CN113437945A - 一种功率放大器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频技术领域，公开了一种功率放大器及控制方法，包括放大电路、偏置电路、功率探测电路和功率控制电路；放大电路设置有第一HBT晶体管和第五电阻，偏置电路的输出端通过第五电阻和第一HBT晶体管的基极连接，第一HBT晶体管的集电极与功率探测电路的输入端连接，所述功率探测电路的输出端与功率控制电路的输入端连接，所述功率控制电路的输出端和偏置电路的输入端连接。有益效果：功率控制电路由功率探测电路产生的电压来决定该部分电路的工作与否。当功率控制电路工作时，可以从偏置电路中抽取电流，从而调整功率放大器的静态工作点。因此功率放大器的增益稳定，功率放大器AM－AM曲线更为平坦，功率放大器线性度更好。

Description

一种功率放大器及控制方法

技术领域

本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种功率放大器及控制方法。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，功率放大器作为射频前端中重要组成部分往往需要具有极高的线性度。为了满足复杂的通信系统的要求，GaAs－HBT工艺因其材料本身固有的特性而在功率放大器设计中具有巨大优势，因而被广泛应用到射频功率放大器设计中。

现有技术中采用GaAs－HBT工艺设计的功率放大器结构大都如附图1所示(忽略输入、输出匹配电路)。偏置电路给功率放大器提供一个稳定的静态工作点；射频信号从RFin端口输入，经HBT晶体管放大，再由RFout端口输出。

但是当功率放大器的输入信号的功率逐渐增大时，由于HBT晶体管基－射结二极管的钳位特性，HBT晶体管的静态工作点将发生改变，进入高偏置状态，此时功率放大器的增益将变大，导致AM－AM曲线上翘，产生失真。

因此需要一种新的功率放大器，改善或克服AM－AM曲线上翘的问题，使信号不易失真。

发明内容

本发明的目的是：提供一种功率放大器及控制方法，改善或克服AM－AM曲线上翘的问题，使信号不易失真。

为了实现上述目的，本发明提供了一种功率放大器，包括放大电路、偏置电路、功率探测电路和功率控制电路；所述放大电路设置有第一HBT晶体管和第五电阻，所述偏置电路的输出端和第五电阻的第一端口连接，所述第五电阻的第二端口和第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极与功率探测电路的输入端连接，所述功率探测电路的输出端与功率控制电路的输入端连接，所述功率控制电路的输出端和偏置电路的输入端连接；所述功率探测电路用于获取功率放大器的输出功率，将获取到的输出功率转化为电压信号并反馈到功率控制电路；所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压。

进一步的，所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压，具体为：所述功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否进入工作状态，若是则从偏置电路中抽取电流，若否则功率控制电路不工作。

进一步的，所述功率探测电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容、第一电阻，所述第一电容的第一端口和功率探测电路的输入端连接，所述第一电容的第二端口的和第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的负极和功率控制电路的输入端连接，所述第一二极管的负极和第一电容的第二端口连接，所述第一二极管的阳极接地，所述第二电容的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第二电容的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第一电阻的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口与功率探测电路的输出端连接。

进一步的，所述功率控制电路包括第二电阻、第二HBT晶体管、第三HBT晶体管和第三电阻，所述第二电阻的第一端口和功率控制电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端口与第二HBT晶体管的基极和第三HBT晶体管的集电极连接，所述第三HBT晶体管的发射极和第三电阻的第一端口连接，所述第三HBT晶体管的基极与第三电阻的第二端口连接，所述第三HBT晶体管的基极和第二HBT晶体管的发射极连接，所述第二HBT晶体管的集电极和功率控制电路的输出端连接，所述第三电阻的第一端口接地。

进一步的，所述偏置电路包括第四电阻、第四HBT晶体管、第五HBT晶体管、第六HBT晶体管和第三电容，所述第四电阻的第一端口与偏置电路的输入端和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第五HBT晶体管的发射极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的基极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的发射极接地；所述第五HBT晶体管的基极和第四HBT晶体管的基极连接，所述第五HBT晶体管的基极和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第四HBT晶体管的集电极和第四电阻的第二端口连接，所述第四HBT晶体管的发射极和偏置电路的输出端连接，所述第四电阻的第二端口和电源输入端连接，所述第三电容的第一端口和第四HBT晶体管的基极连接，所述第三电容的第二端口接地。

