CN113922771A - 一种高线性功率放大器的自适应偏置电路 - Google Patents
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Abstract
一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：包括自适应偏置电路、放大电路晶体管M1、隔直电容C1、隔直电容C2、扼流电感L1和镇流电阻R1；其中，射频信号从信号输入端RFin进入隔直电容C1输入，经过自适应偏置电路与放大电路晶体管M1，由隔直电容C2输出；本申请稳定了放大电路晶体管M1的偏置点，提高了功率放大电路的线性度，同时也补偿了温度变化对功率放大电路性能的影响，解决了射频功率放大电路线性度低的问题，大大提高了高线性功率放大电路的实用性。
Description
【技术领域】
本发明涉及射频集成电路的技术领域，具体的说，涉及一种高线性功率放大器的自适应偏置电路。
【背景技术】
射频功率放大器作为通信系统中发射机前端的重要组成部分，其主要功能是将较低功率的射频信号转换为较高功率的射频信号，其典型应用是驱动发射机中的天线，将已调制的射频信号放大到所需功率值后通过天线发射，射频功率放大器的设计指标通常包括增益、饱和输出功率、功率附加效率、线性度、带宽等。
射频功率放大器的线性度是指其输出功率与输入功率之间的线性关系，理想情况下，射频功率放大器仅提高输入信号的功率电平而不改变信号的内容，这要求射频功率放大器在其工作频段内保持相同增益。
然而大多数功率放大元件的增益都随着频率升高而降低，因此无法达到理想的线性度；采用复杂调制方式的射频信号对于射频功率放大器的线性度要求更高。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，包括自适应偏置电路、放大电路晶体管M1、隔直电容C1和隔直电容C2；
其中，射频信号从信号输入端RFin进入隔直电容C1输入，经过自适应偏置电路与放大电路晶体管M1，由隔直电容C2输出。
优选的，隔直电容C1的一端与射频信号输入端RFin相连接，隔直电容C1的另一端分别与自适应偏置电路的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接。
优选的，还包括扼流电感L1和镇流电阻R1；
扼流电感L1的一端分别与放大电路晶体管M1的集电极、隔直电容C2的一端相连接，扼流电感L1的另一端与电源Vcc相连接；
镇流电阻R1的一端与放大电路晶体管M1的发射极相连接，镇流电阻R1的另一端接地；隔直电容C2的另一端与射频信号输出端RFout相连接。
优选的，自适应偏置电路包括有晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3；
其中，电阻R3的一端与电源Vbias相连接，电阻R3的另一端与晶体管M2的集电极相连接；
晶体管M2的基极分别与电容C3的一端、晶体管M3基极和集电极短接的一端相连接；
晶体管M2的发射极与电阻R5的一端相连接；
电阻R5的另一端分别与隔直电容C1的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接；
优选的，电容C3的另一端接地。
优选的，电阻R2的一端与电源Vref相连接，电阻R2的另一端分别与晶体管M3基极和集电极短接的一端、电容C3的一端、晶体管M2的基极相连接；
晶体管M3的发射极与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与晶体管M4基极和集电极短接的一端相连接；
晶体管M4的发射极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端接地。
优选的，自适应偏置电路中晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4和放大电路晶体管M1均为GaAsHBT管。
在本发明提供的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路如下有益效果：本申请稳定了放大电路晶体管M1的偏置点，提高了功率放大电路的线性度，同时也补偿了温度变化对功率放大器性能的影响，解决了射频功率放大器线性度低的问题，大大提高了高线性功率放大电路的实用性。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为采用传统电阻分压偏置电路的功率放大器的电路结构示意图；
图2为本发明带有自适应偏置电路的高线性功率放大器的电路结构示意图；
图3为本发明与传统电阻分压偏置电路的输出功率三阶交调点仿真结果对比图。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例，仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，还可以在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，参见图2；
一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，包括自适应偏置电路、放大电路晶体管M1、隔直电容C1和隔直电容C2；
其中，射频信号从信号输入端RFin进入隔直电容C1输入，经过自适应偏置电路与放大电路晶体管M1，由隔直电容C2输出。
所述隔直电容C1的一端与射频信号输入端RFin相连接，所述隔直电容C1的另一端分别与自适应偏置电路的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接。
还包括扼流电感L1和镇流电阻R1；
所述扼流电感L1的一端分别与放大电路晶体管M1的集电极、隔直电容C2的一端相连接，所述扼流电感L1的另一端与电源Vcc相连接；
所述镇流电阻R1的一端与放大电路晶体管M1的发射极相连接，所述镇流电阻R1的另一端接地；隔直电容C2的另一端与射频信号输出端RFout相连接。
所述自适应偏置电路包括有晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3；
其中，所述电阻R3的一端与电源Vbias相连接，电阻R3的另一端与晶体管M2的集电极相连接；
所述晶体管M2的基极分别与电容C3的一端、晶体管M3基极和集电极短接的一端相连接；所述电容C3的另一端接地。
