CN118199527A - 一种低互调宽带射频放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低互调宽带射频放大器，其包括栅极直流偏置供电匹配电路、漏栅极直流偏置供电匹配电路、栅极输入电路和宽带输出匹配电路；栅极直流偏置供电匹配电路和栅极输入电路并联连接在功率放大器的栅极；漏栅极直流偏置供电匹配电路和宽带输出匹配电路并联连接在功率放大器的漏极；功率放大器的源极接地；栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的栅极匹配电路和第一互调吸收模块；漏栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的漏极匹配电路和第三互调吸收模块；栅极输入电路包括依次连接的第二互调吸收模块和宽带输入匹配电路。本发明可以吸收互调信号，降低非线性对DPD的要求，实现更好的校正结果。
Description
技术领域
本发明涉及射频技术领域，特别是一种低互调宽带射频放大器。
背景技术
宽带射频功放是通信系统中射频单元的关键部件之一。宽带功放可以节省功放通道的数量，需要更少的器件数量，更小PCB面积，具有设备成本低、体积小等优势，使得运营商基站成本更低。
宽带功放具有多Band LTE/NR等信号同时放大输出的能力。相比于单Band信号放大器，宽带功放除了效率、增益等设计难度大外，其线性度的可实现难度更高，极具设计挑战性。
发明内容
针对宽带功放面临的线性指标实现困难的问题，本发明设计了一种低互调宽带射频放大器，可以吸收互调信号，降低非线性对DPD（数字预失真）的影响，实现更好的DPD校正结果。
本发明公开了一种低互调宽带射频放大器，其包括：栅极直流偏置供电匹配电路、漏栅极直流偏置供电匹配电路、栅极输入电路和宽带输出匹配电路；栅极直流偏置供电匹配电路和栅极输入电路并联连接在功率放大器的栅极；漏栅极直流偏置供电匹配电路和宽带输出匹配电路并联连接在功率放大器的漏极；功率放大器的源极接地；
栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的栅极匹配电路和第一互调吸收模块；漏栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的漏极匹配电路和第三互调吸收模块；栅极输入电路包括依次连接的第二互调吸收模块和宽带输入匹配电路；
栅极匹配电路的输入端用于接收栅极电压，第一互调吸收模块的输出端连接功率放大器的栅极；第二互调吸收模块的输入端用于信号输入，宽带输入匹配电路的输出端连接功率放大器的栅极；
漏极匹配电路的输入端用于接收漏极电压，第三互调吸收模块的输出端连接功率放大器的漏极；宽带输出匹配电路的输入端与功率放大器的漏极连接，其输出端用于输出信号。
进一步地，所述栅极直流偏置供电匹配电路用于为所述功率放大器提供栅极电压；漏栅极直流偏置供电匹配电路用于为所述功率放大器提供漏极电压；射频输入信号经过栅极输入电路后，再经所述功率放大器放大，之后经过宽带输出匹配电路输出放大后的射频信号。
进一步地，所述第一互调吸收模块、所述第二互调吸收模块和所述第三互调吸收模块均由电阻、电容和电感中的至少一种构成。
进一步地，所述第一互调吸收模块包括用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
进一步地，所述第一互调吸收模块包括电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
进一步地，所述第二互调吸收模块包括电容、用于吸收功率的电阻和可调微带线；电阻和电容并联连接，一端用于接收信号，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端连接；微带线的另一端连接宽带输入匹配电路的输入端。
进一步地，所述第三互调吸收模块包括高功率电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；高功率电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
进一步地，所述栅极直流偏置供电匹配电路包括第二电容、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；
电阻的一端用于接收漏极电压，另一端通过可调微带线与微带线的一端连接，微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极；可调微带线和微带线的公共端通过电容接地；微带线的另一端通过第二电容接地。
进一步地，所述栅极直流偏置供电匹配电路还包括第一电容，第一电容与第二电容并联连接；第一电容和第二电容是不同值的旁路电容。
进一步地，所述栅极直流偏置供电匹配电路用于从所述功率放大器的栅极降低互调分量；所述漏栅极直流偏置供电匹配电路用于从所述功率放大器的输入降低互调分量；所述栅极输入电路用于从所述功率放大器的输出降低互调分量。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
1.本发明可以吸收互调信号，降低非线性对DPD的要求，实现更好的校正结果；对互调信号衰减，但对带内信号影响很小。
2.本发明使用所发明的电路，可以有效抑制宽带信号的三阶互调信号幅度。测试发现低频包络信号的幅度明显降低，可以有效降低互调信号对DPD资源的需求，使得在不增加算法复杂度情况下就可满足ACLR和EVM的要求。
