CN111200408A - 线性补偿功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性补偿功率放大器，包括偏置电路与放大电路，偏置电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容；放大电路包括第二电容与第四三极管，外部射频信号通过第二电容输入放大电路，第四三极管基极分别与第二电容、第一电阻连接；其中，放大电路还包括一电感与第四电阻，电感一端与第二电容连接，另一端接地，第四电阻一端与第四三极管的发射极连接，另一端接地。本发明的线性补偿功率放大器提高了整个电路工作的稳定性，且实现了偏置电路对放大电路线性补偿的调节。

Description

线性补偿功率放大器

技术领域

本发明涉及射频微波领域，更具体地涉及一种线性补偿功率放大器。

背景技术

随着射频系统对放大器电路的线性度要求的提升，放大器的偏置电路对线性度的补偿作用愈发明显，通过合理地设计放大器的偏置电路，可以有效提高电路的线性补偿效果。如图1所示为现有常用的线性补偿功率放大器的示意图，其包括偏置电路与放大电路。从图1中电路所示，在放大电路工作时，随着射频信号RF in的增加，放大电路的线性度随着三极管HBT0的工作状态的变化逐渐降低，需要通过偏置电路提供额外的补偿电流来提升电路的线性度。由于三极管HBT0和电容C0，射频信号RF in通过电阻R1流入到偏置电路中，然后因为三极管HBT1的整流作用，整流之后的射频信号转化为直流信号流入三极管HBT0中，为放大电路提供了补偿，使得放大电路的线性度提升。

但图1所示的线性补偿功率放大器的偏置电路中电阻R1阻值既要稳定放大电路的热平衡，防止三极管HBT0出现热崩塌，又要控制对电路的线性补偿，不能达到对线性补偿的有限控制。而且，上述现有的技术虽然可以为放大电路提供线性补偿，但是电阻R1的阻值选择过小，由于三极管的自热效应会出现三极管HBT0的热崩塌，电阻R1的阻值过大会制约偏置电路的线性补偿能力，通过三极管HBT1产生的补偿电流会大幅度减小；而且由于电阻在射频信号流入偏置电路的过程中会导致射频信号的损耗，在整流后流入到射频电路又会发生损耗，严重影响补偿效果。

因此，有必要提供一种改进的线性补偿功率放大器以增强对放大电路的线性补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种线性补偿功率放大器，本发明的线性补偿功率放大器提高了整个电路工作的稳定性，且实现了偏置电路对放大电路线性补偿的调节。

为实现上述目的，本发明提供一种线性补偿功率放大器，包括偏置电路与放大电路，所述偏置电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容，所述第一三极管的发射极与第一电阻连接，且第一电阻还与所述放大电路连接，所述第二三极管的发射极与第二电阻连接，所述第三三极管的集电极与第三电阻连接，外部电压分别输入所述第三电阻、第二三极管的集电极、第一三极管的集电极，所述第三三极管的基极与所述第二三极管的发射极连接，所述第一电容与所述第一三极管的基极、第二三极管的基极共同连接；所述放大电路包括第二电容与第四三极管，外部射频信号通过所述第二电容输入所述放大电路，所述第四三极管基极分别与第二电容、第一电阻连接，所述第四三极管的集电极输出放大后的射频信号；其中，所述放大电路还包括一电感与第四电阻，所述电感一端与所述第二电容连接，另一端接地，所述第四电阻一端与所述第四三极管的发射极连接，另一端接地。

较佳地，所述偏置电路还包括一线性补偿单元，用以对所述第四三极管进行电流补偿；所述线性补偿单元分别与所述第一三极管的发射极、电感连接。

较佳地，所述线性补偿单元包括第五电阻与第三电容，所述第三电容一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述电感连接。

较佳地，改变所述第五电阻的阻值可调节所述偏置电路的补偿量。

较佳地，所述线性补偿单元包括第四电容与第五三极管，所述第四电容一端与所述第一三极管的发射极连接，其另一端与所述第五三极管的集电极连接，所述第五三极管的发射极与所述电感连接，外部一偏置电压输入所述第五三极管的基极。

较佳地，改变所述第五三极管基极的电压可调节所述偏置电路的补偿量。

与现有技术相比，本发明的线性补偿功率放大器，由于所述放大电路中还设置有电感和第四电阻，降低了所述放大电路中三极管出现热崩塌效应的可能，从而，提高了整个电路工作的稳定性；而所述偏置电路还设置有线性补偿单元，实现了偏置电路对放大电路的线性补偿的调节。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为现有技术的线性补偿功率放大器的结构示意图。

