線性度提高的推挽式射頻功率放大器的製作方法

2023-06-13 11:32:51

專利名稱：線性度提高的推挽式射頻功率放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器。
背景技術：
隨著無線通信的發展，人們對於通信技術的要求不斷提高，希望無論在何時何地 都能夠與任何人進行包括語音通話、數據交換和圖像傳輸的通信。功率放大器是無線發射 器中必不可少的組成部分，也是整個發射機中耗能最多的部件，輸出功率一般比較大。射頻 功率放大器的主要作用就是放大射頻信號，以輸出大功率為目的，其實質是在輸入射頻信 號的控制下將電源直流功率轉換為高頻功率。相對於其它無線收發組件，大功率、高線性、 高效率是功率放大器的基本設計要求。目前，在音頻功率放大器領域廣泛採用推挽(Push-Pull)結構，這種結構利用NPN 型和PNP型三極體的互補特性，用一個信號來同時激勵兩隻三極體，一隻三極體導通並放 大信號，另一隻三極體截止，工作在推挽狀態，所以又被稱為互補推挽放大器。AB類推挽功 率放大器因其兼顧線性度和效率，更是被用來設計高品質音頻放大器。但是，在射頻以及微 波功率放大器領域，由於NPN-PNP補償異質結雙極性電晶體(HBT)推挽結構的工藝實現難 度很大，所以這種傳統的推挽構很少應用在基於HBT工藝的功率放大器設計中，推挽結構 射頻功率放大器的發展速度一直比較緩慢。

發明內容
本發明目的是提供一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，使得推挽結構能 夠通過HBT工藝應用於射頻功率放大器領域，並且具有較高的線性度。本發明的技術方案是一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放 大器輸入端連接的輸入匹配網絡、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網絡以及連接在輸 入匹配網絡和輸出匹配網絡之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網絡 相連的第一級放大電路和連接在第一級放大電路和輸出匹配網絡之間的第二級放大電路， 所述第二級放大電路為由第二共集電極放大管和第二共發射極放大管組成的NPN-NPN推 挽放大電路，所述第二級放大電路的輸入端與地之間設有基頻並聯諧振網絡。為了使得輸 出信號具有良好的線性度，所述第一級放大電路偏置在A類狀態或淺AB類狀態；所述第二 級放大電路偏置在深AB類狀態。通過所述基頻並聯諧振網絡可以減少從第一級放大電路 傳輸到第二級放大電路的二次諧波分量，提高整個功率放大器的線性度。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一級放大電路包括主要由第一共發 射極放大管構成的第一級上支路和主要由第一共集電極放大管構成的第一級下支路。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一共發射極放大管的基極與輸入匹 配網絡的輸出端連接、集電極與第二共集電極放大管的基極連接；所述第一共集電極放大 管的基極與輸入匹配網絡的輸出端連接、發射極與第二共發射極放大管的基極連接；所述 第二共集電極放大管的發射極和第二共發射極放大管的集電極與所述輸出匹配網絡的輸入端連接；從所述第二共集電極放大管的基極到地之間連接有一個基頻並聯諧振網絡；從 第二共發射極放大管的基極到地之間連接有另一個基頻並聯諧振網絡。隨著輸入信號的增 大，第一級放大電路的第一共發射極放大管和第一共集電極放大管工作在非線性狀態，其 輸出的信號具有豐富的諧波分量，使信號發生較大的失真，其輸出信號諧波分量中二次諧 波所佔的比重最大。上述兩個基頻並聯諧振網絡的使用，可以提高功率放大器的線性度，需 濾除二次諧波分量，同時保證基波信號不受太大影響。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述基頻並聯諧振網絡包括並聯連接的二 次諧波串聯諧振網絡和並聯電感。所述基頻並聯諧振網絡並聯諧振在基波頻率，該網絡保 證在濾除二次諧波信號的同時使基波信號無影響地傳輸至第二級放大器。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述二次諧波串聯諧振網絡包括串聯連接 的電容和串聯電感，其將二次諧波信號短路到地，濾除第一級放大電路所產生的二次諧波 分量。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述輸入匹配網絡和第一級放大電路之間 設有保護支路。