專利名稱：帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器的制作方法
技術領域：
本發明屬通信技術領域，具體而言，涉及一種帶有自適應線性化偏置電路的射頻 功率放大器。
背景技術：
從2. 5G開始，在移動電話的設計中就面臨功率放大器的線性度和效率的問題， 幅度調制的存在，使得功率放大器不可能總是處于最大線性功率輸出的狀態，必須處于功 率回退狀態，也就是功率放大器不會工作在高效率狀態。同時隨著第四代移動通信系統 IMT-Advanced的發展，高速率的數據傳輸使得調制方案變得更為復雜，從而導致調制后的 射頻信號具有極高的峰均功率比，為了不失真的傳輸較高高峰均功率比的信號，功率放大 器除了要滿足平均功率輸出下的發射要求，還必須要保證在此功率輸出基礎上的PAI^R個 dB的線性輸出，這樣，才能保證峰值信號無失真地傳輸。同時，功率放大器作為一個功率器 件，隨著輸出功率的增加，其非線性會顯著增加，當具有一定帶寬的調制信號通過功率放大 器后，會產生交調分量，造成頻譜擴展，對鄰道信號形成干擾，直接影響到接收系統的誤碼 率，惡化通信系統的性能。因此發展線性高效率的高性能功率放大器對于現代無線通信系 統至關重要。偏置電路的設計對于功率放大器的線性度與效率的提升至關重要。最基本的偏置 電路是采用簡單的電阻分壓電路，如圖2所示，但是隨著輸入信號功率的增加，基極-射極 二極管的整流效應會使得偏置電壓隨輸入功率的增加而急劇下降，如圖4所示，從而使得 功率放大器的線性度和效率急劇惡化。在傳統的線性化偏置電路中，如圖3所示，通過電容 Cb與管子HBT2的作用可以鉗制住偏置電壓，使得偏置電壓可以隨著輸入功率的增加保持 一個比較穩定的電壓值，如圖4所示。從功率放大器的偏置狀態的角度來說，如圖5所示， 功率放大器只有處于AB類偏置狀態時，才會得到一個線性度和效率的最優化狀態，然而對 于傳統的線性化偏置電路來說，在固定的偏置電壓的偏置下，輸入信號功率的增加就會使 得功率放大器的偏置狀態慢慢由AB類滑向C類，最終導致線性度和效率的惡化。
發明內容
本發明旨在克服現有技術的不足之處而提供一種可以明顯提升功率放大器的線 性度及效率的帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器。為達到上述目的，本發明是這樣實現的帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器，它包括自適應線性化偏置電路部 分及與其相接的射頻放大器單元電路；所述自適應線性化偏置電路部分包括線性化偏置電 路及自適應電路部分；所述線性化偏置電路中偏置異質結雙極型晶體管的發射極與射頻放 大器單元電路放大異質結雙極型晶體管的基極相接；所述自適應電路部分含有自適應電 容，部分輸入信號經自適應電容耦合到偏置異質結雙極型晶體管的發射極；所述自適應電 容與線性化偏置電路中的隔直電容并接。
作為一種優選方案，本發明所述自適應電路部分還設有第一微帶線；所述第一微 帶線與隔直電容串接。作為另一種優選方案，本發明所述自適應電路部分還設有第二微帶線；所述第 二微帶線一端接放大異質結雙極型晶體管的基極，其另一端接偏置異質結雙極型晶體管的 發射極。本發明包括自適應線性化偏置電路和射頻功率放大器單元部分。通過傳統的線性 化偏置電路的基礎上添加了一個耦合電容以及兩段微帶線，自適應線性化偏置電路會使射 頻功率放大器單元的偏置電流隨著輸入功率的升高而適當地增大，最終使得功率放大器單 元隨著輸入功率的增大而處于一個相對比較穩定的導通角狀態，從而達到一個線性度和效 率的最優化狀態。通過本發明的上述技術方案，提供一種射頻功率放大器的自適應線性化偏置電路 結構，可以明顯地提升功率放大器的線性度及效率。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。圖1為本發明實施例的射頻功率放大器自適應線性化偏置電路的總體框圖；圖2為基本的電阻分壓偏置電路；圖3是常見的線性化偏置電路；圖4是采用基本的電阻分壓偏置電路與采用常見的線性化偏置電路的基極偏置 電壓隨輸入功率的變化曲線；圖5是放大器輸出的諧波狀態與導通角的關系；圖6是采用本發明所提出的自適應線性化偏置電路與采用常見的線性化偏置電 路的基極偏置電壓隨輸入功率的變化曲線；圖7是采用本發明所提出的自適應線性化偏置電路與采用常見的線性化偏置電 路的集電極偏置電流隨輸入功率的變化曲線；圖8是采用本發明所提出的自適應線性化偏置電路與采用常見的線性化偏置電 路的功率增益隨輸入功率的變化曲線；圖9是采用本發明所提出的自適應線性化偏置電路與采用常見的線性化偏置電 路的功率附加效率隨輸入功率的變化曲線；圖10是基極偏置電壓隨電容Cadaptire大小的變化；圖11是功率增益隨電容Cadqptire大小的變化；圖12是功率附加效率隨電容Cadalttire大小的變化。
