專利名稱：效率和線性度提高的功率放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種效率和線性度提高的功率放大器。
背景技術：
對于無線通信裝置，如由電池提供能量的蜂窩移動電話和尋呼機等便攜式手持小 型設備，電池的供電時間短已成為影響該類通信裝置使用的重要因素。電池供電時間短主 要是因為該類無線通信裝置中功率放大器的工作效率低，其在放大信號時消耗掉電源提供 的大量功率。另外，在使用通信設備接收信息時，若設備中的功率放大器線性度較差，則會 使所接收到的信號波形發(fā)生幅度與相位上的失真，影響信息的準確傳輸?，F(xiàn)有的提高射頻功率放大器效率的方法主要有LINC、EE&R、Doherty等。LINC技 術是把一個調幅調相信號分解成兩個恒包絡的調相信號，然后使其分別通過兩個特性相同 的功放，最后將兩路信號合成初始變包絡信號輸出。EE&R技術的基本原理是，中頻輸入信號 通過包絡檢測器和限幅器，得到幅度和相位形式的輸入信號。恒包絡的輸入信號經混頻器 變頻后成為射頻信號，送入非線性射頻功放輸出。分離后得到的中頻包絡信號對供給的電 壓信號進行調制，然后用所得的調制信號來控制功率放大器。Doherty結構由主功放和輔助 功放2個功放組成，主功放工作在B類或者AB類，輔助功放工作在C類。兩個功放不是輪 流工作，而是主功放一直工作，輔助功放到設定的峰值才工作。Doherty功放雖然具有很高 的效率，但其線性度較差?，F(xiàn)有的改善射頻功率放大器線性度的技術主要有功率回退、負反饋、前饋等。功率 回退法雖然實現(xiàn)簡單，但其是犧牲了效率來換取線性度，因而不適合用于輸出功率以及效 率要求較高的功放系統(tǒng)中。負反饋技術是通過犧牲功放增益來達到抑制信號失真的目的， 因此功率放大器必須提供足夠高的增益才能得到較好的功率增益和線性度。前饋技術要 求兩通路中信號的幅度和相位特性完全匹配，因此最簡單的前饋系統(tǒng)也遠比負反饋系統(tǒng)復 雜，因而不常被使用。
發(fā)明內容本實用新型目的是提供一種效率和線性度均提高的功率放大器，其在不增加功 率放大器靜態(tài)功耗的情況下，濾除了功率放大器中的N(N> 1)次諧波，顯著提高了功率放 大器的效率和線性度。本實用新型的技術方案是一種效率和線性度提高的功率放大器，所述功率放大 器為由共射極晶體管與共基極晶體管串疊構成的Cascode結構，從所述共射極晶體管的集 電極到地之間連接有抑制諧波信號的諧波濾除網絡，通過改變該諧波濾除網絡的LC串聯(lián) 諧振頻率，可以達到濾除N(N> 1)次諧波信號的目的；同時，從所述共基極晶體管的基極到 地之間連接有提高基頻信號增益并抑制二次諧波信號輸出的LC串并聯(lián)諧振網絡，通過所 述LC串并聯(lián)諧振網絡，可以在濾除二次諧波信號的同時，又不影響基波信號的傳輸特性。進一步的，在上述功率放大器中，所述諧波濾除網絡包括從共射極晶體管的集電極到地之間并聯(lián)的LC串聯(lián)諧振網絡和第三電感。進一步的，在上述功率放大器中，所述LC串聯(lián)諧振網絡包括從共射極晶體管的集 電極到地之間串聯(lián)的第一電感和第一電容。進一步的，在上述功率放大器中，所述串并聯(lián)諧振網絡包括從所述共基極晶體管 的基極到地之間并聯(lián)的第三電容和基頻串聯(lián)諧振網絡。進一步的，在上述功率放大器中，所述基頻串聯(lián)諧振網絡包括從所述共基極晶體 管的基極到地之間串聯(lián)的第二電容和第二電感。本實用新型的優(yōu)點是1.本實用新型通過在Cascode結構功率放大器中共射極晶體管的集電極，以及共 基極晶體管的基極加入諧波濾除網絡，在不增加功率放大器靜態(tài)功耗的情況下，有效濾除 功率放大器中的N(N> 1)次諧波，顯著地提高功率放大器的效率和線性度。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述