进一步的，所述放大电路还设置有第四电容，所述第四电容的第一端口和射频信号输入端连接，所述第四电容的第二端口和第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极和射频信号输出端连接，所述第一HBT晶体管的发射极接地。

本发明还公开了一种功率放大器的控制方法，应用上述的功率放大器，包括如下步骤：

控制所述功率探测电路获取功率放大器的输出功率，并将获取到的输出功率转换为电压信号；

将所述电压信号反馈到功率控制电路使功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否调整偏置电路的偏置电压。

进一步的，若所述电压信号使功率控制电路满足预设的工作条件则从偏置电路中抽取电流，若不满足预设的工作条件则功率控制电路不工作。

本发明实施例一种功率放大器及控制方法与现有技术相比，其有益效果在于：功率探测电路可以探测功率放大器的输出功率并将其转换为电压信号，该电压信号可以表征功率大小，最后将功率探测电路产生的电压信号反馈到功率控制电路。功率控制电路由功率探测电路产生的电压来决定该部分电路的工作与否。当功率控制电路工作时，可以从偏置电路中抽取电流，从而调整功率放大器的静态工作点。由于功率放大器处于较为稳定的静态工作点，因此功率放大器的增益稳定，功率放大器AM－AM曲线更为平坦，功率放大器线性度更好。

附图说明

图1是本发明背景技术中采用HBT晶体管的放大器的结构示意图；

图2是本发明实施中一种功率放大器的结构示意图；

图3是本发明实施中一种功率放大器的电路连接示意图；

图4是本发明实施中一种功率放大器的功率探测电路示意图；

图5是本发明实施中一种功率放大器的功率控制电路示意图；

图6是本发明实施中一种功率放大器的偏置电路示意图；

图7是本发明实施中一种功率放大器的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

如图2所示，本发明公开了一种功率放大器，包括放大电路、偏置电路、功率探测电路和功率控制电路；所述放大电路设置有第一HBT晶体管和第五电阻，所述偏置电路的输出端和第五电阻的第一端口连接，所述第五电阻的第二端口和第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极与功率探测电路的输入端连接，所述功率探测电路的输出端与功率控制电路的输入端连接，所述功率控制电路的输出端和偏置电路的输入端连接；所述功率探测电路用于获取功率放大器的输出功率，将获取到的输出功率转化为电压信号并反馈到功率控制电路；所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压。在本实施例中，所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压，具体为：所述功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否进入工作状态，若是则从偏置电路中抽取电流，若否则功率控制电路不工作。

本发明技术方案的工作原理：射频信号先从RFin端口输入，经第一个HBT晶体管放大后，再由RFout端口输出。在第一HBT晶体管工作的同时，功率探测电路可以探测功率放大器的输出功率并将其转换为电压信号，该电压信号可以表征功率大小，最后将功率探测电路产生的电压信号反馈到功率控制电路。功率控制电路由功率探测电路产生的电压来决定该部分电路的工作与否。当功率控制电路工作时，从偏置电路中抽取电流，从而调整功率放大器的静态工作点。

当功率放大器工作在低功率状态下时，功率探测电路产生的电压信号较小，此时功率控制电路并未开始工作，偏置电路中电流并未降低，功率放大器处于正常偏置状态。

当功率放大器工作在高功率状态下时，第一HBT晶体管的射频功率增大，此时由于晶体管基－射结二极管的钳位特性，功率放大器静态工作点发生改变，偏置偏高，功率放大器增益变大，AM－AM曲线出现上翘现象。此时，功率探测电路产生电压信号较大，功率控制电路开始工作，即功率控制电路开始从偏置电路中抽取电流，从而降低功率放大器的偏置，缓解AM－AM曲线上翘的问题，提高功率放大器的线性度。由此可知本申请提出的功率放大器AM－AM曲线更为平坦，功率放大器线性度更好，信号不易失真。

