CN108832899A - 一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了视频带宽在射频功率放大器里面是比较重要是一个指标，它对功放的工作带宽的大小起着决定性作用，具体体现在对功放加数字预失真时，视频带宽与数字预失真可矫正的数值有着密切关系。本发明包括主偏置模块和镜像偏置模块。主偏置模块第一微带线Lbais、第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2和第二高频滤波电容C3。镜像偏置模块包括第二微带线Lbais'、第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'和第四高频滤波电容C3'。本发明通过增大晶体管的自谐振频率来拓宽视频带宽。本发明通过减小基带阻抗来减小射频功率放大器的记忆效应，从而达到提高射频功率放大器线性度的效果。
Description
技术领域
本发明属于射频功率放大器技术领域，具体涉及一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路。
背景技术
随着通信***的快速发展，具有较宽带宽或多载波调制信号的应用对射频功率放大器的线性化提出了苛刻的要求。表征着射频功率放大器工作带宽的视频带宽(VBW)以及影响着功放线性度的记忆效应成为衡量射频放大器性能的两个重要因素。
视频带宽在射频功率放大器里面是比较重要是一个指标，它对功放的工作带宽的大小起着决定性作用，具体体现在对功放加数字预失真(DPD)时，视频带宽与数字预失真可矫正的数值有着密切关系。当瞬时信号带宽过宽或接近决定视频带宽的晶体管谐振频率时，会严重恶化数字预失真(DPD)***对功放线性的纠正，更会在有源器件内出现较大的电压和电流偏移，从而导致元器件的内部温度过高而损坏(EOS故障)。
在FET晶体管放大器中，大部分记忆效应归因于基带阻抗，基带阻抗的变化会影响到IMD3的变化及不对称，而基带阻抗主要由偏置网络在低频段的阻抗所决定。在功率放大器的设计中我们希望晶体管的基带阻抗近为短路，射频阻抗尽可能大，这样才能最大化功率的放大，减小功率的损耗，并增大放大器的线性度。
为了减小记忆效应增大VBW国外有一些文章对此提出了一种方法，即通过高质量电容、电感并联再与管芯的内匹配隔直电容并联，以达到更高的谐振，增大VBW。此方法是针对晶体管的设计而提出的，并不适合用于实际的电路设计之中。另外为减小电记忆效应，LC谐振型偏置网络被提出，用于减小对记忆效应影响最大的基带阻抗，但此方法在减小晶体管基带阻抗的同时会相应地降低基波阻抗，容易造成射频功率向偏置电路中泄露，并且在高频下，电容、电感元件具有较大的寄生参数，难以用于射频电路的设计之中。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提出一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路。
本发明包括主偏置模块和镜像偏置模块。所述的主偏置模块第一微带线Lbais、第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2和第二高频滤波电容C3。所述第一微带线Lbais的一端接功率放大器的晶体管漏极，另一端接第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2、第二高频滤波电容C3的一端及漏极偏置电压Vds。所述第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2及第二高频滤波电容C3的另一端均接地。
所述的镜像偏置模块包括第二微带线Lbais'、第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'和第四高频滤波电容C3'。所述第二微带线Lbais'的一端接功率放大器的晶体管漏极，另一端接第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的一端。第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的另一端均接地。
进一步地，所述的第一微带线Lbais及第二微带线Lbais'均为针对功率放大器中心频率的四分之一波长微带线，且电感值相等。
进一步地，所述的第一隔直电容C1与第二隔直电容C1'的电容值相等。
进一步地，所述的第一高频滤波电容C2与第三高频滤波电容C2'的电容值相等。
进一步地，所述的第二高频滤波电容C3与第四高频滤波电容C3'的电容值相等。
进一步地，所述功率放大器的晶体管采用FET晶体管。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明通过增大晶体管的自谐振频率来拓宽视频带宽。
2、本发明通过减小基带阻抗来减小射频功率放大器的记忆效应，从而达到提高射频功率放大器线性度的效果。
附图说明
图1为本发明与晶体管连接的示意图；
图2为采用本发明作为漏极偏置电路与现有漏极偏置电路的归一化阻抗对比折线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，包括主偏置模块和镜像偏置模块。主偏置模块第一微带线Lbais、第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2和第二高频滤波电容C3。第一微带线Lbais的一端接功率放大器的晶体管Pacage漏极，另一端接第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2、第二高频滤波电容C3的一端及漏极偏置电压Vds。第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2及第二高频滤波电容C3的另一端均接地。