圖1為本實用新型具體實施例的電路結構示意圖；圖2為本實用新型具體實施例的共基極晶體管基極所接LC串并聯(lián)諧振網絡的作 用示意圖。其中1諧波濾除網絡；11 LC串聯(lián)諧振網絡；2 LC串并聯(lián)諧振網絡；21基頻串聯(lián) 諧振網絡；Ll第一電感；L2第二電感；L3第三電感；Cl第一電容；C2第二電容；C3第 三電容；Ql共射極晶體管；Q2共基極晶體管。
具體實施方式
實施例如圖1和圖2所示，一種效率和線性度提高的功率放大器，所述功率放大 器為由共射極晶體管Ql與共基極晶體管Q2串疊構成的Cascode結構，即放大器的信號輸 入端接輸入匹配網絡后接所述共射極晶體管Ql的基極，集電極與共基極晶體管Q2的發(fā)射 極連接，所述共基極晶體管Q2的集電極接輸出匹配網絡后輸出。從所述共射極晶體管Ql 的集電極到地之間連接有抑制諧波信號的諧波濾除網絡1，從所述共基極晶體管Q2的基極 到地之間連接有提高基頻信號增益并抑制二次諧波信號輸出的LC串并聯(lián)諧振網絡2。所述諧波濾除網絡1包括從共射極晶體管Ql的集電極到地之間并聯(lián)的LC串聯(lián)諧 振網絡11以及第三電感L3 ；所述LC串聯(lián)諧振網絡11包括從共射極晶體管Ql的集電極到 地之間串聯(lián)的第一電感Ll和第一電容Cl。所述LC串并聯(lián)諧振網絡2包括從所述共基極晶體管Q2的基極到地之間并聯(lián)的第 三電容C3和基頻串聯(lián)諧振網絡21 ；所述基頻串聯(lián)諧振網絡21包括從所述共基極晶體管Q2 到地之間串聯(lián)的第二電容C2和第二電感L2。如圖1所示，諧波濾除網絡1中，第一電感Ll和第一電容C 1組成的LC串聯(lián)諧 振網絡11諧振在二次諧波頻率，對于二次諧波其相當于一根導線短路到地，當輸入信號由 Cascode結構的共射極晶體管Ql的基極輸入時，信號通過共射極晶體管Ql放大，由共射極 晶體管Ql的集電極輸出，在節(jié)點a處二次諧波信號通過由第一電感Ll和第一電容Cl組成 的LC串聯(lián)諧振網絡短路到地，抑制了二次諧波信號引起的非線性，從而提高了功率放大器的效率和線性度；第一電感Li、第一電容Cl和第三電感L3組成的諧波濾除網絡1諧振在基 波頻率，對于基波信號，諧波濾除網絡1近似于開路，基波信號由共射極晶體管Ql放大后， 在節(jié)點a處不受諧波濾除網絡1的影響，從而使得該網絡可以在濾除二次諧波信號的同時 又不影響基波信號的傳輸。如圖2所示，功率放大器由共射極晶體管Ql和共基極晶體管Q2的高頻小信號等 效模型組成，其中Z為LC串并聯(lián)諧振網絡2的等效阻抗，Vbe為Rn上所分得的電壓。LC串 并聯(lián)諧振網絡2中，第二電感L2和第二電容C2組成的基頻串聯(lián)諧振網絡21諧振在基波頻 率，對于基波信號，LC串并聯(lián)諧振網絡2近似于短路，即等效阻抗Z等于零，第二電感L2、第 二電容C2和第三電容C3組成的LC串并聯(lián)諧振網絡2諧振在二次諧波頻率，對于二次諧波 信號，LC串并聯(lián)諧振網絡2近似于開路，即Z的阻抗值較大。LC串并聯(lián)諧振網絡2與共基 極晶體管Q2組成的電路高頻小信號等效模型如圖2所示，晶體管集電極的輸出電流由跨導 gm和電壓Vbe決定，在8111保持不變的情況下，Vbe的大小決定了壓控電流源產生的電流大小。 對于二次諧波信號，LC串并聯(lián)諧振網絡2的等效阻抗Z的阻抗值較大，此時經共射極晶體 管Ql放大的交流信號在Rn上所分得的電壓較小，即Vbe較小，從而使得gmVbe即壓控電流較 小，二次諧波信號所產生的增益較低，達到了抑制二次諧波的目的；對于基波信號，LC串并 聯(lián)諧振網絡2的等效阻抗Z等于零，此時在Rn上所得到的分壓較大，即Vte較大，從而使得 gfflVbe即壓控電流較大，提高了功率放大器的增益。