CN103391048A - 一种自适应线性化偏置电路结构 - Google Patents

Abstract

一种自适应线性化偏置电路结构属于通信技术领域，尤其涉及一种自适应线性化偏置电路。本发明提供了一种对于输入信号功率变化适应性强，线性度好、效率高的自适应线性化偏置电路。本发明包括线性化偏置电路，其结构要点线性化偏置电路通过自适应电路与射频放大器单元电路相连，自适应电路端口与输入信号相连；所述自适应电路根据输入信号功率的变化调整功率放大器单元的偏置电压。

Description

一种自适应线性化偏置电路结构

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种自适应线性化偏置电路。

背景技术

从2.5G开始，在移动电话的设计中就面临功率放大器的线性度和效率的问题，幅度调制的存在，使得功率放大器的不可能总是处于最大线性功率输出的状态，必须处于功率回退状态，也就是功率放大器不会工作在高效率状态。同时随着***移动通信***IMT-Advanced的发展，高速率的数据传输使得调制方案变得更为复杂，从而导致调制后的射频信号具有极高的峰均功率比，为了不失真的传输较高高峰均功率比的信号，功率放大器除了要满足平均功率输出下的发射要求，还必须要保证在此功率输出基础上的PAPR个dB的线性输出，这样，才能保证峰值信号无失真地传输。同时，功率放大器作为一个功率器件，随着输出功率的增加，其非线性会显著增加，当具有一定带宽的调制信号通过功率放大器后，会产生交调分量，造成频谱扩展，对邻道信号形成干扰，直接影响到接收***的误码率，恶化通信***的性能。因此发展线性高效率的高性能功率放大器对于现代无线通信***至关重要。

偏置电路的设计对于功率放大器的线性度与效率的提升至关重要。最基本的偏置电路是采用简单的电阻分压电路，如图2所示，但是随着输入信号功率的增加，基极-射极二极管的整流效应会使得偏置电压随输入功率的增加而急剧下降，如图4所示，从而使得功率放大器的线性度和效率急剧恶化。在传统的线性化偏置电路中，如图3所示，通过电容Cb与管子HBT2的作用可以钳制住偏置电压，使得偏置电压可以随着输入功率的增加保持一个比较稳定的电压值，如图4所示。从功率放大器的偏置状态的角度来说，如图5所示，功率放大器只有处于AB类偏置状态时，才会得到一个线性度和效率的最优化状态，然而对于传统的线性化偏置电路来说，在固定的偏置电压的偏置下，输入信号功率的增加就会使得功率放大器的偏置状态慢慢由AB类滑向C类，最终导致线性度和效率的恶化。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种对于输入信号功率变化适应性强，线性度好、效率高的自适应线性化偏置电路。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括线性化偏置电路，其结构要点线性化偏置电路通过自适应电路与射频放大器单元电路相连，自适应电路端口与输入信号相连；所述自适应电路根据输入信号功率的变化调整功率放大器单元的偏置电压。

作为一种优选方案，本发明所述自适应电路采用阻容电路，阻容电路将输入信号分流、移相、叠加。

作为另一种优选方案，本发明所述阻容电路包括第一微带线，第一微带线一端分别与输入信号和自适应电容相连，第一微带线另一端与耦合电容一端相连，耦合电容另一端分别与第二微带线一端和射频放大器单元电路端口相连，第二微带线另一端分别与自适应电容和线性化偏置电路端口相连。

作为另一种优选方案，本发明所述线性化偏置电路包括第一三极管，第一三极管发射极分别与第二三极管集电极和基极相连，第二三极管发射极与偏置电源负极相连；第一三极管基极分别与第一电容一端和第三三极管基极相连，第一电容另一端与偏置电源负极相连，第三三极管集电极与电阻一端相连，电阻另一端与第一三极管集电极相连；第三三极管发射极与所述阻容电路端口相连。

