專利名稱：提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
功率放大器是無(wú)線通信系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的組件，其線性度和效率一直是被關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(如WCDMA，CDMA2000)的發(fā)展，線性調(diào)制技術(shù)越來(lái)越被廣 泛采用。功率放大器的線性度對(duì)于通信系統(tǒng)能否不失真地傳輸放大數(shù)據(jù)信號(hào)起著至關(guān)重要 的作用。功率放大器的線性度越好則經(jīng)過(guò)放大器放大的信號(hào)波形越不容易產(chǎn)生畸變與失 真，從而使輸入數(shù)據(jù)信號(hào)得到理想地放大并輸出。另外，功率放大器的效率也是另一個(gè)研究 的重點(diǎn)。功率放大器的耗能約占由其組成的無(wú)線通信發(fā)射系統(tǒng)耗能的1/3，提高其效率對(duì)于 提高整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的效率具有重要作用。對(duì)于基站、雷達(dá)這類大功率無(wú)線通信發(fā)射系統(tǒng)來(lái) 講，提高效率可以減小其損耗的功率，提高發(fā)射系統(tǒng)對(duì)能源的利用率；而對(duì)手機(jī)等利用電池 或者蓄電池供電的發(fā)射系統(tǒng)來(lái)講，提高效率可以使這些設(shè)備工作時(shí)間更長(zhǎng)?？紤]到效率及 線性度對(duì)功率放大器的重要性，目前，如何使功率放大器在滿足高線性度要求的情況下?lián)?有較高的效率成為研究的重點(diǎn)。目前提高功率放大器線性度主要的幾種方法包括前饋技術(shù)、反饋技術(shù)以及包絡(luò)消 除與恢復(fù)技術(shù)等。前饋及反饋技術(shù)雖能有效提高功率放大器的線性度，但其會(huì)極大地降低 功率放大器的功率附加效率(PAE)。包絡(luò)消除與恢復(fù)技術(shù)雖然能在改善功率放大器線性度 的同時(shí)，不影響功率放大器的效率，但該技術(shù)所采用的電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不利用對(duì)電路的 設(shè)計(jì)，且使電路制造的成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，使 得在不增大功率放大器靜態(tài)功耗的情況下，既增強(qiáng)了功率放大器的諧波抑制，又顯著提高 了功率放大器的線性度與功率附加效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)， 所述功率放大器設(shè)有輸入晶體管及輸出晶體管，它們串疊在一起構(gòu)成Cascode結(jié)構(gòu)，所述 輸出晶體管的集電極與地之間連接有抑制二次諧波信號(hào)輸出的二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，所 述輸出晶體管的集電極與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間連接有將三次諧波信號(hào)反射回集電極的三次 諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。利用諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行控制，從而抑制諧波信號(hào)輸出，提高功率 放大器的線性度與功率附加效率。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述二 次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接于所述輸出晶體管的集電極和地之間的第四電容和第 二電感；即二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接輸出晶體管的集電極、輸出端接地，它將集 電極輸出的二次諧波信號(hào)短路到地。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)連接于所述輸出晶體管的集電極和功率放大器的輸出端口 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之前的第五電容和第三電感；即三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端連接輸出晶 體管的集電極、輸出端連接功放電路的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，它對(duì)集電極輸出的三次諧波信號(hào)開(kāi) 路，將三次諧波信號(hào)反射回集電極。在上述三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)和功率放大電路的輸出端之間設(shè)有輸出端隔直電 容與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述功 率放大器電路為包括共射輸入晶體管和共基輸出晶體管的Cascode (共射共基)結(jié)構(gòu)。當(dāng) 然，在其它類型的功率放大器電路中，在輸出晶體管的集電極和輸出端口之間也可以連接 上述二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)和三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到提高了功率放大器的線性度與 功率附加效率的目的。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述 Cascode結(jié)構(gòu)的輸出晶體管的基極和地之間連接有二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，即所述二次諧 波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端接輸出晶體管的基極，輸出端接地，它提高了基頻信號(hào)的增益，抑 制了二次諧波信號(hào)。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述二 次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)連接在輸出晶體管的基極和地之間的第二電容和基頻串聯(lián) 諧振網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)中，所述基 頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接的第一電感和第三電容。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明在Cascode結(jié)構(gòu)功率放大器輸出晶體管集電極依次連接的二次諧波串 聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，可用于提高其它類型功率放大器的線性度與功率附 加效率。2.