3.本发明可用于LDMOS（金属氧化物半导体）、GaN（氮化镓）等半导体器件的放大器电路中，也可以综合多种电路架构，如Doherty（多尔蒂），ET（包络跟踪）、outphasing（异相放大器）、LMBA（负载调制平衡放大器）等高效率功放电路，高效率同时实现更好的宽带线性度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种含有互调抑制电路的功率放大器的电路示意图；
图2为本发明实施例的第一互调吸收模块的电路示意图；
图3为本发明实施例的第二互调吸收模块的电路示意图；
图4为本发明实施例的第三互调吸收模块的电路示意图；
图5为本发明实施例的一种栅极直流偏置供电匹配电路示意图；
图6为本发明实施例的带互调抑制电路匹配的栅极信号衰减曲线示意图；
图7为本发明实施例的预测互调改善结果示意图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
射频功放输出信号的线性度是系统的关键指标，为了提高功放线性度，在通信系统中功放需要和DPD一起调优，使得放大后的信号ACLR（相邻通道泄漏功率）满足协议要求，并满足射频单元的EVM（误差矢量幅值）和杂散辐射要求。
由于宽带信号占用带宽更宽，并且由功放自身产生的非线性互调幅度高，产品级的DPD算法难以将带内信号的ACLR校正到-45dBc的通信协议水平。
为了提高宽带功放的ACLR，功率放大器首先需要设计满足要求的漏极VBW（视频带宽），大于实际信号带宽，才能在理论上保证功率放大器的可实现性。
然而即使满足漏极VBW条件时，在相对带宽达到一定值时，如相对带宽达到25%时，信号在DPD校正后的ACLR结果也很不理想。
针对以上问题，参见图1，本发明提供了一种含有互调抑制电路的功率放大器的实施例，其包括：栅极直流偏置供电匹配电路、漏栅极直流偏置供电匹配电路、栅极输入电路和宽带输出匹配电路；栅极直流偏置供电匹配电路和栅极输入电路并联连接在功率放大器的栅极；漏栅极直流偏置供电匹配电路和宽带输出匹配电路并联连接在功率放大器的漏极；功率放大器的源极接地；
栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的栅极匹配电路和第一互调吸收模块；漏栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的漏极匹配电路和第三互调吸收模块；栅极输入电路包括依次连接的第二互调吸收模块和宽带输入匹配电路；
栅极匹配电路的输入端用于接收栅极电压，第一互调吸收模块的输出端连接功率放大器的栅极；第二互调吸收模块的输入端用于信号输入，宽带输入匹配电路的输出端连接功率放大器的栅极；
漏极匹配电路的输入端用于接收漏极电压，第三互调吸收模块的输出端连接功率放大器的漏极；宽带输出匹配电路的输入端与功率放大器的漏极连接，其输出端用于输出信号。
可选的，栅极直流偏置供电匹配电路用于为功率放大器提供栅极电压；漏栅极直流偏置供电匹配电路用于为功率放大器提供漏极电压；射频输入信号经过栅极输入电路后，再经功率放大器放大，之后经过宽带输出匹配电路输出放大后的射频信号。
可选的，第一互调吸收模块、第二互调吸收模块和第三互调吸收模块均由电阻、电容和电感中的至少一种构成。
可选的，第一互调吸收模块包括用于吸收功率的电阻（功率吸收电阻）、可调微带线、微带线和电容；电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接功率放大器的栅极。
可选的，第一互调吸收模块包括电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接功率放大器的栅极，如图2所示。
可选的，第二互调吸收模块包括电容、用于吸收功率的电阻（功率吸收电阻）和可调微带线；电阻和电容并联连接，一端用于接收信号，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端连接；微带线的另一端连接宽带输入匹配电路的输入端，如图3所示。
可选的，第三互调吸收模块包括高功率电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；高功率电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极，如图4所示。
一般地，在电路应用中，使用上述电路的一部分或全部的互调吸收模块达到线性要求的目的，各部分模块单独起到相应作用。
可选的，参见图5，栅极直流偏置供电匹配电路包括第二电容、用于吸收功率的电阻（功率吸收电阻）、可调微带线、微带线和电容（互调旁路电容）；
电阻的一端用于接收漏极电压，另一端通过可调微带线与微带线的一端连接，微带线的另一端连接功率放大器的栅极；可调微带线和微带线的公共端通过电容接地；微带线的另一端通过第二电容接地。
可选的，参见图5，栅极直流偏置供电匹配电路还包括第一电容（旁路电容1），第一电容与第二电容（旁路电容2）并联连接；第一电容和第二电容是不同值的旁路电容；第一互调吸收模块有效吸收互调能量，并且通过匹配调节可以有效降低宽带信号的互调产物，使得互调信号经过时有较大的衰减，带内信号损耗小。
可选的，栅极直流偏置供电匹配电路用于从功率放大器的栅极降低互调分量；漏栅极直流偏置供电匹配电路用于从功率放大器的输入降低互调分量；栅极输入电路用于从功率放大器的输出降低互调分量。
本发明设计了第一互调吸收模块、第二互调吸收模块和第三互调吸收模块，在电路中抑制宽带信号的三阶互调的信号幅度，从实测结果得到低频包络信号的幅度明显降低，进而有效降低了互调信号对DPD的影响，达到较好线性度的结果。
