專利名稱：一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器及前端發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器及前端 發(fā)射機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代無線通訊向高速大容量方向的演進(jìn)，用戶對寬帶通訊的要求不斷提高， 下一代的技術(shù)對射頻和微波功率放大器的性能也越來越苛刻。無論3G的長期演進(jìn)項(xiàng)目 (LTE, LongTerm Evolution)，還是兼容TD-LTE的IMT-Advanced技術(shù)，對射頻功率放大器都 有著相似的技術(shù)特點(diǎn)，要求更低的信號失真，更高的信號峰均功率比。為了不失真的傳輸較 高高峰均功率比的信號，功率放大器除了要滿足平均功率輸出下的發(fā)射要求，還必須要保 證在此功率輸出基礎(chǔ)上的PAI^R個(gè)dB的線性輸出，這樣，才能保證峰值信號無失真地傳輸。但同時(shí)不得不面對的一個(gè)問題是，射頻功率放大器在本質(zhì)上是一個(gè)非線性器件， 會產(chǎn)生不需要的交調(diào)失真產(chǎn)物，這會直接影響到射頻信號的質(zhì)量。射頻放大器引入的失真 將會導(dǎo)致放大的信號在幅度和相位上的失真，輸入功率越大，其非線性特性就越明顯，而且 當(dāng)具有一定帶寬的調(diào)制信號通過功率放大器后，會產(chǎn)生交調(diào)分量，造成頻譜擴(kuò)展，對鄰道信 號形成干擾，直接影響到接收系統(tǒng)的誤碼率，惡化通信系統(tǒng)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，可以明顯地提升功 率放大器的線性度。本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中的前端發(fā)射機(jī)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放 大器，包括線性度補(bǔ)償電路和功率放大器，所述線性度補(bǔ)償電路和所述功率放大器通過串 聯(lián)式級聯(lián)的形式連接在一起。上述方案中，所述的線性度補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器晶體 管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所述功率放大器偏置在AB類狀態(tài)。上述方案中，所述線性度補(bǔ)償電路中的射頻放大器晶體管的集電極與線性度補(bǔ)償 電路的輸出端和扼流圈相連，基極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相連接，發(fā)射極接地。上述方案中，所述偏置電路由晶體管(Q2)、二極管(D1)、二極管(擬)以及電阻 (Rl)構(gòu)成；所述晶體管0^2)的集電極與基極之間通過電阻(Rl)連接；晶體管0^2)的基極 通過串聯(lián)的二極管(Dl)和二極管(擬)接地，二極管(Dl)的正極與晶體管的基極相 連接，二極管(擬)的負(fù)極與地相連接；晶體管的發(fā)射極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相 連接。上述方案中，所述線性度補(bǔ)償電路中的偏置電路上設(shè)有一路耦合通路，來實(shí)現(xiàn)線 性化補(bǔ)償部分的增益壓縮。一種前端發(fā)射機(jī)，應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，包括串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，所述串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，包括線性度補(bǔ)償電路和功率放大器，所述線性度補(bǔ) 償電路和所述功率放大器之間為串聯(lián)式級聯(lián)。上述方案中，所述的線性度補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器晶體 管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所述功率放大器偏置在AB類狀態(tài)。上述方案中，所述線性度補(bǔ)償電路中的射頻放大器晶體管Oil)的集電極與線性 度補(bǔ)償電路的輸出端和扼流圈相連，基極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相連接，發(fā)射極接地。上述方案中，所述偏置電路由晶體管(Q2)、二極管(D1)、二極管(擬)以及電阻 (Rl)構(gòu)成；所述晶體管0^2)的集電極與基極之間通過電阻(Rl)連接；晶體管0^2)的基極 通過串聯(lián)的二極管(Dl)和二極管(擬)接地，二極管(Dl)的正極與晶體管的基極相 連接，二極管(擬)的負(fù)極與地相連接；晶體管的發(fā)射極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相 連接。上述方案中，所述線性度補(bǔ)償電路中的偏置電路上設(shè)有一路耦合通路，來實(shí)現(xiàn)線 性化補(bǔ)償部分的增益壓縮。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果為本發(fā)明產(chǎn)生線性化補(bǔ)償?shù)碾娐酚赏ㄟ^偏置電路的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使得該級射頻放大 器晶體管的偏置電流隨著輸入功率增加而增大，增加該射頻放大器晶體管在比較高的功率 輸入的情況下的增益，從而產(chǎn)生增益膨脹，通過與后一級功率放大器的串聯(lián)式級聯(lián)，可以用 所產(chǎn)生的增益膨脹來補(bǔ)償后一級功率放大器的增益壓縮，從而提高功率放大器的線性度。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器的電路圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的線性度補(bǔ)償電路的電路圖；圖3是圖2所示線性度補(bǔ)償電路在射頻信號輸入的情況下所產(chǎn)生的增益膨脹的曲 線.
