CN107733380A - 偏置电路及其构成的射频功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于射频功率放大器的偏置电路，包括：串联的偏置电路一和偏置电路二；偏置电路一的第一端连接放大器件的基极，其第二端连接偏置电路二的第一端，偏置电路二的第二端接地；本发明还公开了一种具有上述偏置电路的射频功率放大器，包括功率源一端接地另一端通过串联的输入匹配网络和电容C3连接放大器件的基极，放大器件的发射极接地，放大器件的集电极通过扼流圈连接电路电源并通过输出匹配网络连接天线端。本发明用于射频功率放大器，能同时提高射频功率放大器的线性度和射频功率放大器的热稳定性。

Description

偏置电路及其构成的射频功率放大器
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种用于射频功率放大器的偏置电路。本发明还涉及一种具有所述偏置电路的射频功率放大器，
背景技术
射频功率放大器(RF PA)是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大：缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。
参考图2所示，基极镇流电阻Rb是射频功率放大器正常工作所必须具有的，随着基极镇流电阻Rb的增加，射频功率放大器在热稳定上越可靠。但随着基极镇流电阻阻抗的增加对射频功率放大器的线性度会产生不利的影响,Cb是电容，B是BJT。
参考图3所示，不同的基极镇流电阻值会对射频放大器的功率增益造成不同影响，较小的基极镇流电阻值能够导致一定的增益扩张，这样射频放大器的线性度较好。
从集成电路设计需求角度分析，射频放大器的偏置电路，既能提高射频功率放大器的线性度，又能保证放大器件的热稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于射频功率放大器的偏置电路，既能提高射频功率放大器的线性度，又能够保证射频功率放大器的热稳定性。本发明还提供了一种具有上述偏置电路的射频功率放大器。
为解决上述技术问题，本发明提供用于射频功率放大器的偏置电路，包括：串联的偏置电路一和偏置电路二；
偏置电路一的第一端连接放大器件的基极，其第二端连接偏置电路二的第一端，偏置电路二的第二端接地；
其中，偏置电路一在直流条件下呈现较高阻抗，偏置电路一在交流条件下呈现较低阻抗；所述较高阻抗是指阻抗大于等于200欧姆，所述较低阻抗是指阻抗小于等于20欧姆。
进一步改进，偏置电路一包括并联的第一电阻Rb、偏置电路三和偏置电路四。
进一步改进，偏置电路三包括串联的电感L1和电容C1，其中0nH≤L1≤1nH，0pF≤C1≤1pF。
进一步改进，偏置电路四包括串联的电阻R1和电容C2,其中0Ω≤R1≤50Ω，0pF≤C2≤1pF。
进一步改进，对L1、C1、R1、C2的参数值进行不同的组合：
1)当L1、C1、R1、C2均为零时，偏置电路一等效为镇流电阻Rb，如图5所示。
2)当L1、R1均为零，而C1、C2不同时为零时，偏置电路一等效为镇流电阻Rb与电容并联电路，如图6所示。
3)当L1、C1均为零时，R1、C2均不为零时，偏置电路一等效为图9所示电路。
4)当L1、C1均不为零，R1、C2均为零时，偏置电路一等效为图10所示电路。
5)当L1、C1、R1、C2均不为零时，偏置电路一等效为图11所示电路。
进一步改进，偏置电路二是直流电压源或镜像电流源。
本发明提供一种具有上述任意一种偏置电路的射频功率放大器，包括：功率源、输入匹配网络、电容C3、放大器件、第一扼流圈和输出匹配网络；
功率源一端接地另一端通过串联的输入匹配网络和电容C3连接放大器件的基极，放大器件的发射极接地，放大器件的集电极通过扼流圈连接电路电源并通过输出匹配网络连接天线端。
进一步改进，放大器件可以是基于砷化镓GaAs、锗化硅SiGe或硅Si等工艺的双极性晶体管BJT。
进一步改进，多个偏置电路一连接到同一个偏置电路二，其中每一组偏置电路一的参数均可以独立设置。
本发明的偏置电路应用在射频功率放大器时，在直流条件下呈现较高阻抗，使得放大器件的热稳定性得到保证。而在交流条件下，通过对偏置电路三与偏置电路四的参数值选取，使得偏置电路三与偏置电路四的组合特性在工作频带内既具有电容的隔直特性又具有通交流的特性，该射频通路旁路了电阻Rb，因而呈现给射频放大器的偏置内阻较低。这样，射频放大器的Power Gain(功率增益)能够得到扩张，因而获得较大的Output Power(输出功率)以及较好的线性度(参考图3中所示的功率增益曲线)。无论直流还是交流互不影响，各得所需，既能提高射频功率放大器的线性度，又保证了功率放大器件的热稳定性。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明偏置电路的结构示意图。
