CN108988792A - 一种放大器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种放大器电路，该放大器电路包括谐波控制电路，谐波控制电路在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的谐波能量进行短路，减小了氮化镓功放管的二次谐波功率输出，提升功放的效率和功率，降低了现有放大器电路中谐波能量的产生。
Description
技术领域
本发明涉及放大器领域，尤其涉及一种放大器电路。
背景技术
GaN(Gallium Nitride，氮化镓)HEMT(High Electron Mobility Transistors，高电子迁移率晶体管)为代表的新一代功率器件在最近两年开始商用，并且在4G***应用中极具竞争力。
在实际应用中，氮化镓晶体管由于其高的截止频率特性，使得晶体管可以应用到较高的工作频率上，同时也产生了新的问题，即氮化镓晶体管的二、三次谐波能量较高，谐波能量的产生影响到器件的基波性能，所以必须从器件或者电路的设计中尽量多的降低谐波能量的产生。
发明内容
本发明实施例提供了一种放大器电路，以降低现有放大器电路中谐波能量的产生。
为了解决上述问题，本发明提供了一种放大器电路，包括：放大器晶体管、与放大器晶体管的栅极连接的输入匹配电路、与放大器晶体管的漏极连接的输出匹配电路；输入匹配电路用于匹配放大器晶体管的源阻抗，输出匹配电路包括谐波控制电路和基波匹配电路，谐波控制电路用于在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的谐波能量进行短路，基波匹配电路用于匹配放大器晶体管的基波最佳负载阻抗。
本发明实施例的有益效果：
本发明实施例提供了一种放大器电路，该放大器电路包括谐波控制电路，谐波控制电路在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的谐波能量进行短路，减小了氮化镓功放管的二次谐波功率输出，提升功放的效率和功率，降低了现有放大器电路中谐波能量的产生。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的放大器电路的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的放大器电路的电路示意图；
图3为本发明第二实施例提供的输出匹配电路的第一种电路示意图；
图4为本发明第二实施例提供的输出匹配电路的第二种电路示意图；
图5为本发明第二实施例提供的输出匹配电路的第三种电路示意图；
图6为本发明第二实施例涉及的现有输出匹配电路的电路示意图；
图7为本发明第二实施例涉及的现有输出匹配电路的效率曲线图；
图8为本发明第二实施例涉及的第一种输出匹配电路的效率曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及的放大器电路可用于Doherty功放架构的主放大器和峰值放大器，也可用于多路Doherty电路架构。
现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。
第一实施例：
图1为本发明第一实施例提供的放大器电路的结构示意图，由图1可知，本实施例提供的放大器电路1，包括：放大器晶体管11、与放大器晶体管的栅极连接的输入匹配电路12、与放大器晶体管的漏极连接的输出匹配电路13；输入匹配电路12用于匹配放大器晶体管11的源阻抗，输出匹配电路13包括谐波控制电路131和基波匹配电路132，谐波控制电路131用于在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的谐波能量进行短路，基波匹配电路132用于匹配放大器晶体管的基波最佳负载阻抗。
在一些实施例中，上述实施例中的输入匹配电路12用于将放大器晶体管的源阻抗匹配到***阻抗。
在一些实施例中，上述实施例中的基波匹配电路132用于将放大器晶体管的基波最佳负载阻抗匹配到***阻抗。
在一些实施例中，上述实施例中的输入匹配电路12还包括栅极偏置电路，基波匹配电路132还包括漏极偏置电路。
在一些实施例中，上述实施例中的谐波控制电路131用于在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的二次谐波能量进行短路。
在一些实施例中，上述实施例中的放大器晶体管11包括氮化镓功放管。