以保護後面的兩級放大電路，防止輸入信號過大造成工作管擊穿，保護支路 只在輸入功率超過設定值的情況下才會開啟，提供一個導通向地的通道，保證大功率不進 入後級電路損壞管子。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一級放大電路的輸入端與第二級放 大電路的輸出端之間連接有反饋電阻。實現了電路的電壓並聯負反饋，降低電路增益，提高 電路的穩定度。本發明的優點是1.本發明採用無源器件設計諧振網絡，對推挽結構射頻功率放大器進行改進，提 高了線性度，電路結構簡單、易於實現。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明具體實施例的結構框圖；圖2為本發明具體實施例的保護支路電路圖；圖3為本發明具體實施例的第一級放大電路圖；圖4為本發明具體實施例的第二級放大電路圖。其中1輸入匹配網絡；2保護支路；3第一級放大電路；4第二級放大電路5輸出 匹配網絡；Ll串聯電感；L2串聯電感；L3並聯電感；L4並聯電感Cl電容；C2電容；Rl電阻； R2電阻；R4反饋電阻Ql第一共發射極放大管；Q2第一共集電極放大管Q3第二共集電極放 大管；Q4第二共發射極放大管；Q5電晶體。
具體實施例方式實施例如圖1至圖4所示，一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功 率放大器輸入端連接的輸入匹配網絡1、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網絡5、與輸 入匹配網絡1相連的第一級放大電路3、連接在第一級放大電路3和輸出匹配網絡5之間的 第二級放大電路4、設於所述輸入匹配網絡1和第一級放大電路3之間的保護支路2以及連
4接於所述第一級放大電路3的輸入端與第二級放大電路4的輸出端之間的反饋電阻R4。所 述反饋電阻R4組成的反饋迴路穩定了增益，但這種並聯的反饋使得輸入輸出阻抗較低，所 以需要選取合適的匹配網絡使電路的輸入輸出都能匹配到50 Ω，從而使電路獲得最小的噪 聲並使輸出功率損耗最小。所述保護支路由電晶體Q5和電阻Rl、R2構成，如圖2所示，防 止輸入信號過大造成工作管擊穿。一般情況下，電晶體Q5停止工作，但當晶片處於高溫狀 態或輸入過載時，電晶體Q5導通，第一共集電極放大管Q2關閉，大電流通過保護支路的輸 入端201經電晶體Q5接到地，對功率放大器起到很好地保護作用。所述第一級放大電路3 偏置在A類狀態或淺AB類狀態，能夠傳輸給第二級放大電路4線性度很好的信號；所述第 二級放大電路4偏置在深AB類狀態，理論上推輓輸出級電路的最高效率可達67%左右。所述第一級放大電路3如圖3所示，包括由第一共發射極放大管Q1、電阻R5以及 接成二極體的D3 HBT構成的第一級上支路、和由第一共集電極放大管Q2和電阻R3構成的 第一級下支路。當第一級放大電路的第一埠 301(輸入端)輸入正半周信號時，通過第一 共發射極放大管Q1、第一共集電極放大管Q2集電極電流變大，電阻R5、R3上壓降較大，第 一級放大電路的第二埠 302輸出電平較低，第三埠 303輸出電平較高。當第一級放大 電路的第一埠 301輸入負半周信號時，第一共發射極放大管Q1、第一共集電極放大管Q2 集電極電流變小，電阻R5、R3上壓降較小，第一級放大電路的第二埠 302輸出電平較高， 第三埠 303輸出電平較低。如圖4所示，所述第二級放大電路4為由第二共集電極放大管Q3和第二共發射極 放大管Q4組成的NPN-NPN推挽放大電路。第二級放大電路4的第一埠 401連接到第一 級放大電路3的第二埠 302，第二級放大電路4的第二埠 402連接到第一級放大電路3 的第三埠 303，第二級放大電路的第三埠 403通過反饋電阻R4連接到第一級放大電路 的第一埠 301構成反饋迴路。當第一級放大電路3的第一埠 301輸入正半周信號，第 二級放大電路4的第一埠 401輸入電平較低，第二埠 402輸入電平較高，第二共集電極 放大管Q3微導通，第二共發射極放大管Q4驅動負載；當第一級放大電路的輸入為負半周信 號，第二級放大電路4的第一埠 401輸入電平較高，第二埠 402輸入電平較低，第二共 發射極放大管Q4關閉，第二共集電極放大管Q3單獨驅動負載。如圖4所示，從所述第二共集電極放大管Q3的基極到地之間分別連接有一個由並 聯電阻L3和二次諧波串聯諧振網絡並聯構成的基頻並聯諧振網絡，其中二次諧波串聯諧 振網絡由串聯電感Ll和電容Cl構成；從所述第二共發射極放大管Q4的基極到地之間分 別連接有一個由並聯電感L4和二次諧波串聯諧振網絡並聯構成的基頻並聯諧振網絡，該 二次諧波串聯諧振網絡由串聯電感L2和電容C2構成。串聯電感Ll和電容Cl，串聯電感 L2和電容C2串聯諧振在二次諧波頻率，相對於基波而言，二次諧波串聯諧振網絡的阻抗近 似為零，將二次諧波信號短路到地，濾除第一級放大電路所產生的二次諧波分量；串聯電感 Li、電容Cl和並聯電感L3，串聯電感L2、電容C2和並聯電感L4並聯諧振在基波頻率，基頻 並聯諧振網絡阻抗近似為無窮大，該網絡保證在濾除二次諧波信號的同時使基波信號無影 響地傳輸至第二級放大器，提高了整個電路的線性度。本發明通過利用電容與電感的串並聯網絡對諧波信號進行控制，使得推挽結構射 頻功率放大器在不增大靜態功耗的情況下，顯著提高了功率放大器的線性度。