LC串并聯(lián)諧振網絡2達到了在抑制二次 諧波信號的同時又提高功率放大器增益的目的。通過諧波濾除網絡1和LC串并聯(lián)諧振網絡2的共同作用，抑制了二次諧波信號， 使其輸出功率降低，并且基波信號在不受影響的情況下得到放大，從而提高了功率放大器 的效率和線性度。另外，在保持諧波濾除網絡1并聯(lián)諧振在基頻的情況下，調整第一電感Ll 和第一電容Cl的串聯(lián)諧振網絡，使其諧振在三次諧波頻率或者更高次諧波頻率，此時諧波 濾除網絡1可以濾除掉三次諧波信號或者更高次諧波信號。而諧波濾除網絡1和LC串并 聯(lián)諧振網絡2的共同作用可以達到同時濾除二次諧波信號和N(N > 2)次諧波信號的目的， 從而更好的提高功率放大器的效率和線性度。綜上所述，本實用新型通過在Cascode結構功率放大器的共射極晶體管的集電 極，以及共基極晶體管的基極加入由電感和電容組成的串并聯(lián)諧振網絡，在不增加功率放 大器靜態(tài)功耗的情況下，有效地濾除了功率放大器中的N(N> 1)次諧波信號，顯著地提高 了功率放大器的效率和線性度。
權利要求一種效率和線性度提高的功率放大器，所述功率放大器為由共射極晶體管(Q1)與共基極晶體管(Q2)串疊構成的Cascode結構，其特征在于從所述共射極晶體管(Q1)的集電極到地之間連接有抑制諧波信號的諧波濾除網絡(1)，從所述共基極晶體管(Q2)的基極到地之間連接有提高基頻信號增益并抑制二次諧波信號輸出的LC串并聯(lián)諧振網絡(2)。
2.根據權利要求1所述的效率和線性度提高的功率放大器，其特征在于所述諧波濾 除網絡⑴包括從共射極晶體管(Ql)的集電極到地之間并聯(lián)的LC串聯(lián)諧振網絡(11)以 及第三電感(L3)。
3.根據權利要求2所述的效率和線性度提高的功率放大器，其特征在于所述LC串聯(lián) 諧振網絡(11)包括從共射極晶體管(Ql)的集電極到地之間串聯(lián)的第一電感(Li)和第一 電容(Cl)。
4.根據權利要求1所述的效率和線性度提高的功率放大器，其特征在于所述LC串并 聯(lián)諧振網絡(2)包括從所述共基極晶體管(Q2)的基極到地之間并聯(lián)的第三電容(C3)和基 頻串聯(lián)諧振網絡(21)。
5.根據權利要求4所述的效率和線性度提高的功率放大器，其特征在于所述基頻串 聯(lián)諧振網絡(21)包括從所述共基極晶體管(Q2)的基極到地之間串聯(lián)的第二電容(C2)和 第二電感(L2)。
專利摘要本實用新型公開了一種效率和線性度提高的功率放大器，所述功率放大器為由共射極晶體管與共基極晶體管串疊構成的Cascode結構，從所述共射極晶體管的集電極到地之間連接有抑制諧波信號的諧波濾除網絡，通過改變該諧波濾除網絡的LC串聯(lián)諧振頻率，可以達到濾除N(N＞1)次諧波信號的目的；同時，從所述共基極晶體管的基極到地之間連接有提高基頻信號增益并抑制二次諧波信號輸出的LC串并聯(lián)諧振網絡，通過所述LC串并聯(lián)諧振網絡，可以在濾除二次諧波信號的同時，又不影響基波信號的傳輸特性。本實用新型在不增加功率放大器靜態(tài)功耗的情況下，濾除了功率放大器中的N(N＞1)次諧波，顯著提高了功率放大器的效率和線性度。
文檔編號H03F1/32GK201726366SQ20102017671
公開日2011年1月26日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者張曉東, 胡善文, 郭瑜, 陳杰, 高懷 申請人:蘇州英諾迅科技有限公司