提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路的製作方法
2023-06-21 12:15:56
專利名稱：提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路。
背景技術：
功率放大器現已廣泛應用於通信系統，在當今通信領域，隨著可攜式蜂窩終端、基 站等尺寸的減小與重量的降低以及第三代移動通信系統的使用，通信系統對功率放大器的 功率附加效率和線性度的要求越來越高。目前，市場上出售的蜂窩式電話等可攜式無線通信設備趨於小型化，要求其附帶 電池的尺寸也隨之縮小，而一般來說縮小電池尺寸意味著減少了能量儲備，為保證電池的 使用時間必須減小此類設備的功耗，因此，減小可攜式無線通信設備的功耗已成為熱門課 題。在蜂窩式電話中功率放大器是主要的能量消耗組件之一，其功率附加效率越高，消耗電 流能量越小，蜂窩式電話的待機時間就越長。提高功率放大器的功率附加效率能很好地減 小功率放大器的能量消耗，提高其對電池提供能量的利用率。另外，功率放大器在大信號下具有不可避免的非線性特性，會產生嚴重的交調分 量和頻譜洩露，信號間產生互相干擾，影響通信質量。所以提高通信系統中功放的線性度同 樣成為關注的問題。目前主要採用前饋、反饋和預失真技術來提高系統的線性度。由於前 饋技術不存在反饋環路，因此它具有良好的穩定性，但其功率附加效率較低，電路複雜度較 高。反饋技術的功率附加效率一般，帶寬較窄。而預失真技術算法較為複雜。
發明內容
本發明目的是提供一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，此輸 出匹配電路在提高電路功率附加效率的情況下，增強了功率放大器的諧波抑制能力，提高 了功率放大器的線性度。本發明的技術方案是一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，包 括功率放大結構，所述功率放大結構的輸入端連接有輸入匹配網絡，輸出端連接有輸出匹 配網絡，所述輸出匹配網絡包括從功率放大結構的輸出端到地之間連接的二次諧波串聯諧 振網絡，從功率放大結構的輸出端到隔直電容之間連接的三次諧波並聯諧振網絡，以及從 三次諧波並聯諧振網絡到功放的信號輸出端之間連接的隔直電容。進一步的，在上述匹配電路中，所述二次諧波串聯諧振網絡包括從功率放大結構 的輸出端到地之間串聯連接的第一電感和第一電容，能將功率放大結構輸出的二次諧波直 接短路到地，提高功放的線性度。進一步的，在上述匹配電路中，所述三次諧波並聯諧振網絡包括從功率放大結構 的輸出端到隔直電容之間並聯連接的第二電感和第二電容，能將功率放大結構輸出的三次 諧波反射回功率放大結構的輸出端。進一步的，在上述匹配電路中，所述功率放大結構為共射極的功放管，所述功放管 的輸入端為基極，輸出端為集電極。
本發明的優點是1.本發明在功率放大器輸出端依次連接的二次諧波串聯諧振網絡與三次諧波並 聯諧振網絡提高功率放大器電路功率附加效率的同時改善其線性度。另外，改變二次諧波 串聯諧振網絡中的電感和電容的值還可按具體要求將η次諧波濾除，從而抑制η次諧波信 號的增益。2.本發明的輸出匹配網絡電路可用於如Cascode、Push-pull等多種電路結構的 輸出端，應用廣泛，實用性強。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述圖1為本發明的輸出匹配網絡電路圖；圖2為本發明具體實施例的電路結構示意圖；圖3為本發明具體實施例的小信號模型示意圖；圖4為本發明具體實施例中功放管集電極輸出電壓疊加三次諧波後的波形示意 圖；圖5為本發明具體實施例中功放管集電極輸出電壓疊加三次諧波前後集電極電 流波形的比較示意圖；圖6為本發明具體實施例相位匹配後的功放管在輸入信號功率較小時集電極輸 出電壓與電流的波形示意圖。其中1輸入匹配網絡；2輸出匹配網絡；Q功放管；Ll第一電感；L2第二電感；Cl 第一電容；C2第二電容；C隔直電容。
具體實施例方式具體實施例一如圖1所示，一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，包括功率放 大結構，所述功率放大結構的輸入端連接有輸入匹配網絡1，輸出端連接有輸出匹配網絡 2，所述輸出匹配網絡2包括從功率放大結構的輸出端到地之間連接的二次諧波串聯諧振 網絡，從功率放大結構的輸出端到隔直電容C之間連接的三次諧波並聯諧振網絡，以及從 三次諧波並聯網絡到功放的信號輸出端之間連接的隔直電容C。其中功率放大結構可以為 Cascode、Push-pull等多種電路結構。所述二次諧波串聯諧振網絡包括從功率放大結構的輸出端到地之間串聯連接的 第一電感Ll和第一電容Cl。所述三次諧波並聯諧振網絡包括從功率放大結構的輸出端到功放的信號輸出端 之間並聯連接的第二電感L2和第二電容C2。