CN101924522A - 带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明属通信技术领域，具体而言，涉及一种带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器，它包括自适应线性化偏置电路部分(101)及与其相接的射频放大器单元电路(102)；所述自适应线性化偏置电路部分(101)包括线性化偏置电路及自适应电路部分(103)；所述线性化偏置电路中偏置异质结双极型晶体管(HBT2)的发射极与射频放大器单元电路(102)放大异质结双极型晶体管(HBT1)的基极相接；所述自适应电路部分(103)含有自适应电容(Cadaptive)；所述自适应电容(Cadaptive)与线性化偏置电路中的隔直电容(C1)并接。本发明可以明显提升功率放大器的线性度及效率。
Description
技术领域
本发明属通信技术领域，具体而言，涉及一种带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器。
背景技术
从2.5G开始，在移动电话的设计中就面临功率放大器的线性度和效率的问题，幅度调制的存在，使得功率放大器不可能总是处于最大线性功率输出的状态，必须处于功率回退状态，也就是功率放大器不会工作在高效率状态。同时随着第四代移动通信系统IMT-Advanced的发展，高速率的数据传输使得调制方案变得更为复杂，从而导致调制后的射频信号具有极高的峰均功率比，为了不失真的传输较高高峰均功率比的信号，功率放大器除了要满足平均功率输出下的发射要求，还必须要保证在此功率输出基础上的PAPR个dB的线性输出，这样，才能保证峰值信号无失真地传输。同时，功率放大器作为一个功率器件，随着输出功率的增加，其非线性会显著增加，当具有一定带宽的调制信号通过功率放大器后，会产生交调分量，造成频谱扩展，对邻道信号形成干扰，直接影响到接收系统的误码率，恶化通信系统的性能。因此发展线性高效率的高性能功率放大器对于现代无线通信系统至关重要。
偏置电路的设计对于功率放大器的线性度与效率的提升至关重要。最基本的偏置电路是采用简单的电阻分压电路，如图2所示，但是随着输入 信号功率的增加，基极-射极二极管的整流效应会使得偏置电压随输入功率的增加而急剧下降，如图4所示，从而使得功率放大器的线性度和效率急剧恶化。在传统的线性化偏置电路中，如图3所示，通过电容Cb与管子HBT2的作用可以钳制住偏置电压，使得偏置电压可以随着输入功率的增加保持一个比较稳定的电压值，如图4所示。从功率放大器的偏置状态的角度来说，如图5所示，功率放大器只有处于AB类偏置状态时，才会得到一个线性度和效率的最优化状态，然而对于传统的线性化偏置电路来说，在固定的偏置电压的偏置下，输入信号功率的增加就会使得功率放大器的偏置状态慢慢由AB类滑向C类，最终导致线性度和效率的恶化。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种可以明显提升功率放大器的线性度及效率的带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器。
为达到上述目的，本发明是这样实现的：
带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器，它包括自适应线性化偏置电路部分及与其相接的射频放大器单元电路；所述自适应线性化偏置电路部分包括线性化偏置电路及自适应电路部分；所述线性化偏置电路中偏置异质结双极型晶体管的发射极与射频放大器单元电路放大异质结双极型晶体管的基极相接；所述自适应电路部分含有自适应电容，部分输入信号经自适应电容耦合到偏置异质结双极型晶体管的发射极；所述自适应电容与线性化偏置电路中的隔直电容并接。
作为一种优选方案，本发明所述自适应电路部分还设有第一微带线；所述第一微带线与隔直电容串接。
作为另一种优选方案，本发明所述自适应电路部分还设有第二微带线； 所述第二微带线一端接放大异质结双极型晶体管的基极，其另一端接偏置异质结双极型晶体管的发射极。
本发明包括自适应线性化偏置电路和射频功率放大器单元部分。通过传统的线性化偏置电路的基础上添加了一个耦合电容以及两段微带线，自适应线性化偏置电路会使射频功率放大器单元的偏置电流随着输入功率的升高而适当地增大，最终使得功率放大器单元随着输入功率的增大而处于一个相对比较稳定的导通角状态，从而达到一个线性度和效率的最优化状态。
通过本发明的上述技术方案，提供一种射频功率放大器的自适应线性化偏置电路结构，可以明显地提升功率放大器的线性度及效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例的射频功率放大器自适应线性化偏置电路的总体框图；
图2为基本的电阻分压偏置电路；
图3是常见的线性化偏置电路；
图4是采用基本的电阻分压偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的基极偏置电压随输入功率的变化曲线；
图5是放大器输出的谐波状态与导通角的关系；
图6是采用本发明所提出的自适应线性化偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的基极偏置电压随输入功率的变化曲线；
图7是采用本发明所提出的自适应线性化偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的集电极偏置电流随输入功率的变化曲线；
