射频超宽带电路及其输出调节方法、电子设备

技术领域

本发明涉及射频电路技术领域，尤其涉及一种射频超宽带电路及其输出调节方法、电子设备。

背景技术

射频电路在现代生活中，如在解冻和加热等领域有着重要的应用。但是对于不同应用领域来说，射频电路需要工作在不同频段才能在不同功能下均达到最佳工作状态。

然而，射频电路在不同工作频段，需要不同的匹配网络，且在频段范围较宽时，很难采用一颗单一射频器件同时实现宽带、以及效率最大化的目标。若需要一个系统能够工作在多个工作频段，那么该系统需要多个射频器件和多个匹配网络。

发明内容

本发明提供了一种射频超宽带电路及其输出调节方法、电子设备，以利用一个射频器件及一套匹配网络在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标。

根据本发明的一方面，提供了一种射频超宽带电路，包括：

射频小信号单元，配置为根据控制信号产生对应频率的原始射频信号；

GaN射频放大器，配置为对所述原始射频信号进行功率放大，其中，所述GaN射频放大器的工作电压的范围为28伏至150伏，以使所述GaN射频放大器在超宽带频段下的效率大于或等于设定值；

天线和可调谐输出匹配单元，所述可调谐输出匹配单元连接于所述GaN射频放大器与所述天线之间；

信号处理单元，配置为根据所述可调谐输出匹配单元的输出信号，反馈调节所述可调谐输出匹配单元的预设参数，以使所述可调谐输出匹配单元的输出信号达到预设状态。

可选地，还包括可调谐输入匹配单元，所述可调谐输入匹配单元连接于所述射频小信号单元与所述GaN射频放大器之间；

所述信号处理单元配置为根据所述可调谐输出匹配单元的输出信号，反馈调节所述可调谐输出匹配单元的预设参数及所述可调谐输入匹配单元的预设参数，以使所述可调谐输出匹配单元的输出信号达到预设状态。

可选地，所述可调谐输出匹配单元和/或所述可调谐输入匹配单元配置为：包括一个低通滤波结构，或至少两个串联的低通滤波结构；

所述低通滤波结构包括第一电感和电容；

在每个所述低通滤波结构中，所述第一电感的第一端作为所述低通滤波结构的输出端，所述第一电感的第二端作为所述低通滤波结构的输入端；所述电容的第一端与所述第一电感的第一端连接，所述电容的第二端接地；其中，至少一个低通滤波结构中的电容为可调电容，所述预设参数为所述可调电容的电容值。

可选地，所述射频超宽带电路还包括：

第二电感，所述第二电感的第一端连接于所述可调谐输入匹配单元与所述射频小信号单元之间的连接线上，所述第二电感的第二端接入电源信号；

和/或，第三电感，所述第三电感的第一端连接于所述可调谐输出匹配单元与所述天线之间的连接线上，所述第三电感的第二端接入电源信号。

可选地，所述信号处理单元与所述射频小信号单元连接，所述信号处理单元还用于向所述射频小信号单元输出所述控制信号。

可选地，所述预设状态包括所述输出信号的输出功率、输出效率及增益达到对应的预设值。

可选地，所述射频超宽带电路还包括电源单元，所述电源单元配置为向所述射频小信号单元、所述信号处理单元及所述GaN射频放大器供电。

根据本发明的另一方面，提供了一种射频超宽带电路的输出调节方法，所述射频超宽带电路为上述的射频超宽带电路，所述输出调节方法包括：

所述信号处理单元检测所述可调谐输出匹配单元的输出信号，并判断所述输出信号是否达到预设状态；若所述输出信号未达到预设状态，则所述信号处理单元调节所述可调谐输出匹配单元的预设参数，直至所述输出信号达到预设状态。

可选地，所述射频超宽带电路还包括可调谐输入匹配单元，所述可调谐输入匹配单元连接于所述射频小信号单元与所述GaN射频放大器之间；

若所述输出信号未达到预设状态，则所述信号处理单元调节所述可调谐输出匹配单元的预设参数及所述可调谐输入匹配单元的预设参数，直至所述输出信号达到预设状态。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的射频超宽带电路。