一入 ，圖4是常規(guī)兩級放大器的功率增益隨輸入功率變化的曲線；圖5是常規(guī)兩級放大器的輸出功率隨輸入功率變化的曲線；圖6是采用本發(fā)明實(shí)施例提出的多級射頻功率放大器的功率增益隨輸入功率變 化的曲線；圖7是采用本發(fā)明實(shí)施例提出的多級射頻功率放大器的輸出功率隨輸入功率變 化的曲線。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器的實(shí)現(xiàn)方案，在 該實(shí)現(xiàn)方案中，利用自適應(yīng)偏置電路使得一級射頻放大電路隨著輸入功率的增大而產(chǎn)生增 益壓縮，來補(bǔ)償串聯(lián)式級聯(lián)的后一級的功率放大電路隨著輸入功率的增大而產(chǎn)生的增益壓 縮，從而提高整個(gè)電路的線性度。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例提供的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器主要應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中的前端發(fā)射機(jī)中，輔助射頻功率放大器將經(jīng)過上變頻后的信號無失真地放大，傳送給天 線發(fā)射出去。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器包括線性度補(bǔ)償電 路101和功率放大器102兩部分。線性度補(bǔ)償電路101由自適應(yīng)偏置電路103和射頻放大 器晶體管104構(gòu)成。自適應(yīng)偏置電路103在此實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一是為射頻放大器晶體管104 提供偏置，使其偏置在AB類狀態(tài)；二是當(dāng)輸入功率增加的時(shí)候，通過檢測到的功率來調(diào)節(jié) 偏置點(diǎn)的電壓，從而改變射頻放大器晶體管的偏置電流，使得該射頻放大器晶體管的電流 隨著輸入功率的增加而增大，使得通過該射頻放大器晶體管的信號的增益隨著輸入功率的 增加而增大，即產(chǎn)生增益膨脹。功率放大器102為常規(guī)的功率放大器，在大信號輸入的情況 下，由于其本身非線性特征，將會產(chǎn)生增益壓縮。在本發(fā)明實(shí)施例中，由線性度補(bǔ)償電路101 隨著輸入功率的增加而產(chǎn)生的增益膨脹，和由功率放大器102隨輸入功率的增加而產(chǎn)生的 增益壓縮，兩者相抵消，從而提高整體功率放大器輸出的IdB壓縮點(diǎn)?，F(xiàn)詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例的線性度補(bǔ)償電路101。如圖2所示，射頻放大器晶體管 Ql集電極與線性度補(bǔ)償電路的輸出端和扼流圈RFC相連，基極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端 相連接，發(fā)射極接地。晶體管Ql偏置在AB類狀態(tài)，從線性度補(bǔ)償電路的輸入端接收輸入信 號并產(chǎn)生一個(gè)放大的輸出信號，該射頻晶體管Ql的工作點(diǎn)主要由集電極上的直流偏置Ia 確定。扼流圈RFC連接直流源以及射頻晶體管的集電極，阻止射頻信號進(jìn)入直流源。晶體 管Q2，二極管D1、D2以及電阻Rl構(gòu)成了一個(gè)偏置電路201，產(chǎn)生的偏置電壓為Vm = Vreg-IBR-VBE2 (1)耦合電容Cl連接品體管Q2的基極與射頻信號輸入端，使得少量射頻信號能夠直 接注入到品體管Q2，注入量的大小正比于耦合電容Cl的大小，輸入功率越大，注入量越大。 注入的射頻信號經(jīng)過晶體管Q2整流后將使得Q2基極與發(fā)射極之間的結(jié)電壓降低ΔνΒΕ， AVbe的大小與注入的射頻信號的大小成正比，則根據(jù)公式(1)，此時(shí)所產(chǎn)生的偏置電壓為Vm = Vreg-IeR- (Vbe2+ Δ VBE) (2)由( 可知，此時(shí)偏置電路201所產(chǎn)生的偏置電壓隨著輸出功率的增大而增大，因 此，射頻放大器晶體管Ql的直流偏置電流Ia也會隨著輸入功率的增加而增大，也就是說， 射頻放大器品體管Ql的工作點(diǎn)會隨著輸入功率的增加而移動，最終導(dǎo)致在高功率輸入的 情況下信號的功率增益變大，即產(chǎn)生增益膨脹現(xiàn)象。由圖2所示電路可以看出，相對與常規(guī) 的AB類功放電路來說，增加了一個(gè)從耦合電容Cl到晶體管Q2的功率耦合通路。