I1T的值。 [0052] 数学公式6 [0053] [0054] 基于上述数学公式6和数学公式1，能够以如下方式求Z1T的值。 [0055] 数学公式7 [0056] [0057] 那么，能够以如下的方式求Z2的值。 [0058] 数学公式8 [0059] [0060] 并且，基于上述数学公式4，以下数学公式成立。 [0061] 数学公式9 [0062] [0063] [0064] [0065] 如果在上述数学公式9中代入上述数学公式7，V2则能够以如下方式表示。 [0066] 数学公式10 [0067] [0068] 并且，如果在上述数学公式5中代入上述数学公式7，Z1则能够以如下方式表示。 [0069] 数学公式11 [0070] [0071] [0072] 因此，V1则能够以如下方式表示。 [0073] 数学公式12 [0074] [0075] 因此，利用针对负载阻抗R的比率β来将传送线路的特性阻抗ZT表示为ZT＝R·β，将I2和I1的比率表示为I2/I1＝α，利用β和α来可将上述数学公式1 2、10、11、8、7由如下方式表示。 [0076] 数学公式13 [0077] [0078] 数学公式14 [0079] [0080] 数学公式15 [0081] [0082] 数学公式16 [0083] [0084] 数学公式17 [0085] [0086] 上述数学公式16是表示作为功率放大部的负载线的Z2根据α、β及θ决定。因此，通过调节α、β或θ即调节辅助放大部的电流、传送线路的特性阻抗或者电长度，从而即使动作频率变更，也能够在功率放大部形成规定的负载线，来实现多频带功率放大器。 [0087] 图3是表示本发明一实施例的多频带功率放大器的电路图。 [0088] 本实施例的多频带功率放大器，包括：功率放大部10，其放大输入信号；匹配网络电路20，其位于功率放大部10和负载Z0之间，用于执行阻抗匹配；辅助放大部30，其追加地供给给负载Z0预定的电流；传送线路40，其用于改变从辅助放大部30输出的电流的大小和相位；以及开关50，其配置在传送线路40和功率放大部10的输出端之间，用于使追加供给给负载Z0的电流断续。 [0089] 图4及图5是表示功率放大部10和匹配网络电路20的电路图的一例。如图所述，作为功率放大部10可使用在各个段具备偏压电路的二级放大电路，作为匹配网络电路20可使用二级低通滤波器，但本发明并不局限于此，可使用普通的任意的放大电路及匹配网络电路。并且，辅助放大部30也可以是包括用于决定输出电流的一般偏压电路在内的普通的放大电路。 [0090] 并且，图3中负载Z0的阻抗一般具有50Ω，但显然还可以取任意的阻抗，图3中开关50配置在传送线路40和功率放大部10的输出端之间，但与此不同，也可配置在辅助放大部30和传送线路40之间，来使追加地供给给负载Z0的电流断续。 [0091] 参照图3，本实施例的多频带功率放大器在特定的频率f1中，将开关50设定为断开状态来动作，在其它的特定的频率f2中将开关50设定为接通状态来动作。此时，通过辅助放大部30的偏压电路和传送线路40，来适当地选定追加地供给到负载Z0的电流的大小和相位，由此，使得在功率放大部10中所见的负载一侧的阻抗Z2在频率f2中和频率f1中相同。 [0092] 设在匹配网络电路20的输入端中所见的负载一侧的阻抗ZR为、在频率f1中为ZR_f1＝R′、在频率f2中为ZR_f2＝R。那么，在频率f1中开关50为关闭状态时，在功率放大部10中所见的负载一侧的阻抗Z2Z2_LOAD_f1＝R′。 [0093] 那么，基于上述数学公式16，在频率f2中开关50为接通状态时，如果将在功率放大部10中所见的负载一侧的阻抗Z2(Z2_LOAD_f2)像如下数学公式一样成为与Z2_LOAD_f1相同的值，则根据开关50的接通/关闭状态，本实施例的多频带功率放大器在频率f1和频率f2中均能够动作。在此，可使Z2_LOAD_f2的实数部与Z2_LOAD_f1的实数部相同。 [0094] 数学公式18 [0095] [0096] [0097] [0098] 为了根据开关50的接通/关闭状态在频率f1和频率f2中均能够动作，可以选定满足上述数学公式的α、β、θ。但是，β及θ已经根据传送线路40的特性阻抗及电长度而做出了决定，因此，将α选定为适当的值就可以，α决定来自辅助放大部30的电流I1。因此，可调整电流I1来调整开关50在接通状态时的多频带功率放大器的动作频率。可利用辅助放大部30的偏压电路来调整电流I1的大小。 [0099] 图3中，Z0＝50Ω，图5中所示的匹配网络电路的元件值为C1＝2.6pF、L1＝1.84nH、C2＝9.2pF、L2＝0.52nH，频率f1＝1950MHz、频率f2＝835MHz时，求ZR_f1、ZR_f2、Z2_LOAD_f1的值如下。 [0100] 数学公式19 [0101] ZR_f1＝R′＝4 [0102] ZR_f2＝R＝6.26-j11.7 [0103] Z2_LOAD_f1＝R′＝4 [0104] 因此，为了使多频带功率放大器在频率f2中在相同的负载线动作，Z2_LOAD_f2要满足以下数学公式。 [0105] 数学公式20 [0106] [0107] [0108] 图6是表示传送线路40的特性阻抗及电长度为ZT＝7Ω2及θ＝135°时，I1比Z2_LOAD_f2的模拟实验结果图表。图6中的上面的曲线表示Z2_LOAD_f2的实数部，下面的曲线表示Z2_LOAD_f2的虚数部。 [0109] 图6中，m1表示Z2_LOAD_f2的实数部与R′＝4Ω相同时的点。如果求m1中的电流I1的值，则约为52mA，此时，Z2_LOAD_f2的虚数部约为j7.6。因此，在频率f1＝1950MHz下将开关50设为关闭状态，从而使得在频率f1＝1950MHz下以Z2_LOAD_f1＝4Ω的方式动作，在频率f2＝835MHz下将开关50设为接通状态， 将电流I1设为52mA，从而使得在频率f2＝835MHz下以Z2_LOAD_f2＝4+j7.6Ω的方式动作。如上所述地设计的多频带功率放大器根据开关50的接通/关闭状态，在频率f1＝1950MHz(关闭状态)下进行动作，在频率f2＝835MHz(接通状态)下，在相同的负载线动作。 [0110] 图7是表示本发明另一实施例的多频带功率放大器的电路图。 [0111] 本实施例多频带功率放大器，包括：功率放大部100，其放大输出信号；匹配网络电路300，其位于上述功率放大部100和负载Z0之间，用于执行阻抗匹配；辅助放大部200，其追加地供给给负载Z0预定的电流；传送线路400，其用于变化从上述辅助放大部200输出的电流的大小和相位；开关500，其断续追加地供给给负载Z0的电流；频带选择部600，其选择多频带功率放大器的工作频带；以及偏压调整部700，其根据在频带选择部600被选择频带，来调整辅助放大部200的偏压，来决定在辅助放大部200输出的电流的大小。 [0112] 多频带功率放大器在功率放大部100的原来工作频带动作的情况下，开关500成关闭状态，在以外的另一动作频率中动作的情况下，开关500成接通状态。 [0113] 功率放大部100由第一放大器120和第二放大器140的二级放大电路构成，因此，包括：输入匹配电路110，其位于输入端和第一放大器120之间，用于执行阻抗匹配；级间匹配电路130，其位于第一放大器1 20和第二放大器140之间，用于执行阻抗匹配。本实施例中功率放大部100可实现为二级放大电路，但本发明并不局限于此，也可实现为任意形态的多级放大电路。 [0114] 辅助放大部200由第一放大器220和第二放大器240的二级放大电路构成，并包括：输入匹配电路210，其位于输入端和第一放大器220之间，用于执行阻抗匹配；级间匹配电路230，其位于第一放大器220和第二放大器240之间，用于执行阻抗匹配。辅助放大部200也能够体现为某一形态的多级放大电路。 [0115] 频带选择部600根据使用者的命令或者从外部输入的命令选择工作频带，并生成与要选择的频带对应的控制信号。如图所示，在该控制信号中有向偏压调整部700传送的控制信号Va和有向功率放大部100传送的控制信号Vb、Vc。工作频带为N个的情况下，为了M生成对应其的控制信号，频带选择部600中有可能需要M(在此，N＜2)个控制比特。 [0116] 向偏压调整部700传送的控制信号Va控制偏压调整部700，使该偏压调整部700根据频带来调整辅助放大部200的偏压。即，偏压调整部700对上述控制信号作出响应，调整包括在辅助放大部200的第一放大器220和第二放大器240内的偏压，以使辅助放大部200输出预定好的特定大小的电流。根据频带的辅助放大部200的各个电流大小设定为使在功率放大部100的输出端朝向负载一侧所见的阻抗在每频带相同。 [0117] 功率放大部100的控制信号Vb、Vc调整用作功率放大部100的阻抗匹配电路的输入匹配电路110和级间匹配电路130的阻抗。 [0118] 如图8a所示，输入匹配电路110和级间匹配电路130由多级开关以及与多级开关的各个端连接的互不相同的阻抗元件构成，可通过控制信号控制多级开关，来调整阻抗。或者，如图8b所示，可利用可变电容器来使控制信号调整可变电容器的电容，从而调整阻抗。 [0119] 按照本实施例，根据频带来调整包括在辅助放大部200的放大器的偏压，并且根据频带来调整包括在功率放大部100的阻抗匹配电路的阻抗，由此，使得多频带功率放大器可在预先定好的多个频带中动作。 [0120] 根据上述的本发明，在放大输入信号的基本功率放大部，追加用于供给给负载辅助电流的辅助放大部，由此使得多频带功率放大器可在多频带动作。因此，借助从辅助放大部输出的少量的电流可调整输出阻抗，可由一个功率放大部和输出端的阻抗匹配电路实现多频带，从而可减少电路所占的面积。 |
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