CN1783707A - 功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于放大电输入信号(51)的功率放大器以及一种具有这种功率放大器的支持多频带的前端。该功率放大器包括具有一个输入(52)和一个输出(53)的放大器晶体管级(1)以及位于该放大器晶体管级(1)的输出(53)和输入(52)之间的反馈环路(4)。该反馈环路(4)在RF(射频)路径中包括电容器(41)和电阻元件(44)并在DC(直流)馈送路径中包括电感元件(42)，其中所述电阻元件包括一个在该反馈环路中配置为可变电阻器的反馈晶体管(45)以及一个偏压控制电路(46)。

Description

功率放大器
相关申请的交叉引用
本发明基于欧洲优先申请EP 04292850.7，在此引入其内容以供参考。
技术领域
本发明涉及一种用于放大电输入信号的功率放大器以及一种配备有这种功率放大器的支持多频带的前端(front-end)。
背景技术
功率放大器广泛地应用于电信行业中。诸如UMTS(通用移动通信系统)、WiMAX(微波接入全球互操作性)、高数据速率光纤传输系统或微波系统之类的电信应用需要能够以有效的方式放大诸如扩频信号之类的宽带信号的功率放大器。由于宽带功率放大器通常显示出与所用的频率范围相对应的增益变化，因此难以为应当由该功率放大器覆盖的多个频带提供相同的输出功率。
例如，将可变衰减器用于补偿与频率相对应的增益变化。
发明内容
本发明的目的通过一种用于放大电输入信号的功率放大器来实现，该功率放大器包括具有一个输入和一个输出的放大器晶体管级以及位于该放大器晶体管级的输出和输入之间的反馈环路，其中所述反馈环路在RF路径中包括电容器和电阻元件并在DC馈送路径中包括电感元件，并且其中所述电阻元件包括一个在该反馈环路中配置为可变电阻器的反馈晶体管以及一个偏压控制电路(RF＝射频；DC＝直流)。另外，本发明针对一种用于例如支持多频带/多标准的移动电话之类的发送基站或用户终端的支持多频带的前端，其包括一个或多个这种功率放大器。
由于在RF路径中还具有电容器并在DC馈送路径中具有电感元件的前述反馈环路在RF路径中采用了反馈晶体管，因此能够实现确定的增益和对放大器的稳定性控制。该增益和稳定性控制足以补偿与所用频率范围相对应的增益变化。将这种反馈环路用于在不同的频带上调节输出功率。本发明改善了宽带功率放大器(例如在前置放大器链中)的增益随频率而变化的特性并因此改善了例如UMTS基站或移动终端之类的支持多频带的前端的输出功率特性。另外，本发明使得在支持多频带的前端的放大链中可以省去可变衰减器或者迄今为止常规地采用的可变增益放大器级，并因此提供了关于增益变化问题的强大而廉价的解决方案。
本发明的另外的优点通过由从属权利要求示出的本发明的实施例来实现。
偏压控制电路以不同的输入电压对反馈晶体管进行偏置。于是，偏压控制电路使反馈环路适应于电输入信号的特定频带并因此使功率放大器适应于电输入信号的特定频带。
优选地，该功率放大器包括存储对应于电输入信号的不同频率范围的不同偏压的查找表(look-up table)。例如，查找表的值覆盖了1.8GHz到2.7GHz的频率范围。偏压控制电路访问该查找表并在反馈晶体管上施加与该查找表的各偏压值一致的偏压。
优选地，该偏压控制电路的输入用于接收表明电输入信号的频带的控制信号。该控制信号可以由该前端的从属控制单元生成。另外，该控制信号会受到在安装功率放大器期间设置的跳线或开关的影响。
根据本发明的另一实施例，偏压控制电路确定功率放大器的电输入信号的频带并通过所确定的这种数据从查找表中选择相应的偏压值。
根据本发明的另一实施例，偏压控制电路分析放大器晶体管级的输出信号并自动地调整偏压以获得预定的增益。
优选地，该放大器晶体管级包括一个或多个适用于放大高频电信号特别是频率大于1GHz的高频电信号的放大器晶体管。例如，该功率放大器晶体管级包括一个场效应晶体管或者两个或更多并行放置的这种晶体管。
优选地，该反馈环路的RF路径包括用于使该反馈环路适应于反馈晶体管和/或放大器晶体管级的特性的另一个电感元件。
附图说明
通过结合附图阅读对目前优选的示例性实施例的以下详细描述，将更好地理解本发明的这些以及其他的特征和优点，其中：
图1是根据本发明的功率放大器的框图；
图2是示出信号增益随频率的变化关系的示图；
图3是示出K因子随频率的变化关系的示图；
图4是示出输入反射随频率的变化关系的示图；
图5是示出输出反射随频率的变化关系的示图。
具体实施方式
图1示出了放大电输入信号51的宽带功率放大器，该功率放大器具有放大器晶体管级1、输入匹配网络2、输出匹配网络3和反馈环路4。
输入匹配网络2和输出匹配网络3是使功率放大器的输入/输出特性适应于该放大链的相邻组件的自适应网络。例如，该输入匹配网络在此包括两个传输线路21和22以及一个电容器23。例如，输出匹配网络3在此包括一个传输线路31。
放大器晶体管级1包括场效应晶体管11。场效应晶体管11的栅极与输入匹配网络2连接。场效应晶体管11的漏极与输出匹配网络3连接。另外，放大器晶体管级1可以包括两个或更多并行放置的场效应晶体管以改善可以由放大器晶体管级提供的RF输出功率。
另外，可以采用例如双极晶体管之类的其他类型的晶体管作为放大晶体管。
放大器晶体管级1具有输入52和输出53。反馈环路4位于该放大器晶体管级1的该输出53与该输入52之间。反馈环路4在RF路径中具有电容器41和反馈晶体管45。为了阻断来自RF路径的DC，将电感元件42用于DC馈送路径中。
电容器41的一端与放大器晶体管级1的输出53连接。电容器41的另一端与反馈晶体管45的漏极连接并与DC馈送路径中的电感元件42连接。反馈晶体管45的源极与放大器晶体管级1的输入52连接。电感元件42的另一端与电源电压43连接。反馈晶体管45的栅极与偏压控制电路46连接。
电容器41阻断了施加在反馈环路4上的DC电压。电感元件42阻断了来自DC馈线的RF信号。例如。该电感元件是与电容器耦合的λ/4传输线。
偏压控制电路46以不同的输入电压来对反馈晶体管45进行偏置。优选地，由偏压控制电路46施加的输入电压依赖于电输入信号51的频带。
例如，由图1示范的功率放大器是用于UMTS通信系统的微型BTS(节点B)的多频带功率放大器(BTS＝基站收发信机；UMTS＝通用移动通信系统)。该功率放大器覆盖了多个频带，例如从1.8GHz到2.0GHz以及从2.5GHz到2.7GHz的频带。
可以通过采用包含用于每个频率的栅极电压的查找表来调节反馈晶体管的合适的偏压或者通过分析放大器的输出信号来调整该偏压。
图2至图5示出了针对不同的偏压，信号增益、K因子、输入反射和输出反射随频率的变化关系。根据必须由该功率放大器覆盖的频带，偏压控制电路在反馈晶体管45的栅极处施加特定的偏压。
例如，查找表47存储了对应于不同频率范围的不同偏压值。
在初始化步骤中，为应当由该功率放大器覆盖的每个频率范围确定相应的偏压值。所选的偏压值依赖于可用于在各频带上进行操作的信号增益、K因子、输入反射和输出反射。例如，K因子必须具有大于1的值，而信号增益必须具有预设的最小值。输入匹配和输出匹配的质量还将受到反馈环路4的影响，因此当选择反馈晶体管的偏置范围时必须考虑输入反射和输出反射。然后，例如根据通过仿真计算或通过测量得到的图2至图5所示的示图来选择偏压值。
例如通过数/模转换器，偏压控制电路46将查找表47的数字偏压值转换为施加在反馈晶体管45的栅极的模拟偏压。
例如，偏压控制电路接收表明电输入信号51的频带的控制信号6。偏压控制电路46访问查找表47，选择与控制信号6中所表明的频带相联系的偏压值并在反馈晶体管45的栅极处施加对应于查找表47的所选偏压值的偏压。
根据本发明的另一实施例，例如通过带通滤波器组，偏压控制电路46确定电输入信号51的频带。
根据本发明的另一实施例，偏压控制电路经由另一反馈环路与放大器晶体管级1的输出53连接。通过该反馈环路，该偏压控制电路确定输出信号的信号电平并通过将输出53的平均信号电平设置在预定门限内的方式调节供给到反馈晶体管45的偏压。
可以将两个晶体管、放大晶体管11和反馈晶体管45集成在具有伸出封装外的四个连接引脚的单一芯片上。这四个连接引脚用于连接电容器41和电感元件42。以这种方式，设计者可以随意选择采用合适的DC阻断电容器。