图2是射频放大器的基本偏置电路示意图。
图3是不同基极镇流电阻Rb对射频放大器增益影响的示意图。
图4是本发明偏置电路一第一实施例的结构示意图。
图5是本发明偏置电路一第一实施例在条件1)下的等效结构示意图。
图6是本发明偏置电路一第一实施例在条件2)下的等效结构示意图。
图7是本发明偏置电路三第一实施例的结构示意图。
图8是本发明偏置电路四第一实施例的结构示意图。
图9是本发明偏置电路一第一实施例在条件3)下的等效结构示意图。
图10是本发明偏置电路一第一实施例在条件4)下的等效结构示意图。
图11是本发明偏置电路一第一实施例在条件5)下的等效结构示意图。
图12是本发明偏置电路二第一实施例的结构示意图。
图13是本发明偏置电路二第二实施例的结构示意图。
图14是本发明射频功率放大器的结构示意图一。
图15是本发明射频功率放大器的结构示意图二。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供用于射频功率放大器的偏置电路，包括：串联的偏置电路一和偏置电路二；
偏置电路一的第一端连接放大器件的基极，其第二端连接偏置电路二的第一端，偏置电路二的第二端接地；
其中，偏置电路一在直流条件下呈现较高阻抗，偏置电路一在交流条件下呈现较低阻抗；所述较高阻抗是指阻抗大于等于200欧姆，所述较低阻抗是指阻抗小于等于20欧姆。
如图4所示，偏置电路一包括并联的电阻Rb、偏置电路三和偏置电路四。
如图7所示，偏置电路三包括串联的电感L1和电容C1，其中0nH≤L1≤1nH，0pF≤C1≤1pF。
如图8所示，偏置电路四包括串联的电阻R1和电容C2,其中0Ω≤R1≤50Ω，0pF≤C2≤1pF。
如图5所示，是在条件1)下，当L1、C1、R1、C2均为零时，偏置电路一等效为镇流电阻Rb。
如图6所示，是在条件2)下，当L1、R1均为零，而C1、C2不同时为零时，偏置电路一等效为镇流电阻Rb与电容并联电路。
如图9所示，是在条件3)下，当L1、C1均为零时，R1、C2均不为零时，偏置电路一的等效电路图。
如图10所示，是在条件4)下，当L1、C1均不为零，R1、C2均为零时，偏置电路一的等效电路图。
如图11所示，是在条件5)下，当L1、C1、R1、C2均不为零时，偏置电路一的等效电路。
如图12、图13所示，偏置电路二是直流电压源或镜像电流源,VCC是电源电压。
如图14所示，本发明提供一种具有上述任意一种偏置电路的射频功率放大器，包括：功率源、输入匹配网络、电容C3、放大器件、第一扼流圈和输出匹配网络。
功率源一端接地另一端通过串联的输入匹配网络和电容C3连接放大器件的基极，放大器件的发射极接地，放大器件的集电极通过扼流圈连接电路电源并通过输出匹配网络连接天线端。
其中，放大器件可以是基于砷化镓GaAs、锗化硅SiGe或、硅Si等工艺的双极性晶体管BJT。
如图15所示，本发明提供一种由多个图14所示实施例的组成的射频功率放大器，其中，多个偏置电路一的第二端连接到同一个偏置电路二的第一端，其中每一组偏置电路一的参数均可以独立设置。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于射频功率放大器的偏置电路，其特征在于，包括：串联的偏置电路一和偏置电路二；
偏置电路一的第一端连接放大器件的基极，其第二端连接偏置电路二的第一端，偏置电路二的第二端接地；
其中，偏置电路一在直流条件下呈现较高阻抗，偏置电路一在交流条件下呈现较低阻抗；所述较高阻抗是指阻抗大于等于200欧姆，所述较低阻抗是指阻抗小于等于20欧姆。
2.如权利要求1所述的偏置电路，其特征在于：偏置电路一包括并联的电阻Rb、偏置电路三和偏置电路四。
3.如权利2所描述的偏置电路三，其特征在于：偏置电路三包括串联的电感L1和电容C1，其中0nH≤L1≤1nH，0pF≤C1≤1pF。
4.如权利2所描述的偏置电路四，其特征在于：偏置电路四包括串联的电阻R1和电容C2,其中0Ω≤R1≤50Ω，0pF≤C2≤1pF。
5.如权利要求1或2所述的偏置电路，其特征在于：偏置电路二是直流电压源或镜像电流源。
6.一种具有权利要求1-4任意一项所述偏置电路的射频功率放大器，其特征在于，包括：功率源、输入匹配网络、电容C3、放大器件、第一扼流圈和输出匹配网络；
功率源一端接地另一端通过串联的输入匹配网络和电容C3连接放大器件的基极，放大器件的发射极接地，放大器件的集电极通过扼流圈连接电路电源并通过输出匹配网络连接天线端。
7.如权利要求6所述的射频功率放大器，其特征在于：放大器件可以是基于砷化镓(GaAs)、锗化硅(SiGe)或硅(Si)等工艺的双极性晶体管(BJT)。
8.一种由多个权利要求6所述射频功率放大器组成的射频功率放大器，其特征在于：多个偏置电路一连接到同一个偏置电路二，其中每一组偏置电路一的参数均可以独立设置。
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