圖3是圖2所示電路在射頻信號輸入的情況下所產(chǎn)生的增益膨脹的曲線，由圖可 見，由于其本身的非線性特性，電路的增益會隨著信號的增大而最終呈現(xiàn)下降的趨勢，但是 由于采用了自適應(yīng)偏置電路，使得當(dāng)輸入功率增大的過程中，信號的增益會受到輸入功率 的影響而產(chǎn)生膨脹。在此選取常規(guī)兩級放大器線性度與采用本發(fā)明實(shí)施例的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功 率放大器的線性度效果相比較。圖4是本發(fā)明實(shí)施例選定作比較的常規(guī)兩級放大器的功率 增益隨輸入功率變化的曲線，圖5是本發(fā)明實(shí)施例選定的常規(guī)兩級放大器的輸出功率隨輸 入功率變化的曲線。由圖4可以看出，當(dāng)輸入功率達(dá)到-5daii左右時(shí)，整個(gè)功率增益下降了 IdB左右，即達(dá)到了 IdB壓縮點(diǎn)。由圖5可知，此時(shí)的輸出IdB壓縮點(diǎn)為22.3dBm。圖6是采用本發(fā)明提出的多級射頻功率放大器的功率增益隨輸入功率變化的曲線，圖7是采用本發(fā)明提出的多級射頻功率放大器的輸出功率隨輸入功率變化的曲線。由 圖4可以看出，由于在輸入端一部分信號用來調(diào)整偏置電流的大小被耦合到偏置電路，導(dǎo) 致最終整體的放大器的增益相對于常規(guī)結(jié)構(gòu)的放大器來說下降了幾個(gè)dB，但是由圖6可以 看出當(dāng)輸入功率達(dá)到5daii左右時(shí)，整個(gè)功率增益下降了 IdB左右，即達(dá)到了 IdB壓縮點(diǎn)，由 圖7可知，此時(shí)的輸出IdB壓縮點(diǎn)高達(dá)29. 55daii。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩級放大器相比，IdB壓縮 點(diǎn)至少提高了 7個(gè)dB以上。綜上所述，通過本發(fā)明實(shí)施例提供的多級射頻功率放大器，可以極大的提升功率 輸出的IdB壓縮點(diǎn)，提高射頻功率放大器的線性度，線性度補(bǔ)償電路和功率放大器通過串 聯(lián)式級聯(lián)的形式連接在一起，其中線性度補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器 晶體管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，通過偏置電路的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使得該級射頻放大器 晶體管的偏置電流隨著輸入功率增加而增大，增加該射頻放大器晶體管在比較高的功率輸 入的情況下的增益，從而產(chǎn)生增益膨脹，通過與后一級功率放大器的串聯(lián)式級聯(lián)，可以用所 產(chǎn)生的增益膨脹來補(bǔ)償后一級功率放大器的增益壓縮，從而提高功率放大器的IdB壓縮 點(diǎn)ο顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各單元、結(jié)構(gòu)或組成部分可以 用成一體地元件或構(gòu)件實(shí)現(xiàn)，也可以分別由單個(gè)的元件或構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明對此不作限制。 放大器的級數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要而定，也可以選用多級的線性化補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，在此不限于上 述，只要能完成本發(fā)明的目的即可。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，其特征在于包括線性度補(bǔ)償電路和功率放 大器，所述線性度補(bǔ)償電路和所述功率放大器之間為串聯(lián)式級聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，其特征在于所述的線性度 補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器晶體管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所 述功率放大器偏置在AB類狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，其特征在于所述的線性度 