CN106612106A

CN106612106A - 复合管射频功率放大器

Info

Publication number: CN106612106A
Application number: CN201510707943.2A
Authority: CN
Inventors: 赵奂; 何山暐; 陈肯乐
Original assignee: Hunan Gelande Core Microelectronic Co Ltd
Current assignee: Hunan Gelande Core Microelectronic Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2017-05-03

Abstract

本发明公开了一种复合管射频功率放大器，包括：第一晶体管和第二晶体管的第二端通过输入网络接复合管射频功率放大器的第一端；第一晶体管和第二晶体管的第三端相连通过输出网络接复合管射频功率放大器的第二端并通过第一电感接外部电源接入端，外部电源接入端通过第二电容接地；第一晶体管和第二晶体管的第一端分别接地；第一输入偏置电路一端接第一晶体管第二端另一端接第一偏置电压并通过第一电容接地；第二输入偏置电路一端连接第二晶体管第二端另一端接第二偏置电压并通过第三电容接地；隔直交短装置连接在第一晶体管和第二晶体管第二端之间,第一偏置电压不等于第二偏置电压。本发明与现有功率合成放大器相比具有更高线性度。

Description

复合管射频功率放大器

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种具有高线性度的复合管射频功率放大器。

背景技术

随着当代无线通信技术的不断深入发展，通信***需要支持的数据传输速率越来越大，这大大提高了信号的调制密度以及带宽，因此也对与***的线性度提出了越来越严苛的要求。

射频信号发射模块主要任务是将射频信号放大到足够的功率以保证所建立的通信信道有足够的信号噪声比，是射频无线通信设备中最重要的组成部分之一。其中，功率放大器是主要产生射频功率的元件并直接驱动天线，因此其性能很大程度上影响整个无线通信***的参数如信号失真度(由功率放大器的线性度决定)、传输距离、以及***温度和能耗等。

在目前的无线通讯***中，实现大功率放大通常需要进行多路功率放大器的功率合成，最常见的是两路功率合成。一般来说，功率合成是通过将两路相同的功率放大器相合成，这种方法虽然能够使输出功率加倍，但是相对于单路功率放大器而言并不提高线性度。随着最新通信***标准对线性度的不断提高，单路功率放大器的线性度已逐渐不能满足需求。因此以提高线性度为目标的功率合成技术显得日益重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与现有功率合成放大器相比具有更高线性度的复合管射频功率放大器。

为解决上述技术问题，本发明的复合管射频功率放大器，包括：

第一、第二半导体功率晶体管M1、M2，第一、第二输入偏置电路LC1、LC2，第一～第三电容C1～C3，第一电感L1，实现隔离直流及交流短路功能的隔直交短装置D，实现输入阻抗匹配及功率分配的输入网络IN，以及实现输出阻抗匹配及功率合成的输出网络OUT；

输入网络IN和输出网络OUT为本领域的常用技术，本领域人员能根据具体电路要求通过多种实施方式实现输入网络IN和输出网络OUT(输入网络IN和输出网络OUT结构可以相同也可以不同)。例如，输入网络IN包括：电感LX一端连接复合管射频功率放大器的第一端P1并通过电容CX1接地，另一端连接于串联的电容CX2和CX3之间；或，输入网络IN包括：电感LX1和电感LX2一端相连后连接复合管射频功率放大器的第一端P1并通过电容CX接地；电感LX1和LX2的另一端分别连接半导体功率晶体管M1和M2的第二端；输出网络OUT包括：一端通过一个电容CX接地的电感LX。

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第二端通过输入网络IN连接复合管射频功率放大器的第一端P1；

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第三端相连通过输出网络OUT连接复合管射频功率放大器的第二端P2并通过第一电感L1接外部电源接入端VDD，外部电源接入端VDD通过第二电容C2接地；

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第一端分别接地；

第一输入偏置电路LC1一端连接第一半导体功率晶体管M1第二端另一端接第一偏置电压V1并通过第一电容C1接地；

第二输入偏置电路LC2一端连接第二半导体功率晶体管M2第二端另一端接第二偏置电压V2并通过第三电容C3接地；

隔直交短装置D连接在第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2第二端之间；

其中，第一偏置电压V1不等于第二偏置电压V2，V1≠V2；

其中，第一输入偏置电路LC1、第二输入偏置电路LC2为电感、电阻或并联电容电感谐振器。

其中，第一偏置电压V1、第二偏置电压V2的范围为大于等于零小于等于外部电源电压Vdd,V1∈[0，Vdd]，V2∈[0，Vdd]。

其中，其中，第一半导体功率晶体管M1、第二半导体功率晶体管M2为NMOS(N型金属-氧化物-半导体)、PMOS(P型金属-氧化物-半导体)、HBT(异质结双极型晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)或LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)。

