一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路，自所述射頻源至負載形成有射頻微波信號的信號路徑，所述信號路徑上連接有用于進行阻抗匹配的全微帶結構，所述微帶結構包括主匹配模塊、第一、第二串聯(lián)匹配模塊、第一和第二并聯(lián)模塊在第一頻率f1時，主匹配模塊實現(xiàn)第一頻率阻抗匹配至負載阻抗，第1串聯(lián)匹配模塊和第2串聯(lián)匹配模塊不影響匹配；同時，在第一頻率f1時，兩個并聯(lián)模塊在和主鏈路的連接點為開路狀態(tài)。在第二頻率f2時，可由第一串聯(lián)模塊和第一并聯(lián)模塊進行阻抗匹配，而第二串聯(lián)模塊不影響匹配，第2并聯(lián)模塊在在與主鏈路的連接點處為開路狀態(tài)。在第三頻率f3時，第二串聯(lián)模塊和第二并聯(lián)模塊進行阻抗匹配。
【專利說明】一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于無線通信【技術領域】，尤其是涉及一種能夠同時支持三個頻段工作的阻抗匹配網(wǎng)絡。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的快速發(fā)展和新的無線通信技術的出現(xiàn)，要求收發(fā)機必須同時工作在多個頻帶來同時支持多個通信標準。例如，在作為無線LAN[局域網(wǎng)，Local AreaNetwork8 標準的 IEEE[電氣和電子工程師協(xié)會，Institute of Electrical and ElectronicEngineers]802.11 a/b/g的各個標準中，規(guī)定了 5.2GHz頻帶和2.4GHz頻帶的兩個頻帶.[0003]射頻功率放大器是無線收發(fā)機中包含的必不可少的模塊，有將無線頻帶的信號進行放大、并承擔將其供給到天線的作用。并且，射頻功率放大器是無線電路中最耗能的單元，因此，射頻功率放大器的設計被要求高效率的工作。一般功放電路中設計只是對一個頻帶進行優(yōu)化，達到性能最佳(高效，高輸出功率等)。為了滿足同時支持多頻帶或者多標準的工作的需求，射頻功率放大器必須要求其阻抗匹配電路同時支持多帶工作。通常，采用通過開關切換或者采用可重構元素對于各個頻帶被最優(yōu)地設計的電路的結構，但是，這些結構只能在某一個時刻工作在一個頻段，很難實現(xiàn)同時工作在多頻帶的要求，并且存在占用面積大，電路復雜，成本較高的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，期望實現(xiàn)在各個頻帶中可以同時放大三個頻帶的混合射頻信號的三頻帶功率放大器。而且期望實現(xiàn)將與這樣的三頻帶功率放大器相對應的三個頻帶的混合型號在各個頻帶中可同時進行阻抗匹配的匹配電路。因此，本發(fā)明的目的在于:提供將三個頻帶的射頻信號在各個頻帶中可同時進行阻抗匹配的匹配電路。
[0005]本發(fā)明一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路的技術方案是:該匹配電路中，自所述射頻源至負載形成有射頻微波信號的信號路徑，所述信號路徑上連接有用于進行阻抗匹配的全微帶結構，所述微帶結構包括主匹配模塊、第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊、第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)模塊；所述主匹配模塊、所述第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊依次串聯(lián)在所述信號路徑上；所述第一并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊之間的節(jié)點并聯(lián)；所述第二并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第二串聯(lián)匹配模塊與負載之間的節(jié)點并聯(lián)；所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊分別是特性阻抗4與所述負載阻抗Ztl相同的傳輸線；該匹配電路射頻信號頻率具有第一頻率、第二頻率f2和第三頻率f;在射頻微波信號頻率為第一頻率的情況下，所述主匹配模塊被設定，所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊設定不影響第一頻率的匹配條件，同時，所述第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊在與信號鏈路的連接點對于射頻微波信號為開路狀態(tài)，所述主匹配模塊使得第一個復阻抗Zd (f\)和負載阻抗Ztl進行匹配；在射頻微波信號頻率為第二頻率f2時，由所述第一串聯(lián)匹配模塊和第一并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，使第二個復阻抗Zd (f2)和負載阻抗Ztl進行匹配；在射頻微波信號頻率為第三頻率f3時，由所述第二串聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，使第三個復阻抗ZD(f3)和負載阻抗Ztl進行匹配。
[0006]本發(fā)明三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路，其中，所述主匹配模塊是L型、T型和Ji型網(wǎng)絡中的其中一種網(wǎng)絡。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0008]本發(fā)明匹配電路中，通過合理的設計各個模塊的結構，可同時實現(xiàn)三個頻帶的阻抗匹配，能夠針對特定的頻率的相關復阻抗，在三個頻率點附近實現(xiàn)實數(shù)阻抗的匹配，實現(xiàn)同時工作在多頻帶的要求，本發(fā)明匹配電路結構簡單，成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明匹配電路的原理方框圖；
