一种自适应偏置的射频功率放大器
阅读：1034发布：2020-05-21
专利汇可以提供一种自适应偏置的射频功率放大器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 申请 公开了一种自适应偏置的射频功率 放大器 ，包括偏置 电路 和功率级放大电路。所述 偏置电路 用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置 电压 ；工作电压一连接 电阻 一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接 二极管 一的 阳极 ，二极管一的 阴极 连接偏置电路的输出端；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态。所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入 信号 ；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。本申请提供了自适应的偏置电压，延迟了增益压缩，减小由于非线性电容而产生的 相位 失真。，下面是一种自适应偏置的射频功率放大器专利的具体信息内容。
1.一种自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，包括偏置电路和功率级放大电路；
所述偏置电路包含二极管一、电阻一和电容一，用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；偏置电路的输出端还通过电容一接地；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态；
所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。
2.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述偏置电路中的二极管一改为晶体管三；晶体管三的栅极和漏极短接，相当于二极管的阳极；晶体管三的源极相当于二极管的阴极；
或者，工作电压四接晶体管三的栅极，工作电压五接晶体管三的漏极，晶体管三的源极连接偏置电路的输出端；
工作电压二的取值、或者工作电压四以及工作电压五的取值使得晶体管三默认为临界导通状态。
3.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述自适应偏置是指：随着射频输入信号的功率增大，功率级放大电路的输出信号电压摆幅随之增大，耦合到晶体管二的栅极的耦合电压摆幅也随之增大；在直流偏置时，二极管一或晶体管三为临界导通状态；当二极管一的阴极或晶体管三的源极叠加耦合电压后，二极管一或晶体管三转为时而导通时而截止的状态，二极管一或晶体管三导通时的电流的直流分量流过电阻一，流过电阻一的电流的直流分量在电阻一上的压降叠加工作电压一便构成了偏置电路所提供的动态偏置电压；二极管一或晶体管三导通时的电流平均值随着输入功率增大而增大，该动态偏置电压的平均值随之增大。
4.根据权利要求3所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，随着射频输入信号的功率继续增大，晶体管二的的导通电阻与导通压降变小，从而使得晶体管一的漏极电压一延迟下降，也就延后了晶体管一的增益压缩。
5.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，电容一与晶体管二构成一个串联到地的电容支路，这条电容支路降低了晶体管二的栅极非线性电容引入的相位失真。
6.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，在直流偏置电压作用下，晶体管一和晶体管二均静态偏置在高增益放大状态；所述高增益放大状态对场效应晶体管而言是指饱和区，对双极型晶体管而言是指线性区。
