專利名稱：線性度提高的推挽式射頻功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器。
背景技術：
隨著無線通信的發(fā)展，人們對于通信技術的要求不斷提高，希望無論在何時何地 都能夠與任何人進行包括語音通話、數(shù)據(jù)交換和圖像傳輸?shù)耐ㄐ?。功率放大器是無線發(fā)射 器中必不可少的組成部分，也是整個發(fā)射機中耗能最多的部件，輸出功率一般比較大。射頻 功率放大器的主要作用就是放大射頻信號，以輸出大功率為目的，其實質是在輸入射頻信 號的控制下將電源直流功率轉換為高頻功率。相對于其它無線收發(fā)組件，大功率、高線性、 高效率是功率放大器的基本設計要求。目前，在音頻功率放大器領域廣泛采用推挽(Push-Pull)結構，這種結構利用NPN 型和PNP型三極管的互補特性，用一個信號來同時激勵兩只三極管，一只三極管導通并放 大信號，另一只三極管截止，工作在推挽狀態(tài)，所以又被稱為互補推挽放大器。AB類推挽功 率放大器因其兼顧線性度和效率，更是被用來設計高品質音頻放大器。但是，在射頻以及微 波功率放大器領域，由于NPN-PNP補償異質結雙極性晶體管(HBT)推挽結構的工藝實現(xiàn)難 度很大，所以這種傳統(tǒng)的推挽構很少應用在基于HBT工藝的功率放大器設計中，推挽結構 射頻功率放大器的發(fā)展速度一直比較緩慢。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，使得推挽結構能 夠通過HBT工藝應用于射頻功率放大器領域，并且具有較高的線性度。本發(fā)明的技術方案是一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放 大器輸入端連接的輸入匹配網(wǎng)絡、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網(wǎng)絡以及連接在輸 入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網(wǎng)絡 相連的第一級放大電路和連接在第一級放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡之間的第二級放大電路， 所述第二級放大電路為由第二共集電極放大管和第二共發(fā)射極放大管組成的NPN-NPN推 挽放大電路，所述第二級放大電路的輸入端與地之間設有基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。為了使得輸 出信號具有良好的線性度，所述第一級放大電路偏置在A類狀態(tài)或淺AB類狀態(tài)；所述第二 級放大電路偏置在深AB類狀態(tài)。通過所述基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡可以減少從第一級放大電路 傳輸?shù)降诙壏糯箅娐返亩沃C波分量，提高整個功率放大器的線性度。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一級放大電路包括主要由第一共發(fā) 射極放大管構成的第一級上支路和主要由第一共集電極放大管構成的第一級下支路。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一共發(fā)射極放大管的基極與輸入匹 配網(wǎng)絡的輸出端連接、集電極與第二共集電極放大管的基極連接；所述第一共集電極放大 管的基極與輸入匹配網(wǎng)絡的輸出端連接、發(fā)射極與第二共發(fā)射極放大管的基極連接；所述 第二共集電極放大管的發(fā)射極和第二共發(fā)射極放大管的集電極與所述輸出匹配網(wǎng)絡的輸入端連接；從所述第二共集電極放大管的基極到地之間連接有一個基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡；從 第二共發(fā)射極放大管的基極到地之間連接有另一個基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。隨著輸入信號的增 大，第一級放大電路的第一共發(fā)射極放大管和第一共集電極放大管工作在非線性狀態(tài)，其 輸出的信號具有豐富的諧波分量，使信號發(fā)生較大的失真，其輸出信號諧波分量中二次諧 波所占的比重最大。上述兩個基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡的使用，可以提高功率放大器的線性度，需 濾除二次諧波分量，同時保證基波信號不受太大影響。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡包括并聯(lián)連接的二 次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡和并聯(lián)電感。所述基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡并聯(lián)諧振在基波頻率，該網(wǎng)絡保 證在濾除二次諧波信號的同時使基波信號無影響地傳輸至第二級放大器。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡包括串聯(lián)連接 的電容和串聯(lián)電感，其將二次諧波信號短路到地，濾除第一級放大電路所產生的二次諧波 分量。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述輸入匹配網(wǎng)絡和第一級放大電路之間 設有保護支路。以保護后面的兩級放大電路，防止輸入信號過大造成工作管擊穿，保護支路 只在輸入功率超過設定值的情況下才會開啟，提供一個導通向地的通道，保證大功率不進 入后級電路損壞管子。