所述晶体管M2的发射极与电阻R5的一端相连接；
所述电阻R5的另一端分别与隔直电容C1的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接；
所述电阻R2的一端与电源Vref相连接，电阻R2的另一端分别与晶体管M3基极和集电极短接的一端、电容C3的一端、晶体管M2的基极相连接；
所述晶体管M3的发射极与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与晶体管M4基极和集电极短接的一端相连接；
所述晶体管M4的发射极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端接地。
所述自适应偏置电路中晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4和放大电路晶体管M1均为GaAsHBT管。
本申请的工作原理如下：晶体管M2和基极和集电极短接的晶体管M3组成电流镜电路，为放大电路晶体管M1提供基极偏置电流，偏置电流受参考电压Vref和电阻R2控制。
基极和集电极短接的晶体管M4被用作二极管连接至偏置电路的左分支以保持适当的直流电平，晶体管M2和电容C3组成了线性化装置，同时并联到地的电容C3也降低了偏置电路的阻抗；
随着输入的射频信号功率的增大，会导致部分射频信号经过电阻R5和晶体管M2泄漏到偏置电路，电容C3的作用是将射频信号旁路到地，从而稳定晶体管M2的基极电位。
同时，晶体管M2的基-射结二极管具有整流作用，导致晶体管M2的基-射结电压下降，随着输入功率的增大，放大电路晶体管M1的直流电流会增加，而且由于晶体管的自热效应和基-射结二极管的整流作用，使得放大电路晶体管M1的基极电位降低，但是由于晶体管M2的基极电位保持恒定，从而补偿了放大电路晶体管M1基极电位的下降，使得放大电路晶体管M1的偏置点能够在大信号输入功率的情况下保持稳定，抑制了增益压缩，改善了功率放大器电路的线性度。
本申请中，由于所述自适应偏置电路中晶体管M2基极节点的直流电平约为基极-发射极结电压的两倍，因此将基极和集电极短接的晶体管M4用作二极管连接至偏置电路的左分支来保持适当的直流电平。
同时，由于自适应偏置电路中晶体管M2和电容C3组成了线性化装置，并且并联到地的电容C3也降低了偏置电路的阻抗，导致一部分输入的射频信号功率泄漏到自适应偏置电路中，使得晶体管M2的发射极产生可以补偿放大电路晶体管M1的基极-发射极电压降，从而稳定了放大电路晶体管M1的偏置点，提高了功率放大电路的线性度，同时也补偿了温度变化对功率放大电路性能的影响。
本申请与采用传统的电阻分压偏置电路的功率放大器相比，具有较高的线性度，同时具有温度补偿的作用。如图3所示，解决了射频功率放大器线性度低的问题，大大提高了高线性功率放大电路的实用性。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
综上，在本发明提供的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，如下有益效果：本申请稳定了放大电路晶体管M1的偏置点，提高了功率放大电路的线性度，同时也补偿了温度变化对功率放大器性能的影响，解决了射频功率放大器线性度低的问题，大大提高了高线性功率放大电路的实用性。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例，仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行，另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：包括自适应偏置电路、放大电路晶体管M1、隔直电容C1和隔直电容C2；
其中，射频信号从信号输入端RFin进入隔直电容C1输入，经过自适应偏置电路与放大电路晶体管M1，由隔直电容C2输出。
2.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：所述隔直电容C1的一端与射频信号输入端RFin相连接，所述隔直电容C1的另一端分别与自适应偏置电路的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接。
3.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：还包括扼流电感L1和镇流电阻R1；
所述扼流电感L1的一端分别与放大电路晶体管M1的集电极、隔直电容C2的一端相连接，所述扼流电感L1的另一端与电源Vcc相连接；
所述镇流电阻R1的一端与放大电路晶体管M1的发射极相连接，所述镇流电阻R1的另一端接地；隔直电容C2的另一端与射频信号输出端RFout相连接。
4.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：所述自适应偏置电路包括有晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电容C3；
其中，所述电阻R3的一端与电源Vbias相连接，电阻R3的另一端与晶体管M2的集电极相连接；
所述晶体管M2的基极分别与电容C3的一端、晶体管M3基极和集电极短接的一端相连接；
所述晶体管M2的发射极与电阻R5的一端相连接；
所述电阻R5的另一端分别与隔直电容C1的一端、放大电路晶体管M1的基极相连接。
5.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：所述电容C3的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：所述电阻R2的一端与电源Vref相连接，电阻R2的另一端分别与晶体管M3基极和集电极短接的一端、电容C3的一端、晶体管M2的基极相连接；
所述晶体管M3的发射极与电阻R4的一端相连接，电阻R4的另一端与晶体管M4基极和集电极短接的一端相连接；
所述晶体管M4的发射极与电阻R6的一端相连接，电阻R6的另一端接地。
7.根据权利要求1所述的一种高线性功率放大器的自适应偏置电路，其特征在于：所述自适应偏置电路中晶体管M2、基极和集电极短接的晶体管M3、基极和集电极短接的晶体管M4和放大电路晶体管M1均为GaAsHBT管。
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