具體實施例方式在本發明實施例中，提供了一種帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器的 實現方案，在該實現方案中，利用自適應偏置電路使得功率放大器的偏置電壓隨著輸入功 率的增加而相應地升高，從而使得功率放大器處于一個比較恒定的導通角狀態，最終達到 一個線性度和效率的最優化狀態。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。本發明所提供的自適應線性化偏置電路結構主要應用于無線通信系統中的前端 發射機中，輔助射頻功率放大器將經過上變頻后的信號無失真地放大，傳送給天線發射出 去。如圖1所示，本發明實施例的電路結構包括自適應線性化偏置電路部分101和射 頻放大器單元電路102兩部分。其中自適應線性化偏置電路101由常用的線性化偏置電路 (如圖3所示)與自適應電路部分103構成。自適應電路部分103由自適應電容Cadaptive以 及兩端微帶線MLinl和MLin2構成。微帶線MLinl和MLin2會對經過的信號產生一定的 相位延遲，這樣，一小部分輸入信號通過自適應電容Cadaptire耦合到管子HBT2的發射極，在 這里與經過了微帶線MLinl、耦合電容Q和MLin2的相位延遲之后信號相疊加，增大異質 結雙極型晶體管HBT2的整流電流，從而增加功率放大器單元102的偏置電壓。這樣，隨著 輸入信號功率的增大，從自適應電容Cadaptire耦合到異質結雙極型晶體管HBT2的信號功率 也會隨著增大，從而使得功率放大器單元102的偏置電壓也隨會隨著輸入信號的增加而增 大，這樣，就可以使得功率放大器單元101隨著輸入功率的增加而保持一個相對恒定的導 通角。從圖5中功率放大器輸出的諧波與導通角狀態關系可以看出來，當導通角處于深AB 類狀態時，功率放大器的線性度和效率就會處于一個最優化的狀態。因此，調節自適應電容 CadaptiV6可以使得功率放大器的導通角處于一個最優化的偏置狀態，最終可以使功率放大器 獲得一個優化的線性度和效率狀態。現詳細比較本發明實施例的自適應線性化偏置電路與圖3中的常用的線性化偏 置電路。與常見的線性偏置電路相比，當輸入功率增加的時候，使用新結構的自適應偏置電 路的功率放大器單元的偏置電壓會隨著輸入功率的增加而增大，從而使得功率放大器處于 一個比較穩定的導通角狀態，如圖6所示，同時集電極的直流電流會隨著功率的增加而動 態的增大，如圖7所示。穩定的導通角狀態可以使得功率放大器在輸入信號大范圍變化時 能夠維持一個比較穩定的功率增益，不會提前發生增益壓縮，提供了良好的線性度，如圖8 所示。與傳統的線性化偏置結構相比，采用自適應偏置結構的放大器由于相對穩定的功率 增益會在同等功率輸入條件下，獲得相對比較高的功率附加效率。如圖9所示。自適應電容Cadaptire主要決定了耦合的信號功率的大小，可以調節功率放大器所 處的導通角狀態。自適應電容CadaptiV6的選擇可以通過電容值的大小的掃描，通過比較功率 放大器的功率增益、功率附加效率來確定。如圖10、11、12所示。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各單元、結構或組成部分可以 用成一體地元件或構件實現，也可以分別由單個的元件或構件實現。本發明對此不作限制。 放大器的級數可以根據實際需要而定，也可以選用多級的線性化補償結構，在此不限于上 述，只要能完成本發明的目的即可。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器，包括自適應線性化偏置電路部分(101)及與其相接的射頻放大器單元電路(102)；所述自適應線性化偏置電路部分(101)包括線性化偏置電路及自適應電路部分(103)；所述線性化偏置電路中偏置異質結雙極型晶體管(HBT2)的發射極與射頻放大器單元電路(102)放大異質結雙極型晶體管(HBT1)的基極相接；所述自適應電路部分(103)含有自適應電容(Cadaptive)，部分輸入信號經自適應電容(Cadaptive)耦合到偏置異質結雙極型晶體管(HBT2)的發射極；所述自適應電容(Cadaptive)與線性化偏置電路中的隔直電容(C1)并接。
2.根據權利要求1所述的帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器，其特征在 于所述自適應電路部分(103)還設有第一微帶線(MLinl)；所述第一微帶線(MLinl)與隔 直電容(C1)串接。
3.根據權利要求1或2所述的帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器，其特 征在于所述自適應電路部分(103)還設有第二微帶線(MLin2)；所述第二微帶線(MLin2) 一端接放大異質結雙極型晶體管(HBTl)的基極，其另一端接偏置異質結雙極型晶體管 (HBT2)的發射極。
全文摘要
本發明屬通信技術領域，具體而言，涉及一種帶有自適應線性化偏置電路的射頻功率放大器，它包括自適應線性化偏置電路部分(101)及與其相接的射頻放大器單元電路(102)；所述自適應線性化偏置電路部分(101)包括線性化偏置電路及自適應電路部分(103)；所述線性化偏置電路中偏置異質結雙極型晶體管(HBT2)的發射極與射頻放大器單元電路(102)放大異質結雙極型晶體管(HBT1)的基極相接；所述自適應電路部分(103)含有自適應電容(Cadaptive)；所述自適應電容(Cadaptive)與線性化偏置電路中的隔直電容(C1)并接。本發明可以明顯提升功率放大器的線性度及效率。
文檔編號H03F3/20GK101924522SQ20101027470
公開日2010年12月22日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者張健, 張宗楠, 張海英, 陳立強 申請人:沈陽中科微電子有限公司