一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机。
背景技术
随着现代无线通讯向高速大容量方向的演进,用户对宽带通讯的要求不断提高,下一代的技术对射频和微波功率放大器的性能也越来越苛刻。无论3G的长期演进项目(LTE,LongTerm Evolution),还是兼容TD-LTE的IMT-Advanced技术,对射频功率放大器都有着相似的技术特点,要求更低的信号失真,更高的信号峰均功率比。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。
但同时不得不面对的一个问题是,射频功率放大器在本质上是一个非线性器件,会产生不需要的交调失真产物,这会直接影响到射频信号的质量。射频放大器引入的失真将会导致放大的信号在幅度和相位上的失真,输入功率越大,其非线性特性就越明显,而且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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串联级联的多级射频功率放大器,可以明显地提升功率放大器的线性度。
本发明的另一目的在于提供一种应用于无线通信系统中的前端发射机。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种串联级联的多级射频功率放大器,包括线性度补偿电路和功率放大器,所述线性度补偿电路和所述功率放大器通过串联式级联的形式连接在一起。
上述方案中,所述的线性度补偿电路由一级射频放大器晶体管和使该放大器晶体管产生增益压缩的偏置电路构成,所述功率放大器偏置在AB类状态。
上述方案中,所述线性度补偿电路中的射频放大器晶体管的集电极与线性度补偿电路的输出端和扼流圈相连,基极与线性度补偿电路的输入端相连接,发射极接地。
上述方案中,所述偏置电路由晶体管(Q2)、二极管(D1)、二极管(D2)以及电阻(R1)构成;所述晶体管(Q2)的集电极与基极之间通过电阻(R1)连接;晶体管(Q2)的基极通过串联的二极管(D1)和二极管(D2)接地,二极管(D1)的正极与晶体管(Q2)的基极相连接,二极管(D2)的负极与地相连接;晶体管(Q2)的发射极与线性度补偿电路的输入端相连接。
上述方案中,所述线性度补偿电路中的偏置电路上设有一路耦合通路,来实现线性化补偿部分的增益压缩。
一种前端发射机,应用于无线通信系统中,包括串联级联的多级射频功率放大器,所述串联级联的多级射频功率放大器,包括线性度补偿电路和功率放大器,所述线性度补偿电路和所述功率放大器之间为串联式级联。
上述方案中,所述的线性度补偿电路由一级射频放大器晶体管和使该放大器晶体管产生增益压缩的偏置电路构成,所述功率放大器偏置在AB类状态。
上述方案中,所述线性度补偿电路中的射频放大器晶体管(Q1)的集电极与线性度补偿电路的输出端和扼流圈相连,基极与线性度补偿电路的输入端相连接,发射极接地。
上述方案中,所述偏置电路由晶体管(Q2)、二极管(D1)、二极管(D2)以及电阻(R1)构成;所述晶体管(Q2)的集电极与基极之间通过电阻(R1)连接;晶体管(Q2)的基极通过串联的二极管(D1)和二极管(D2)接地,二极管(D1)的正极与晶体管(Q2)的基极相连接,二极管(D2)的负极与地相连接;晶体管(Q2)的发射极与线性度补偿电路的输入端相连接。
上述方案中,所述线性度补偿电路中的偏置电路上设有一路耦合通路,来实现线性化补偿部分的增益压缩。
与现有技术相比,本发明技术方案产生的有益效果为:
本发明产生线性化补偿的电路由通过偏置电路的自适应调节,使得该级射频放大器晶体管的偏置电流随着输入功率增加而增大,增加该射频放大器晶体管在比较高的功率输入的情况下的增益,从而产生增益膨胀,通过与后一级功率放大器的串联式级联,可以用所产生的增益膨胀来补偿后一级功率放大器的增益压缩,从而提高功率放大器的线性度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种串联级联的多级射频功率放大器的电路图;
图2为本发明实施例中的线性度补偿电路的电路图;
图3是图2所示线性度补偿电路在射频信号输入的情况下所产生的增益膨胀的曲线;
图4是常规两级放大器的功率增益随输入功率变化的曲线;
图5是常规两级放大器的输出功率随输入功率变化的曲线;
图6是采用本发明实施例提出的多级射频功率放大器的功率增益随输入功率变化的曲线;
图7是采用本发明实施例提出的多级射频功率放大器的输出功率随输入功率变化的曲线。
具体实施方式
在本发明实施例中,提供了一种串联级联的多级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一级射频放大电路随着输入功率的增大而产生增益压缩,来补偿串联式级联的后一级的功率放大电路随着输入功率的增大而产生的增益压缩,从而提高整个电路的线性度。
