提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路的製作方法

2023-05-17 07:31:31 3

專利名稱：提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路。
背景技術：
功率放大器是通信系統中非線性最強的器件之一，其非線性失真將導致無線通信 系統頻譜擴展而幹擾鄰道信號並惡化誤碼率，降低系統的數據率而使系統的容量減小，增 大系統信道頻率間距而使系統的頻譜利用率下降。另外，對於整個系統來說，功率放大器本 身具有很大的功耗，佔到了系統功耗的60%以上，減小功率放大器的功耗對於延長系統使 用時間、降低電源消耗、減小系統體積重量等起著關鍵性作用。因此，設計高線性度和高效 率的功率放大器成為目前功放設計的主要趨勢。目前，常用的線性化技術有功率回退、負反饋、前饋等。功率回退法雖然實現簡單， 不需要增加任何的設備，但是以降低功放的效率為代價來換取線性度，在輸出功率以及效 率要求較高的功放系統中，該方法不太適合。負反饋法受反饋網絡延遲的限制，帶寬有限， 不適合寬頻帶放大，而且相位難以控制，容易產生正反饋而引起不穩定。前饋法對電路元件 的轉移特性要求比較嚴格，在校正過程中必須精準地控制幅度和相位，需要輔助放大器，使 電路結構變複雜，成本提高。提高功率附加效率可用的方法有LINC(使用非線性元件的線 性放大)、EE&R(包絡消除與恢復)、Doherty等。LINC對兩條路徑上的增益和相位差異十 分敏感，增益和相位的任何匹配誤差都會導致失真信號的不完全消除，嚴重影響系統的線 性度。增益和相位的匹配困難使得LINC至今仍很少應用。EE&R的缺點是調製的精度和性 能隨時間和溫度的變化而變化，調製器的AM(幅度調製)、PM(相位調製)等因素將影響放 大器的失真輸出產物，會產生附加的高階產物。Doherty功放雖然具有很高的效率，但其線 性度較差。

發明內容
本發明目的是提供一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，其對諧 波分量實行短路或斷路的處理，提高了功率放大器的線性度和功率附加效率，並且電路結 構簡單、易於實現。本發明的技術方案是一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，所述 功率放大器為由共射極電晶體與共基極電晶體串疊構成的Cascode結構，從所述共射極晶 體管的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號的第一二次諧波諧振網絡；從所述共基極 電晶體的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號輸出的第二二次諧波諧振網絡；從所述 共基極電晶體的集電極到輸出埠之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次諧波 諧振網絡。所述第一和第二二次諧波諧振網絡諧振於二次諧波頻率，把二次諧波信號短路 到地，提高了功率放大器的線性度。所述三次諧波諧振網絡諧振於三次諧波，把三次諧波信 號反射回共基極電晶體的集電極，使反射回來的三次諧波信號與基波信號疊加，形成近似 方波的波形，增大了導通角，以此提高功放的功率附加效率。
進一步的，在上述電路結構中，所述第一二次諧波諧振網絡包括第一電感、第一電 容、第二電感以及第二電容，所述第一電感和第一電容從共射極電晶體的集電極到地之間 串聯構成第一二次諧波串聯諧振網絡，所述第二電感和第二電容相互串聯後與所述第一二 次諧波串聯諧振網絡並聯。所述第一電感和第一電容串聯諧振於二次諧波頻率；所述第一 電感、第二電容、第二電容和第二電感並聯諧振於基波頻率，第二電容為隔直電容。進一步的，在上述電路結構中，所述第二二次諧波諧振網絡包括從共基極電晶體 的集電極到地之間串聯的第三電容和第三電感。所述第三電容和第三電感串聯諧振於二次 諧波頻率。進一步的，在上述電路結構中，所述三次諧波諧振網絡包括從共基極電晶體的集 電極到功率放大器的輸出埠之間並聯的第四電容和第四電感。