作为另一种优选方案，本发明所述射频放大器单元电路包括第四三极管，第四三极管基极与所述自适应电路端口相连，第四三极管集电极分别与电感一端和第二电容一端相连，电感另一端与电源相连，电容另一端作为输出与后级相连，第四三极管发射极与电源负极相连。

本发明有益效果

本发明在传统的线性化偏置电路的基础上添加了自适应电路，自适应电路会使射频功率放大器单元的偏置电流随着输入功率的升高而适当地增大，最终使得功率放大器单元随着输入功率的增大而处于一个相对比较稳定的导通角状态，从而达到一个线性度和效率的最优化状态。

附图说明

图1为本发明电路原理图；

图2为基本的电阻分压偏置电路；

图3是常见的线性化偏置电路；

图4是采用基本的电阻分压偏置电路与采用常见的线性化偏置电路的基极偏置电压随输入功率的变化曲线；

图5是放大器输出的谐波状态与导通角的关系；

图6是本发明与常见的线性化偏置电路的基极偏置电压随输入功率的变化曲线；

图7是本发明与常见的线性化偏置电路的集电极偏置电流随输入功率的变化曲线；

图8是本发明与常见的线性化偏置电路的功率增益随输入功率的变化曲线；

图9是本发明与采用常见的线性化偏置电路的功率附加效率随输入功率的变化曲线；

图10是基极偏置电压随电容C2大小的变化；

图11是功率增益随电容C2大小的变化；

图12是功率附加效率随电容C2大小的变化。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括线性化偏置电路101，线性化偏置电路101通过自适应电路103与射频放大器单元电路102相连，自适应电路103端口与输入信号相连；所述自适应电路103根据输入信号功率的变化调整功率放大器单元的偏置电压。

所述自适应电路103采用阻容电路，阻容电路将输入信号分流、移相、叠加。

所述阻容电路包括第一微带线MLin1，第一微带线MLin1一端分别与输入信号和自适应电容C2相连，第一微带线MLin1另一端与耦合电容C1一端相连，耦合电容C1另一端分别与第二微带线MLin2一端和射频放大器单元电路102端口相连，第二微带线MLin2另一端分别与自适应电容C2和线性化偏置电路101端口相连。

所述线性化偏置电路101包括第一三极管Q1，第一三极管Q1发射极分别与第二三极管Q2集电极和基极相连，第二三极管Q2发射极与偏置电源负极相连；第一三极管Q1基极分别与第一电容Cb一端和第三三极管基极相连，第一电容Cb另一端与偏置电源负极相连，第三三极管HBT2集电极与电阻2一端相连，电阻2另一端与第一三极管Q1集电极相连；第三三极管HBT2发射极与所述阻容电路端口相连。

所述射频放大器单元电路102包括第四三极管HBT1，第四三极管HBT1基极与所述自适应电路103端口相连，第四三极管HBT1集电极分别与电感一端和第二电容一端相连，电感另一端与电源相连，电容另一端作为输出与后级相连，第四三极管HBT1发射极与电源负极相连。

本发明通过传统的线性化偏置电路101的基础上添加了一个耦合电容C1以及两段微带线，自适应电路103与线性化偏置电路101配合，会使射频功率放大器单元102的偏置电流随着输入功率的升高而适当地增大，最终使得射频功率放大器单元102随着输入功率的增大而处于一个相对比较稳定的导通角状态，从而达到一个线性度和效率的最优化状态。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明主要应用于无线通信***中的前端发射机中，辅助射频功率放大器将经过上变频后的信号无失真地放大，传送给天线发射出去。