图2为本发明线性补偿功率放大器的结构示意图。

图3为本发明线性补偿功率放大器实施例一的结构示意图。

图4为本发明线性补偿功率放大器实施例二的结构示意图。

图5为本发明线性补偿功率放大器实施例一的一应用方式的结构示意图。

图6为图5所示结构的输出信号增益失真曲线。

图7为图5所示结构的输出信号相位失真曲线。

图8为本发明线性补偿功率放大器实施例二的一应用方式的结构示意图。

图9为图8所示结构的输出信号增益失真曲线。

图10为图8所示结构的输出信号相位失真曲线。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种线性补偿功率放大器，本发明的线性补偿功率放大器提高了整个电路工作的稳定性，且实现了偏置电路对放大电路线性补偿的调节。

请参考图2，图2为本发明线性补偿功率放大器的结构示意图。如图所示，本发明的线性补偿功率放大器，包括偏置电路与放大电路，所述偏置电路包括第一三极管HTB1、第二三极管HTB2、第三三极管HTB3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一电容C1；所述第一三极管HTB1的发射极与第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述放大电路连接，所述第二三极管HTB2的发射极与第二电阻R2的一端连接，所述第三三极管HTB3的集电极与第三电阻R3的一端连接；外部一电压Vctrl输入所述第三电阻R3，外部另一电压Vccb分别输入第二三极管HTB2的集电极、第一三极管HTB1的集电极；所述第三三极管HTB3的基极与所述第二三极管HTB2的发射极连接，所述第一电容C1的一端与所述第一三极管HTB1的基极、第二三极管HTB2的基极共同连接，所述第一电容C1的另一端、第二电阻R2的另一端、所述第三三极管的发射极均接地。所述放大电路包括第二电容C2与第四三极管HTB4，外部射频信号RF in通过所述第二电容C2输入所述放大电路，所述第四三极管HTB4基极分别与第二电容C2、第一电阻R1连接，所述第四三极管HTB4的集电极输出放大的后的射频信号RF out。上述各器件的功能作用及结构特征均与背景技术相同，在此不再细述。在本发明中，所述放大电路还包括一电感L1与第四电阻R4，所述电感L1一端与所述第二电容C2连接，另一端接地，所述第四电阻R4一端与所述第四三极管HTB4的发射极连接，另一端接地。在本发明的线性补偿功率放大器中，电感L1和第二电容C2为输入匹配电路，由于还设置有所述第四电阻R4，当所述线性补偿功率放大器的温度升高时，电路中电流增大，第四电阻R4上的压降也会增大，使得加在第四三极管HBT4发射极的电压就会降低，电路中电流减小，降低温度，起到一个负反馈的作用，从而降低了四三极管HBT4出现热崩塌效应的可能，提高了整个电路工作的稳定性；且使得第一电阻R1阻值的选取范围增加。另外，作为本发明的优选实施方式，所述偏置电路还包括一线性补偿单元，用以对所述第四三极管HBT4进行电流补偿；所述线性补偿单元分别与所述第一三极管HBT1的发射极、电感L1连接；从而通过所述线性补偿单元，实现了偏置电路对放大电路的线性补偿。

请再结合参考图3，描述本发明线性补偿功率放大器的实施例一。如图3所示，在实施例一中，所述线性补偿单元包括第五电阻R5与第三电容C3，所述第三电容C3一端与所述第一三极管HBT1的发射极连接，另一端与所述第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端与所述电感L1连接。在本实施例中，改变所述第五电阻R5的阻值可调节所述偏置电路的补偿量，也即通过改变第五电阻R5与第三电容C3来改变该通路的阻抗来实现电路的线性补偿能力的调节。具体地，在线性补偿功率放大器的正常工作状态下，随着输入射频信号RF in的增加，射频信号RF in不仅会通过的第一电阻R1流入到偏置电路，同时也会通过第五电阻R5与第三电容C3组成的通路(线性补偿单元)流入到偏置电路；在上述的偏置电路中，通过只改变第五电阻R5阻值大小，即可以实现电路的线性补偿能力，而且不会影响电路的静态工作点；原因在于，当第五电阻R5阻值远小于第一电阻R1阻值时，射频信号将通过第五电阻R5与第三电容C3流入偏置电路中，然后经过第一三极管HBT1的整流后的直流电流通过第一电阻R1流入到第四三极管HBT4中，实现对第四三极管HBT4的线性补偿，而当第五电阻R5阻值逐渐增加时，通过第五电阻R5与第三电容C3流入到偏置电路中的射频信号减小，从而通过第一三极管HBT1整流的直流电流也相应减小，从而减小了偏置电路的线性补偿作用。因此，在本实施例中，通过调整电阻第五电阻R5的阻值，使得可以在不改变电路的静态工作点的条件下，调节偏置电路对第四三极管HBT4的线性补偿能力，实现了线性补偿调节的功能；使得在不同的线性补偿功率放大器中，可以根据具体电路的需求而灵活选择第五电阻R5的阻值，以使其满足线性补偿调节的要求，因此，使用更为灵活，应用范围更为广泛。

