CN112928997A - 基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器 - Google Patents

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赵世巍
管俊
张野
刘挺
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion

Abstract

本发明涉及一种基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，属于电子器件领域。GaN作为第三代半导体材料能有效提升功放的效率，输出电路由二次谐波控制网络、带有变容二极管的可调有源带通滤波器和基波匹配电路共同组成，二次谐波控制网络使二次谐波阻抗位于史密斯圆图的短路点实现对谐波的控制从而提高功放的整体效率，通过改变有源带通滤波器变容二极管上的反向偏压使功率放大器在高频段实现增益扩张，这样就改善了功放整体的失真，在保证功放具有高效率的前提下提高了功放的线性度。

Description

基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器
技术领域
本发明属于电子器件领域，涉及基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器。
背景技术
晶体管是高效率功放电路中核心的器件，是制约功率放大器效率和输出功率的重要因素，氮化镓高电子迁移率晶体管(GaNHEMT)作为第三代半导体，具有禁带宽度宽、击穿场强高、热传导率高和峰值电子漂移速度高等特性，借助氮化镓晶体管优越的性能可以通过合理的设计使功放电路获得更高的效率。但是功放在获得较高效率的同时线性度会随之恶化，现在所运用的对线性功放的效率增强技术有包络消除和恢复(EER)和包络跟踪(ET)等。然而，这些方法需要使用外部控制电路和信号处理，导致设计复杂性增加。
使用谐波控制电路来抑制功放谐波从而提升功放的效率是目前常用的一种方法，谐波控制类功放虽然在效率上有很好的表现，并且结构简单易于实现，但是其线性度较差制约了整体的表现。
有源带通滤波器能为无线收发系统提供了良好的频率选择性，选择需要接收或者发送信号的频段，抑制带外的信号。在功放中加入带有变容二极管的有源带通滤波器，通过改变加在变容二极管上的反向偏压使功放在高频段实现增益扩张，在谐波控制电路后面加入有源带通滤波器可以减小功放电路的失真达到高线性度的目的，因此在功放电路中采用有源带通滤波器具有广泛的应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，包括依次连接的输入匹配电路、输出二次谐波控制网络、有源带通滤波器和输出基波匹配电路；
二次谐波控制网络设置在输出匹配电路中，使二次谐波处于短路状态，对漏极电流电压波形进行整形从而提升功放的效率；
有源带通滤波器抑制带外谐波，以实现功放的增益扩张，改善功放的整体线性度。
可选的，所述输出二次谐波控制网络和输出基波匹配电路之间加入带有变容二极管的可调有源滤波电路，通过调节施加在变容二极管上的反向偏压使功放在高频段时产生增益扩张。
可选的，所述高线性度功率放大器铺设在Rogers 4350介质基板上，介质基板的介电常数为3.66，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254mm；
带有变容二极管的可调有源带通滤波器采用AT-F34143的PHEMT管，变容二极管的型号为SMV1245-011，而功放管采用GaN晶体管CGH40010
可选的，所述输出二次谐波控制网络由一节λ/4微带线L4与一节电长度为λ/8微带线L5以及调谐线L6相连组成，其宽长w/l分别为2/19mm、1/5mm和2.5/6mm。
可选的，所述有源带通滤波器包括两个晶体管，五个电阻R1、R2、R3、R4，一个电感L1为2nH和一个变容二极管D1。
其中R1和R2阻值为25Ω，R3和R4阻值为2.5Ω。
可选的，所述有源带通滤波器的调整工作频率为2.3-2.5GHz，直流偏置为2.5V，所述变容二极管的反向电压的调整范围为0-12V。
可选的，所述GaN晶体管的栅极电压Vgs为-2.7V，漏极电压Vds为28V。
本发明的有益效果在于：采用GaN材料的晶体管，利用带有变容二极管的可调有源带通滤波器，通过改变变容二极管上的反向偏压使功率放大器在高频段实现增益扩张，同时通过二次谐波控制网络使功放在保证高效率的前提下达到高线性度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明基于基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器的电路图；
图2为基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器的工作原理图；
图3为本发明中带有变容二极管的有源带通滤波器电路的结构图。
附图标记：输入匹配电路1、输出二次谐波控制网络2、有源带通滤波器3、输出基波匹配电路4。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1～图3所示，本发明提出了一种基于可调有源带通滤波器的高线性度功放由输入匹配电路1、输出二次谐波控制网络2、有源带通滤波器3和输出基波匹配电路4四个部分组成。输出二次谐波控制网络2、有源带通滤波器3和输出基波匹配电路4共同构成功放的输出电路，输出二次谐波控制网络2设于输出匹配电路中，使二次谐波处于短路状态，对漏极电流电压波形进行了整形从而提升了功放的效率，有源带通滤波器3通过改变变容二极管上的反向偏压使功放在高频段增益扩张减小失真从而改善功放的整体线性度。
该高线性度功率放大器铺设在介质基板上，该介质基板的相对介电常数εr为3.66，损耗角正切tgσ≤10-3；厚度h为0.254毫米；
谐波控制网络由一节λ/4微带线L4与一节电长度为λ/8微带线L5以及调谐线L6相连组成，其宽长w/l分别为2/19mm、1/5mm、2.5/6mm。
有源带通滤波器结构包括两个晶体管，五个电阻R1、R2、R3、R4，其中R1和R2阻值为25Ω，R3和R4阻值为2.5Ω，一个电感L1为2nH，一个变容二极管D1。
有源带通滤波器采用AT-F34143(PHEMT管)，调整工作频率为2.3-2.5GHz，直流偏置为2.5V，选用型号为SMV1245-011的变容二极管，反向电压的调整范围为0-12V。
高线性度功率放大器采用氮化镓晶体管CGH40010的栅压Vgs为-2.7V，漏压Vds为28V。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：包括依次连接的输入匹配电路、输出二次谐波控制网络、有源带通滤波器和输出基波匹配电路；
二次谐波控制网络设置在输出匹配电路中，使二次谐波处于短路状态，对漏极电流电压波形进行整形从而提升功放的效率；
有源带通滤波器抑制带外谐波，以实现功放的增益扩张，改善功放的整体线性度。
2.根据权利要求1所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述输出二次谐波控制网络和输出基波匹配电路之间加入带有变容二极管的可调有源滤波电路，通过调节施加在变容二极管上的反向偏压使功放在高频段时产生增益扩张。
3.根据权利要求1所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述高线性度功率放大器铺设在Rogers4350介质基板上，介质基板的介电常数为3.66，损耗角正切tgσ≤10-3，厚度为0.254mm；
带有变容二极管的可调有源带通滤波器采用AT-F34143的PHEMT管，变容二极管的型号为SMV1245-011，而功放管采用GaN晶体管CGH40010 。
4.根据权利要求1所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述输出二次谐波控制网络由一节λ/4微带线L4与一节电长度为λ/8微带线L5以及调谐线L6相连组成，其宽长w/l分别为2/19mm、1/5mm和2.5/6mm。
5.根据权利要求1所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述有源带通滤波器包括两个晶体管，五个电阻R1、R2、R3、R4，一个电感L1为2nH和一个变容二极管D1。
其中R1和R2阻值为25Ω，R3和R4阻值为2.5Ω。
6.根据权利要求3所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述有源带通滤波器的调整工作频率为2.3-2.5GHz，直流偏置为2.5V，所述变容二极管的反向电压的调整范围为0-12V。
7.根据权利要求3所述的基于可调有源带通滤波器的GaN后失真高线性度功率放大器，其特征在于：所述GaN晶体管的栅极电压Vgs为-2.7V，漏极电压Vds为28V。
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