Claims (9)

1.一种用于放大电输入信号的功率放大器，所述功率放大器包括具有一个输入和一个输出的放大器晶体管级以及位于所述放大器晶体管级的所述输出和所述输入之间的反馈环路，其中所述反馈环路在RF路径中包括电容器和电阻元件并在DC馈送路径中包括电感元件，其中所述电阻元件包括一个在所述反馈环路中配置为可变电阻器的反馈晶体管以及一个偏压控制电路，其中所述电容器的一端与所述放大器晶体管级的输出连接并且所述电容器的另一端与所述反馈晶体管连接并与所述电感元件连接，并且其中所述偏压控制电路适用于以不同的输入电压来对所述反馈晶体管进行偏置。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述功率放大器包括具有对应于所述电输入信号的不同频率范围的不同偏压值的查找表，并且所述偏压控制电路配置为访问所述查找表并在所述反馈晶体管上施加与所述查找表中的偏压值一致的偏压。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述偏压控制电路的输入用于接收表明所述电输入信号的频带的控制信号，并且所述偏压控制电路配置为根据所表明的频带来调节所述偏压。
4.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述偏压控制电路配置为确定所述电输入信号的频带。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述偏压控制电路配置为分析所述放大器晶体管级的输出信号并自动地调整偏压。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述放大器晶体管级包括一个或多个适用于放大高频电信号特别是频率大于1GHz的高频电信号的放大器晶体管。
7.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述反馈环路还在所述RF路径中包括另一个电感元件。
8.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述放大器晶体管级包括两个或更多并行放置的晶体管。
9.一种支持多频带的前端，其包括一个或多个用于放大电输入信号的功率放大器，所述功率放大器包括具有一个输入和一个输出的放大器晶体管级以及位于所述放大器晶体管级的所述输出和所述输入之间的反馈环路，其中所述反馈环路在RF路径中包括电容器和电阻元件并在DC馈送路径中包括电感元件，其中所述电阻元件包括在所述反馈环路中配置为可变电阻器的反馈晶体管以及偏压控制电路，其中所述电容器的一端与所述放大器晶体管级的输出连接并且所述电容器的另一端与所述反馈晶体管连接并与所述电感元件连接，并且其中所述偏压控制电路适用于以不同的输入电压来对所述反馈晶体管进行偏置。
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