CN201726363U - 提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，所述功率放大器为由共射极晶体管与共基极晶体管串叠构成的Cascode结构，从所述共射极晶体管的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号的第一二次谐波谐振网络；从所述共基极晶体管的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号输出的第二二次谐波谐振网络；从所述共基极晶体管的集电极到输出端口之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波谐振网络。本实用新型采用谐振网络对基波、二次谐波、三次谐波分别处理，达到使基波顺利通过，二次谐波短路到地，阻隔三次谐波使其与基波叠加的目的，提高了功放的线性度和功率附加效率。

Description

提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路

技术领域

本实用新型涉及一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路。

背景技术

功率放大器是通信系统中非线性最强的器件之一，其非线性失真将导致无线通信系统频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率，降低系统的数据率而使系统的容量减小，增大系统信道频率间距而使系统的频谱利用率下降。另外，对于整个系统来说，功率放大器本身具有很大的功耗，占到了系统功耗的60％以上，减小功率放大器的功耗对于延长系统使用时间、降低电源消耗、减小系统体积重量等起着关键性作用。因此，设计高线性度和高效率的功率放大器成为目前功放设计的主要趋势。

目前，常用的线性化技术有功率回退、负反馈、前馈等。功率回退法虽然实现简单，不需要增加任何的设备，但是以降低功放的效率为代价来换取线性度，在输出功率以及效率要求较高的功放系统中，该方法不太适合。负反馈法受反馈网络延迟的限制，带宽有限，不适合宽频带放大，而且相位难以控制，容易产生正反馈而引起不稳定。前馈法对电路元件的转移特性要求比较严格，在校正过程中必须精准地控制幅度和相位，需要辅助放大器，使电路结构变复杂，成本提高。提高功率附加效率可用的方法有LINC(使用非线性元件的线性放大)、EE&R(包络消除与恢复)、Doherty等。LINC对两条路径上的增益和相位差异十分敏感，增益和相位的任何匹配误差都会导致失真信号的不完全消除，严重影响系统的线性度。增益和相位的匹配困难使得LINC至今仍很少应用。EE&R的缺点是调制的精度和性能随时间和温度的变化而变化，调制器的AM(幅度调制)、PM(相位调制)等因素将影响放大器的失真输出产物，会产生附加的高阶产物。Doherty功放虽然具有很高的效率，但其线性度较差。

发明内容

本实用新型目的是：提供一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，其对谐波分量实行短路或断路的处理，提高了功率放大器的线性度和功率附加效率，并且电路结构简单、易于实现。

本实用新型的技术方案是：一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，所述功率放大器为由共射极晶体管与共基极晶体管串叠构成的Cascode结构，从所述共射极晶体管的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号的第一二次谐波谐振网络；从所述共基极晶体管的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号输出的第二二次谐波谐振网络；从所述共基极晶体管的集电极到输出端口之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波谐振网络。所述第一和第二二次谐波谐振网络谐振于二次谐波频率，把二次谐波信号短路到地，提高了功率放大器的线性度。所述三次谐波谐振网络谐振于三次谐波，把三次谐波信号反射回共基极晶体管的集电极，使反射回来的三次谐波信号与基波信号叠加，形成近似方波的波形，增大了导通角，以此提高功放的功率附加效率。

进一步的，在上述电路结构中，所述第一二次谐波谐振网络包括第一电感、第一电容、第二电感以及第二电容，所述第一电感和第一电容从共射极晶体管的集电极到地之间串联构成第一二次谐波串联谐振网络，所述第二电感和第二电容相互串联后与所述第一二次谐波串联谐振网络并联。所述第一电感和第一电容串联谐振于二次谐波频率；所述第一电感、第二电容、第二电容和第二电感并联谐振于基波频率，第二电容为隔直电容。

进一步的，在上述电路结构中，所述第二二次谐波谐振网络包括从共基极晶体管的集电极到地之间串联的第三电容和第三电感。所述第三电容和第三电感串联谐振于二次谐波频率。

进一步的，在上述电路结构中，所述三次谐波谐振网络包括从共基极晶体管的集电极到功率放大器的输出端口之间并联的第四电容和第四电感。所述第四电容和第四电感并联谐振于三次谐波频率。

本实用新型的优点是：

1.本实用新型在Cascode电路结构的共射极晶体管的集电极连接第一二次谐波谐振网络，将经共射极晶体管放大产生的二次谐波短路到地，提高了功率放大器的线性度。

2.本实用新型在Cascode电路结构共基极晶体管的集电极连接有第二二次谐波谐振网络，将经共基极晶体管放大产生的二次谐波短路到地，进一步提高了功率放大器的线性度。

3.本实用新型在Cascode电路结构共基极晶体管的集电极与输出端之间还连接有三次谐波谐振网络，把三次谐波信号反射回共基极晶体管的集电极，使反射回来的三次谐波信号与基波信号叠加，形成近似方波的波形，增大了导通角，以此提高功放的功率附加效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为普通Cascode结构功率放大器的电路原理图；