所述第四電容和第四電感 並聯諧振於三次諧波頻率。本發明的優點是1.本發明在Cascode電路結構的共射極電晶體的集電極連接第一二次諧波諧振 網絡，將經共射極電晶體放大產生的二次諧波短路到地，提高了功率放大器的線性度。2.本發明在Cascode電路結構共基極電晶體的集電極連接有第二二次諧波諧振 網絡，將經共基極電晶體放大產生的二次諧波短路到地，進一步提高了功率放大器的線性度。3.本發明在Cascode電路結構共基極電晶體的集電極與輸出端之間還連接有三 次諧波諧振網絡，把三次諧波信號反射回共基極電晶體的集電極，使反射回來的三次諧波 信號與基波信號疊加，形成近似方波的波形，增大了導通角，以此提高功放的功率附加效率。


下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述圖1為普通Cascode結構功率放大器的電路原理圖；圖2為本發明具體實施例的電路原理圖。其中1第一二次諧波諧振網絡；11第一二次諧波串聯諧振網絡；2第二二次諧波 諧振網絡；3三次諧波諧振網絡；4輸入匹配網絡；5輸出匹配網絡；Cl第一電容；C2第二電 容；C3第三電容；C4第四電容；Ll第一電感；L2第二電感；L3第三電感；L4第四電感；Ql共 射極電晶體；Q2共基極電晶體。
具體實施例方式實施例如圖1所示，普通的Cascode結構功率放大器包括一個共射極電晶體Ql和一個共 基極電晶體Q2，其中功率放大器的輸入埠 IN經過輸入匹配網絡4連接到共射極電晶體 Ql的基極，所述共射極電晶體Ql的集電極連接到所述共基極電晶體Q2的發射極，偏置電 源VCC連接到共基極電晶體Q2的集電極，所述共基極電晶體Q2的集電極還經過輸出匹配 網絡5連接到功率放大器的輸出埠 OUT。如圖2所示，本發明的一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，在原有的普通Cascode結構基礎上，從所述共射極電晶體Ql的集電極到地之間連接有抑制二次 諧波信號的第一二次諧波諧振網絡1 ；從所述共基極電晶體Q2的集電極到地之間連接有抑 制二次諧波信號輸出的第二二次諧波諧振網絡2 ；從所述共基極電晶體Q2的集電極到輸出 埠之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次諧波諧振網絡3。所述第一二次諧波諧振網絡1包括第一電感Li、第一電容Cl、第二電感L2以及第 二電容C2，所述第一電感Ll和第一電容Cl從共射極電晶體Ql的集電極到地之間串聯構成 第一二次諧波串聯諧振網絡11，所述第二電感L2和第二電容C2相互串聯後與所述第一二 次諧波串聯諧振網絡11並聯。所述第二二次諧波諧振網絡2包括從共基極電晶體Q2的集電極到地之間串聯的 第三電容C3和第三電感L3。所述三次諧波諧振網絡3包括從共基極電晶體Q2的集電極到功率放大器的輸出 埠之間並聯的第四電容C4和第四電感L4。信號從輸入埠 IN進入，經輸入匹配網絡4阻抗轉換後由共射極電晶體Ql放大。 隨著輸入信號的增大，共射極電晶體Ql工作在非線性狀態，共射極電晶體Ql集電極的輸出 信號具有豐富的諧波分量，使信號發生較大的失真。在這些諧波分量中二次諧波所佔的比 重最大。為提高線性度，需濾除二次諧波分量，但同時得保證基波信號不受太大影響。為解 決這個問題，本發明設置了第一二次諧波諧振網絡1。其中，第一電感Ll與第一電容Cl串 聯諧振於二次諧波頻率，把二次諧波信號短路到地，抑制了二次諧波引起的非線性；第二電 容C2、第二電感L2與第一電感Li、第一電容Cl並聯諧振於基波頻率，相對於基波而言，第 一二次諧波諧振網絡1的阻抗值接近無窮大，使大部分基波信號進入共基極電晶體Q2，只 有極少量基波信號消耗在第一二次諧波諧振網絡1中。從共射極電晶體Ql進入共基極晶 體管Q2的信號經放大後，在其集電極也輸出具有豐富諧波分量的信號。為使輸出信號具有 較好的線性度，本發明在共射極電晶體Q2的集電極並聯第二二次諧波諧振網絡2，使第三 電感L3和第三電容C3串聯諧振於二次諧波頻率，把二次諧波信號短路到地，抑制了二次諧 波引起的非線性，大大提高了線性度。