7.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述功率级放大电路改为了三级以上的多级共源共栅结构，也就是在晶体管二的漏极再连接一个或多个共栅极接法的晶体管，新增加的共栅极接法的晶体管的偏置电路中省略二极管或晶体管。
8.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，在偏置电路与功率级放大电路之间、和/或在功率级放大电路与匹配电路之间增加了LC串联谐振支路；所述匹配电路连接功率级放大电路中的晶体管二的漏极；每条LC串联谐振支路由一个电容和一个电感串联组成，并接地。
9.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述功率级放大电路改为差分结构。
10.根据权利要求1或2所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
一种自适应偏置的射频功率放大器
技术领域
背景技术
[0002] 射频功率放大器(RF power amplifier)是一种电子放大器，用来将较低功率的射频信号转换为较高功率。射频功率放大器的典型应用是用来驱动发射机(transmitter)中的天线，即将已调制射频信号放大到所需功率值后送天线发射。射频功率放大器的设计指标通常包括增益(gain)、输出功率、带宽、效率(efficiency)、线性度(linearity)、输入及输出阻抗匹配(impedance matching)、发热量等。
[0003] 射频功率放大器的效率是指其将电源的直流功率转换为射频信号输出功率的能力。未转换为射频信号输出功率的电源功率就变为热量散发出来，因此低效率的射频功率放大器就具有较高的发热量。
[0004] 射频功率放大器的线性度是指其输出功率与输入功率之间的线性关系。理想情况下，射频功率放大器仅提高输入信号的功率而不改变信号的内容，这要求射频功率放大器在其工作频段内保持相同增益。然而大多数功率放大元件的增益都随着频率升高而降低，因此无法达到理想的线性度。采用复杂调制方式的射频信号对于射频功率放大器的线性度要求更高。
[0005] 现代的射频功率放大器可以采用砷化镓(GaAs)HBT(heterojunction bipolar transistor，异质结双极晶体管)、LDMOS(laterally diffused metal oxide semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)、CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor，互补式金属氧化物半导体)等作为功率放大元件。其中采用CMOS器件实现的射频功率放大器具有兼容性好、集成度高、成本低的优点，也存在线性度低、耐压值低的缺点。因此如何采用CMOS器件来实现高功率、高效率与高线性度的射频功率放大器就成为一个值得研发的课题，研发难点主要在于以下几个方面。
[0006] 其一，MOS管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种非线性器件。采用MOS管来实现射频功率放大器，其最大线性输出功率(maximum linear output power)较小。
[0007] 请参阅图1，这是单MOS管功率放大器的增益-输出功率曲线示意图。当单MOS管功率放大器工作在A类模式时，静态偏置电流大，随输出功率增大增益先大致保持稳定而后减小，如曲线A所示。曲线A的前段增益大致稳定，称为小信号增益(small-signal gain)。曲线A的后段增益随输出功率增大而减小，即发生了增益压缩(gain compression)。当单MOS管功率放大器工作在AB类模式时，静态偏置电流小，可能如曲线A所示，也可能如曲线B所示。曲线B表示随输出功率增大增益先大致保持稳定而后增大再后减小。曲线B的前段增益大致稳定，称为小信号增益。曲线B的中段增益随输出功率增大而增大，即发生了增益扩展(gain expansion)。曲线B的后段增益随输出功率增大而减小，即发生了增益压缩。为了实现较高的线性度和效率，MOS管作为功率放大元件使用时通常工作在AB类模式，无论是曲线A还是曲线B所示的增益与输出功率的关系，在接近饱和输出功率时总会出现增益压缩，这限制了MOS管的最大线性输出功率。