镜像偏置模块包括第二微带线Lbais'、第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'和第四高频滤波电容C3'。第二微带线Lbais'的一端接功率放大器的晶体管漏极，另一端接第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的一端。第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的另一端均接地。
第一微带线Lbais及第二微带线Lbais'均为针对功率放大器中心频率的四分之一波长微带线，且电感值均为L4。第一隔直电容C1与第二隔直电容C1'的电容值相等。第一高频滤波电容C2与第三高频滤波电容C2'的电容值相等。第二高频滤波电容C3与第四高频滤波电容C3'的电容值相等。
功率放大器的晶体管采用FET晶体管。晶体管包括管芯、依次串联的等效电感Lseries、寄生电感Lshunt和寄生电容Cshunt。等效电感Lseries远离寄生电感Lshunt的那端即为晶体管的漏极。等效电感Lseries连接寄生电感Lshunt的那端与管芯相连。等效电感Lseries为晶体管的管芯与管壳之间的等效电感。
定义功率放大器的晶体管内寄生电感Lshunt、寄生电容Cshunt、等效电感Lseries与偏置电路内电感的等效谐振频率为特征等效谐振频率。射频功率放大器的视频带宽主要取决于特征等效谐振频率。特征等效谐振频率越大，则视频带宽越大。
以本发明作为漏极偏置电路的射频功率放大器中，
特征等效谐振频率
其中，Cshunt为寄生电容Cshunt的电容值。Ln＝L1+L2+L3。L1为晶体管内寄生电感Lshunt的电感值；L2为管芯与管壳之间的等效电感Lseries的电感值。L3为本发明电感值的之和。
由于本发明内第一微带线Lbais及第二微带线Lbais'等效于电感，且第一微带线Lbais与第二微带线Lbais'并联，故本发明电感值为第一微带线Lbais的倒数与第二微带线Lbais'的倒数之和的倒数，即L3＝1/2L4。
现有漏极偏置电路与本发明的区别在于：现有漏极偏置电路仅包括主偏置模块。
在采用现有漏极偏置电路的射频功率放大器中，
特征等效谐振频率
其中，Lm＝L1+L2+L4。
由并联电路原理，L3＝1/2L4，可得到f2大于f1。进而可以得出，采用本发明的射频功率放大器的视频带宽大于采用现有漏极偏置电路的射频功率放大器的视频带宽。
针对采用原材料氮化镓的CGH400010型FET晶体管，以3.5GHz为中心频率，对采用现有漏极偏置电路和采用本发明漏极偏置电路的功率放大器通过ADS软件(AdvancedDesign System)进行仿真，分别得出两者归一化阻抗随频率变化的折线图。仿真结果如图2所示。图2中折线的峰值点即为谐振点。谐振点对应频率(横坐标)即为特征等效谐振频率。采用本发明的射频功率放大器的特征等效谐振频率为1GHz。采用现有漏极偏置电路的射频功率放大器的特征等效谐振频率为471MHz。由此可以看出，本发明将特征等效谐振频率提高了两倍以上，能够有效提高射频功率放大器的视频带宽。
此外，在射频功率放大器中，大部分记忆效应归因于基带阻抗，较高或不稳定的基带阻抗会影响到IMD3的变化及不对称。因此，减小基带阻抗能够有效降低记忆效应。本发明中将主偏置模块与镜像偏置模块并联，使得本发明的阻抗小于现有漏极偏置电路，从而降低了射频功率放大器的记忆效应。
Claims (6)
1.一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，包括主偏置模块；其特征在于：还包括镜像偏置模块；所述的主偏置模块第一微带线Lbais、第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2和第二高频滤波电容C3；所述第一微带线Lbais的一端接功率放大器的晶体管漏极，另一端接第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2、第二高频滤波电容C3的一端及漏极偏置电压Vds；所述第一隔直电容C1、第一高频滤波电容C2及第二高频滤波电容C3的另一端均接地；
所述的镜像偏置模块包括第二微带线Lbais'、第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'和第四高频滤波电容C3'；所述第二微带线Lbais'的一端接功率放大器的晶体管漏极，另一端接第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的一端；第二隔直电容C1'、第三高频滤波电容C2'及第四高频滤波电容C3'的另一端均接地。
2.根据权利要求1所述的一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，其特征在于：所述的第一微带线Lbais及第二微带线Lbais'均为针对功率放大器中心频率的四分之一波长微带线，且电感值相等。
3.根据权利要求1所述的一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，其特征在于：所述的第一隔直电容C1与第二隔直电容C1'的电容值相等。
4.根据权利要求1所述的一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，其特征在于：所述的第一高频滤波电容C2与第三高频滤波电容C2'的电容值相等。
5.根据权利要求1所述的一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，其特征在于：所述的第二高频滤波电容C3与第四高频滤波电容C3'的电容值相等。
6.根据权利要求1所述的一种提高射频功率放大器视频带宽的漏极偏置电路，其特征在于：所述功率放大器的晶体管采用FET晶体管。
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