同時，本發明在共射極電晶體Q2集電極與輸出匹配 網絡5之間串聯三次諧波諧振網絡3，使第四電感L4和第四電容C4並聯諧振於三次諧波頻 率。對於三次諧波而言，三次諧波諧振網絡3的阻抗值接近無窮大，極大部分三次諧波信號 無法通過三次諧波諧振網絡3到達輸出端，被反射回共射極電晶體Q2的集電極。相對於基 波和三次諧波而言，第二二次諧波諧振網絡2的阻抗值不為0，所以基波信號和三次諧波信 號不會被短路到地，兩者在共射極電晶體Q2的集電極疊加在一起，組合成為近似方波形狀 的波形，很大地提高了功放的效率。同理，三次諧波諧振網絡3工作在基波時，阻抗不為無 窮大，使基波信號順利通過。最後，信號經輸出匹配網絡阻抗轉換後，輸出近似正弦波的波 形。綜上，本發明採用諧振網絡1、2、3對基波、二次諧波、三次諧波分別處理，達到使 基波順利通過，二次諧波短路到地，阻隔三次諧波使其與基波疊加的目的，提高了功放的線 性度和功率附加效率。
權利要求
一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，所述功率放大器為由共射極電晶體(Q1)與共基極電晶體(Q2)串疊構成的Cascode結構，其特徵在於從所述共射極電晶體(Q1)的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號的第一二次諧波諧振網絡(1)；從所述共基極電晶體(Q2)的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號輸出的第二二次諧波諧振網絡(2)；從所述共基極電晶體(Q2)的集電極到輸出埠之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次諧波諧振網絡(3)。
2.根據權利要求1所述的提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，其特徵在 於所述第一二次諧波諧振網絡(1)包括第一電感(Li)、第一電容(Cl)、第二電感(L2)以 及第二電容(C2)，所述第一電感(Li)和第一電容(C 1)從共射極電晶體(Ql)的集電極到 地之間串聯構成第一二次諧波串聯諧振網絡(11)，所述第二電感(L2)和第二電容(C2)相 互串聯後與所述第一二次諧波串聯諧振網絡(11)並聯。
3.根據權利要求1所述的提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，其特徵在 於所述第二二次諧波諧振網絡(2)包括從共基極電晶體(Q2)的集電極到地之間串聯的第 三電容(C3)和第三電感(L3)。
4.根據權利要求1所述的提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，其特徵在 於所述三次諧波諧振網絡(3)包括從共基極電晶體(Q2)的集電極到功率放大器的輸出端 口之間並聯的第四電容(C4)和第四電感(L4)。
全文摘要
本發明公開了一種提高功率放大器線性度和功率附加效率的電路，所述功率放大器為由共射極電晶體與共基極電晶體串疊構成的Cascode結構，從所述共射極電晶體的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號的第一二次諧波諧振網絡；從所述共基極電晶體的集電極到地之間連接有抑制二次諧波信號輸出的第二二次諧波諧振網絡；從所述共基極電晶體的集電極到輸出埠之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次諧波諧振網絡。本發明採用諧振網絡對基波、二次諧波、三次諧波分別處理，達到使基波順利通過，二次諧波短路到地，阻隔三次諧波使其與基波疊加的目的，提高了功放的線性度和功率附加效率。
文檔編號H03F3/189GK101882913SQ20101016091
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, 王 鋒, 胡善文, 錢罕傑, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司