在本实施例中，参照附图3和4，所述功率探测电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容、第一电阻，所述第一电容的第一端口和功率探测电路的输入端连接，所述第一电容的第二端口的和第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的负极和功率控制电路的输入端连接，所述第一二极管的负极和第一电容的第二端口连接，所述第一二极管的阳极接地，所述第二电容的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第二电容的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第一电阻的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口与功率探测电路的输出端连接。

在本实施例中，所述功率探测电路用于获取第一HBT晶体管的输出功率，并将第一HBT晶体管的输出功率转化为电压信号，电压信号的大小可以表征输出功率的大小。通过将第一HBT晶体管的转化为电压信号可以用电压信号判断第一HBT晶体管的工作状态，从而为调整第一HBT晶体管的工作提供了依据。

在本实施例中，参照附图3和附图5，所述功率控制电路包括第二电阻、第二HBT晶体管、第三HBT晶体管和第三电阻，所述第二电阻的第一端口和功率控制电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端口与第二HBT晶体管的基极和第三HBT晶体管的集电极连接，所述第三HBT晶体管的发射极和第三电阻的第一端口连接，所述第三HBT晶体管的基极与第三电阻的第二端口连接，所述第三HBT晶体管的基极和第二HBT晶体管的发射极连接，所述第二HBT晶体管的集电极和功率控制电路的输出端连接，所述第三电阻的第一端口接地。

在本实施例中，所述功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否工作，当电压信号达到或超过预设的标准时，确定功率放大器的静态工作点发生变化，需要进行调节。通过本实施例中的功率控制电路，可以实现对偏置电路中电流的抽取，从而降低偏置电路的偏置电压，进而降低功率放大器的增益使AM－AM曲线更加平缓。

在本实施例中，参照附图3和附图6所述偏置电路包括第四电阻、第四HBT晶体管、第五HBT晶体管、第六HBT晶体管和第三电容，所述第四电阻的第一端口与偏置电路的输入端和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第五HBT晶体管的发射极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的基极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的发射极接地；所述第五HBT晶体管的基极和第四HBT晶体管的基极连接，所述第五HBT晶体管的基极和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第四HBT晶体管的集电极和第四电阻的第二端口连接，所述第四HBT晶体管的发射极和偏置电路的输出端连接，所述第四电阻的第二端口和电源输入端连接，所述第三电容的第一端口和第四HBT晶体管的基极连接，所述第三电容的第二端口接地。

在本实施例中，偏置电路的电流可以被功率控制电路抽取，从而改变偏置电路中电流的大小，从而改变偏置电路的偏置状态，使得功率放大器中的第一HBT晶体管的增益得到调节，使AM－AM曲线更加平缓，使功率放大器具有更好的线度。

在本实施例中，参照附图3，所述放大电路还设置有第四电容，所述第四电容的第一端口和射频信号输入端连接，所述第四电容的第二端口和第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极和射频信号输出端连接，所述第一HBT晶体管的发射极接地。

实施例2：

参照附图7，本发明还公开了一种功率放大器的控制方法，应用实施例1中的功率放大器，包括如下步骤：

步骤S1，控制所述功率探测电路获取功率放大器的输出功率，并将获取到的输出功率转换为电压信号。

步骤S2，将所述电压信号发送到功率控制电路使功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否调整偏置电路的偏置电压。

在本实施例中，若所述电压信号使功率控制电路满足预设的工作条件则从偏置电路中抽取电流，若不满足预设的工作条件则功率控制电路不工作。

在本实施例中，在第一HBT晶体管工作的同时，功率探测电路可以探测第一HBT晶体管的输出功率并将其转换为电压信号，该电压信号可以表征功率大小，最后将功率探测电路产生的电压信号反馈到功率控制电路。功率控制电路由功率探测电路产生的电压来决定该部分电路的工作与否。当功率控制电路工作时，从偏置电路中抽取电流，从而调整功率放大器的静态工作点。

