[实用新型]一种射频功率放大器中提高功率控制精度的电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种射频功率放大器中提高功率控制精度的电路。 

技术背景

在射频功率放大器(功放)特别是饱和功放中，需要功率控制电路来控制功放的输出功率。功率控制一般有两种方式，分别是集电极功率控制(图1)和基极功率控制(图2)。 

集电极功率控制的一个原理图如图1所示，放大管Q为功率晶体管，在这里可以是BJT，GaAs，LDMOS等。射频输入信号通过隔直电容C1连接到放大管Q的基极，放大管Q的基极还连接一个由基极偏置电路提供的固定的偏置电压vb。放大管Q的发射极通过阻抗Ze连接到地，Q的集电极通过阻抗Zc连接到LDO(线性稳压器)的输出Vcc，放大管Q的集电极还连接隔直电容C2。LDO根据功率控制电压Vramp来控制输出电压Vcc的大小，进而控制功放的饱和输出功率。 

集电极功率控制方式的优点是功率控制精度好，因为LDO的输出电压Vcc可以通过其输入控制电压Vramp来精确的控制。集电极功率控制的缺点是功率附加效率比较低，因为LDO的输入和输出之间存在一定的电压差，当输出功率较大时，LDO流过很大的电流其自身功耗比较大。 

如图2所示的基极功率控制的方法是通过控制功率放大器中放大管Q的基极偏置电压vb进而控制其偏置电流。当功率放大器需要较大的饱和功率时，通过提高基极偏置电压来增加偏置电流，其饱和输出功率也相应较大；当功率放大器需要较小的饱和功率时，通过减小基极偏置电压来增加偏置电流，其饱和输出功率也相应较小。 

基极功率控制的优点是具有较高的功率附加效率，与集电极功率控制相比，一方面避免了集电极控制中的LDO的功率损耗，另一方面在小输出功率时能够减小偏置电流。基极功率控制的主要缺点是在小功率输出时功率控制精度不高，由于放大管Q的偏置电流与基极偏置电压vb呈指数关系，在小输出功率时，偏置电流对vb的变化非常敏感，基极偏置电压由于温度电压等因素产生的微小偏差会使得饱和功率偏差很大。 

从以上的分析可以看出，单独采用集电极功率控制或基极功率控制难以同时实现高功率下的高效率和低功率下的高功率控制精度，因此难以达到最佳的性能。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是在饱和功放中同时实现在大输出功率下的高效率以及小功率下的高功率控制精度。 

为了解决上述问题本实用新型提供的方法是：饱和功率放大器由两个最大输出功率不同并分别工作在大功率和小功率模式下的功放构成。其中大功率功放采用基极功率控制，在大功率下具有较高的效率；小功率功放采用集电极功率控制，在小输出功率下具有较好的功率控制精度。两个功放的输出通过一个带开关的匹配电路进行隔离和匹配并连接在一起。所述的开关匹配电路具有双重功能，在大功率模式下，小功率功放处于关断状态，开关匹配电路中的开关端口，并且其中的一个电容与小功率功放的集电极电感谐振，为大功率功放的集电极提供高阻抗，避免了小功率功放的阻抗影响大功率功放的阻抗匹配。在小功率模式下，小功率功放处于工作状态，由于小功率功放的输出阻抗较高，匹配的在负载阻抗也比较高，因此需要开关匹配网络将被输出阻抗匹配电路降低的阻抗转换到一个较高的阻抗，以实现最大功率传输。该小功率功放的匹配电路由LC构成，其中匹配电路中的一个一端连接到地的电容与小功率功放的扼流电感谐振，在小功放输出端的开关关闭时，匹配电路为大功率功放提供一个高阻抗，不影响大功率功放原有的阻抗匹配。前面所述的两个功放的工作切换控制是通过判决电路检测负载之前的耦合器的耦合端口的功率大小并控制两个功放的基极偏置来实现。所述的电路提高了射频功率放大器的功率控制精度和动态范围，并且在高输出功率时具有较高的效率。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细的说明： 

图1是通常的采用集电极功率控制的射频功率放大器 

图2是通常的采用基极功率控制的射频功率放大器 

图3是本实用新型中的功率放大器电路的原理图。 

图4是本实用新型中小功率功放的匹配电路图。 

图5是集电极功率控制方式的输出功率曲线。 

图6是基极功率控制方式的输出功率曲线。 

图7是本实用新型中的功率控制方式的输出功率曲线。 

图8是不同功率控制方式的功率附加效率曲线。 

具体实施方式