權利要求
一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放大器輸入端連接的輸入匹配網絡(1)、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網絡(5)以及連接在輸入匹配網絡(1)和輸出匹配網絡(5)之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網絡(1)相連的第一級放大電路(3)和連接在第一級放大電路(3)和輸出匹配網絡(5)之間的第二級放大電路(4)，其特徵在於所述第二級放大電路(4)為由第二共集電極放大管(Q3)和第二共發射極放大管(Q4)組成的NPN-NPN推挽放大電路，所述第二級放大電路(4)的輸入端與地之間設有基頻並聯諧振網絡。
2.根據權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述第 一級放大電路(3)包括主要由第一共發射極放大管(Ql)構成的第一級上支路和主要由第 一共集電極放大管(Q2)構成的第一級下支路。
3.根據權利要求2所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述第 一共發射極放大管(Ql)的基極與輸入匹配網絡(1)的輸出端連接、集電極與第二共集電極 放大管(Q3)的基極連接；所述第一共集電極放大管(Q2)的基極與輸入匹配網絡(1)的輸 出端連接、發射極與第二共發射極放大管(Q4)的基極連接；所述第二共集電極放大管(Q3) 的發射極和第二共發射極放大管(Q4)的集電極與所述輸出匹配網絡(5)的輸入端連接；從 所述第二共集電極放大管(Q3)的基極和第二共發射極放大管(Q4)的基極到地之間分別連 接有所述基頻並聯諧振網絡。
4.根據權利要求3所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述基 頻並聯諧振網絡包括並聯連接的二次諧波串聯諧振網絡和並聯電感(L3、L4)。
5.根據權利要求4所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述二 次諧波串聯諧振網絡包括串聯連接的電容(C1、C2)和串聯電感(L1、L2)。
6.根據權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述輸 入匹配網絡(1)和第一級放大電路(3)之間設有保護支路(2)。
7.根據權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述第 一級放大電路(3)的輸入端與第二級放大電路(4)的輸出端之間連接有反饋電阻(R4)。
8.根據權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特徵在於所述第 一級放大電路(3)偏置在A類狀態或淺AB類狀態；所述第二級放大電路(4)偏置在深AB 類狀態。
全文摘要
本發明公開了一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放大器輸入端連接的輸入匹配網絡、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網絡以及連接在輸入匹配網絡和輸出匹配網絡之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網絡相連的第一級放大電路和連接在第一級放大電路和輸出匹配網絡之間的第二級放大電路，所述第二級放大電路為由第二共集電極放大管和第二共發射極放大管組成的NPN-NPN推挽放大電路，所述第二級放大電路的輸入端與地之間設有二次諧波串聯諧振網絡和基頻並聯諧振網絡。本發明使得推挽結構能夠通過HBT工藝應用於射頻功率放大器領域，並且具有較高的線性度。
文檔編號H03F3/26GK101882915SQ20101016084
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者張曉東, 程華, 胡善文, 陳文蘭, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司