[发明专利]一种带有定向耦合器的输出匹配网络电路及放大电路

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种带有定向耦合器的输出匹配网络电路及带有该匹配网络的射频功率放大电路。

背景技术

现代无线通信系统中，射频功率放大器是无线射频信号传输中的关键部件，射频功率放大器用于完成射频信号的放大输出功能，因此，输出功率是射频功率放大器重要的性能指标；除此之外，输出匹配网络及输出定向耦合器分别用于完成功率匹配的匹配输出及监测的功能，是射频功率放大器中至关重要的成部分。

在目前射频功率放大器设计中，由于移动通信终端需要兼容越来越多的通信协议，对射频功率放大器多频段多模式的设计需求也越来越强烈，射频功率放大器输出部分的设计也越来越复杂。

目前带有定向耦合器的射频功率放大器的架构如图1所示，主要由信源101a中的前级放大器、输出晶体管102a、输出匹配网络103a及定向耦合器104a四部分构成；其中，输出匹配网络103a完成了负载阻抗到输出负载线的转换，负载线的大小决定了晶体管102a输出功率的大小；同时，由于连接在整个射频功率放大器的最末端，输出匹配网络103a的损耗直接影响到射频功率放大器的输出功率，进而还会影响到射频功率放大器的效率，所以，输出匹配网络103a的性能也在很大程度上影响整个射频功率放大器的性能。

在现代无线通信系统中，为了提高整个移动通信终端系统的效率，通常需要对终端的发射功率进行功率监测，并进行动态控制。在目前的实现方案中，功率监测主要由检测功率放大器的输出功率来实现。具体实现方式如图1(a)，在功率放大器输出匹配网络103a之后加入定向耦合器104a，将功率放大器的输出功率耦合出与输出功率成比例的一部分送入检波电路106a，得到带有输出功率信息的直流电压信号，送入基带控制芯片，实现对移动通信终端输出功率的动态监测，并进一步实现动态控制；其中，定向耦合器一般位于射频功率放大器的输出端，因此，除耦合系数，方向性等指标之外，插入损耗也是定向耦合器的重要设计指标。

为满足实际应用的需求，射频信号中包含有多种不同频率的射频信号，功率放大器需要针对所述多频的射频信号进行设计，在多频应用中的功率放大器设计主要有以下方案：

方案一为将多路放大器直接进行集成。此设计方法的优点是设计灵活、各模块间干扰较小；缺点是成本高、面积大、受制于封装等因素，不能做到过多频带的集成。在此方案下，输出匹配网络103b与定向耦合器104b一般采用的方法如图1(b)所示，每一路射频功率放大器输出采用独立的输出匹配网络103b及定向耦合器104b，输出匹配网络103b输出至不同频带的输出脚，与定向耦合器104b连接至耦合器的输入及输出。

方案二为共用信号放大器102c的方法，不同频带采用独立的输出匹配网络104c及定向耦合器105c。方案二的实现架构如图1(c)所示，相比于方案一，在此方案中，不同频带共用信号放大器102c，通过输出开关103c切换至不同频段的输出匹配网络104c；相比于方案一，此方案可以减小有源电路的面积，减小制造成本。

方案三为共用信号放大器102d及部分输出匹配网络103d，并针对于不同频段设计额外附加的匹配网络105d及定向耦合器106d。方案三的实现架构如图1(d)所示，与方案二相比，此方案除共用信号放大器102d之外，还共用一部分匹配网络103d，共用输出匹配网络103d可以将输出晶体管需要的负载阻抗匹配至较高阻抗，之后再通过输出开关104d进行不同频段匹配网络105d的切换，提高输出匹配网络的性能。同时，此方案可以在方案二的基础上进一步减小输出匹配网络电路的面积，减小制造成本。

方案四为共用信号放大器102e，并将输出匹配网络103e设计为可调方式。此方案结构如图1(e)所示，在此方案中，采用共用的信号放大器102e，并将输出匹配网络103e设计成多频段可调的方式，此方案的优点在于不需要在匹配网络103e中进行开关切换，以可调的方式完成不同频段的匹配输出；此方案可以在方案三的基础上进一步减小输出匹配网络电路的面积，减小制造成本。

方案五为共用信号放大器102f，并将输出匹配网络103f设计为宽带方式。此方案结构如图1(f)所示。在此方案中，采用共用的信号放大器102f，并将输出匹配103f网络设计成宽带匹配的方式，此方案的优点在于不需要在匹配网络103f中进行开关切换，以宽带的方式完成不同频段的匹配输出；此方案可以在方案三的基础上进一步减小输出匹配网络电路的面积，减小制造成本。