[0008] 其二，单MOS管功率放大器具有线性度低、效率低、最大线性输出功率小等缺点。为了弥补这些缺点，采用MOS管构成的射频功率放大器通常采用共源共栅(cascode，也称共射共基)结构，如图2所示，共分为两级。第一级MOS管采用共源极(common source)接法，即栅极作为信号输入端，漏极作为信号输入端。第二级MOS管采用共栅极(common gate)接法，即源极作为信号输入端，漏极作为信号输出端。第一级MOS管的漏极连接第二级MOS管的源极。这种共源共栅结构的射频功率放大器可以提高工作电压进而提高输出功率。提供输入和输出之间的隔离，但是效率仍然比较低，线性度也比较差。
[0009] 2010年8月出版的IEEE Microwave Magazine杂志第11卷(Volume)第5期(issue)有一篇文章《The Linearity-Efficiency Compromise》，作者是Pedro M.Lavrador等。这篇文章对射频功率放大器难以同时取得高效率与高线性度的目标进行了分析，并对现有的线性化技术进行了介绍与分析。
[0010] 申请公布号为CN104716905A、申请公布日为2015年6月17日的中国发明专利申请《一种效率提高的共源共栅射频功率放大器》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路主要由HEMT(High-electron-mobility transistor，高电子迁移率晶体管)组成，可通过控制电压来调整输出给晶体管的偏置电压。该方案通过引入额外的控制电路来调节晶体管的偏置电压，增加了电路的复杂度，提高了功耗。
[0011] 申请公布号为CN104716910A、申请公布日为2015年6月17日的中国发明专利申请《共射共基放大器》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路根据可变的电源电压为晶体管提供可变的偏置电压。该方案通过将由电源电压函数表示的方式向晶体管提供偏置电压，类似自适应的偏置方式，但涉及的偏置电路相当复杂，因而大大增加了电路的复杂度。
[0012] 申请公布号为CN105765858A、申请公布日为2016年7月13日的中国发明专利申请《宽带偏置电路和方法》中，公开了一种共源共栅结构的放大器的偏置电路。该偏置电路主要由电阻和电容组成，只能提供恒定的偏置电压。该方案着重在解决偏置电源在一定带宽范围内变化时，晶体管依然可以跟随电源的变化从而获得适合的偏置，并不涉及提高线性度和效率的内容。
发明内容
[0013] 本申请所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，具有高功率、高效率与高线性度的特点。
[0014] 为解决上述技术问题，本申请提供了一种自适应偏置的射频功率放大器，包括偏置电路和功率级放大电路。
[0015] 所述偏置电路包含二极管一、电阻一和电容一，用来为功率级放大电路中的晶体管二提供动态偏置电压；工作电压一连接电阻一的一端，电阻一的另一端作为偏置电路的输出端；工作电压二连接二极管一的阳极，二极管一的阴极连接偏置电路的输出端；偏置电路的输出端还通过电容一接地；工作电压二的取值使二极管一默认为临界导通状态。
[0016] 所述功率级放大电路包括晶体管一和晶体管二，采用共源共栅结构；晶体管一采用共源极接法，其栅极接收射频输入信号；晶体管二采用共栅极接法，其漏极输出漏极电压二。
[0017] 或者，所述偏置电路中的二极管一改为晶体管三。晶体管三的栅极和漏极短接，相当于二极管的阳极；晶体管三的源极相当于二极管的阴极。或者，工作电压四接晶体管三的栅极，工作电压五接晶体管三的漏极，晶体管三的源极连接偏置电路的输出端。工作电压二的取值、或者工作电压四以及工作电压五的取值使得晶体管三默认为临界导通状态。