本发明实施例的技术方案，实施例的技术方案，通过设置GaN射频放大器工作在28伏至150伏状态下，可以减少GaN射频放大器的寄生电容，拓宽宽带应用能力，从而使得GaN射频放大器能够在一个较宽的频率范围(例如30MHz-1GHz)内均具有较高的效率。并且通过信号处理单元调节可调谐输出匹配单元的预设参数，使得GaN射频放大器工作在不同频率时均能够实现阻抗匹配，进而提高射频超宽带电路的效率。也即，本实施例只需要一个GaN射频放大器，和一个可调谐输出匹配单元即可在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种射频超宽带电路的电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种射频超宽带电路的电路结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种射频超宽带电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种射频超宽带电路的电路结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种射频超宽带电路的输出调节方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本发明实施例提供的一种射频超宽带电路的电路结构示意图，参考图1，射频超宽带电路包括：射频小信号单元101，配置为根据控制信号产生对应频率的原始射频信号；GaN射频放大器102，配置为对原始射频信号进行功率放大，其中，GaN射频放大器102的工作电压范围为28伏至150伏，以使所述GaN射频放大器在超宽带频段下的效率大于或等于设定值；天线104和可调谐输出匹配单元103，可调谐输出匹配单元103连接于GaN射频放大器102和天线104之间；信号处理单元105，配置为根据可调谐输出匹配单元103的输出信号，反馈调节可调谐输出匹配单元103的预设参数，以使可调谐输出匹配单元103的输出信号达到预设状态。

本发明通过高工作电压GaN射频放大器，和一个可调谐输出匹配单元，即可在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标；尤其是在GaN射频放大器的工作电压可以提升至50伏以上，例如在60伏、70伏、80伏、90伏或者100伏等高压下工作，依然可以实现射频宽带以及效率最大化的目标。

具体地，射频小信号单元101用于产生原始射频信号，原始射频信号为小功率信号。射频小信号单元101可产生超宽带射频范围内任意一个频率的原始射频信号。射频小信号单元101例如可以是信号发生器。射频小信号单元101可以根据控制信号的不同产生不同频率的原始射频信号，原始射频信号典型的可以是在10MHz-30MHz、30MHz-1GHz或者1GHz-3GHz范围内的超宽带频率信号，也可以是其他频率范围的超宽带信号；其中，射频超宽带电路在40.68MHz和433MHz时具有较好的解冻功能；在915MHz时具有较好的加热功能。GaN射频放大器102可以对原始射频信号进行功率放大，从而获得一个大功率信号，通过天线104发射到外部，实现解冻或者加热等功能。GaN射频放大器102例如可以是GaN晶体管。GaN射频放大器102的工作电压在28伏至100伏之间时，具有较低的寄生电容，从而可以扩大GaN射频放大器102的工作带宽，使得GaN射频放大器102可以在超宽带范围内(例如10MHz-30MHz、30MHz-1GHz或者1GHz-3GHz)工作时仍然具有较高的效率，使用的任何频点，通过调谐控制，效率都可以大于65％。需要说明的是，可以通过对GaN射频放大器102的尺寸以及材料等进行配置，使得GaN射频放大器102能够工作在28伏至150伏之间。可调谐输出匹配单元103用于对GaN射频放大器102进行输出阻抗匹配，对于不同频率的原始射频信号，调节可调谐输出匹配单元103的预设参数，使得可调谐输出匹配单元103的输出信号工作在预设状态。具体可通过信号处理单元105检测可调谐输出匹配单元103的输出信号是否在预设状态，对于不同频率的原始射频信号，对可调谐输出匹配单元103的输出信号是否工作在预设状态的判断标准也可能不同，在此不做具体限定。预设状态例如可以是输出信号的输出功率、输出效率以及增益达到对应的预设值，预设值的具体数值可以根据应用场景不同进行设置，本实施例对此不作限定。若检测到输出匹配单元103的输出信号在预设状态，说明此时射频超宽带电路的工作效率较好，不必对可调谐输出匹配单元103的预设参数进行调节；若检测到输出匹配单元103的输出信号不在预设状态，说明此时射频超宽带电路的功率效率较差，阻抗匹配不佳，信号处理单元105可对可调谐输出匹配单元103的预设参数进行调节，从而重新达到阻抗匹配状态，保证射频超宽带电路在不同频率下工作时均能达到较佳的工作效率。由上述分析可知，本实施例只需要一个具有较高工作电压的GaN射频放大器，和一个可调谐输出匹配单元即可在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标。

本实施例的技术方案，采用的射频超宽带电路包括射频小信号单元，配置为根据控制信号产生对应频率的原始射频信号；GaN射频放大器，配置为对原始射频信号进行功率放大，其中，GaN射频放大器的工作电压的范围为28伏至150伏；天线和可调谐输出匹配单元，可调谐输出匹配单元连接于GaN射频放大器与天线之间；信号处理单元，配置为根据可调谐输出匹配单元的输出信号，反馈调节可调谐输出匹配单元的预设参数，以使可调谐输出匹配单元的输出信号达到预设状态。通过设置GaN射频放大器工作在28伏至150伏状态下，可以减少GaN射频放大器的寄生电容，拓宽宽带应用能力，从而使得GaN射频放大器能够在一个较宽的频率范围内(例如10MHz-30MHz、30MHz-1GHz或者1GHz-3GHz)均具有较高的效率。并且通过信号处理单元调节可调谐输出匹配单元的预设参数，使得GaN射频放大器工作在不同频率时均能够实现阻抗匹配，进而提高射频超宽带电路的效率。也即，本实施例只需要一个GaN射频放大器，和一个可调谐输出匹配单元即可在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标。同时采用的元器件较少，还可降低Bom(器件清单)成本。