请再结合参考图4，描述本发明线性补偿功率放大器的实施例二。如图4所示，在实施例二中，所述线性补偿单元包括第四电容C4与第五三极管HBT5，所述第四电容C4一端与所述第一三极管HBT1的发射极连接，其另一端与所述第五三极管HBT5的集电极连接，所述第五三极管HBT5的发射极与所述电感L1连接，外部一偏置电压Vg输入所述第五三极管HBT5的基极。在本实施例中，改变所述第五三极管HBT5基极的电压Vg可调节所述偏置电路的补偿量。具体地，第五三极管HBT5作为可变电容或电阻，其等效电容值和阻值随偏压Vg的变化而变化，当电压Vg增加时，第五三极管HBT5的阻抗减小；相反，第五三极管HBT5的阻抗随着电压Vg的减小而增大；因此，偏置电路的阻抗随电压Vg的变化而变化，使得可以通过调整电压Vg来控制线性补偿量的大小；因此，在不同的线性补偿功率放大器中，可以根据具体电路的需求而灵活选择电压Vg的电压值，以使其满足线性补偿调节的要求，因此，使用更为灵活，应用范围更为广泛。此外，第五三极管HBT5不影响功耗，因为直流电流被第四电容C4阻挡。

由上述可知，本发明的实施例一与实施例二，均能通过改变其线性补偿单元内器件的相关参数而调节整个偏置电路输出的补偿量，实现了偏置电路对放大电路线性补偿的调节，使得整个线性补偿功率放大器的使用更为灵活，应用范围更为广泛。

请再结合参考图5至图7，描述本发明实施例一的一应用方式。如图5所示，该应用由两级线性补偿功率放大器组成的两级放大，在电路的工作过程中，电路的线性度通过电路输出信号的增益失真和相位失真来反应，通过仿真软件，分别在第五电阻R5不同阻值下对电路信号进行了仿真，仿真结果如图6和图7所示；通过仿真结果可知，随着第五电阻R5阻值的增加，电路的补偿量变小，增益失真恶化，而电路的相位失真得到一定程度优化，从而通过改变第五电阻R5的阻值，可以有效改变偏置电路的线性补偿量，优化电路线性度从而得到良好的电路性能。

请再结合参考图8至图10，描述本发明实施例二的一应用方式。如图8所示，该应用由两级线性补偿功率放大器组成的两级放大，在该应用方式中，其中三极管HBT15和HBT25的基极电压分别由Vg1和Vg2提供，在电压Vg增加时，三极管HBT15和HBT25工作时的等效电容和等效电阻减小，则偏置电路提供的线性补偿量逐渐增加；在电路的工作过程中，电路的线性度通过电路输出信号的增益失真和相位失真来反应，通过仿真软件，分别在电压Vg不同的电压值下对电路信号进行了仿真，仿真结果如图9和图10所示；通过仿真结果可知，通过增加Vg1和Vg2的电压，使三极管HBT15和HBT25的工作状态产生变化，其等效电容和等效电阻减小，电路的补偿量变大，增益失真得到优化，而电路的相位失真得到一定程度优化。所以通过电压Vg的改变，实现了调节功率放大器偏置电路的线性补偿能力。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种线性补偿功率放大器，包括偏置电路与放大电路，所述偏置电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容，所述第一三极管的发射极与第一电阻连接，且第一电阻还与所述放大电路连接，所述第二三极管的发射极与第二电阻连接，所述第三三极管的集电极与第三电阻连接，外部电压分别输入所述第三电阻、第二三极管的集电极、第一三极管的集电极，所述第三三极管的基极与所述第二三极管的发射极连接，所述第一电容与所述第一三极管的基极、第二三极管的基极共同连接；所述放大电路包括第二电容与第四三极管，外部射频信号通过所述第二电容输入所述放大电路，所述第四三极管基极分别与第二电容、第一电阻连接，所述第四三极管的集电极输出放大后的射频信号；其特征在于，所述放大电路还包括一电感与第四电阻，所述电感一端与所述第二电容连接，另一端接地，所述第四电阻一端与所述第四三极管的发射极连接，另一端接地。

2.如权利要求1所述的线性补偿功率放大器，其特征在于，所述偏置电路还包括一线性补偿单元，用以对所述第四三极管进行电流补偿；所述线性补偿单元分别与所述第一三极管的发射极、电感连接。

3.如权利要求2所述的线性补偿功率放大器，其特征在于，所述线性补偿单元包括第五电阻与第三电容，所述第三电容一端与所述第一三极管的发射极连接，另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述电感连接。

4.如权利要求3所述的线性补偿功率放大器，其特征在于，改变所述第五电阻的阻值可调节所述偏置电路的补偿量。

5.如权利要求2所述的线性补偿功率放大器，其特征在于，所述线性补偿单元包括第四电容与第五三极管，所述第四电容一端与所述第一三极管的发射极连接，其另一端与所述第五三极管的集电极连接，所述第五三极管的发射极与所述电感连接，外部一偏置电压输入所述第五三极管的基极。

6.如权利要求5所述的线性补偿功率放大器，其特征在于，改变所述第五三极管基极的电压可调节所述偏置电路的补偿量。

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