CN211791447U

CN211791447U - 一种射频功率放大器的偏置电路及射频功率放大器

Info

Publication number: CN211791447U
Application number: CN202020621377.XU
Authority: CN
Inventors: 赖晓蕾; 倪建兴
Original assignee: Ruipan Microelectronics Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Ruipan Microelectronics Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-23

Abstract

本实用新型公开了一种射频功率放大器的偏置电路及射频功率放大器，该偏置电路包括第一偏置单元、第二偏置单元和RC反馈单元，所述第一偏置单元输出第一偏置电流，所述第二偏置单元输出第二偏置电流，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流分别耦合至射频功率放大器的基极；所述第二偏置电流还经所述RC反馈单元耦合至射频功率放大器的集电极。本实用新型提供的偏置电路利用第一偏置单元和第二偏置单元分别向功率放大器的基极提供偏置电路，降低了射频功率放大器的基极‑集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM‑AM失调，提升了线性度。本实用新型提供的偏置电路还包括RC反馈单元，通过RC反馈单元在改善射频功率放大器的AM‑AM失调，延缓功率放大器的增益压缩的同时，还提高了电路工作的稳定性。

Description

一种射频功率放大器的偏置电路及射频功率放大器

技术领域

本实用新型属于电子电器领域，尤其是涉及一种射频功率放大器的偏置电路及射频功率放大器。

背景技术

射频功率放大器是移动通信系统的重要组成部分，作为发射通道最后的放大单元，其作用是将小功率的射频信号进行放大后送往天线发射。随着无线通信技术的发展，各种用于射频功率放大器的线性化技术被进一步研究和应用。射频功率放大器的设计指标通常包括输出功率（Pout）、效率（PAE）、增益（gain）、带宽以及线性度（linearity）等。对于采用线性调制技术的移动通信系统来说，对射频功率放大器的线性度和稳定性提出了更高的要求，射频功率放大器的任何非线性和不稳定性都容易产生不希望的频率分量，这会严重影响移动通信系统的性能。

目前，获中华人民共和国实用新型专利权的一种改善功率放大器线性度的电路（公开号：CN103715997A，公开日：2014.04.09），该实用新型专利公开了一种射频功率放大器，其中在电流源和功率晶体管的输入端之间增加一个二极管，通过调节该二极管的工作状态，使得射频输入信号产生与功率放大器相反的失真特性，以此达到线性化的目的。同时随着输入功率增加，该二极管正向反向各占一半周期（正向状态电容效应很弱），所以电阻给线性度起到补偿作用。然而，该方案在给线性度起到补偿作用的同时未考虑到射频功率放大的电路稳定性要求，从而导致射频功率放大的性能不够稳定。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型在此的目的在于提供一种在改善射频功率放大器的AM-AM失调，延缓功率放大器的增益压缩的同时，还提高了电路工作的稳定性的射频功率放大器的偏置电路。

为实现本实用新型的目的，在此提供的射频功率放大器的偏置电路包括第一偏置单元、第二偏置单元和RC反馈单元，所述第一偏置单元输出第一偏置电流，所述第二偏置单元输出第二偏置电流，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流分别耦合至射频功率放大器的基极；所述第二偏置电流还经所述RC反馈单元耦合至射频功率放大器的集电极。

进一步地，本实用新型提供的偏置电路中所述第二偏置电流经阻抗单元耦合至射频功率放大器的基极，所述阻抗单元的阻抗可调。

进一步地，所述阻抗单元包括可调电阻R2。

进一步地，所述射频功率放大器的偏置电路还包括第一分压单元，所述第一分压单元的一端与第一供电电源的输出端和所述第一偏置单元的基极连接，所述第一分压单元的另一端接地。

进一步地，所述第一分压单元包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的阳极接所述第一供电电源的输出端和所述第一偏置单元的基极，所述第一二极管D1的阴极接所述第二二极管D2的阳极；所述第二二极管D2的阴极接地。

进一步地，所述射频功率放大器的偏置电路还包括第二分压单元，所述第二分压单元的一端与第二供电电源的输出端和所述第二偏置单元的基极连接，所述第二分压单元的另一端接地。

进一步地，所述第二分压单元包括第三二极管D3和第四二极管D4，所述第三二极管D3的阳极接所述第二供电电源的输出端和所述第二偏置单元的基极，所述第三二极管D3的阴极接所述第四二极管D4的阳极；所述第四二极管D4的阴极接地。

进一步地，所述RC反馈单元包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1为可调电阻。

本实用新型还提供一种射频功率放大器，包括功率晶体管和为所述功率晶体管提供偏置电流的偏置电路，所述偏置电路为上述偏置电路。

进一步地，射频功率放大器还包括输入匹配电路、中间匹配网络、输出级功率晶体管和/或输出匹配网络。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的偏置电路利用第一偏置单元和第二偏置单元分别向功率放大器的基极提供偏置电路，降低了射频功率放大器的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，提升了线性度。本实用新型提供的偏置电路还包括RC反馈单元，通过RC反馈单元在改善射频功率放大器的AM-AM失调，延缓功率放大器的增益压缩的同时，还提高了电路工作的稳定性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。在附图中：

