專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬通信技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻 功率放大器。
背景技術(shù)：
從2. 5G開(kāi)始，在移動(dòng)電話(huà)的設(shè)計(jì)中就面臨功率放大器的線(xiàn)性度和效率的問(wèn)題， 幅度調(diào)制的存在，使得功率放大器不可能總是處于最大線(xiàn)性功率輸出的狀態(tài)，必須處于功 率回退狀態(tài)，也就是功率放大器不會(huì)工作在高效率狀態(tài)。同時(shí)隨著第四代移動(dòng)通信系統(tǒng) IMT-Advanced的發(fā)展，高速率的數(shù)據(jù)傳輸使得調(diào)制方案變得更為復(fù)雜，從而導(dǎo)致調(diào)制后的 射頻信號(hào)具有極高的峰均功率比，為了不失真的傳輸較高高峰均功率比的信號(hào)，功率放大 器除了要滿(mǎn)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(xiàn)性輸出，這樣，才能保證峰值信號(hào)無(wú)失真地傳輸。同時(shí)，功率放大器作為一個(gè)功率器 件，隨著輸出功率的增加，其非線(xiàn)性會(huì)顯著增加，當(dāng)具有一定帶寬的調(diào)制信號(hào)通過(guò)功率放大 器后，會(huì)產(chǎn)生交調(diào)分量，造成頻譜擴(kuò)展，對(duì)鄰道信號(hào)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。因此發(fā)展線(xiàn)性高效率的高性能功率放大器對(duì)于現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系 統(tǒng)至關(guān)重要。偏置電路的設(shè)計(jì)對(duì)于功率放大器的線(xiàn)性度與效率的提升至關(guān)重要。最基本的偏置 電路是采用簡(jiǎn)單的電阻分壓電路，如圖2所示，但是隨著輸入信號(hào)功率的增加，基極-射極 二極管的整流效應(yīng)會(huì)使得偏置電壓隨輸入功率的增加而急劇下降，如圖4所示，從而使得 功率放大器的線(xiàn)性度和效率急劇惡化。在傳統(tǒng)的線(xiàn)性化偏置電路中，如圖3所示，通過(guò)電容 Cb與管子HBT2的作用可以鉗制住偏置電壓，使得偏置電壓可以隨著輸入功率的增加保持 一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓值，如圖4所示。從功率放大器的偏置狀態(tài)的角度來(lái)說(shuō)，如圖5所示， 功率放大器只有處于AB類(lèi)偏置狀態(tài)時(shí)，才會(huì)得到一個(gè)線(xiàn)性度和效率的最優(yōu)化狀態(tài)，然而對(duì) 于傳統(tǒng)的線(xiàn)性化偏置電路來(lái)說(shuō)，在固定的偏置電壓的偏置下，輸入信號(hào)功率的增加就會(huì)使 得功率放大器的偏置狀態(tài)慢慢由AB類(lèi)滑向C類(lèi)，最終導(dǎo)致線(xiàn)性度和效率的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種可以明顯提升功率放大器的線(xiàn) 性度及效率的帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器，它包括自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部 分及與其相接的射頻放大器單元電路；所述自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分包括線(xiàn)性化偏置電 路及自適應(yīng)電路部分；所述線(xiàn)性化偏置電路中偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的發(fā)射極與射頻放 大器單元電路放大異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基極相接；所述自適應(yīng)電路部分含有自適應(yīng)電 容，部分輸入信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)電容耦合到偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的發(fā)射極；所述自適應(yīng)電 容與線(xiàn)性化偏置電路中的隔直電容并接。
作為一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述自適應(yīng)電路部分還設(shè)有第一微帶線(xiàn)；所述第一微 帶線(xiàn)與隔直電容串接。作為另一種優(yōu)選方案，本發(fā)明所述自適應(yīng)電路部分還設(shè)有第二微帶線(xiàn)；所述第 二微帶線(xiàn)一端接放大異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的基極，其另一端接偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的 發(fā)射極。本發(fā)明包括自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路和射頻功率放大器單元部分。通過(guò)傳統(tǒng)的線(xiàn)性 化偏置電路的基礎(chǔ)上添加了一個(gè)耦合電容以及兩段微帶線(xiàn)，自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路會(huì)使射 頻功率放大器單元的偏置電流隨著輸入功率的升高而適當(dāng)?shù)卦龃螅罱K使得功率放大器單 元隨著輸入功率的增大而處于一個(gè)相對(duì)比較穩(wěn)定的導(dǎo)通角狀態(tài)，從而達(dá)到一個(gè)線(xiàn)性度和效 率的最優(yōu)化狀態(tài)。