具體實施例二 如圖2所示為具體實施例一中的功率放大結構是單個共射極的功放管Q的情況， 輸入信號通過輸入匹配網絡1到達功放管Q的基極，功放管Q的發射極接地，集電極通過一 個射頻扼流圈L連接到直流電壓源Vs，且功放管Q的集電極作為此功率放大結構的輸出端 與圖1所述的輸出匹配網絡2相連。所述輸出匹配網絡2由第一電感Li、第一電容Cl組成的串聯諧振網絡，第二電感L2、第二電容C2組成的並聯諧振網絡以及隔直電容共同構成。 其中第一電感Ll連接功放管Q的集電極，第一電容Cl 一端與第一電感Ll相連，另一端接 地；第二電感L2和第二電容C2所組成的並聯諧振網絡一端與功放管Q的集電極相連，另一 端接隔直電容C，信號通過隔直電容C後到達功放的信號輸出端。如圖3所示，功放管Q的集電極所接二次諧波諧振網絡由第一電感Ll與第一電容 Cl串聯組成，調節第一電容Cl與第一電感Ll的值使其在(基頻為頻率點發生串聯 諧振，此時該串聯支路等效於短路，將二次諧波分量直接短路到地。在壓控電流源產生電流 gmvbe不變的情況下，提高了流過該支路的二次諧波電流幅度，極大地減小了集電極二次諧 波電壓幅度。該諧振網絡濾除了二次諧波對功率放大器輸出信號的影響，降低了功放管所 產生的二次諧波分量，提高了功率放大器的線性度及功率附加效率。調節第二電感L2與第二電容C2，使並聯諧振網絡諧振在，該網絡對三次諧波 近似斷路，將三次諧波信號反射回功率放大器的集電極，使其在集電極與基波信號同相疊 加。從圖4中可以看出，當功率放大器進入大信號工作狀態時，功放管Q集電極發射極 電壓ν。ε在未濾除二次諧波及未包含三次諧波的情況下，由於ν。ε的擺幅較大，因此電壓波形 出現飽和失真現象。濾除二次諧波、疊加三次諧波後\e的波形變為類似方形波，提高了通 過輸出匹配網絡後的基波電壓幅度。如圖5所示，在功放管的集電極濾除二次諧波、疊加三次諧波後，原本工作於飽和 狀態的功放管Q重新工作於放大狀態，使原本由於飽和失真而凹陷的集電極電流幅度得到 提高。通過輸出端匹配網絡濾除得到的輸出基波電流幅度也得到很大的提高。 如圖6所示，通過調節第二電感L2與第二電容C2的值，使功放管集電極電壓與電 流相位相差180°，此時電壓波形的最高點對應於電流波形的最低點，則明顯減少了功放管 所產生的直流損耗。由此可知，功率放大器的輸出端接本發明的匹配網絡電路後輸出功率 增大、電路中直流損耗降低。根據公式
輸出功率(P。ut)「輸入功率(Pi1) PAE =-
直流消耗功率(P。。)可知功率放大器的PAE得到了很好的改善。另外二次串聯諧振網絡將信號中的二 次諧波分量濾除，三次諧波並聯諧振網絡抑制了三次諧波，提高了電路的線性度。綜上所述，本發明通過在功率放大器的輸出端加入一種新型輸出匹配網絡，不僅 增大了功率放大器的功率附加效率，同時也增強了功率放大器的諧波抑制，顯著改善了功 率放大器的線性度。
權利要求
一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，包括功率放大結構，所述功率放大結構的輸入端連接有輸入匹配網絡(1)，輸出端連接有輸出匹配網絡(2)，其特徵在於所述輸出匹配網絡(2)包括從功率放大結構的輸出端到地之間連接的二次諧波串聯諧振網絡，從功率放大結構的輸出端到隔直電容(C)之間連接的三次諧波並聯諧振網絡，以及從三次諧波並聯諧振網絡到功放的信號輸出端間連接的隔直電容(C)。
2.根據權利要求1所述的提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，其特徵在 於所述二次諧波串聯諧振網絡包括從功率放大結構的輸出端到地之間串聯連接的第一電 感(Li)和第一電容(Cl)。
3.根據權利要求1所述的提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，其特徵在 於所述三次諧波並聯諧振網絡包括從功率放大結構的輸出端到隔直電容之間並聯連接的 第二電感(L2)和第二電容(C2)。
4.根據權利要求1所述的提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，其特徵在 於所述功率放大結構為共射極的功放管(Q)，所述功放管(Q)的輸入端為基極，輸出端為 集電極。
全文摘要
本發明公開了一種提高功放功率附加效率和線性度的輸出匹配電路，包括功率放大結構，所述功率放大結構的輸入端連接有輸入匹配網絡，輸出端連接有輸出匹配網絡，所述輸出匹配網絡包括從功率放大結構的輸出端到地之間連接的二次諧波串聯諧振網絡，從功率放大結構的輸出端到隔直電容之間連接的三次諧波並聯諧振網絡，以及三次諧波並聯諧振網絡到放大電路輸出端間的隔直電容。此匹配電路在提高電路功率附加效率的同時，增強了功率放大器的諧波抑制能力，提高了功率放大器的線性度。
文檔編號H03F1/02GK101882910SQ201010160778
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, 楊燁, 胡善文, 郭瑜, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司