進一步的，在上述射頻功率放大器中，所述第一級放大電路的輸入端與第二級放 大電路的輸出端之間連接有反饋電阻。實現(xiàn)了電路的電壓并聯(lián)負反饋，降低電路增益，提高 電路的穩(wěn)定度。本發(fā)明的優(yōu)點是1.本發(fā)明采用無源器件設計諧振網(wǎng)絡，對推挽結構射頻功率放大器進行改進，提 高了線性度，電路結構簡單、易于實現(xiàn)。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述圖1為本發(fā)明具體實施例的結構框圖；圖2為本發(fā)明具體實施例的保護支路電路圖；圖3為本發(fā)明具體實施例的第一級放大電路圖；圖4為本發(fā)明具體實施例的第二級放大電路圖。其中1輸入匹配網(wǎng)絡；2保護支路；3第一級放大電路；4第二級放大電路5輸出 匹配網(wǎng)絡；Ll串聯(lián)電感；L2串聯(lián)電感；L3并聯(lián)電感；L4并聯(lián)電感Cl電容；C2電容；Rl電阻； R2電阻；R4反饋電阻Ql第一共發(fā)射極放大管；Q2第一共集電極放大管Q3第二共集電極放 大管；Q4第二共發(fā)射極放大管；Q5晶體管。
具體實施例方式實施例如圖1至圖4所示，一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功 率放大器輸入端連接的輸入匹配網(wǎng)絡1、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網(wǎng)絡5、與輸 入匹配網(wǎng)絡1相連的第一級放大電路3、連接在第一級放大電路3和輸出匹配網(wǎng)絡5之間的 第二級放大電路4、設于所述輸入匹配網(wǎng)絡1和第一級放大電路3之間的保護支路2以及連
4接于所述第一級放大電路3的輸入端與第二級放大電路4的輸出端之間的反饋電阻R4。所 述反饋電阻R4組成的反饋回路穩(wěn)定了增益，但這種并聯(lián)的反饋使得輸入輸出阻抗較低，所 以需要選取合適的匹配網(wǎng)絡使電路的輸入輸出都能匹配到50 Ω，從而使電路獲得最小的噪 聲并使輸出功率損耗最小。所述保護支路由晶體管Q5和電阻Rl、R2構成，如圖2所示，防 止輸入信號過大造成工作管擊穿。一般情況下，晶體管Q5停止工作，但當芯片處于高溫狀 態(tài)或輸入過載時，晶體管Q5導通，第一共集電極放大管Q2關閉，大電流通過保護支路的輸 入端201經晶體管Q5接到地，對功率放大器起到很好地保護作用。所述第一級放大電路3 偏置在A類狀態(tài)或淺AB類狀態(tài)，能夠傳輸給第二級放大電路4線性度很好的信號；所述第 二級放大電路4偏置在深AB類狀態(tài)，理論上推挽輸出級電路的最高效率可達67%左右。所述第一級放大電路3如圖3所示，包括由第一共發(fā)射極放大管Q1、電阻R5以及 接成二極管的D3 HBT構成的第一級上支路、和由第一共集電極放大管Q2和電阻R3構成的 第一級下支路。當?shù)谝患壏糯箅娐返牡谝欢丝?301(輸入端)輸入正半周信號時，通過第一 共發(fā)射極放大管Q1、第一共集電極放大管Q2集電極電流變大，電阻R5、R3上壓降較大，第 一級放大電路的第二端口 302輸出電平較低，第三端口 303輸出電平較高。當?shù)谝患壏糯?電路的第一端口 301輸入負半周信號時，第一共發(fā)射極放大管Q1、第一共集電極放大管Q2 集電極電流變小，電阻R5、R3上壓降較小，第一級放大電路的第二端口 302輸出電平較高， 第三端口 303輸出電平較低。如圖4所示，所述第二級放大電路4為由第二共集電極放大管Q3和第二共發(fā)射極 放大管Q4組成的NPN-NPN推挽放大電路。第二級放大電路4的第一端口 401連接到第一 級放大電路3的第二端口 302，第二級放大電路4的第二端口 402連接到第一級放大電路3 的第三端口 303，第二級放大電路的第三端口 403通過反饋電阻R4連接到第一級放大電路 的第一端口 301構成反饋回路。當?shù)谝患壏糯箅娐?的第一端口 301輸入正半周信號，第 二級放大電路4的第一端口 401輸入電平較低，第二端口 402輸入電平較高，第二共集電極 放大管Q3微導通，第二共發(fā)射極放大管Q4驅動負載；當?shù)谝患壏糯箅娐返妮斎霝樨摪胫苄?號，第二級放大電路4的第一端口 401輸入電平較高，第二端口 402輸入電平較低，第二共 發(fā)射極放大管Q4關閉，第二共集電極放大管Q3單獨驅動負載。如圖4所示，從所述第二共集電極放大管Q3的基極到地之間分別連接有一個由并 聯(lián)電阻L3和二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡并聯(lián)構成的基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡，其中二次諧波串聯(lián)諧 振網(wǎng)絡由串聯(lián)電感Ll和電容Cl構成；從所述第二共發(fā)射極放大管Q4的基極到地之間分 別連接有一個由并聯(lián)電感L4和二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡并聯(lián)構成的基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡，該 二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡由串聯(lián)電感L2和電容C2構成。串聯(lián)電感Ll和電容Cl，串聯(lián)電感 L2和電容C2串聯(lián)諧振在二次諧波頻率，相對于基波而言，二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡的阻抗近 似為零，將二次諧波信號短路到地，濾除第一級放大電路所產生的二次諧波分量；串聯(lián)電感 Li、電容Cl和并聯(lián)電感L3，串聯(lián)電感L2、電容C2和并聯(lián)電感L4并聯(lián)諧振在基波頻率，基頻 并聯(lián)諧振網(wǎng)絡阻抗近似為無窮大，該網(wǎng)絡保證在濾除二次諧波信號的同時使基波信號無影 響地傳輸至第二級放大器，提高了整個電路的線性度。本發(fā)明通過利用電容與電感的串并聯(lián)網(wǎng)絡對諧波信號進行控制，使得推挽結構射 頻功率放大器在不增大靜態(tài)功耗的情況下，顯著提高了功率放大器的線性度。
