射频功率分配器/组合器电路

摘要

一种射频功率分配器/组合器电路,包括:一个输入端;第一和第二输出端;第一、第二和第三微带传输线,第一微带传输线的一端与所述输入端相连,第二微带传输线的一端与第一输出端相连,第三微带传输线的一端与第二输出端相连;以及连接在第一至第三微带传输线之间的集总元件。

说明书

本发明涉及射频功率分配器/组合器电路，更具体地说涉及用微带传输线和集总元件实现的射频功率分配器/组合器电路。

在一般的无线通信系统中，功率分配器/组合器电路通常用在射频功率放大器中，以便将射频功率组合。这种功率分配器/组合器电路用芯线、微带传输线或3dB混合耦合器实现。

设计用基板上印制传输线(例如微带传输线)实现功率分配器/组合器电路是为了用λ/4(其中λ是波长)带状传输线变换阻抗。在这种情况下，功率分配器的输入和输出端分别包括50Ω的传输线，以及用70.7Ω传输线设计的λ/4带状传输线，以便确保阻抗匹配。已知根据基板的介电常数和频率之间的函数关系来确定传输线的长度。这就是说，介电常数和频率越低，传输线就越长。因此，在特高频段在有限的基板空间，要实现λ/4带状传输线是不那么容易的。即在特高频段采用λ/4带状传输线，功率放大器的尺寸将变得很大。

图1表示用3dB混合耦合器(或90°混合耦合器)实现的功率放大器。图中，从输入端输入的射频信号送至混合输入电路110。混合输入电路110的输出端的信号具有相同的信号强度，并具有90°相位差。在图1所示的功率放大器中，根据负载的回波损耗特性，晶体管114A和114B的电流损耗互相不同的。电流损耗差将对电流损耗较大的那个晶体管造成严重的损害。结果，功率放大器将不能工作，或将输出下降。

从图2所示的Smith图可以看到，根据负载特性，电流损耗是变化的。参照图2，让我们考虑阻抗矢量图202，其输出功率比功率放大器产生最大功率的最佳点201的输出功率大约小1dB。此处假设输出负载的反射系数是ρ_L ∠φ_L，从图1的A点看进去的反射系数由ΓA＝ρ_L′∠φ_L+θ表示，从B点看进去的反射系数由ΓA＝ρ_L′ ∠φ_L+θ+180°表示。例如，如果电流具有如图2所示的I2＜I1＝I3＜I4的关系，那么反射系数ΓA对应于位置(4)和反射系数ΓB对应于位置(2)。结果，晶体管114A具有最小的电流损耗，而晶体管114B具有最大的电流损耗，在两个晶体管之间引起最大的电流损耗差。于是，晶体管114B的结温度升高，对晶体管114B造成损害。

如上所述，如果功率放大器用微带传输线实现，则功率放大器的尺寸将显著增加。此外，如果功率放大器用3dB混合耦合器实现，则功率放大器的晶体管114A和114B的电流损耗将根据负载特性(即反射系数)而改变。

本发明的一个目的是提供一种功率分配器/组合器电路，该电路能够在用微带传输线实现功率放大器时减小功率放大器的尺寸。

本发明的另一个目的是提供一种功率分配器/组合器电路，该电路能够在用3dB混合耦合器实现功率放大器时，避免根据负载的改变而引起的电流损耗不平衡。

根据本发明的一个方面，一种射频功率分配器/组合器电路，包括：一个输入端；第一和第二输出端；与输入端相连的第一微带传输线；与第一微带传输线垂直连接的第二微带传输线；第一电容器，连接在第二微带传输线的中部和地之间；第一电感器，其一端与第二微带传输线的一端相连；第二电感器，其一端与第二微带传输线的另一端相连；第二电容器，连接在第一电感器的另一端和第二电感器的另一端之间；第三微带传输线，连接在第一电感器的另一端和第一输出端之间；第四微带传输线，连接在第二电感器的另一端和第二输出端之间；以及与第二电容器并联的一个电阻。

从以下结合附图对本发明的实施例所作的详细描述中，可以清楚地看到本发明的上述和其它目的、特征和优点。附图中：

图1是根据现有技术采用3dB混合耦合器实现的射频功率放大器；

图2是用来说明射频功率放大器的电流损耗根据负载特性改变的Smith图；

图3是根据本发明的一个最佳实施例的射频功率分配器/组合器电路的电路图；

图4是排列在基板上的图3的射频功率分配器/组合器电路的实际外形。

下面参照附图详细描述本发明的一个最佳实施例，其中相同的参考号表示相同的元件。此外，本领域的一般技术人员应懂得，列举许多具体的电路元件只是为了更好地理解本发明，不用这些具体的元件也能实施本发明。如果有关的现有技术对描述本发明的概念不是必需的，那么将省略对它们的说明。

参照图3，该图表示根据本发明的射频功率分配器/组合器电路，其中功率分配器/组合器电路包括混合电路和第一至第四微带传输线301、302、303和304。具体地说，第一微带传输线301与输入端相连，第二微带传输线302垂直地与第一微带传输线301相连。第一电容器C1连接在第二微带传输线302的中部和地之间。第一电感器L1的一端与第二微带传输线302的一端相连，第二电感器L2的一端与第二微带传输线302的另一端相连。第二电容器C2连接在第一电感器L1的另一端和第二电感器L2的另一端之间。第三微带传输线303连接在第一电感器L1的另一端和第一输出端之间。第四微带传输线304连接在第二电感器L2的另一端和第二输出端之间。电阻R1与第二电容器C2并联。

应注意的是第一和第二电感器L1和L2是空心线圈，第一和第二电容器C1和C2是高频片状电容器。由电感器L1和L2、电容器C1和C2以及电阻R1构成的混合电路作为基板上的λ/4传输线。第一至第四微带传输线301、302、303和304中的每一条都是采用50Ω的传输线和薄板电容器在聚四氟乙烯基板上形成的。这就是说，每条微带传输线都包括形成在介电常数为2.5的聚四氟乙烯基板上的厚度大约为2.2mm的50Ω的传输线。电阻R1是100W/100Ω的隔离电阻，用于将第一输出端与第二输出端隔离。第一和第二电感器L1和L2具有相同的电感量，并与片状电容器C1和C2耦连，将来自输入端的输入功率分配/组合。

参照图4，该图是排列在基板上的图3的射频功率分配器/组合器电路的实际外形。由于根据本发明的射频功率分配器/组合器电路具有对称的结构，所以针对输出侧的负载变化(反射损耗，相位差)，从输入(或输出)端看进去的输入阻抗是相同的。总之，晶体管114A和114B之间的电流损耗差取决于输出匹配电路的失配。然而，在本发明的组合器电路中，当负载改变时，负载变化将对晶体管114A和114B都会产生影响，因此可以保持电流平衡。

如前所述，传输线是用集总元件实现的，因此功率放大器的尺寸可以减小。此外，由于空心线圈和片状电容器作为低通滤波器，所以本发明的功率分配器/组合器电路可以滤除高次谐波和不必要的频率成分。因此，与3dB混合耦合器相比，本发明的功率分配器/组合器电路具有大约20-30dB的低通滤波效果。另外，本发明的功率分配器/组合器电路具有对称的结构，所以是同相位的分配器/组合器电路。于是，由负载变化引起的不平衡问题得到了解决，因此功率放大器的可靠性提高了。

虽然上面描述了本发明的一个最佳实施例，但是应理解，对本领域的一般技术人员来说在本发明的精神和范围内可作许多修改和改进。