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。
本发明实施例提供的串联级联的多级射频功率放大器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,本发明实施例的串联级联的多级射频功率放大器包括线性度补偿电路101和功率放大器102两部分。线性度补偿电路101由自适应偏置电路103和射频放大器晶体管104构成。自适应偏置电路103在此实现两个功能,一是为射频放大器晶体管104提供偏置,使其偏置在AB类状态;二是当输入功率增加的时候,通过检测到的功率来调节偏置点的电压,从而改变射频放大器晶体管的偏置电流,使得该射频放大器晶体管的电流随着输入功率的增加而增大,使得通过该射频放大器晶体管的信号的增益随着输入功率的增加而增大,即产生增益膨胀。功率放大器102为常规的功率放大器,在大信号输入的情况下,由于其本身非线性特征,将会产生增益压缩。在本发明实施例中,由线性度补偿电路101随着输入功率的增加而产生的增益膨胀,和由功率放大器102随输入功率的增加而产生的增益压缩,两者相抵消,从而提高整体功率放大器输出的1dB压缩点。
现详细说明本发明实施例的线性度补偿电路101。如图2所示,射频放大器晶体管Q1集电极与线性度补偿电路的输出端和扼流圈RFC相连,基极与线性度补偿电路的输入端相连接,发射极接地。晶体管Q1偏置在AB类状态,从线性度补偿电路的输入端接收输入信号并产生一个放大的输出信号,该射频晶体管Q1的工作点主要由集电极上的直流偏置IC1确定。扼流圈RFC连接直流源以及射频晶体管的集电极,阻止射频信号进入直流源。晶体管Q2,二极管D1、D2以及电阻R1构成了一个偏置电路201,产生的偏置电压为
VB1=Vreg-IBR-VBE2 (1)
耦合电容C1连接品体管Q2的基极与射频信号输入端,使得少量射频信号能够直接注入到品体管Q2,注入量的大小正比于耦合电容C1的大小,输入功率越大,注入量越大。注入的射频信号经过晶体管Q2整流后将使得Q2基极与发射极之间的结电压降低ΔVBE,ΔVBE的大小与注入的射频信号的大小成正比,则根据公式(1),此时所产生的偏置电压为
VB1=Vreg-IBR-(VBE2+ΔVBE) (2)
由(2)可知,此时偏置电路201所产生的偏置电压随着输出功率的增大而增大,因此,射频放大器晶体管Q1的直流偏置电流IC1也会随着输入功率的增加而增大,也就是说,射频放大器品体管Q1的工作点会随着输入功率的增加而移动,最终导致在高功率输入的情况下信号的功率增益变大,即产生增益膨胀现象。由图2所示电路可以看出,相对与常规的AB类功放电路来说,增加了一个从耦合电容C1到晶体管Q2的功率耦合通路。
图3是图2所示电路在射频信号输入的情况下所产生的增益膨胀的曲线,由图可见,由于其本身的非线性特性,电路的增益会随着信号的增大而最终呈现下降的趋势,但是由于采用了自适应偏置电路,使得当输入功率增大的过程中,信号的增益会受到输入功率的影响而产生膨胀。
在此选取常规两级放大器线性度与采用本发明实施例的串联级联的多级射频功率放大器的线性度效果相比较。图4是本发明实施例选定作比较的常规两级放大器的功率增益随输入功率变化的曲线,图5是本发明实施例选定的常规两级放大器的输出功率随输入功率变化的曲线。由图4可以看出,当输入功率达到-5dBm左右时,整个功率增益下降了1dB左右,即达到了1dB压缩点。由图5可知,此时的输出1dB压缩点为22.3dBm。
图6是采用本发明提出的多级射频功率放大器的功率增益随输入功率变化的曲线,图7是采用本发明提出的多级射频功率放大器的输出功率随输入功率变化的曲线。由图4可以看出,由于在输入端一部分信号用来调整偏置电流的大小被耦合到偏置电路,导致最终整体的放大器的增益相对于常规结构的放大器来说下降了几个dB,但是由图6可以看出当输入功率达到5dBm左右时,整个功率增益下降了1dB左右,即达到了1dB压缩点,由图7可知,此时的输出1dB压缩点高达29.55dBm。与传统结构的两级放大器相比,1dB压缩点至少提高了7个dB以上。
综上所述,通过本发明实施例提供的多级射频功率放大器,可以极大的提升功率输出的1dB压缩点,提高射频功率放大器的线性度,线性度补偿电路和功率放大器通过串联式级联的形式连接在一起,其中线性度补偿电路由一级射频放大器晶体管和使该放大器晶体管产生增益压缩的偏置电路构成,通过偏置电路的自适应调节,使得该级射频放大器晶体管的偏置电流随着输入功率增加而增大,增加该射频放大器晶体管在比较高的功率输入的情况下的增益,从而产生增益膨胀,通过与后一级功率放大器的串联式级联,可以用所产生的增益膨胀来补偿后一级功率放大器的增益压缩,从而提高功率放大器的1dB压缩点。
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。