補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器晶體管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所 述功率放大器偏置在AB類狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求2所述的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，其特征在于所述偏置電路 由晶體管(Q2)、二極管(Dl)、二極管(D2)以及電阻(Rl)構(gòu)成；所述晶體管0^2)的集電極 與基極之間通過電阻(Rl)連接；晶體管的基極通過串聯(lián)的二極管(Dl)和二極管(D2) 接地，二極管(Dl)的正極與晶體管的基極相連接，二極管(擬)的負(fù)極與地相連接；晶 體管的發(fā)射極與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，其特征在于所述線性度補(bǔ) 償電路中的偏置電路上設(shè)有一路耦合通路，來實(shí)現(xiàn)線性化補(bǔ)償部分的增益壓縮。
6.一種前端發(fā)射機(jī)，應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，其特征在于包括串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻 功率放大器，所述串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，包括線性度補(bǔ)償電路和功率放大器，所 述線性度補(bǔ)償電路和所述功率放大器之間為串聯(lián)式級聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6所述的前端發(fā)射機(jī)，其特征在于所述的線性度補(bǔ)償電路由一級射頻 放大器晶體管和使該放大器晶體管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所述功率放大器偏置在 AB類狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求7所述的前端發(fā)射機(jī)，其特征在于所述線性度補(bǔ)償電路中的射頻放大 器晶體管Oil)的集電極與線性度補(bǔ)償電路的輸出端和扼流圈相連，基極與線性度補(bǔ)償電 路的輸入端相連接，發(fā)射極接地。
9.如權(quán)利要求7所述的前端發(fā)射機(jī)，其特征在于所述偏置電路由晶體管(Q2)、二極 管(Dl)、二極管(D2)以及電阻(Rl)構(gòu)成；所述晶體管0^2)的集電極與基極之間通過電阻 (Rl)連接；晶體管的基極通過串聯(lián)的二極管(Dl)和二極管(擬)接地，二極管(Dl)的 正極與晶體管的基極相連接，二極管(擬)的負(fù)極與地相連接；晶體管的發(fā)射極 與線性度補(bǔ)償電路的輸入端相連接。
10.如權(quán)利要求9所述的前端發(fā)射機(jī)，其特征在于所述線性度補(bǔ)償電路中的偏置電路 上設(shè)有一路耦合通路，來實(shí)現(xiàn)線性化補(bǔ)償部分的增益壓縮。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)級聯(lián)的多級射頻功率放大器，包括線性度補(bǔ)償電路和功率放大器，所述線性度補(bǔ)償電路和所述功率放大器通過串聯(lián)式級聯(lián)的形式連接在一起，所述的線性度補(bǔ)償電路由一級射頻放大器晶體管和使該放大器晶體管產(chǎn)生增益壓縮的偏置電路構(gòu)成，所述功率放大器偏置在AB類狀態(tài)。本發(fā)明產(chǎn)生線性化補(bǔ)償?shù)碾娐酚赏ㄟ^偏置電路的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使得該級射頻放大器晶體管的偏置電流隨著輸入功率增加而增大，增加該射頻放大器晶體管在比較高的功率輸入的情況下的增益，從而產(chǎn)生增益膨脹，通過與后一級射頻放大器的串聯(lián)式級聯(lián)，可以用所產(chǎn)生的增益膨脹來補(bǔ)償后一級放大器的增益壓縮，從而提高功率放大器的線性度。
文檔編號H03F3/20GK102111113SQ200910312388
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者張宗楠, 張海瑛, 郝明麗 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所