[0018] 进一步地，所述自适应偏置是指：随着射频输入信号的功率增大，功率级放大电路的输出信号电压摆幅随之增大，耦合到晶体管二的栅极的耦合电压摆幅也随之增大；在直流偏置时，二极管一或晶体管三为临界导通状态；当二极管一的阴极或晶体管三的源极叠加耦合电压后，二极管一或晶体管三转为时而导通时而截止的状态，二极管一或晶体管三导通时的电流的直流分量流过电阻一，流过电阻一的电流的直流分量在电阻一上的压降叠加工作电压一便构成了偏置电路所提供的动态偏置电压；二极管一或晶体管三导通时的电流平均值随着输入功率增大而增大，该动态偏置电压的平均值随之增大。
[0019] 本申请提供的射频功率放大器主要创新在于偏置电路，该偏置电路与共源共栅结构的功率级放大电路相配合，为共栅极接法的晶体管二提供自适应的动态偏置电压。晶体管二的栅极电压主要由三部分组成：一是偏置电路提供的直流偏置电压即工作电压一，二是流过电阻一的动态电流产生的动态电压，三是晶体管二的漏极电压耦合到栅极的交流耦合电压。自适应体现在：当射频输入信号的功率较小时，通过二极管一或晶体管三的平均电流较小，流过电阻一的动态电流也较小，因此在电阻一上形成的动态电压较小，偏置电路提供的动态偏置电压也较小。当射频输入信号的功率较大时，通过二极管一或晶体管三的平均电流较大，流过电阻一的动态电流也较大，因此在电阻一上形成的动态电压较大，偏置电路提供的动态偏置电压也较大，减小了晶体管二的导通电阻和导通压降。由此，本申请提供的射频功率放大器延迟了主要起功率放大作用的晶体管一的增益压缩，提高了1dB压缩点对应的输出功率，还能够减小由于非线性电容而产生的相位失真，最终达到了高功率、高效率和高线性度的设计目标。附图说明
[0020] 图1是单MOS管功率放大器的增益-输出功率曲线示意图。
[0021] 图2是共源共栅结构的射频功率放大器的结构示意图。
[0022] 图3是本申请提供的射频功率放大器的实施例一的结构示意图。
[0023] 图3a是本申请的实施例一的一种变形结构示意图。
[0024] 图4是本申请的实施例一的工作原理示意图。
[0025] 图5a、图5b分别是是本申请的实施例一中晶体管二的栅极电压、增益与输出功率的曲线示意图。
[0026] 图6是本申请提供的射频功率放大器的实施例二的结构示意图。
[0027] 图7是本申请提供的射频功率放大器的实施例三的结构示意图。
[0028] 图8是本申请提供的射频功率放大器的实施例四的结构示意图。
[0029] 图中附图标记说明：VB2为工作电压一；VB22为工作电压二；VDD为工作电压三；VBM3为工作电压四；VD3为工作电压五；RFin为射频输入信号；RFout为射频输出信号；R为电阻；C为电容；L为电感；D为二极管；M为晶体管；VG为栅极电压；VD为漏极电压。
具体实施方式
[0030] 请参阅图3，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例一。所述射频功率放大器包括偏置电路和功率级放大电路。为清楚描述，图3中还示意性地表示出了匹配电路。
[0031] 所述偏置电路包括电阻一R1、二极管一D1和电容一C1，用来为功率级放大电路中的晶体管二M2提供动态偏置电压。工作电压一VB2连接电阻一R1的一端，电阻一R1的另一端作为偏置电路的输出端为晶体管二M2提供动态偏置电压。该动态偏置电压包括静态的工作电压一VB2以及通过电阻一R1的动态电流产生的动态电压，所述动态电流是指流过电阻一R1的电流的直流分量。晶体管二M2的栅极电压VG2则是在偏置电路提供的动态偏置电压的基础上增加晶体管二M2的栅极从漏极耦合来的耦合电压。工作电压二VB22连接二极管一D1的阳极，二极管一D1的阴极连接偏置电路的输出端。偏置电路的输出端还通过电容一C1接地。工作电压一VB2和工作电压二VB22均保持恒定，工作电压二VB22的取值约等于无射频输入信号RFin时晶体管二M2的栅极电压VG2与二极管一D1的阈值电压之和。因此在没有射频输入信号RFin时，二极管一D1处于临界导通状态，即处于截止与导通的临界状态。