本發(fā)明的Cascode電路在輸出晶體管的基極連接二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，提高 了 Cascode電路對(duì)基頻信號(hào)的增益并抑制Cascode電路對(duì)二次諧波信號(hào)的增益。3.本發(fā)明的Cascode電路在輸出晶體管的基極所連接的二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò) 可用于抑制η次諧波信號(hào)。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)作用示意圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的輸出晶體管集電極連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的輸出晶體管集電極輸出電壓疊加三次諧波后的波形 示意圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的輸出晶體管集電極輸出疊加三次諧波前后的集電極 電流波形比較示意圖。其中C1第一電容；C2第二電容；C3第三電容；C4第四電容；C5第五電容；C6隔直電容；Ll第一電感；L2第二電感；L3第三電感；Ql輸入晶體管；Q2輸出晶體管；Rl電阻。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖1和圖2所示，本實(shí)施例為一種Cascode功率放大器電路，所述 Cascode功率放大器包括輸入晶體管Ql和輸出晶體管Q2，所述輸入晶體管Ql的基極連接 功率放大器的輸 入端口，在輸入端口和輸入晶體管的基極之間還連接有第一電容Cl，輸入 晶體管Ql的發(fā)射極接地、集電極與輸出晶體管Q2的的發(fā)射極串聯(lián)。所述輸出晶體管Q2的 基極連接二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入端，所述二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端接地；所 述輸出晶體管Q2的集電極依次通過(guò)二次、三次諧波諧振網(wǎng)絡(luò)及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)后與功率放 大器的輸出端口連接。所述二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)連接在輸出晶體管Q2的基極和地之間的第 二電容C2和基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)；該網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振在二次諧振頻率點(diǎn)。所述基頻串聯(lián)諧振網(wǎng) 絡(luò)包括串聯(lián)連接的第一電感Ll和第三電容C3，該網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振在基頻諧振頻率點(diǎn)。 如圖1和圖3所示，所述二次及三次諧波諧振網(wǎng)絡(luò)包括輸入端分別與所述輸出晶 體管Q2的集電極連接的二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)和三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，所述二次諧波 串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端接地，所述三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)及隔 直電容C6后與功率放大器的輸出端口連接。所述二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)連接于所述輸出晶體管Q2的集電極和地之 間的第四電容C4和第二電感L2，該網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)諧振在二次諧振頻率點(diǎn)。所述三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)連接于所述輸出晶體管Q2的集電極和功率 放大器的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間的第五電容C5和第三電感L3，該網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振在三次諧振頻率點(diǎn)。輸出晶體管Q2的高頻小信號(hào)等效模型如圖2所示。由該圖可看出，晶體管集電極 輸出電流由跨導(dǎo)、rbb,上所分得電壓Ube決定，在8_ 保持不變的情況下，Ube的大小 決定了壓控電流源所產(chǎn)生電流的大小。由圖2可以看出IV >rbb,串聯(lián)與二次諧波并聯(lián)諧振 網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗一起對(duì)經(jīng)輸入晶體管Ql放大的交流信號(hào)進(jìn)行分壓，rbe,與rbb,上所分得電 壓為Ube0對(duì)于基頻信號(hào)，二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)中的基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)諧振，其阻抗為最 小值R1。此時(shí)，二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)等效為Rl與第二電容C2的并聯(lián)，由于Rl遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 第二電容C2電抗的大小，該網(wǎng)絡(luò)的阻抗主要由Rl決定。由于二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)所等 效阻抗變小，Ube得到提高，所以由共基晶體管Q2集電極輸出的基波電流增大，提高了基波 信號(hào)的增益。對(duì)于二次諧波信號(hào)，二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振，該網(wǎng)絡(luò)等效阻抗為最大值。 此時(shí)，Ute減小。所以由輸出晶體管Q2集電極輸出的二次諧波電流減小，二次諧波信號(hào)得到 抑制。如圖3所示，本實(shí)施例中輸出晶體管Q2放大后的交流信號(hào)由輸出晶體管Q2的集 電極輸出，經(jīng)二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)其濾波后通過(guò)三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)到達(dá)輸出匹配 網(wǎng)絡(luò)。二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)將二次諧波信號(hào)短路到地，有效地抑制了二次諧波，使輸出晶 體管Q2集電極電壓中的二次諧波分量的幅度很小，可近似忽略，提高了功率放大器的線性度。 