如图1所示，本发明所述微带线MLin1和MLin2会对经过的信号产生一定的相位延迟，这样，一小部分输入信号通过自适应电容C2耦合到管子HBT2的发射极，在这里与经过了微带线MLin1、耦合电容C1和MLin2的相位延迟之后信号相叠加，增大管子HBT2的整流电流，从而增加功率放大器单元102的偏置电压。这样，随着输入信号功率的增大，从自适应电容C2耦合到管子HBT2的信号功率也会随着增大，从而使得功率放大器单元102的偏置电压也随会随着输入信号的增加而增大，这样，就可以使得功率放大器单元101随着输入功率的增加而保持一个相对恒定的导通角。从图5中功率放大器输出的谐波与导通角状态关系可以看出来，当导通角处于深AB类状态时，功率放大器的线性度和效率就会处于一个最优化的状态。因此，调节自适应电容C_adaptive可以使得功率放大器的导通角处于一个最优化的偏置状态，最终可以使功率放大器获得一个优化的线性度和效率状态。

现详细比较本发明与图3中的常用的线性化偏置电路101。与常见的线性偏置电路101相比，当输入功率增加的时候，本发明所述功率放大器单元的偏置电压会随着输入功率的增加而增大，从而使得功率放大器处于一个比较稳定的导通角状态，如图5所示。同时集电极的直流电流会随着功率的增加而动态的增大，如图7所示。稳定的导通角状态可以使得功率放大器在输入信号大范围变化时能够维持一个比较稳定的功率增益，不会提前发生增益压缩，提供了良好的线性度，如图8所示。与传统的线性化偏置电路101相比，采用本发明，由于相对稳定的功率增益会在同等功率输入条件下，获得相对比较高的功率附加效率，如图9所示。

自适应电容C2主要决定了耦合的信号功率的大小，可以调节功率放大器所处的导通角状态。自适应电容C2的选择可以通过电容值的大小的扫描，通过比较功率放大器的功率增益、功率附加效率来确定。如图10、11、12所示。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元、结构或组成部分可以用成一体地元件或构件实现，也可以分别由单个的元件或构件实现。本发明对此不作限制。放大器的级数可以根据实际需要而定，也可以选用多级的线性化补偿结构，在此不限于上述，只要能完成本发明的目的即可。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自适应线性化偏置电路结构，包括线性化偏置电路(101)，其特征在于线性化偏置电路(101)通过自适应电路(103)与射频放大器单元电路(102)相连，自适应电路(103)端口与输入信号相连；所述自适应电路(103)根据输入信号功率的变化调整功率放大器单元的偏置电压。

2.根据权利要求1所述一种自适应线性化偏置电路结构，其特征在于所述自适应电路(103)采用阻容电路，阻容电路将输入信号分流、移相、叠加。

3.根据权利要求1所述一种自适应线性化偏置电路结构，其特征在于所述阻容电路包括第一微带线(MLin1)，第一微带线(MLin1)一端分别与输入信号和自适应电容(C2)相连，第一微带线(MLin1)另一端与耦合电容(C1)一端相连，耦合电容(C1)另一端分别与第二微带线(MLin2)一端和射频放大器单元电路(102)端口相连，第二微带线(MLin2)另一端分别与自适应电容(C2)和线性化偏置电路(101)端口相连。

4.根据权利要求1所述一种自适应线性化偏置电路结构，其特征在于所述线性化偏置电路(101)包括第一三极管(Q1)，第一三极管(Q1)发射极分别与第二三极管(Q2)集电极和基极相连，第二三极管(Q2)发射极与偏置电源负极相连；第一三极管(Q1)基极分别与第一电容(Cb)一端和第三三极管基极相连，第一电容(Cb)另一端与偏置电源负极相连，第三三极管(HBT2)集电极与电阻(2)一端相连，电阻(2)另一端与第一三极管(Q1)集电极相连；第三三极管(HBT2)发射极与所述阻容电路端口相连。

5.根据权利要求1所述一种自适应线性化偏置电路结构，其特征在于所述射频放大器单元电路(102)包括第四三极管HBT1，第四三极管(HBT1)基极与所述自适应电路(103)端口相连，第四三极管(HBT1)集电极分别与电感一端和第二电容一端相连，电感另一端与电源相连，电容另一端作为输出与后级相连，第四三极管(HBT1)发射极与电源负极相连。

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