如图3至图5所示，在一些实施例中，上述实施例中的谐波控制电路131包括八分之一波长开路线，八分之一波长开路线设置在氮化镓功放管的输出引脚根部。
如图3所示，在一些实施例中，上述实施例中的八分之一波长开路线包括一条第一波长对应的八分之一波长开路线，第一波长为氮化镓功放管中心频率对应的波长。
如图4所示，在一些实施例中，上述实施例中的八分之一波长开路线包括一条第二波长对应的八分之一波长开路线及一条第三波长对应的八分之一波长开路线，第二波长为氮化镓功放管工作频段低频点对应的波长，第三波长为氮化镓功放管工作频段高频点对应的波长。
如图5所示，在一些实施例中，上述实施例中的谐波控制电路131包括并联电容，电容的一端设置在氮化镓功放管的输出引脚根部，另一端接地。在实际应用中，电容的容抗与八分之一波长开路线等效，其具体参数通过仿真确定。
现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。
第二实施例：
与LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)和GaAs(砷化镓)等较传统的技术相比，氮化镓晶体管可以提供较好的线性功率和效率，以及较高的带宽。这些性能的提升源自氮化镓的宽禁带半导体特性、高饱和电子迁移率以及高击穿场。宽禁带材料还具备非常高的热传导性能，能够使基于氮化镓的电子器件能够在比其他诸如硅或者砷化镓器件高得多的温度下面工作。
氮化镓晶体管由于其高的截止频率特性，使得晶体管可以应用到较高的工作频率上，同时也产生了新的问题，即氮化镓晶体管的二、三次谐波能量较高，谐波能量的产生影响到器件的基波性能，所以必须从器件或者电路的设计中尽量多的降低谐波能量的产生。
谐波分量对输出功率和效率有很大的影响，因此，在电路设计时，必须重点加以考虑。谐波调试类功放是通过对输出谐波分量的控制，来获得最佳波形提升效率。F类功放就是基波和谐波负载阻抗用短路端阻抗和开路峰值来控制器件集电极(或漏极)电压和电流波形，以得到最大的效率，其通常只控制二次和三次谐波，在管芯界面处二次谐波短路，三次谐波开路。事实上，控制更高次的谐波对性能带来的改善是非常有限的，相对于***复杂度和电路损耗的增加来说常常可以或略不计。而且，当频率增高时，控制更高次谐波也变的更加困难，通常只控制基波、二次和三次谐波。
但对于氮化镓功放管三次谐波控制对功放性能提升有限，而且会增加电路设计的复杂度。传统的二次谐波短路控制方法为1/4波长短路枝节，同时也作为供电臂的功能，但低频时1/4波长较长，供电臂长度都会缩短，影响了二次谐波调谐的效率。如果供电臂旁路电容位置不合适，导致二次谐波阻抗相位落在效率低的位置，会严重影响功放效率。
基于上述分析，氮化镓晶体管由于其高的截止频率特性，使得晶体管可以应用到较高的工作频率上，同时也产生了新的问题，即氮化镓晶体管的二、三次谐波能量较高，谐波能量的产生影响到器件的基波性能，所以必须从器件或者电路的设计中尽量多的降低谐波能量的产生，因此，本实施例提供一种高效率的氮化镓射频功率放大器电路，尽量减小电压电流之间在时域上的交叠，提升功放漏极效率。
如图2所示，本实施例提供的氮化镓射频功率放大器电路包括氮化镓晶体管21、输入匹配电路22、谐波控制电路23和基波匹配电路24，谐波控制电路23和基波匹配电路24属于输出匹配电路25，其中，
输入匹配电路22用于把氮化镓功放管的源阻抗匹配到***阻抗，如50欧姆，同时包含栅极偏置电路；
谐波控制电路23用于在氮化镓晶体管21的管芯处，使得二次谐波阻抗处于短路状态，减小输出电压和电流的时域波形上的交叠，提升功放的功率和效率；
基波匹配电路24用于把基波最佳负载阻抗匹配到***阻抗，如50欧姆，使功放输出最大功率，同时包含漏极偏置电路26。
在实际应用中，谐波控制电路23为1/8波长开路线，紧挨着功放管输出根部，使得在管芯处二次谐波为短路状态。
如图3所示，谐波控制电路可以为放置一根λ0/8开路线，λ0为功放中心频率f0对应的波长。
布局空间应许的情况下，可以放置λ1/8和λ2/8两个开路线，λ1和λ2分别为功放工作频段的高低频点对应的波长：
如图4所示，λ1/8和λ2/8两个开路线设置在两侧，在实际应用中，其上下位置不限，即可以是λ1/8开路线设置在漏极偏置电路的另一侧，λ2/8开路线设置在漏极偏置电路的同一侧，也可以是λ1/8开路线设置在漏极偏置电路的同一侧，λ2/8开路线设置在漏极偏置电路的另一侧。
如图5所示，谐波控制电路也可以是一个电容，该电容的容抗与1/8波长开路线等同，紧挨着放置在功放管输出根部。