图1为本实用新型提供的偏置电路的电路结构图；

图2为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之一；

图3为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之二；

图4为本实用新型提供的输入匹配网络的电路图之三；

图5为本实用新型提供的中间匹配网络的电路图之一；

图6为本实用新型提供的中间匹配网络的电路图之二；

图7为本实用新型提供的中间匹配网络的电路图之三；

图8为本实用新型提供的中间匹配网络的电路图之四；

图9为本实用新型提供的输出匹配网络的电路图之一；

附图中：1-第一偏置单元，2-第二偏置单元，3-RC反馈单元，4-阻抗单元，5-第一分压单元，6-第二分压单元，7-输入匹配网络，8-中间匹配网络，9-输出匹配网络。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本实用新型提供的偏置电路包括了第一偏置单元1、第二偏置单元2和RC反馈单元3，第一偏置单元1输出第一偏置电流，第二偏置单元2输出第二偏置电流，第一偏置电流和第二偏置电流分别耦合至射频功率放大器的基极；第二偏置电流还经RC反馈单元耦合至射频功率放大器的集电极。

本文中第一偏置单元1包括第一偏置晶体管HBT1，第二偏置单元2包括第二偏置晶体管HBT2。如图1所示，第一偏置晶体管HBT1和第二偏置晶体管HBT2的发射极输出的第一偏置电流、第二偏置电流加载于射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的基极，作为基极的偏置电流；第二偏置晶体管HBT2发射极输出的第二偏置电流还经RC反馈单元3加载于射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的集电极，使RC反馈单元3在射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的基极和集电极之间形成反馈。

其中，RC反馈单元3包括电阻R1和电容C1，电阻R1和电容C1串联。电容C1存在不能流过直流电流，电阻R1和电容C1都对电流存在阻碍作用，其总阻抗由电阻和容抗确定，总阻抗随频率变化而变化。反馈电容C1容量一般比较小，对高频信号呈现低阻,所以高频时反馈量大,增益降低，从而使射频功率放大器在某个频率开始放大能力就开始下降。

在此，电阻R1采用可调电阻，通过调节电阻R1实现稳定作用，故电阻R1也称为稳定电阻。

现有技术中，射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的集电极和第二偏置晶体管HBT2的发射极之间未设置RC反馈单元，第一偏置晶体管HBT1的发射极和第二偏置晶体管HBT2的发射极向射频功率放大器（第一功率晶体管）的基极提供偏置电流；从而降低了第一功率晶体管的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，提升了线性度。在本文提供的偏置电路中，通过在第一功率晶体管Q1的集电极和第二偏置晶体管HBT2的发射极之间设置RC反馈单元，在改善射频功率放大器的AM-AM失调，延缓功率放大器的增益压缩的同时，还提高了电路工作的稳定性。

在此，第二偏置单元2输出的第二偏置电流经阻抗单元4耦合至射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的基极，阻抗单元4的阻抗可调。本文中阻抗单元4包括电阻R2，该电阻R2可以采用可调电阻；电阻R2的作用为用于调节第二偏置单元2提供给射频功率放大器的第一功率晶体管Q1的基极电流，电阻R2的电阻阻值可以很小，甚至可以为零。

本文中第一偏置单元1的供电电源可以直接加载于第一偏置单元1，也可以经第一分压单元5分压后加载于第一偏置单元1。如图1所示，第一分压单元的一端与第一供电电源的输出端和第一偏置单元的基极连接，第一分压单元的另一端接地。

本文提供的第一分压单元包括第一二极管D1和第二二极管D2；如图1所示，第一二极管D1的阳极接第一供电电源的输出端和第一偏置单元的基极，第一二极管D1的阴极接第二二极管D2的阳极；第二二极管D2的阴极接地。

同样，本文中第二偏置单元2的供电电源可以直接加载于第二偏置单元2，也可以经第二分压单元6分压后加载于第二偏置单元2。如图1所示，第二分压单元的一端与第二供电电源的输出端和第二偏置单元的基极连接，第二分压单元的另一端接地。

本文提供的第二分压单元包括第三二极管D3和第四二极管D4，第三二极管D3的阳极接第二供电电源的输出端和第二偏置单元的基极，第三二极管D3的阴极接第四二极管D4的阳极；第四二极管D4的阴极接地。

在此，第一偏置单元1的供电电源和第二偏置单元2的供电电源分别采用第一电流源S1和第二电流源S2，当然也可以采用一个电流源同时为第一偏置单元1和第二偏置单元2进行供电。