另外，在保證基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)諧振在基波信號(hào)的情況下，調(diào)整第一電感Li、第二 電容C2與第三電容C3的值，可使二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振在所需的η次諧波頻率， 從而抑制η次諧波信號(hào)的增益。抑制η次諧波信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)所要滿足的公式為 該公式中，fo為基波頻率，fn為η次諧波頻率。三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)三次諧波而言等效為開(kāi)路，將三次諧波信號(hào)反射回集電 極。如圖4所示，調(diào)整三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)中的第三電感L3與第五電容C5，可使三次諧 波分量與基波分量在集電極同相疊加，使輸出晶體管Q2集電極輸出電壓波形變?yōu)轭愃品?波的形狀。如圖5所示，疊加的三次諧波使已進(jìn)入飽和區(qū)工作的晶體管重新工作于放大區(qū)， 提高了原本由于晶體管飽和而凹陷的集電極電流的幅度，從而提高了功率放大器的輸出功 率及功率附加效率。另外，三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)抑制了三次諧波信號(hào)的輸出，提高了功率放大器的 線性度。綜上所述，二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)中的基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)提高了功率放大器對(duì)基 頻信號(hào)的增益。二次諧波并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及二次諧波串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有效抑制了二次諧波信號(hào)的放大與 輸出，提高了 Cascode功率放大器的線性度。三次諧波信號(hào)被三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)反射 后，在Cascode放大器共基極晶體管的集電極與基波信號(hào)同相疊加，使集電極電壓波形變 為類似方波的形狀。由于集電極電壓波形的改變，集電極電流的幅度得到提高，從而提高了 功率放大器的輸出功率及功率附加效率。另外，三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)抑制三次諧波信號(hào) 傳輸?shù)截?fù)載，提高了功率放大器的線性度。本發(fā)明通過(guò)利用電容與電感的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行控制，在不增大功率放 大器靜態(tài)功耗的情況下，既提高了功率放大器的輸出功率和功率附加效率，又顯著提高了 功率放大器的線性度。
權(quán)利要求
一種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，所述功率放大器設(shè)有輸出晶體管(Q2)，其特征在于所述輸出晶體管(Q2)的集電極與地之間連接有抑制二次諧波信號(hào)輸出的二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，所述輸出晶體管(Q2)的集電極與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間連接有將三次諧波信號(hào)反射回集電極的三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括從所述輸出晶體管(Q2)的集電極到地之間串聯(lián)的 第四電容(C4)和第二電感(L2)，諧振至二次諧波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)從所述輸出晶體管(Q2)的集電極到功率放大器的 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間并聯(lián)的第五電容(C5)和第三電感(L3)，諧振至三次諧波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述功率放大器電路為由共射的輸入晶體管(Ql)和共基的輸出晶體管(Q2)串疊構(gòu) 成的Cascode結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述Cascode結(jié)構(gòu)的輸出晶體管(Q2)的基極連接有提高基頻信號(hào)增益并抑制二次諧 波信號(hào)輸出的二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括從輸出晶體管(Q2)的基極到地之間并聯(lián)的第二電 容(C2)和基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振至二次諧波。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，其特征 在于所述基頻串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)包括從所述輸出晶體管(Q2)到地之間依次串聯(lián)的第三電容 (C3)和第一電感(Li)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高Cascode功率放大器線性度及功率附加效率的電路結(jié)構(gòu)，所述功率放大器設(shè)有輸入晶體管及輸出晶體管，它們串疊在一起構(gòu)成Cascode結(jié)構(gòu)的功率放大器，所述輸出晶體管的集電極與地之間連接有抑制二次諧波信號(hào)輸出的二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，所述輸出晶體管的集電極與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)之間連接有將三次諧波信號(hào)反射回集電極的三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。所述二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與三次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)同樣可用于提高普通結(jié)構(gòu)功率放大器的線性度與功率附加效率。所述輸出晶體管的基極連接有由基波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)與電容構(gòu)成的二次諧波并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。利用諧振網(wǎng)絡(luò)對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行控制，從而抑制諧波信號(hào)輸出，提高功率放大器的線性度與功率附加效率。
文檔編號(hào)H03F1/02GK101888212SQ201010160758
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者張曉東, 滑育楠, 胡善文, 郭瑜, 高懷 申請(qǐng)人:蘇州英諾迅科技有限公司