图8是采用本发明所提出的自适应线性化偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的功率增益随输入功率的变化曲线；
图9是采用本发明所提出的自适应线性化偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的功率附加效率随输入功率的变化曲线；
图10是基极偏置电压随电容Cadaptive大小的变化；
图11是功率增益随电容Cadqptive大小的变化；
图12是功率附加效率随电容Cadaprive大小的变化。
具体实施方式
在本发明实施例中，提供了一种带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器的实现方案，在该实现方案中，利用自适应偏置电路使得功率放大器的偏置电压随着输入功率的增加而相应地升高，从而使得功率放大器处于一个比较恒定的导通角状态，最终达到一个线性度和效率的最优化状态。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明所提供的自适应线性化偏置电路结构主要应用于无线通信系统中的前端发射机中，辅助射频功率放大器将经过上变频后的信号无失真地放大，传送给天线发射出去。
如图1所示，本发明实施例的电路结构包括自适应线性化偏置电路部分101和射频放大器单元电路102两部分。其中自适应线性化偏置电路101由常用的线性化偏置电路(如图3所示)与自适应电路部分103构成。自适应电路部分103由自适应电容Cadaptive以及两端微带线MLin1和MLin2构成。微带线MLin1和MLin2会对经过的信号产生一定的相位延迟，这样， 一小部分输入信号通过自适应电容Cadaptive耦合到管子HBT2的发射极，在这里与经过了微带线MLin1、耦合电容C1和MLin2的相位延迟之后信号相叠加，增大异质结双极型晶体管HBT2的整流电流，从而增加功率放大器单元102的偏置电压。这样，随着输入信号功率的增大，从自适应电容Cadaptive耦合到异质结双极型晶体管HBT2的信号功率也会随着增大，从而使得功率放大器单元102的偏置电压也随会随着输入信号的增加而增大，这样，就可以使得功率放大器单元101随着输入功率的增加而保持一个相对恒定的导通角。从图5中功率放大器输出的谐波与导通角状态关系可以看出来，当导通角处于深AB类状态时，功率放大器的线性度和效率就会处于一个最优化的状态。因此，调节自适应电容Cadaptive可以使得功率放大器的导通角处于一个最优化的偏置状态，最终可以使功率放大器获得一个优化的线性度和效率状态。
现详细比较本发明实施例的自适应线性化偏置电路与图3中的常用的线性化偏置电路。与常见的线性偏置电路相比，当输入功率增加的时候，使用新结构的自适应偏置电路的功率放大器单元的偏置电压会随着输入功率的增加而增大，从而使得功率放大器处于一个比较稳定的导通角状态，如图6所示，同时集电极的直流电流会随着功率的增加而动态的增大，如图7所示。稳定的导通角状态可以使得功率放大器在输入信号大范围变化时能够维持一个比较稳定的功率增益，不会提前发生增益压缩，提供了良好的线性度，如图8所示。与传统的线性化偏置结构相比，采用自适应偏置结构的放大器由于相对稳定的功率增益会在同等功率输入条件下，获得相对比较高的功率附加效率。如图9所示。
自适应电容Cadaptive主要决定了耦合的信号功率的大小，可以调节功率放 大器所处的导通角状态。自适应电容Cadaptive的选择可以通过电容值的大小的扫描，通过比较功率放大器的功率增益、功率附加效率来确定。如图10、11、12所示。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元、结构或组成部分可以用成一体地元件或构件实现，也可以分别由单个的元件或构件实现。本发明对此不作限制。放大器的级数可以根据实际需要而定，也可以选用多级的线性化补偿结构，在此不限于上述，只要能完成本发明的目的即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器，包括自适应线性化偏置电路部分(101)及与其相接的射频放大器单元电路(102)；所述自适应线性化偏置电路部分(101)包括线性化偏置电路及自适应电路部分(103)；所述线性化偏置电路中偏置异质结双极型晶体管(HBT2)的发射极与射频放大器单元电路(102)放大异质结双极型晶体管(HBT1)的基极相接；所述自适应电路部分(103)含有自适应电容(Cadaptive)，部分输入信号经自适应电容(Cadaptive)耦合到偏置异质结双极型晶体管(HBT2)的发射极；所述自适应电容(Cadaptive)与线性化偏置电路中的隔直电容(C1)并接。
2.根据权利要求1所述的带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器，其特征在于：所述自适应电路部分(103)还设有第一微带线(MLin1)；所述第一微带线(MLin1)与隔直电容(C1)串接。
3.根据权利要求1或2所述的带有自适应线性化偏置电路的射频功率放大器，其特征在于：所述自适应电路部分(103)还设有第二微带线(MLin2)；所述第二微带线(MLin2)一端接放大异质结双极型晶体管(HBT1)的基极，其另一端接偏置异质结双极型晶体管(HBT2)的发射极。
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