CN1656674A

CN1656674A - Rf功率放大器

Info

Publication number: CN1656674A
Application number: CNA038114909A
Authority: CN
Inventors: R·科斯特; J·J·胡格; N·克拉默; R·M·希尔雷斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2005-08-17
Also published as: US7154339B2; JP2005526439A; AU2003232997A1; WO2003098795A1; EP1510003A1; AU2003232997A8; US20050253656A1

Abstract

根据本发明的RF功率放大器包括连接到电源的多个并联输出晶体管(HBT，1，1到HBT，1，N)。提供用于输出晶体管(HBT，1，1到HBT，1，N)的多个基极电阻器(Rb，1，1到Rb，1，N)和多个输入电容器(Cb，1到Cb，N)，每个输入电容器并联耦合以便接收RF信号输入并经至少一个附加无源部件连接到每个对应输出晶体管(HBT，1，1到HBT，1，N)的输入端。从输出晶体管(HBT，1，1到HBT，1，N)的并联接点获得用于RF输出信号的输出。晶体管(HBT，1，1到HBT，1，N)是异质结双极晶体管。

Description

RF功率放大器

本发明涉及一种包括多个放大元件的射频功率放大器，每个放大元件具有控制电极、第一主电极和第二主电极，由此放大元件的第一主电极耦合到公共输出节点，放大元件的第二主电极耦合到公共参考节点，每个放大元件的控制电极经各个输入电容器耦合到公共射频信号输入节点并经各个基极电阻器耦合到公共偏置节点。

US-A-5629648公开了一种射频(RF)功率放大器电路，它包括异质结双极晶体管并包括具有基极-发射极电压的第一晶体管；电源和连接到电源的电源电阻器，使DC电流流过第一晶体管，产生等于第一晶体管的基极-发射极电压的最终电压。提供至少两种基极电阻器和至少两个输出晶体管，它们每个通过其对应种类的基极电阻器接收最终电压。至少两个输入电容器具有连接到RF信号输入的公共输入并具有彼此DC隔离的独立输出并连接到每个输出晶体管，其中每个输入电容器并联耦合以接收RF信号输入并连接到每个对应输出晶体管的输入端。如果每个晶体管接地，则从输出晶体管的并联连接点获得RF输出信号。

异质结双极晶体管适合于射频(RF)功率放大器应用。一般来说，在功率装置中消耗大量功率。为了充分地散热，由此避免结构性击穿，这种功率放大器通常通过在大的半导体区域上均匀地分布很多小输出晶体管单元而构成。所有单元都制造在一片半导体材料(Si或GaAs)上并且按照它们并联操作的方式连接。通过这种方式，很多小器件可以产生高功率值。这种放大器的两个公知问题是它们的电稳定性和线性。

本发明的目的是提供一种具有改进稳定性的晶体管RF功率放大器。

为此，本发明提供一种在开篇限定的射频功率放大器，其特征在于：每个放大元件的控制电极经各个附加无源部件(Rb，2，1...Rb，2，N)耦合到所述各个电容器(Cb，1、...Cb，N)和所述各个基极电阻器(Rb，1，1...Rb，1，N)。

根据本发明的RF功率放大器的另一优点是改进的线性。

根据本发明的射频功率放大器的附加有利特征将在从属权利要求中请求保护。

本发明所特有的这些和各种其它优点和新颖的特征在所附权利要求书中有详细公开。然而，为了更好地理解本发明、其优点和使用其所实现的目的，下面将参照附图进行详细说明，其中附图也是本说明书的一部分，并示出了本发明的优选实施例，其中：

图1表示根据本发明实施例的RF功率放大器电路；

图2是表示关于图1的RF功率放大器电路的稳定性的附加电阻器的积极效果的曲线；

图3表示具有稳定性圆圈的Smith曲线图，还表示关于图1的RF功率放大器电路的稳定性的附加电阻器的积极效果；

图4表示在900MHz频带的关于电增益和功率附加效率的Rb，2值的效果；和

图5表示在1800MHz频带的关于电增益和功率附加效率的Rb，2值的效果。

图1示出了一种RF功率放大器电路，包括异质结双极输出晶体管HBT，1，1到HBT，1，N，其基极端连接到基极电阻器Rb，1，1到Rb，1，N，而基极电阻器Rb，1，1到Rb，1，N在偏置端连接到电源。输入电容器Cb，1到Cb，N各并联耦合以接收RF信号输入并经附加电阻器Rb，2，1-RB，2，N连接到每个对应输出晶体管HBT，1，1到HBT，1，N的独立输入端。输入电容器Cb，1到Cb，N的一端连接到RF信号输入端Rfin。输入电容器Cb，1到Cb，N的另一端彼此DC隔离并经附加电阻器Rb，2，1到Rb，2，N连接独立输出晶体管HBT，1，1到HBT，1，N。从输出晶体管HBT，1，1到HBT，1，N的并联连接点获得RF输出信号。