本文提供的偏置电路既可以用于对射频功率放大器的第一功率晶体管Q1提供偏置电流，也可以用于对其它的功率放大器的第一功率晶体管Q1提供偏置电流。本文中记载的“第一功率晶体管Q1”指功率放大器中的第一级晶体管。

本文提供的偏置电路可以单独使用为任何功率放大器的第一功率晶体管Q1提供偏置电流，也可以构成任何功率放大器。

如图1所示，本实用新型还提供一种射频功率放大器，包括功率晶体管和为所述功率晶体管提供偏置电流的偏置电路。偏置电路为本文提供的偏置电路。偏置电路作为射频功率放大器的一部分构成射频功率放大器，其为第一功率晶体管Q1提供偏置电流。

该射频功率放大器还包括对输入的射频信号进行输入匹配的输入匹配网络7，通过输入匹配网络7将输入的射频信号耦合至第一功率晶体管Q1的基极。该射频功率放大器还可以包括输出级晶体管Q2，为了保证第一功率晶体管Q1和输出级晶体管Q2之间的耦合，在第一功率晶体管Q1和输出级晶体管Q2之间串联有中间匹配网络8。

在此，为了保证射频功率放大器输出的信号能够有效稳定地耦合至负载，该射频功率放大器还包括输出匹配网络9。通过输出匹配网络9经第一功率晶体管Q1放大后的射频信号进行输出匹配，将实际负载阻抗值变换到优化负载阻抗值，以实现较佳的输出功率。

本文中输入匹配网络7包括电容C2和电感L1，或者包括电容C2、电容C3和电感L1，或者电容C2、电容C3、电感L1和电感L2。如图2所示，电感L1串联与电容C2的第一极板和地之间，电容C2的第一极板为输入端，用于输入信号加载，电容C2的第二极板为输出端，接第一功率晶体管Q1的基极。如图3所示，电容C2的第一极板为输入端，用于输入信号加载，电容C2的第二极板接电容C3的第一极板，电容C3的第二极板为输出端，接第一功率晶体管Q1的基极；电感L1串联于电容C2的第二极板和地之间。如图4所示，电感L1的一端为输入端，用于输入信号加载，另一端接电感L2的一端，电感L2的另一端为输出端，接第一功率晶体管Q1的基极；电容C2串联于电感L1与电感L2相连接的一端和地之间，电容C3串联于电感L2作为输出端的一端和地之间。

本文中中间匹配网络8包括包括电阻R3、电容C4和电感L3，电阻R3，电容C4和电感L3，或者电容C4。如图5所示，电阻R3串联于第一功率晶体管Q1的集电极和地之间，电容C5和电感L4串联，并并联于电阻R3两端。如图6所示，电阻R3串联于第一功率晶体管Q1的集电极和地之间。如图7所示，电容C4和电感L3串联于第一功率晶体管Q1的集电极和地之间。如图8所示，电容C4串联于第一功率晶体管Q1的集电极和地之间。

本文中输出匹配网络9包括电感L4、电感L5和电容C5，电路结构如图9所示。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims

1.一种射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：该偏置电路包括第一偏置单元、第二偏置单元和RC反馈单元，所述第一偏置单元输出第一偏置电流，所述第二偏置单元输出第二偏置电流，所述第一偏置电流和所述第二偏置电流分别耦合至射频功率放大器的基极；所述第二偏置电流还经所述RC反馈单元耦合至射频功率放大器的集电极。

2.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：所述第二偏置电流经阻抗单元耦合至射频功率放大器的基极，所述阻抗单元的阻抗可调。

3.根据权利要求2所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：所述阻抗单元包括可调电阻R2。

4.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：还包括第一分压单元，所述第一分压单元的一端与第一供电电源的输出端和所述第一偏置单元的基极连接，所述第一分压单元的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：所述第一分压单元包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的阳极接所述第一供电电源的输出端和所述第一偏置单元的基极，所述第一二极管D1的阴极接所述第二二极管D2的阳极；所述第二二极管D2的阴极接地。

6.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：还包括第二分压单元，所述第二分压单元的一端与第二供电电源的输出端和所述第二偏置单元的基极连接，所述第二分压单元的另一端接地。

7.根据权利要求6所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：所述第二分压单元包括第三二极管D3和第四二极管D4，所述第三二极管D3的阳极接所述第二供电电源的输出端和所述第二偏置单元的基极，所述第三二极管D3的阴极接所述第四二极管D4的阳极；所述第四二极管D4的阴极接地。

8.根据权利要求1所述的射频功率放大器的偏置电路，其特征在于：所述RC反馈单元包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1为可调电阻。

9.一种射频功率放大器，其特征在于：包括功率晶体管和为所述功率晶体管提供偏置电流的偏置电路，所述偏置电路为权利要求1-8任意一项所述的偏置电路。

10.根据权利要求9所述的射频功率放大器，其特征在于：还包括输入匹配电路、中间匹配网络、输出级功率晶体管和/或输出匹配网络。