[0010]圖2是本發(fā)明匹配電路的電路設計原理圖；
[0011]圖3是本發(fā)明匹配電路實施例的電路原理圖；
[0012]圖4是本發(fā)明匹配電路輸入阻抗的實部曲線圖；
[0013]圖5是本發(fā)明匹配電路輸入阻抗的虛部曲線圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術方案作進一步詳細描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路，自所述射頻源至負載形成有射頻微波信號的信號路徑，其特征在于，所述信號路徑上連接有用于進行阻抗匹配的全微帶結構，所述微帶結構包括主匹配模塊、第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊、第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)模塊。
[0016]所述主匹配模塊、所述第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊依次串聯(lián)在所述信號路徑上；所述第一并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊之間的節(jié)點并聯(lián)；所述第二并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第二串聯(lián)匹配模塊與負載之間的節(jié)點并聯(lián)；所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊分別是
[0017]特性阻抗\與所述負載阻抗Ztl相同的傳輸線，所述第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊分別為對于所述信號路徑并聯(lián)地連接的并聯(lián)匹配網(wǎng)絡；
[0018]該匹配電路射頻信號頻率具有第一頻率、第二頻率f2和第三頻率f3。
[0019]在射頻微波信號頻率為第一頻率的情況下，所述主匹配模塊被設定，所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊設定不影響第一頻率的匹配條件，同時，第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊在與信號鏈路的連接點對于射頻微波信號為開路狀態(tài)，這樣并聯(lián)匹配模塊可以忽略無線頻率信號。即，在射頻信號頻率為第一頻率的情況下，用主匹配模塊進行阻抗匹配，主匹配模塊使得第一個復阻抗ZJf1)和負載阻抗Ztl進行匹配。
[0020]在射頻微波信號頻率為第二頻率f2時，由所述第一串聯(lián)匹配模塊和第一并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，所述第一串聯(lián)匹配模塊和第一并聯(lián)匹配模塊被設定，所述第二串聯(lián)匹配模塊設定不影響第二頻率f2的匹配條件，同時，所述第二并聯(lián)匹配模塊在與信號鏈路的連接點對于射頻信號為開路狀態(tài)，這樣并聯(lián)匹配模塊可以忽略無線頻率信號。即，在射頻信號頻率為第一頻率的情況下，用主匹配模塊進行阻抗匹配，使第二個復阻抗ZD(f2)和負載阻抗Ztl進行匹配；
[0021]在射頻微波信號頻率為第三頻率f3時，由所述第二串聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，使第三個復阻抗Zd (f3)和負載阻抗Ztl進行匹配。
[0022]圖2為基于圖1所不的原理的基礎下的具體的電路設計原理圖。
[0023]該匹配電路的結構由三部分微帶結構構成，分別實現(xiàn)三個頻率(第一頻率、第二頻率f2和第三頻率f33)的阻抗匹配。圖2中第一部分為采用L型、T型和π型網(wǎng)絡中其中一種網(wǎng)絡的主匹配模塊，以實現(xiàn)在所述第一頻率fl時，在第一個復阻抗ZJf1)和負載阻抗Ztl之間進行阻抗匹配。所有信號鏈路中串聯(lián)的微帶線的特征阻抗\必須和負載阻抗Ztl相等，即\圖2中并聯(lián)的第二部分和第三部分，其中第二部分由第一串聯(lián)模塊和第一并聯(lián)模塊構成，第三部分由第二串聯(lián)模塊和第二并聯(lián)模塊構成，在射頻微波信號頻率為所述第一頻率時，在第一串聯(lián)模塊和第一并聯(lián)模塊連接點處提供開路。這樣在所述第一頻率時，阻抗匹配完成之后，所述第一部分后面串聯(lián)的微帶線和并聯(lián)電路模塊，不會對匹配造成任何影響。
[0024]圖2示出了并聯(lián)的第二部分由三段微帶線構成，一個在所述第一頻率時的1/4波長傳輸線L2 —端和主鏈路并聯(lián)連接，另一端并聯(lián)連接一個1/4波長開路短截線L4和一節(jié)短路短截線L3。在所述第一頻率時，在和主鏈路的連接點處提供開路，不影響第一頻率
的匹配條件。并聯(lián)的第二部分，在第一部分匹配完成的條件下，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)微帶線L1和短路短截線L3的電長度，使得在所述第二頻率f2時，在阻抗Zd (f2)和阻抗Z。之間進行阻抗匹配。
[0025]圖2示出了并聯(lián)的第三部分由5段微帶線構成(L6，L7, L8, L9, Lltl)，其中，Lf^L8為在所述第一頻率時的1/4波長傳輸線，在所述第一頻率時，在和主鏈路的連接點處提供開路，不影響第一頻率的匹配條件。Lltl在所述第二頻率時的1/4波長傳輸線，通過調(diào)整微帶線L9在所述第二頻率f2時，在和主鏈路的連接點處提供開路，不影響第一頻率f2的匹配條件。