增加电阻器Rb，2，1到Rb，2，N在整个电路的稳定性方面具有积极的效果。为了计算关于稳定性的效果，对于由24个单元(N＝24)构成的异质结双极晶体管RF功率放大器，计算所谓的稳定性K因子，如图2中所示的，其中每个单元具有Rb，1和Rb，2以及Cb。

为了评定附加电阻器对稳定的影响，进行以下模拟。改变Rb，2/Rb，1+Rb，2的比，同时保持总和Rb，1+Rb，2不变。总和Rb，1+Rb，2保持不变是为了保持相同的温度稳定性。图2示出了K因子与频率的曲线，其中参数x从1变化到0.05，中间值为x＝0.01、x＝0.02、x＝0.03和x＝0.04。由此表明了电阻器Rb，2对于稳定性的影响。

当Rb，2的值增加时，K因子为1时的频率下降。如果K因子高于1，则该器件是稳定的。通过添加Rb，2和通过增加其值，器件变得更稳定。这可通过图3的稳定性圆圈来表示，图3示出了具有稳定性圆圈的Smith曲线，表示添加电阻器Rb，2的益处。关于该负载稳定性圆圈，参数x从0变化到0.05，中间值为x＝0.01、x＝0.02、x＝0.03和x＝0.04。关于源稳定性圆圈，参数x从0变化到0.05，中间值为x＝0.01、x＝0.02、x＝0.03和x＝0.04。增加Rb，2的值使稳定性圆圈更小，表示器件变得对输入阻抗变化不太敏感，而输入阻抗变化对稳定性有不良影响。

在电路中添加电阻器Rb，2对其它电参数有影响，主要引人注意的是电增益和功率附加效率。为了评估改进稳定性和线性之间的良好折衷方案，作为Rb，2值相对于Rb，1的函数而计算增益和功率附加效率。对于可产生功率值的两个功率器件进行这个模拟，其中所述功率值通常用在GSM和DCS移动电话中。

图4和5示出了在900MHz和1800MHz频带中Rb，2值对于电增益和功率附加效率的影响。从这些图中明显看出，如果电阻器Rb，2的值低，则对于电增益和功率附加效率的影响也低。因此，添加电阻器Rb，2提供了关于稳定性的改进，并在使用异质结双极晶体管技术设计RF功率放大器时附允许有附加自由度。

对于一方面考虑最佳化稳定性和线性之间的折衷方案和另一方面考虑电增益和功率附加效率之间的折衷方案的进一步改进可以通过增加与电阻器R，b2并联和/或串联的附加无源电阻元件或者通过增加与电阻器Rb，2并联的附加无源电容元件来实现。

这里介绍的本发明的实施例只是示意性的而非限制性的。在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可以由本领域技术人员做出各种修改。

Claims

1、一种射频功率放大器，包括：多个放大元件(HBT，1，1...HBT，1，N)，每个放大元件具有控制电极、第一主电极和第二主电极，由此放大元件的第一主电极耦合到公共输出节点，放大元件的第二主电极耦合到公共参考节点，每个放大元件的控制电极经各个输入电容器(Cb，1、...Cb，N)耦合到公共射频信号输入节点(RFin)并经各个基极电阻器(Rb，1，1...Rb，1，N)耦合到公共偏置节点(Bias)，其特征在于：每个放大元件的控制电极经各个附加无源部件(Rb，2，1...Rb，2，N)耦合到所述各个电容器(Cb，1、...Cb，N)和耦合到所述各个基极电阻器(Rb，1，1...Rb，1，N)。

2、根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于附加无源部件(Rb，2，1...Rb，2，N)是电阻器。

3、根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于附加电阻器(Rb，2，1...Rb，2，N)具有相对于对应基极电阻器(Rb，1，1...Rb，1，N)的阻抗为较小值的阻抗。

4、根据权利要求2或3所述的射频功率放大器，其特征在于进一步提供与附加电阻器(Rb，2，1...Rb，2，N)并联和/或串联的附加无源部件。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的射频功率放大器，其特征在于放大元件是异质结双极晶体管。