權利要求
一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放大器輸入端連接的輸入匹配網(wǎng)絡(1)、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網(wǎng)絡(5)以及連接在輸入匹配網(wǎng)絡(1)和輸出匹配網(wǎng)絡(5)之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網(wǎng)絡(1)相連的第一級放大電路(3)和連接在第一級放大電路(3)和輸出匹配網(wǎng)絡(5)之間的第二級放大電路(4)，其特征在于所述第二級放大電路(4)為由第二共集電極放大管(Q3)和第二共發(fā)射極放大管(Q4)組成的NPN-NPN推挽放大電路，所述第二級放大電路(4)的輸入端與地之間設有基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。
2.根據(jù)權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述第 一級放大電路(3)包括主要由第一共發(fā)射極放大管(Ql)構成的第一級上支路和主要由第 一共集電極放大管(Q2)構成的第一級下支路。
3.根據(jù)權利要求2所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述第 一共發(fā)射極放大管(Ql)的基極與輸入匹配網(wǎng)絡(1)的輸出端連接、集電極與第二共集電極 放大管(Q3)的基極連接；所述第一共集電極放大管(Q2)的基極與輸入匹配網(wǎng)絡(1)的輸 出端連接、發(fā)射極與第二共發(fā)射極放大管(Q4)的基極連接；所述第二共集電極放大管(Q3) 的發(fā)射極和第二共發(fā)射極放大管(Q4)的集電極與所述輸出匹配網(wǎng)絡(5)的輸入端連接；從 所述第二共集電極放大管(Q3)的基極和第二共發(fā)射極放大管(Q4)的基極到地之間分別連 接有所述基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。
4.根據(jù)權利要求3所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述基 頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡包括并聯(lián)連接的二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡和并聯(lián)電感(L3、L4)。
5.根據(jù)權利要求4所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述二 次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡包括串聯(lián)連接的電容(C1、C2)和串聯(lián)電感(L1、L2)。
6.根據(jù)權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述輸 入匹配網(wǎng)絡(1)和第一級放大電路(3)之間設有保護支路(2)。
7.根據(jù)權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述第 一級放大電路(3)的輸入端與第二級放大電路(4)的輸出端之間連接有反饋電阻(R4)。
8.根據(jù)權利要求1所述的線性度提高的推挽式射頻功率放大器，其特征在于所述第 一級放大電路(3)偏置在A類狀態(tài)或淺AB類狀態(tài)；所述第二級放大電路(4)偏置在深AB 類狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線性度提高的推挽式射頻功率放大器，包括與功率放大器輸入端連接的輸入匹配網(wǎng)絡、與功率放大器輸出端連接的輸出匹配網(wǎng)絡以及連接在輸入匹配網(wǎng)絡和輸出匹配網(wǎng)絡之間的功率放大電路，所述功率放大電路包括與輸入匹配網(wǎng)絡相連的第一級放大電路和連接在第一級放大電路和輸出匹配網(wǎng)絡之間的第二級放大電路，所述第二級放大電路為由第二共集電極放大管和第二共發(fā)射極放大管組成的NPN-NPN推挽放大電路，所述第二級放大電路的輸入端與地之間設有二次諧波串聯(lián)諧振網(wǎng)絡和基頻并聯(lián)諧振網(wǎng)絡。本發(fā)明使得推挽結構能夠通過HBT工藝應用于射頻功率放大器領域，并且具有較高的線性度。
文檔編號H03F3/26GK101882915SQ20101016084
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者張曉東, 程華, 胡善文, 陳文蘭, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司