可选地，图2为本发明实施例提供的又一种射频超宽带电路的电路结构示意图，参考图2，射频超宽带电路还包括可调谐输入匹配单元106，可调谐输入匹配单元106连接于射频小信号单元101与GaN射频放大器102之间；信号处理单元101配置为根据可调谐输出匹配单元103的输出信号，反馈调节可调谐输入匹配单元106的预设参数及可调谐输出匹配单元103的预设参数，以使可调谐输出匹配单元106的输出信号达到预设状态。

具体地，可调谐输入匹配单元106可以对GaN射频放大器102进行输入阻抗匹配。设置可调谐输入匹配单元106的预设参数可调，对于不同频率的原始射频信号，通过调节可调谐输入匹配单元106及可调谐输出匹配单元103的预设参数，使得GaN射频放大器102的输入阻抗和输出阻抗均匹配，进而使得GaN射频放大器102具有较佳的工作效率。

示例性地，GaN射频放大器可以是宽带GaN线性功率放大器或宽带GaN数字开关功率放大器。GaN射频功率放大器的类型可以是分立GaN射频功率放大器、GaN单片微波集成电路射频功率放大器或集成射频开关的GaN射频功率放大器模块。

可选地，图3为本发明实施例提供的一又一种射频超宽带电路的电路结构示意图，参考图3，可调谐输出匹配单元103和/或可调谐输入匹配单元106配置为：包括一个低通滤波结构30，或包括至少两个串联的低通滤波结构30。如图3所示，，低通滤波结构包括第一电感21和电容22；在每个低通滤波结构30中，第一电感21的第一端作为低通滤波结构的输出端A1，第一电感21的第二端作为低通滤波结构的输入端A2；电容22的第一端与第一电感21的第一端连接，电容22的第二端接地；其中，至少一个低通滤波结构中的电容22为可调电容，预设参数为可调电容的电容值。

具体地，在可调谐输入匹配单元106中，第一级低通滤波结构30的输出端A2与射频小信号单元101连接，最后一级低通滤波结构30的输出端A1与GaN射频放大器连接，相邻两个的低通滤波结构30中前一级的输出端与后一级的输入端连接；在可调谐输出匹配单元103中，第一级低通滤波结构30的输出端A1与GaN射频放大器102连接，最后一级低通滤波结构30的输入端A2与天线104连接，相邻两个的低通滤波结构30中前一级的输出端与后一级的输入端连接。可以设置至少一个低通滤波结构中的电容22为可调电容，当需要对预设参数进行调节时，只需调节可调电容的电容值即可，也即利用信号处理单元105调节可调电容的电容值。优选地，可设置所有低通滤波结构的电容均为可调电容，从而提高调节的自由度，可以实现更加精细的调节，进而可以实现更好的阻抗匹配。

在一些实施方式中，可调电容例如可以是多个并联的电容，每个电容串联一个开关。对应的开关闭合的所有电容为并联状态，对应的开关断开的所有电容等效为未接入到电路中。因此，可通过控制各个开关的状态，调节可调电容的电容值。

可选地，继续参考图3，射频超宽带电路还包括：第二电感23，第二电感23的第一端连接于可调谐输入匹配单元106与射频小信号单元101之间的连接线上，第二电感23的第二端接入电源信号；和/或，第三电感24，第三电感24的第一端连接于可调谐输出匹配单元103与天线104之间的连接线上，第三电感24的第二端接入电源信号。可以通过第二电感23和第三电感24分别为对应的低通滤波结构供电，从而保证低通滤波结构能够正常工作。需要说明的是，射频小信号单元101与可调谐输入匹配单元106之间还可串联隔直电容；可调谐输出匹配单元103与天线104之间也可串联隔直电容。