发明结构工作原理：构成复合管射频功率放大器的核心为复合功率管，由半导体功率晶体管M1和M2组成。M1和M2工作时分别偏置在不同的类别(A类，以第二半导体功率晶体管M2为例进行说明；B类，以第一半导体功率晶体管M1为例进行说明)。其中，B类偏置的偏置电压V1在第一半导体功率晶体管M1的开启电压VT附近，而A类偏置的偏置电压V2则明显高于开启电压VT。B类功放的“功率-增益”曲线如图3a所示，由于B类功放随着功率的变化有着比较严重的自偏置效应，因此B类功放的增益随着功率增大会出现增益扩张的情况，这是产生AM-AM非线性的主要原因。而A类功放的“功率-增益”曲线如图3b所示，其增益在功放饱和以前随功率增大缓慢地单调减小。这两条增益曲线在一定的偏执电压(V1，V2)以及一定的晶体管尺寸(WM1，WM2)的条件下相叠加组成复合管，可以使得总功率放大器的“功率-增益”曲线在功率放大器非饱和区域消除AM-AM非线性效应，如图3c所示。因此，本发明所揭示的技术能大大地提高功率放大器的线性度。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明复合管射频功率放大器的结构示意图。

图2是本发明复合管射频功率放大器一实施例的结构示意图。

图3a是“功率-增益”曲线示意图一。

图3b是“功率-增益”曲线示意图二。

图3c是“功率-增益”曲线示意图三。

具体实施方式

如图2所示，本发明复合管射频功率放大器的一实施例，包括：第一、第二半导体功率晶体管M1、M2(本实施例中M1、M2为NMOS)，第一、第二输入偏置电路LC1、LC2(本实施例中LC1、LC2为并联电容电感谐振器)，第一～第三电容C1～C3，第一电感L1，实现隔离直流及交流短路功能的隔直交短装置D(本实施例为一电容)，实现输入阻抗匹配及功率分配的输入网络IN，以及实现输出阻抗匹配及功率合成的输出网络OUT；

本实施例的输入网络IN包括：电感LX一端连接复合管射频功率放大器的第一端P1并通过电容CX1接地，另一端连接于串联的电容CX2和CX3之间；输出网络OUT包括：一端通过一个电容CX4接地的电感LX1。

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第二端(栅极)通过输入网络IN连接复合管射频功率放大器的第一端P1；

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第三端(漏极)相连通过输出网络OUT连接复合管射频功率放大器的第二端P2并通过第一电感L1接外部电源接入端VDD，外部电源接入端VDD通过第二电容C2接地；

第一半导体功率晶体管M1和第二半导体功率晶体管M2的第一端(源极)分别接地；

隔直交短装置D连接在第一半导体功率晶体管M1第二端和第二半导体功率晶体管M2第二端之间；

其中，第一偏置电压V1不等于第二偏置电压V2，V1≠V2；

其中，第一输入偏置电路LC1、第二输入偏置电路LC2还可以采用电感或电阻。

其中，第一半导体功率晶体管M1、第二半导体功率晶体管M2还可以采用PMOS(P型金属-氧化物-半导体)、HBT(异质结双极型晶体管)、HEMT(高电子迁移率晶体管)或LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)。

以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种复合管射频功率放大器，其特征是，包括：

第一、第二半导体功率晶体管(M1、M2)，第一、第二输入偏置电路(LC1、LC2)第一～第三电容(C1～C3)，第一电感(L1)，实现隔离直流及交流短路功能的隔直交短装置(D)，实现输入阻抗匹配及功率分配的输入网络(IN)，以及实现输出阻抗匹配及功率合成的输出网络(OUT)；

第一半导体功率晶体管(M1)和第二半导体功率晶体管(M2)的第二端通过输入网络(IN)连接复合管射频功率放大器管的第一端(P1)；

第一半导体功率晶体管(M1)和第二半导体功率晶体管(M2)的第三端相连通过输出网络(OUT)连接复合管射频功率放大器的第二端(P2)并通过第一电感(L1)接外部电源接入端(VDD)，外部电源接入端(VDD)通过第二电容(C2)接地；

第一半导体功率晶体管(M1)和第二半导体功率晶体管(M2)的第一端分别接地；

第一输入偏置电路(LC1)一端连接第一半导体功率晶体管(M1)第二端另一端接第一偏置电压(V1)并通过第一电容(C1)接地；

第二输入偏置电路(LC2)一端连接第二半导体功率晶体管(M2)第二端另一端接第二偏置电压(V2)并通过第三电容(C3)接地；

隔直交短装置(D)连接在第一半导体功率晶体管(M1)第二端和第二半导体功率晶体管(M2)第二端之间；

其中，第一偏置电压(V1)不等于第二偏置电压(V2)。

2.如权利要求1所述的复合管射频功率放大器，其特征是：第一输入偏置电路(LC1)、第二输入偏置电路(LC2)为电感、电阻或并联电容电感谐振器。

3.如权利要求1所述的复合管射频功率放大器，其特征是：第一偏置电压(V1)、第二偏置电压(V2)的范围为大于等于零小于等于外部电源电压(Vdd)。

4.如权利要求1所述的复合管射频功率放大器，其特征是：第一半导体功率晶体管(M1)、第二半导体功率晶体管(M2)为NMOS、PMOS、HBT、HEMT或LDMOS。

5.如权利要求1所述的复合管射频功率放大器，其特征是：隔直交短装置(D)是电容或串联电容电感谐振器。