通過(guò)本發(fā)明的上述技術(shù)方案，提供一種射頻功率放大器的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路 結(jié)構(gòu)，可以明顯地提升功率放大器的線(xiàn)性度及效率。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的射頻功率放大器自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的總體框圖；圖2為基本的電阻分壓偏置電路；圖3是常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電路；圖4是采用基本的電阻分壓偏置電路與采用常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電路的基極偏置 電壓隨輸入功率的變化曲線(xiàn)；圖5是放大器輸出的諧波狀態(tài)與導(dǎo)通角的關(guān)系；圖6是采用本發(fā)明所提出的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路與采用常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電 路的基極偏置電壓隨輸入功率的變化曲線(xiàn)；圖7是采用本發(fā)明所提出的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路與采用常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電 路的集電極偏置電流隨輸入功率的變化曲線(xiàn)；圖8是采用本發(fā)明所提出的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路與采用常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電 路的功率增益隨輸入功率的變化曲線(xiàn)；圖9是采用本發(fā)明所提出的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路與采用常見(jiàn)的線(xiàn)性化偏置電 路的功率附加效率隨輸入功率的變化曲線(xiàn)；圖10是基極偏置電壓隨電容Cadaptire大小的變化；圖11是功率增益隨電容Cadqptire大小的變化；圖12是功率附加效率隨電容Cadalttire大小的變化。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器的 實(shí)現(xiàn)方案，在該實(shí)現(xiàn)方案中，利用自適應(yīng)偏置電路使得功率放大器的偏置電壓隨著輸入功 率的增加而相應(yīng)地升高，從而使得功率放大器處于一個(gè)比較恒定的導(dǎo)通角狀態(tài)，最終達(dá)到 一個(gè)線(xiàn)性度和效率的最優(yōu)化狀態(tài)。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)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(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。本發(fā)明所提供的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)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(guò)上變頻后的信號(hào)無(wú)失真地放大，傳送給天線(xiàn)發(fā)射出 去。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)包括自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分101和射 頻放大器單元電路102兩部分。其中自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路101由常用的線(xiàn)性化偏置電路 (如圖3所示)與自適應(yīng)電路部分103構(gòu)成。自適應(yīng)電路部分103由自適應(yīng)電容Cadaptive以 及兩端微帶線(xiàn)MLinl和MLin2構(gòu)成。微帶線(xiàn)MLinl和MLin2會(huì)對(duì)經(jīng)過(guò)的信號(hào)產(chǎn)生一定的 相位延遲，這樣，一小部分輸入信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)電容Cadaptire耦合到管子HBT2的發(fā)射極，在 這里與經(jīng)過(guò)了微帶線(xiàn)MLinl、耦合電容Q和MLin2的相位延遲之后信號(hào)相疊加，增大異質(zhì) 結(jié)雙極型晶體管HBT2的整流電流，從而增加功率放大器單元102的偏置電壓。這樣，隨著 輸入信號(hào)功率的增大，從自適應(yīng)電容Cadaptire耦合到異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT2的信號(hào)功率 也會(huì)隨著增大，從而使得功率放大器單元102的偏置電壓也隨會(huì)隨著輸入信號(hào)的增加而增 大，這樣，就可以使得功率放大器單元101隨著輸入功率的增加而保持一個(gè)相對(duì)恒定的導(dǎo) 通角。從圖5中功率放大器輸出的諧波與導(dǎo)通角狀態(tài)關(guān)系可以看出來(lái)，當(dāng)導(dǎo)通角處于深A(yù)B 類(lèi)狀態(tài)時(shí)，功率放大器的線(xiàn)性度和效率就會(huì)處于一個(gè)最優(yōu)化的狀態(tài)。因此，調(diào)節(jié)自適應(yīng)電容 CadaptiV6可以使得功率放大器的導(dǎo)通角處于一個(gè)最優(yōu)化的偏置狀態(tài)，最終可以使功率放大器 獲得一個(gè)優(yōu)化的線(xiàn)性度和效率狀態(tài)?，F(xiàn)詳細(xì)比較本發(fā)明實(shí)施例的自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路與圖3中的常用的線(xiàn)性化偏 置電路。