可选地，继续参考图2，信号处理单元105与射频小信号单元101连接，信号处理单元105还用于向射频小信号单元输出控制信号。

示例性地，当需要某一频率的原始射频信号时，信号处理单元101可以产生相应的控制指令。当超宽带射频电路应用到电子设备上时，信号处理单元101可以接收用户输入的功能指令，例如输入的指令为解冻，则信号处理单元101生成相应的控制指令，使得射频小信号单元101生成超宽带内的原始射频信号。原始射频信号经过可调谐输入匹配单元、GaN射频放大器、可调谐输出匹配单元后经天线发射出去。信号处理单元105检测可调谐输出匹配单元103的输出信号，判断该输出信号是否是预设状态。例如可以通过查表的方式，具体可以是信号处理单元105中预存一些不同频率原始射频信号所对应的预设参数(可调电容的电容值)的具体值。当原始射频信号确定之后，通过查表配置可调电容的电容值，并判断可调谐输出匹配单元的输出信号是否为预设状态。通过查表的方式，可以快速的将射频超宽带电路调整至最佳效率。需要说明的是，若查表的方式无法将输出信号调整为预设状态，可以在表内记录的数值以外的范围对可调电容的电容值进行调节，并记录达到预设状态时对应的电容值，将此电容值更新至表中。

可选地，继续参考图2，射频超宽带电路还包括电源单元107，电源单元107配置为向射频小信号单元101、信号处理单元105及GaN射频放大器102供电。电源单元101例如可以是直流电源。

优选地，参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种射频超宽带电路的电路结构示意图，射频超宽带电路还包括大信号驱动单元107，大信号驱动单元107连接于射频小信号单元与可调谐输入匹配单元106之间，用于将射频小信号进行初步放大，从而达到驱动高压的GaN射频放大器的功能。示例性地，大信号驱动单元107例如可以是分立的GaN器件、或者其他材料的半导体器件，又或者是集成模块，又或者是集成模块与分立的组合。

通过实验验证，一般传统的功放在40MHz可以达到70％以上效率，但采用此功放去调试433MHz,或者915MHz,此时效率将降低至50％以下。很难同时使得30MHz-1GHz内的重要的433MHz、915MHz实现高效率。但采用本实施例的射频超宽带电路可以实现在10MHz-30MHz、30MHz-1GHz或者1GHz-3GHz范围内或者其他宽带频率范围，甚至是更宽带宽频率范围，使用的任何频点，通过调谐控制，效率都可以大于65％，优选地，可实现效率大于70％。

本发明还提供了一种射频超宽带电路的输出调节方法，如图5所示，图5为本发明实施例提供的一种射频超宽带电路的输出调节方法的流程图。上述的输出调节方法包括：

S301，信号处理单元检测可调谐输出匹配单元的输出信号；

S302，信号处理单元判断输出信号是否达到预设状态；

S303，若输出信号未达到预设状态，则信号处理单元调节可调谐输出匹配单元的预设参数，直至输出信号达到预设状态。

具体地，预设状态例如可以是输出信号的输出功率、输出效率以及增益达到对应的预设值，预设值的具体数值可以根据应用场景不同进行设置，本实施例对此不作限定。信号处理单元若检测到输出匹配单元的输出信号在预设状态，说明此时射频超宽带电路的工作效率较好，不必对可调谐输出匹配单元的预设参数进行调节；信号处理单元若检测到输出匹配单元的输出信号不在预设状态，说明此时射频超宽带电路的功率效率较差，阻抗匹配不佳，信号处理单元可对可调谐输出匹配单元的预设参数进行调节，从而重新达到阻抗匹配状态，保证射频超宽带电路在不同频率下工作时均能达到较佳的工作效率。

本实施例可通过信号处理单元调节可调谐输出匹配单元的预设参数，使得GaN射频放大器工作在不同频率时均能够实现阻抗匹配，进而提高射频超宽带电路的效率。也即，本实施例只需要一个GaN射频放大器，和一个可调谐输出匹配单元即可在较宽的频段范围内，同时实现宽带以及效率最大化的目标。

可选地，射频超宽带电路还包括可调谐输入匹配单元，可调谐输入匹配单元连接于射频小信号单元与GaN射频放大器之间；

若输出信号未达到预设状态，则信号处理单元调节可调谐输出匹配单元的预设参数及可调谐输入匹配单元的预设参数，直至输出信号达到预设状态。

具体地，可调谐输入匹配单元可以对GaN射频放大器进行输入阻抗匹配。设置可调谐输入匹配单元的预设参数可调，对于不同频率的原始射频信号，通过调节可调谐输入匹配单元及可调谐输出匹配单元的预设参数，使得GaN射频放大器的输入阻抗和输出阻抗均匹配，进而使得GaN射频放大器具有较佳的工作效率。

本发明实施例还提供另一种电子设备，所述电子设备包括本发明任意实施例提供的射频超宽带电路。电子设备例如可以是冰箱、烤箱或者微波炉等，因其包括本发明任意实施例提供的射频超宽带电路，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。