实施例2是在实施例1的基础上撰写的具备和实施例1相同的技术特征，因此部分重复的技术内容不在赘述。

综上，本发明实施例提供一种功率放大器及控制方法，有益效果为功率探测电路可以探测功率放大器的输出功率并将其转换为电压信号，该电压信号可以表征功率大小，最后将功率探测电路产生的电压信号反馈到功率控制电路。功率控制电路由功率探测电路产生的电压来决定该部分电路的工作与否。当功率控制电路工作时，可以从偏置电路中抽取电流，从而调整功率放大器的静态工作点。由于功率放大器处于较为稳定的静态工作点，因此功率放大器的增益稳定，功率放大器AM－AM曲线更为平坦，功率放大器线性度更好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括放大电路、偏置电路、功率探测电路和功率控制电路；所述放大电路设置有第一HBT晶体管和第五电阻，所述偏置电路的输出端和第五电阻的第一端口连接，所述第五电阻的第二端口和第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极与功率探测电路的输入端连接，所述功率探测电路的输出端与功率控制电路的输入端连接，所述功率控制电路的输出端和偏置电路的输入端连接；所述功率探测电路用于获取功率放大器的输出功率，将获取到的输出功率转化为电压信号并反馈到功率控制电路；所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压。

2.根据权利要求1所述的一种功率放大器，其特征在于，所述功率控制电路用于根据获取到的电压信号调整偏置电路的偏置电压，具体为：所述功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否进入工作状态，若是则从偏置电路中抽取电流，若否则功率控制电路不工作。

3.根据权利要求1所述的一种功率放大器，其特征在于，所述功率探测电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第二电容、第一电阻，所述第一电容的第一端口和功率探测电路的输入端连接，所述第一电容的第二端口的和第二二极管的阳极连接，所述第二二极管的负极和功率控制电路的输入端连接，所述第一二极管的负极和第一电容的第二端口连接，所述第一二极管的阳极接地，所述第二电容的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第二电容的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口和第二二极管的负极连接，所述第一电阻的第二端口接地，所述第一电阻的第一端口与功率探测电路的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的一种功率放大器，其特征在于，所述功率控制电路包括第二电阻、第二HBT晶体管、第三HBT晶体管和第三电阻，所述第二电阻的第一端口和功率控制电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端口与第二HBT晶体管的基极和第三HBT晶体管的集电极连接，所述第三HBT晶体管的发射极和第三电阻的第一端口连接，所述第三HBT晶体管的基极与第三电阻的第二端口连接，所述第三HBT晶体管的基极和第二HBT晶体管的发射极连接，所述第二HBT晶体管的集电极和功率控制电路的输出端连接，所述第三电阻的第一端口接地。

5.根据权利要求1所述的一种功率放大器，其特征在于，所述偏置电路包括第四电阻、第四HBT晶体管、第五HBT晶体管、第六HBT晶体管和第三电容，所述第四电阻的第一端口与偏置电路的输入端和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第五HBT晶体管的发射极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的基极和第六HBT晶体管的集电极连接，所述第六HBT晶体管的发射极接地；所述第五HBT晶体管的基极和第四HBT晶体管的基极连接，所述第五HBT晶体管的基极和第五HBT晶体管的集电极连接，所述第四HBT晶体管的集电极和第四电阻的第二端口连接，所述第四HBT晶体管的发射极和偏置电路的输出端连接，所述第四电阻的第二端口和电源输入端连接，所述第三电容的第一端口和第四HBT晶体管的基极连接，所述第三电容的第二端口接地。

6.根据权利要求1－5任一所述的一种功率放大器，其特征在于，所述放大电路还设置有第四电容，所述第四电容的第一端口和射频信号输入端连接，所述第四电容的第二端口和所述第一HBT晶体管的基极连接，所述第一HBT晶体管的集电极和射频信号输出端连接，所述第一HBT晶体管的发射极接地。

7.一种功率放大器的控制方法，其特征在于，应用权利要求1－6的功率放大器，包括如下步骤：

控制所述功率探测电路获取功率放大器的输出功率，并将获取到的输出功率转换为电压信号；

将所述电压信号反馈到功率控制电路使功率控制电路根据获取到的电压信号判断是否调整偏置电路的偏置电压。

8.根据权利要求7所述的一种功率放大器的控制方法，其特征在于，若所述电压信号使功率控制电路满足预设的工作条件则从偏置电路中抽取电流，若不满足预设的工作条件则功率控制电路不工作。

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