为了突出本实施例的有益效果，采用Cree公司的CGHV22100功放管模型进行仿真，功放的工作频段为1805MHz～1880MHz，Loadpull仿真得到氮化镓功放管的源阻抗和负载阻抗，根据源阻抗设计输入匹配电容，谐波控制电路采用根部并联1.5mm(宽度)/12.1mm(长度)开路线，12.1mm为λ0/8开路线线长，λ0为功放工作带内的中心频率1842.5MHz的波长。然后根据负载阻抗设计基波匹配电路，从功放管输出界面看出去为基波的负载阻抗。
在现有技术中，放大器电路采用λ0/4波长短路线供电臂进行二次谐波控制，图6为传统的输出匹配电路示意图。
比较本实施例和现有氮化镓功放电路仿真的性能指标，如下表1所示：
表1
由表1可知，两种放大电路在最大输出功率状态时功率P3dB和效率η@P3dB相当，但最大输出效率状态时本发明的功率高0.4dB，效率高7个百分点。
图7及8为两种输出匹配电路仿真的功放效率的示意图，同时比较两种电路从功放管输出界面看出去的二次谐波阻抗，现有氮化镓功放电路的二次谐波阻抗为5.224+j*19.486，而本实施例的二次谐波阻抗为0.593+j*6.28，与Loadpull的二次谐波阻抗短路状态更为接近。
即，采用本实施例提供的氮化镓射频功率放大器电路，可以减小输出电压和电流的时域波形的交叠，减小氮化镓功放管的二次谐波功率输出，提升功放的效率和功率；采用本实施例提供的氮化镓射频功率放大器电路，减小二次谐波阻抗的虚部，避免二次谐波阻抗相位落在效率低谷点；采用本实施例提供的氮化镓射频功率放大器电路，能够减小谐波控制电路的布板面积，有利于功放的小型化设计。
综上可知，通过本发明实施例的实施，至少存在以下有益效果：
本发明实施例提供了一种放大器电路，该放大器电路包括谐波控制电路，谐波控制电路在放大器晶体管的管芯处，将放大器晶体管的谐波能量进行短路，减小了氮化镓功放管的二次谐波功率输出，提升功放的效率和功率，降低了现有放大器电路中谐波能量的产生。
以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种放大器电路，包括：放大器晶体管、与所述放大器晶体管的栅极连接的输入匹配电路、与所述放大器晶体管的漏极连接的输出匹配电路；所述输入匹配电路用于匹配所述放大器晶体管的源阻抗，所述输出匹配电路包括谐波控制电路和基波匹配电路，所述谐波控制电路用于在所述放大器晶体管的管芯处，将所述放大器晶体管的谐波能量进行短路，所述基波匹配电路用于匹配所述放大器晶体管的基波最佳负载阻抗。
2.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述输入匹配电路用于将所述放大器晶体管的源阻抗匹配到***阻抗。
3.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述基波匹配电路用于将所述放大器晶体管的基波最佳负载阻抗匹配到***阻抗。
4.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述输入匹配电路还包括栅极偏置电路，所述基波匹配电路还包括漏极偏置电路。
5.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，所述谐波控制电路用于在所述放大器晶体管的管芯处，将所述放大器晶体管的二次谐波能量进行短路。
6.如权利要求1至5任一项所述的放大器电路，其特征在于，所述放大器晶体管包括氮化镓功放管。
7.如权利要求6所述的放大器电路，其特征在于，所述谐波控制电路包括八分之一波长开路线，所述八分之一波长开路线设置在所述氮化镓功放管的输出引脚根部。
8.如权利要求7所述的放大器电路，其特征在于，所述八分之一波长开路线包括一条第一波长对应的八分之一波长开路线，所述第一波长为所述氮化镓功放管中心频率对应的波长。
9.如权利要求7所述的放大器电路，其特征在于，所述八分之一波长开路线包括一条第二波长对应的八分之一波长开路线及一条第三波长对应的八分之一波长开路线，所述第二波长为所述氮化镓功放管工作频段低频点对应的波长，所述第三波长为所述氮化镓功放管工作频段高频点对应的波长。
10.如权利要求6所述的放大器电路，其特征在于，所述谐波控制电路包括并联电容，所述电容的一端设置在所述氮化镓功放管的输出引脚根部，另一端接地。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181211 |