[0032] 所述功率级放大电路包括晶体管一M1和晶体管二M2，采用共源共栅结构。晶体管一M1采用共源极接法，其源极接地，其栅极作为功率级放大电路的输入端接收射频输入信号RFin，其漏极输出漏极电压一VD1给晶体管二M2的源极。晶体管二M2采用共栅极接法，其栅极接收偏置电路输出的动态偏置电压，其源极接收晶体管一M1的漏极输出的漏极电压一VD1，其漏极作为功率级放大电路的输出端对外输出漏极电压二VD2。所述晶体管可以采用场效应晶体管(FET)、双极型晶体管(BJT)等器件。晶体管一M1工作在AB类模式，起主要的跨导放大作用。晶体管二M2以及射频功率放大器的输出负载整体可以看作是叠加在晶体管一M1上的一个负载，用于在大功率摆幅下分担晶体管一M1的工作电压，避免各晶体管被击穿。同时晶体管二M2具有电压放大功能，提高射频功率放大器的功率增益。在直流静态偏置电压作用下，晶体管一M1和晶体管二M2如果是场效应晶体管均偏置在饱和区，如果是双极型晶体管均偏置在线性区，场效应晶体管的饱和区或双极型晶体管的线性区可以统称为高增益放大状态。
[0033] 所述匹配电路是输出匹配网络，将功率级放大电路输出的漏极电压二VD2进行阻抗匹配得到射频输出信号RFout。工作电压三VDD通过输出匹配网络加载到射频功率放大器上。
[0034] 图3所示的射频功率放大器的实施例一中，随着射频输入信号RFin逐渐增大，晶体管二M2的漏极电压VD2也是射频电压，并且摆幅逐渐增大。晶体管二M2的漏极的射频电压耦合到栅极，因此晶体管二M2的栅极的耦合来的射频电压摆幅也逐渐增大。晶体管二M2的栅极耦合来的射频电压一方面在晶体管二M2的栅极产生射频电流，另一方面在二极管一D1上产生脉冲电流。晶体管二M2的栅极的射频电流大部分通过电容一C1流到地。二极管一D1的脉冲电流具有直流分量和交流分量，其中的直流分量通过电阻一R1流出。流过电阻一R1的电流也具有直流分量和交流分量，其中的直流分量即二极管一D1产生的脉冲电流的直流分量随着随着射频输入信号RFin的增大而增大。流过电阻一R1的电流的直流分量就是随输入功率动态变化的动态电流，该动态电流流过电阻一R1形成动态电压。该动态电压叠加静态直流电压即工作电压一VB2就构成了整个偏置电路输出的动态偏置电压。因此，晶体管二M2的栅极电压VG2由三部分组成：第一部分是静态直流电压，第二部分是前述的动态电压，第三部分是晶体管二M2的栅极从漏极耦合过来的射频电压。
[0035] 请参阅图3a，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例一的变形结构。该变形结构主要是将偏置电路中的二极管一D1改为了晶体管三M3。第一种变形方式(未图示)是：晶体管三M3的栅极和漏极短接，相当于二极管的阳极；晶体管三M3的源极相当于二极管的阴极。第二种变形方式是：晶体管三M3的栅极接工作电压四VBM3，漏极接工作电压五VD3，源极接偏置电路的输出端。此时偏置电路所提供的动态偏置电压也包括静态的工作电压一VB2以及通过电阻一R1的动态电流产生的动态电压。所述动态电流是指流过电阻一R1的电流的直流分量，也就是晶体管三M3产生的脉冲电流的直流分量。晶体管二M2的栅极电压VG2则是在偏置电路提供的动态偏置电压的基础上增加晶体管二M2的栅极从漏极耦合来的耦合电压。以上两种变形方式中的晶体管三M3都工作在临界导通状态，也就是处于截止与导通的中间状态。第二种变形方式将晶体管三M3的栅极与漏极分别连接不同的工作电压，可以减小漏极电流对栅极电压的影响。
[0036] 请参阅图4，本申请提供的射频功率放大器的实施例一的工作原理如下。射频输入信号RFin作为功率级放大电路的输入，从晶体管一M1的栅极进入。功率级放大电路的输出就是晶体管二M2的漏极电压VD2，该漏极电压VD2通过晶体管二M2的栅极电容耦合到晶体管二M2的栅极。当没有射频输入信号RFin时，晶体管二M2的漏极电压VD2也就没有射频信号，也就不会有射频信号耦合到晶体管二M2的栅极，此时晶体管二M2的栅极电压VG2使二极管一D1或晶体管三M3为临界导通的状态。当有射频输入信号RFin时，晶体管二M2的漏极电压VD2也有射频信号，射频信号就会通过晶体管二M2的栅极电容耦合到晶体管二M2的栅极。在晶体管二M2的栅极的耦合电压的波谷位置，晶体管二M2的栅极电压VG2(即二极管一D1的阴极电压或晶体管三M3的源极电压)变小，因此二极管一D1或晶体管三M3导通。