CN104009720A - 一种效率提高的功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种效率提高的功率放大器，包括内匹配网络和多组并联的功率单元，所述功率单元包括多个并联的晶体管，所述晶体管的发射极通过阻值相同的镇流电阻接地，各组功率单元的基级和集电极分别共用一个基级偏置电路和一个集电极偏置电路，每组功率单元的镇流电阻阻值不同。此发明提供的电路通过不同功率单元连接不同的镇流电阻实现自适应概念控制不同功率单元的开关，功率单元之间通过传输线就可以实现内匹配，使得每个功率单元从输入端看进去一致，晶体管性能得到最大发挥，提高功率附加效率。电路结构简单，易于实现。

Description

一种效率提高的功率放大器

技术领域

本发明涉及一种射频集成功率放大器，特别涉及一种通过自适应的方法效率提高的功率放大器。

背景技术

功率放大器是发射机前端最重要的器件，其性能的优劣影响着通信系统的线性度和功耗的优劣。对于整个系统来说，功率放大器本身具有很大的功耗，占到了系统功耗的60%以上，减小功率放大器的功耗对于延长系统使用时间、降低电源消耗、减小系统体积重量等起着关键性作用。因此，设计高效率的线性功率放大器成为目前功放设计的主要趋势。

目前，常用的提高效率的技术有EER（包络分离和恢复技术），LINC（异相调制）和Doherty技术等。EER技术的缺点在于用其去调制具有高峰均值比的信号比较困难，包络通道的调制效率达不到100%，降低了总体的效率，且它的调制精度和性能会随着时间和温度而变化。调制器的AM（幅度调制）、PM（相位调制）等因素将影响放大器的失真输出产物，会产生附加的高阶产物，线性度受到影响。LINC对两条路径上的增益和相位差异十分敏感，增益和相位的任何匹配误差都会导致失真信号的不完全消除，严重影响系统的线性度。增益和相位的匹配困难使得LINC至今仍很少应用。Doherty相对于前两种提升效率的技术而言，实现方式较为简单。但它的线性度较差，需要结合预失真、前馈等技术来提升其线性度，会使方案非常复杂，降低整个系统的可靠性。最新的有提出采用非均匀的射极镇流电阻构成高效率的功率单元，但是由于非均匀的输入电阻导致输入特性发生变化，功率单元外接的匹配电路不能使每个晶体管发生最优的输出特性。

发明内容

本发明目的是：提供一种结构简单、易于实现的效率提高的功率放大器。

本发明的技术方案是：一种效率提高的功率放大器，包括内匹配网络和多组并联的功率单元，所述功率单元包括多个并联的晶体管，所述晶体管的发射极通过阻值相同的镇流电阻接地，各组功率单元的基级和集电极分别共用一个基级偏置电路和一个集电极偏置电路，每组功率单元的镇流电阻阻值不同。

所述镇流电阻Rei（i=1,2,…N）的阻值满足Re1<Re2<…Re(N/2), 并且Rei=Re（N-i+1），其中N为功率单元的个数，N为自然数。

所述镇流电阻的最小阻值为使得晶体管达到热稳定的电阻值。

所述内匹配网络由长短不均匀的传输线构成。

上述电路还包括连接于输入端个内匹配网络之间的输入匹配网络和连接于输出端和功率单元的输出匹配网络。

本发明的优点是：

此发明提供的电路通过不同功率单元连接不同的镇流电阻实现自适应概念控制不同功率单元的开关，功率单元之间通过传输线就可以实现内匹配，使得每个功率单元从输入端看进去一致，晶体管性能得到最大发挥，提高功率附加效率，由于射极镇流电阻具有负反馈作用，有益于抑制三阶交调信号的发生，可以进一步提高线性度，该电路结构简单，易于实现。

 

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明一种提高功率放大器功效率的电路的电路原理图；

图2是本发明一种提高功率放大器功率的电路的功率单元的内部电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

如图1所示：RFin为输入端，input matching为输入匹配网络，输入匹配网络就是常规的功率放大器匹配网络，由电容和电感构成，然后连接网络A，网络A为由长短不均匀的传输线构成的内匹配网络，然后连入N组并联的功率单元，即网络B。并联输出连接经过输出匹配网络output matching连接到输出RFout，输出匹配网络和输入匹配网络一样都是是常规的功率放大器匹配网络，由电容和电感构成。端口1与3分别为基极和集电极的偏置，2端为功率单元基极输入端，4为功率单元输出端。每组功率单元内部连接关系如图2所示，每组功率单元包含8个晶体管，8个晶体管连接相同大小的镇流电阻Rei(i=1,2,..N).对于不同的功率单元，镇流电阻大小不同，满足Re1<Re2<…Re(N/2), 并且Rei=Re(N-i+1)。需要说明的是每组功率单元包含的晶体管的数目可以为其他值，数目取决于所需设计的输出功率大小，若要求设计大功率则采用晶体管数目增加。

以N=8为例，如图1所示，信号从输入端RFin进入，经过输入匹配网络后，进一步通过传输线构成的内匹配网络到达并联的8组功率单元。当输入信号较小的时候，输入信号不足以使得功率单元全部工作，由于阻值Re1(Re8)< Re2(Re7)< Re3(Re6)< Re4(Re5),仅镇流电阻值较小的Re1,Re8功率单元正常工作,其他功率单元关闭。随着输入功率的增加，功率单元1中的晶体管进入功率压缩状态，而同时与Re2, Re7相连的功率单元逐渐打开，因而，部分输入信号通过后开启的功率单元得到补偿。与此类似，功率进一步增加后，再逐渐打开中间功率单元，因而输出功率尽量维持在线性范围内，此外，由于射极镇流电阻具有负反馈作用，有益于抑制三阶交调信号的发生，可以进一步提高线性度。

综上，本发明采用不同镇流电阻的多并联的功率单元实现自适应开启过程，使得在低功率输入时仅部分功率单元参与工作，当输出功率增加时逐渐开启其他功率单元，从而整个放大器直流功耗降低，工作效率高。功率单元之间采用传输线进行匹配，使得输入端口看进去一致，使得匹配网络更有效。从而，提高整个功放的功率附加效率，并改善线性度。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种效率提高的功率放大器，其特征在于，包括内匹配网络和多组并联的功率单元，所述功率单元包括多个并联的晶体管，所述晶体管的发射极通过阻值相同的镇流电阻接地，各组功率单元的基级和集电极分别共用一个基级偏置电路和一个集电极偏置电路，每组功率单元的镇流电阻阻值不同。

2.根据权利要求1所述的效率提高的功率放大器，其特征在于，所述镇流电阻Rei（i=1,2,…N）的阻值满足Re1<Re2<…Re(N/2), 并且Rei=Re（N-i+1），其中N为功率单元的个数，N为自然数。

3.根据权利要求1或2所述的效率提高的功率放大器，其特征在于，所述镇流电阻的最小阻值为使得晶体管达到热稳定的电阻值。

4.根据权利要求1所述的效率提高的功率放大器，其特征在于，所述内匹配网络由长短不均匀的传输线构成。

5.根据权利要求1或2所述的效率提高的功率放大器，其特征在于，还包括连接于输入端个内匹配网络之间的输入匹配网络和连接于输出端和功率单元的输出匹配网络。