[0026]圖2中示出的并聯(lián)的第三部分，在第一部分和第二部分匹配完成的條件下，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)微帶線L5和短路短截線L7的電長度，使得在所述第三頻率f3時，在阻抗Zd (f3)和阻抗Z。之間進行阻抗匹配。串聯(lián)微帶線L11的特征阻抗等于負載阻抗，電長度選擇合適的值，以便連接端口。
[0027]圖3表不基于圖2所不的電路設計原理圖所涉及的實施例的匹配電路的原理圖。
[0028]本實施例，參照Cree公司CGH40010HEMT晶體管的datasheet提供的在不同頻率下的負載牽引的阻抗值，選取三個頻率下的負載阻抗進行三頻帶匹配電路的設計，選取的頻率和相關的負載阻抗值如下: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]本實施例匹配電路具體的匹配過程如下:
[0030]如圖3所示，所有的傳輸線的特性阻抗為50歐姆，首先，在第一頻率= 2.5GHz時，設計電長度為43.3°的傳輸線LI和電長度為46.4°的開路短截線L2構成的L型匹配電路將復阻抗ZJf1) = 19+j*9.2匹配到負載阻抗50歐姆，同時串聯(lián)傳輸線L3和L7的電長度此時可以為任意值，由于L5為在第一頻率= 2.5GHz時電長度為90°的開路短截線，所以在和L6、L4的交點處呈現(xiàn)短路狀態(tài)，又因為L4為在第一頻率= 2.5GHz時電長度為90°的傳輸線，因此，在和L3的交點處，提供射頻信號開路的狀態(tài)。這樣，第一頻率f1 =
2.5GHz時，L4、L5和L6不影響匹配條件。同理，L8和L9也在第一頻率= 2.5GHz時，在和L7的連接點處提供射頻開路狀態(tài)，也不影響匹配條件。其次，通過調(diào)節(jié)L6和L3的電長度，當在第二頻率f2 = 1.5GHz時，L6的電長度為34.9°，L3的電長度為42.V時，Zd(f2)=28.15+j*29匹配到負載阻抗50歐姆。另外，設計L12的電長度在第二頻率f2 = 1.5GHz為90°，這樣在L12和Lll的連接點處提供射頻信號短路，通過適當調(diào)節(jié)Lll的電長度，使得在L8和L7的交點處在第二頻率f2 = 1.5GHz時也提供開路，這樣L8，L9，L10, Lll, L12不影響第一頻率= 2.5GHz和第二頻率f2 = 1.5GHz的匹配條件。最后，在第三頻率f3 =IGHz時，通過調(diào)節(jié)L7和LlO的電長度，當L7的電長度為26°，LlO的電長度為75.9°的時候，ZD(f3) =41.4+j*28.5匹配到負載阻抗50歐姆。這樣就完成了 3個頻率處的匹配。圖4和圖5分別為匹配電路輸入阻抗的實部曲線圖和虛部曲線圖，從圖中可以讀到，設計出的匹配電路在三個頻率下的實際阻抗值分別為: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?？梢钥吹?，實際的仿真得到的阻抗值和需要匹配的阻抗值幾乎相等，證明了本發(fā)明的可行性。
[0031]盡管上面結合附圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路，自所述射頻源至負載形成有射頻微波信號的信號路徑，其特征在于，所述信號路徑上連接有用于進行阻抗匹配的全微帶結構，所述微帶結構包括主匹配模塊、第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊、第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)模塊； 所述主匹配模塊、所述第一串聯(lián)匹配模塊、第二串聯(lián)匹配模塊依次串聯(lián)在所述信號路徑上；所述第一并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊之間的節(jié)點并聯(lián)；所述第二并聯(lián)匹配模塊與所述信號路徑及所述第二串聯(lián)匹配模塊與負載之間的節(jié)點并聯(lián)； 所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊分別是特性阻抗\與所述負載阻抗Ztl相同的傳輸線； 該匹配電路射頻信號頻率具有第一頻率、第二頻率f2和第三頻率f; 在射頻微波信號頻率為第一頻率的情況下，所述主匹配模塊被設定，所述第一串聯(lián)匹配模塊和第二串聯(lián)匹配模塊設定不影響第一頻率fi的匹配條件，同時，所述第一并聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊在與信號鏈路的連接點對于射頻微波信號為開路狀態(tài)，所述主匹配模塊使得第一個復阻抗Zd(A)和負載阻抗Ztl進行匹配； 在射頻微波信號頻率為第二頻率f2時，由所述第一串聯(lián)匹配模塊和第一并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，使第二個復阻抗Zd (f2)和負載阻抗Ztl進行匹配； 在射頻微波信號頻率為第三頻率f3時，由所述第二串聯(lián)匹配模塊和第二并聯(lián)匹配模塊進行阻抗匹配，使第三個復阻抗Zd (f3)和負載阻抗Ztl進行匹配。
2.根據(jù)權利要求1所述三頻帶射頻功率放大器阻抗匹配電路，其特征在于，所述主匹配模塊是L型、T型和型網(wǎng)絡中的其中一種網(wǎng)絡。
【文檔編號】H03F3/20GK103997305SQ201410211892
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】馬建國, 成千福, 鄔海峰 申請人:天津大學