在晶体管二M2的栅极的耦合电压的波峰位置，晶体管二M2的栅极电压VG2变大，因此二极管一D1或晶体管三M3截止。因此当有射频输入信号RFin时，偏置电路中的二极管一D1或晶体管三M3处于时而导通时而截止的状态。在二极管一D1或晶体管三M3导通时，流过二极管一D1或晶体管三M3的电流的直流分量通过电阻一R1流出。流过电阻一R1的电流的直流分量由于跟随输入功率变化而变化，因此称为动态电流。该动态电流在电阻一R1形成动态电压。该动态电压叠加工作电压一VB2便是偏置电路提供给晶体管二M2的栅极的动态偏置电压。总体而言，射频输入信号RFin的功率越大，晶体管二M2的漏极电压VD2的电压摆幅也就越大，耦合到晶体管二M2的栅极的耦合电压的摆幅也就越大，通过二极管一D1或晶体管三M3的平均电流也就越大，晶体管二M2的栅极电压VG2的平均值也就越大。
[0037] 随着射频输入信号RFin的功率增大，晶体管一M1的漏极输出电流也随之增大。晶体管二M2为了保证输出更大的漏极电流，过驱动电压(overdrive voltage)增大，因此晶体管一M1的漏极电压一VD1逐渐减小。晶体管一M1的漏极电压一VD1减小，相当于晶体管一M1的供电电压减小，因此会导致晶体管一M1的漏极输出电流的摆幅减小，这就导致晶体管一M1出现增益压缩。
[0038] 同样是随着射频输入信号RFin的功率继续增大，晶体管二M2的栅极电压VG2的平均值随之增大，使晶体管二M2的的导通电阻变小，进而使晶体管二M2的导通压降变小，从而使得晶体管一M1的漏极电压一VD1延迟下降，也就延后了晶体管一M1的增益压缩区，即使得晶体管一M1的1dB压缩点对应的输出功率增大。这也提高了功率放大器的线性度。
[0039] 图3所示的射频功率放大器的实施例一还能在一定程度上提高调幅-调相(AM-PM)性能，实现增益扩展，进一步提高1dB压缩点对应的输出功率值。首先，电容一C1与晶体管二M2的栅极电容构成一个串联到地的电容支路，电阻一R1隔离工作电压一VB2和晶体管二M2之间的射频信号。其中，晶体管二M2的栅极电容是非线性电容，其与电容一C1的串联总等效电容也是非线性电容。但串联总电容的非线性小于晶体管二M2的栅极电容的非线性，而且电容一C1越小，串联总电容的线性度就越小，由其引起的调幅-调相失真就越小。其次，电容一C1的分压作用降低了晶体管二M2的射频栅源电压，因而晶体管二M2在小信号时从晶体管二M2源极到晶体管二M2漏级的增益降低，使晶体管二M2小信号下的源极到漏级的电压增益接近大信号时的增益，提高了晶体管二M2源极到漏级的电压增益的线性度。射频功率放大器输入到输出是线性放大，因此晶体管一M1栅极到漏级的增益的线性度也变好。晶体管一M1的栅极到漏级存在密勒电容，这个密勒电容的线性度也因为增益的线性度变好而变好，进而减小射频功率放大器的调幅-调相失真。再次，电容一C1和晶体管二M2的栅极电容分压形成晶体管二M2的栅极电压VG2，该栅极电压VG2驱动二极管一D1或晶体管三M3产生动态的二极管电流或晶体管源漏电流。电阻一R1还提供静态的工作电压一VB2，并使得二极管一电流或晶体管三源漏电流产生压降，两者相叠加便产生晶体管二M2的动态偏置电压。晶体管二M2的栅极电压VG2分成三部分：一是来自工作电压一VB2的静态偏置电压，二是流过电阻一R1的动态电流在电阻一R1上产生的压降，这部分是动态偏置电压只计算由于二极管一或晶体管三单周期平均电流动态变化产生的平均电压变化，三是通过晶体管二M2的漏极耦合到栅极的射频耦合电压。
[0040] 请参阅图5a，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例一中晶体管二M2的栅极电压VG2的平均值与输出功率的曲线示意图。其中的虚线表示采用传统的偏置电路时的情况，传统的偏置电路提供基本恒定的偏置电压，不受功率级放大电路的输出信号耦合到晶体管M2栅极的耦合电压的影响。实线表示采用本申请的偏置电路时的情况，随着射频输入信号RFin的功率增大，功率级放大电路的输出信号的摆幅也增大，耦合到晶体管M2栅极的耦合电压的摆幅也增大，二极管一D1或晶体管三M3在导通时的平均电流也增大，电阻一R1的平均电流跟着增大，使得晶体管二M2的栅极电压VG2的平均值也增大。