图2为本实用新型具体实施例的电路原理图。

其中：1第一二次谐波谐振网络；11第一二次谐波串联谐振网络；2第二二次谐波谐振网络；3三次谐波谐振网络；4输入匹配网络；5输出匹配网络；C1第一电容；C2第二电容；C3第三电容；C4第四电容；L1第一电感；L2第二电感；L3第三电感；L4第四电感；Q1共射极晶体管；Q2共基极晶体管。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，普通的Cascode结构功率放大器包括一个共射极晶体管Q1和一个共基极晶体管Q2，其中功率放大器的输入端口IN经过输入匹配网络4连接到共射极晶体管Q1的基极，所述共射极晶体管Q1的集电极连接到所述共基极晶体管Q2的发射极，偏置电源VCC连接到共基极晶体管Q2的集电极，所述共基极晶体管Q2的集电极还经过输出匹配网络5连接到功率放大器的输出端口OUT。

如图2所示，本实用新型的一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，在原有的普通Cascode结构基础上，从所述共射极晶体管Q1的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号的第一二次谐波谐振网络1；从所述共基极晶体管Q2的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号输出的第二二次谐波谐振网络2；从所述共基极晶体管Q2的集电极到输出端口之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波谐振网络3。

所述第一二次谐波谐振网络1包括第一电感L1、第一电容C1、第二电感L2以及第二电容C2，所述第一电感L1和第一电容C1从共射极晶体管Q1的集电极到地之间串联构成第一二次谐波串联谐振网络11，所述第二电感L2和第二电容C2相互串联后与所述第一二次谐波串联谐振网络11并联。

所述第二二次谐波谐振网络2包括从共基极晶体管Q2的集电极到地之间串联的第三电容C3和第三电感L3。

所述三次谐波谐振网络3包括从共基极晶体管Q2的集电极到功率放大器的输出端口之间并联的第四电容C4和第四电感L4。

信号从输入端口IN进入，经输入匹配网络4阻抗转换后由共射极晶体管Q1放大。随着输入信号的增大，共射极晶体管Q1工作在非线性状态，共射极晶体管Q1集电极的输出信号具有丰富的谐波分量，使信号发生较大的失真。在这些谐波分量中二次谐波所占的比重最大。为提高线性度，需滤除二次谐波分量，但同时得保证基波信号不受太大影响。为解决这个问题，本实用新型设置了第一二次谐波谐振网络1。其中，第一电感L1与第一电容C1串联谐振于二次谐波频率，把二次谐波信号短路到地，抑制了二次谐波引起的非线性；第二电容C2、第二电感L2与第一电感L1、第一电容C1并联谐振于基波频率，相对于基波而言，第一二次谐波谐振网络1的阻抗值接近无穷大，使大部分基波信号进入共基极晶体管Q2，只有极少量基波信号消耗在第一二次谐波谐振网络1中。从共射极晶体管Q1进入共基极晶体管Q2的信号经放大后，在其集电极也输出具有丰富谐波分量的信号。为使输出信号具有较好的线性度，本实用新型在共射极晶体管Q2的集电极并联第二二次谐波谐振网络2，使第三电感L3和第三电容C3串联谐振于二次谐波频率，把二次谐波信号短路到地，抑制了二次谐波引起的非线性，大大提高了线性度。同时，本实用新型在共射极晶体管Q2集电极与输出匹配网络5之间串联三次谐波谐振网络3，使第四电感L4和第四电容C4并联谐振于三次谐波频率。对于三次谐波而言，三次谐波谐振网络3的阻抗值接近无穷大，极大部分三次谐波信号无法通过三次谐波谐振网络3到达输出端，被反射回共射极晶体管Q2的集电极。相对于基波和三次谐波而言，第二二次谐波谐振网络2的阻抗值不为0，所以基波信号和三次谐波信号不会被短路到地，两者在共射极晶体管Q2的集电极叠加在一起，组合成为近似方波形状的波形，很大地提高了功放的效率。同理，三次谐波谐振网络3工作在基波时，阻抗不为无穷大，使基波信号顺利通过。最后，信号经输出匹配网络阻抗转换后，输出近似正弦波的波形。

综上，本实用新型采用谐振网络1、2、3对基波、二次谐波、三次谐波分别处理，达到使基波顺利通过，二次谐波短路到地，阻隔三次谐波使其与基波叠加的目的，提高了功放的线性度和功率附加效率。

Claims (4)

1.一种提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，所述功率放大器为由共射极晶体管(Q1)与共基极晶体管(Q2)串叠构成的Cascode结构，其特征在于：从所述共射极晶体管(Q1)的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号的第一二次谐波谐振网络(1)；从所述共基极晶体管(Q2)的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号输出的第二二次谐波谐振网络(2)；从所述共基极晶体管(Q2)的集电极到输出端口之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波谐振网络(3)。

2.根据权利要求1所述的提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，其特征在于：所述第一二次谐波谐振网络(1)包括第一电感(L1)、第一电容(C1)、第二电感(L2)以及第二电容(C2)，所述第一电感(L1)和第一电容(C1)从共射极晶体管(Q1)的集电极到地之间串联构成第一二次谐波串联谐振网络(11)，所述第二电感(L2)和第二电容(C2)相互串联后与所述第一二次谐波串联谐振网络(11)并联。

3.根据权利要求1所述的提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，其特征在于：所述第二二次谐波谐振网络(2)包括从共基极晶体管(Q2)的集电极到地之间串联的第三电容(C3)和第三电感(L3)。

4.根据权利要求1所述的提高功率放大器线性度和功率附加效率的电路，其特征在于：所述三次谐波谐振网络(3)包括从共基极晶体管(Q2)的集电极到功率放大器的输出端口之间并联的第四电容(C4)和第四电感(L4)。

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