與常見(jiàn)的線(xiàn)性偏置電路相比，當(dāng)輸入功率增加的時(shí)候，使用新結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)偏置電 路的功率放大器單元的偏置電壓會(huì)隨著輸入功率的增加而增大，從而使得功率放大器處于 一個(gè)比較穩(wěn)定的導(dǎo)通角狀態(tài)，如圖6所示，同時(shí)集電極的直流電流會(huì)隨著功率的增加而動(dòng) 態(tài)的增大，如圖7所示。穩(wěn)定的導(dǎo)通角狀態(tài)可以使得功率放大器在輸入信號(hào)大范圍變化時(shí) 能夠維持一個(gè)比較穩(wěn)定的功率增益，不會(huì)提前發(fā)生增益壓縮，提供了良好的線(xiàn)性度，如圖8 所示。與傳統(tǒng)的線(xiàn)性化偏置結(jié)構(gòu)相比，采用自適應(yīng)偏置結(jié)構(gòu)的放大器由于相對(duì)穩(wěn)定的功率 增益會(huì)在同等功率輸入條件下，獲得相對(duì)比較高的功率附加效率。如圖9所示。自適應(yīng)電容Cadaptire主要決定了耦合的信號(hào)功率的大小，可以調(diào)節(jié)功率放大器所 處的導(dǎo)通角狀態(tài)。自適應(yīng)電容CadaptiV6的選擇可以通過(guò)電容值的大小的掃描，通過(guò)比較功率 放大器的功率增益、功率附加效率來(lái)確定。如圖10、11、12所示。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(duì)此不作限制。 放大器的級(jí)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要而定，也可以選用多級(jí)的線(xiàn)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(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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
一種帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器，包括自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分(101)及與其相接的射頻放大器單元電路(102)；所述自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分(101)包括線(xiàn)性化偏置電路及自適應(yīng)電路部分(103)；所述線(xiàn)性化偏置電路中偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT2)的發(fā)射極與射頻放大器單元電路(102)放大異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT1)的基極相接；所述自適應(yīng)電路部分(103)含有自適應(yīng)電容(Cadaptive)，部分輸入信號(hào)經(jīng)自適應(yīng)電容(Cadaptive)耦合到偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT2)的發(fā)射極；所述自適應(yīng)電容(Cadaptive)與線(xiàn)性化偏置電路中的隔直電容(C1)并接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器，其特征在 于所述自適應(yīng)電路部分(103)還設(shè)有第一微帶線(xiàn)(MLinl)；所述第一微帶線(xiàn)(MLinl)與隔 直電容(C1)串接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器，其特 征在于所述自適應(yīng)電路部分(103)還設(shè)有第二微帶線(xiàn)(MLin2)；所述第二微帶線(xiàn)(MLin2) 一端接放大異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBTl)的基極，其另一端接偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 (HBT2)的發(fā)射極。
全文摘要
本發(fā)明屬通信技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種帶有自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路的射頻功率放大器，它包括自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分(101)及與其相接的射頻放大器單元電路(102)；所述自適應(yīng)線(xiàn)性化偏置電路部分(101)包括線(xiàn)性化偏置電路及自適應(yīng)電路部分(103)；所述線(xiàn)性化偏置電路中偏置異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT2)的發(fā)射極與射頻放大器單元電路(102)放大異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT1)的基極相接；所述自適應(yīng)電路部分(103)含有自適應(yīng)電容(Cadaptive)；所述自適應(yīng)電容(Cadaptive)與線(xiàn)性化偏置電路中的隔直電容(C1)并接。本發(fā)明可以明顯提升功率放大器的線(xiàn)性度及效率。
文檔編號(hào)H03F3/20GK101924522SQ20101027470
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者張健, 張宗楠, 張海英, 陳立強(qiáng) 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)中科微電子有限公司