一般地，窄带工作的放大器包含栅极供电电路、漏极供电电路、输入匹配电路、输出匹配电路几个关键部分，DPD对窄带功放的校正结果一般都比较好，互调影响小；但是对于宽带放大器，需要设计宽带输入匹配、宽带输出匹配，但实际发现满足设计的功放线性度较差， DPD后的指标达不到使用需求。在电路中引入本发明的互调吸收模块，增加到电路中，可以有效改善互调分量，达到较好的线性结果。
本发明中宽带信号在低频的交调信号幅度可以有效被电路吸收。
需要说明的是栅极直流偏置供电匹配电路仅提供一种可能的电路形态，此电路形态可以有多种变形，但本质上存在互调吸收模块的电路都是此专利要求保护的范围。
本发明的电路对互调信号衰减，但对带内信号影响很小。
图6给出互调吸收电路的栅极可通过信号幅度，可以看到互调信号通过后被极大衰减，进而提高系统线性度。图7是使用本发明的电路预测的功放开环测试的互调改善效果，互调改善，有效降低互调信号的幅度。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低互调宽带射频放大器，其特征在于，包括：栅极直流偏置供电匹配电路、漏栅极直流偏置供电匹配电路、栅极输入电路和宽带输出匹配电路；栅极直流偏置供电匹配电路和栅极输入电路并联连接在功率放大器的栅极；漏栅极直流偏置供电匹配电路和宽带输出匹配电路并联连接在功率放大器的漏极；功率放大器的源极接地；
栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的栅极匹配电路和第一互调吸收模块；漏栅极直流偏置供电匹配电路包括依次串联连接的漏极匹配电路和第三互调吸收模块；栅极输入电路包括依次连接的第二互调吸收模块和宽带输入匹配电路；
栅极匹配电路的输入端用于接收栅极电压，第一互调吸收模块的输出端连接功率放大器的栅极；第二互调吸收模块的输入端用于信号输入，宽带输入匹配电路的输出端连接功率放大器的栅极；
漏极匹配电路的输入端用于接收漏极电压，第三互调吸收模块的输出端连接功率放大器的漏极；宽带输出匹配电路的输入端与功率放大器的漏极连接，其输出端用于输出信号。
2.根据权利要求1所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述栅极直流偏置供电匹配电路用于为所述功率放大器提供栅极电压；漏栅极直流偏置供电匹配电路用于为所述功率放大器提供漏极电压；射频输入信号经过栅极输入电路后，再经所述功率放大器放大，之后经过宽带输出匹配电路输出放大后的射频信号。
3.根据权利要求1或2所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述第一互调吸收模块、所述第二互调吸收模块和所述第三互调吸收模块均由电阻、电容和电感中的至少一种构成。
4.根据权利要求3所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述第一互调吸收模块包括用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
5.根据权利要求3所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述第一互调吸收模块包括电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
6.根据权利要求3所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述第二互调吸收模块包括电容、用于吸收功率的电阻和可调微带线；电阻和电容并联连接，一端用于接收信号，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端连接；微带线的另一端连接宽带输入匹配电路的输入端。
7.根据权利要求3所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述第三互调吸收模块包括高功率电感、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；高功率电感并联连接在电阻的两端，电阻的一端连接栅极匹配电路的输出端，另一端连接可调微带线的一端；可调微带线的另一端与微带线的一端的公共端通过电容接地；微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极。
8.根据权利要求3所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述栅极直流偏置供电匹配电路包括第二电容、用于吸收功率的电阻、可调微带线、微带线和电容；
电阻的一端用于接收漏极电压，另一端通过可调微带线与微带线的一端连接，微带线的另一端连接所述功率放大器的栅极；可调微带线和微带线的公共端通过电容接地；微带线的另一端通过第二电容接地。
9.根据权利要求8所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述栅极直流偏置供电匹配电路还包括第一电容，第一电容与第二电容并联连接；第一电容和第二电容是不同值的旁路电容。
10.根据权利要求1所述的低互调宽带射频放大器，其特征在于，所述栅极直流偏置供电匹配电路用于从所述功率放大器的栅极降低互调分量；所述漏栅极直流偏置供电匹配电路用于从所述功率放大器的输入降低互调分量；所述栅极输入电路用于从所述功率放大器的输出降低互调分量。
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