[0041] 请参阅图5b，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例一中增益与输出功率的曲线示意图。其中的虚线表示采用传统的偏置电路时的增益，与图1中的曲线B类似。实线表示采用本申请的偏置电路时的增益，显然使得1dB压缩点对应的输出功率变大了，即延后了1dB压缩点，也就提高了最大线性输出功率。晶体管一M1工作在AB类模式，也有可能是图1中的曲线A那样没有增益扩展区，此时本申请一样可以使得1dB压缩点对应的输出功率变大。
[0042] 请参阅图6，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例二。实施例二与实施例一相比，区别仅是将功率级放大电路由二级共源共栅结构改为了三级共源共栅结构，也就是在晶体管二M2的漏极再连接一个共栅极接法的晶体管四M4。这样可以提高工作电压三VDD进而提高输出功率，新增加的晶体管四M4与晶体管二M2一样主要是分担电压摆幅。为新增的晶体管四M4设置的偏置电路二可以与偏置电路一相同，也可以省略二极管而只包含电阻电容。基于同样原理，功率级放大电路还可改为更多级共源共栅结构，新增加的共栅极接法的晶体管更适合采用省略二极管或晶体管的偏置电路。
[0043] 请参阅图7，这是本申请提供的射频功率放大器的实施例三。实施例三与实施例一相比，区别仅是在偏置电路与功率级放大电路之间、和/或在功率级放大电路与匹配电路之间增加了一条LC串联谐振支路。每条LC串联谐振支路由一个可调电容VC1(或VC2)和一个电感L1(或L2)串联组成，并接地。通过调节可调电容VC1、VC2的电容值，可将LC串联谐振支路的谐振频率设为射频功率放大器的工作频率的高次谐波频率，例如二次谐波频率、三次谐波频率，从而起到抑制谐波的作用。
[0045] 以上各个实施例的技术特征可以相互组合。例如将实施例三的LC串联谐振支路与实施例四的差分结构功率级放大电路相组合，并将两条LC串联谐振支路的谐振频率分别设为三次谐波频率、五次谐波频率，即可取得较为理想的谐波抑制效果。
[0046] 本申请的目的是提供一种高功率、高效率与高线性度的射频功率放大器。首先，本申请提供的射频功率放大器采用了共射共栅结构的功率级放大电路，提高了工作电压，因而提高了输出功率与耐压性能。其次，本申请提供的射频功率放大器采用了自适应偏置电路，延后了1dB压缩点对应的输出功率值，因而提高了线性度与最大线性输出功率。当1dB压缩点对应的输出功率提高后，可以通过提高负载阻抗来获得相同的线性功率，从而提高效率。再次，偏置电路通过电容串联和调高密勒电容的线性度，减小放大器的调幅调相失真，进一步提高放大器的线性度。
[0047] 以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种双向开断的混合式直流断路器 | 2020-05-11 | 28 |
| 一种用于电力变换系统的五电平拓扑结构 | 2020-05-11 | 623 |
| 用于晶体管单元电路故障诊断的虚拟仿真实验方法 | 2020-05-11 | 730 |
| 一种基于电流源的大功率电动汽车充电装置及控制方法 | 2020-05-12 | 497 |
| 基于T型结构的单相五电平整流器 | 2020-05-08 | 342 |
| 一种磷化铟双异质结双极型晶体管制造方法 | 2020-05-08 | 550 |
| 变压器模型的仿真方法、控制方法、电子设备及存储介质 | 2020-05-11 | 251 |
| 用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备 | 2020-05-08 | 245 |
| 一种基于双极型工艺的轨到轨输入与输出运算放大器 | 2020-05-11 | 633 |
| 具有加强结构的边缘终端装置 | 2020-05-08 | 524 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