CN109818587B - 一种自适应偏置的射频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自适应偏置的射频功率放大器，包括放大电路和偏置电路。放大电路中具有功率晶体管，偏置电路中具有偏置晶体管，偏置晶体管的发射极通过电阻连接功率晶体管的基极为其提供偏置电流和/或偏置电压。偏置电路中还有一条电容串联支路，至少为两个电容串联构成；该电容串联支路的一端连接功率晶体管的基极，另一端接地。本申请降低了功率晶体管的基极‑集电极寄生电容对线性度的不利影响，改善了射频功率放大器的AM‑PM失调；延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM‑AM失调。
Description
技术领域
本申请涉及一种射频功率放大器。
背景技术
随着移动通信技术的发展，数据流量不断加大，频谱资源变得日益枯竭。为了解决此类问题，现代移动通信系统普遍采用线性调制技术，例如QPSK（Quadrature Phase ShiftKeying，正交相移键控）、QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交调幅）、HPSK（Hybrid Phase Shift Keying，混合相移键控）、OFDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用）等。上述调制方式产生的信号均为非恒定包络的调制信号，而且系统又是多载波多信道的，信号的峰均比（PAR，Peak-to-Average Ratio）很大。
射频功率放大器是移动通信系统的重要组成部分，作为发射通道最后的放大单元，其作用是将小功率的射频信号进行放大后送往天线发射。射频功率放大器的设计指标通常包括输出功率（Pout）、效率（PAE）、增益（gain）、带宽以及线性度（linearity）等。对于采用线性调制技术的移动通信系统来说，射频功率放大器的线性度指标非常重要。射频功率放大器的任何非线性都容易产生不希望的频率分量，这会严重影响移动通信系统的性能。
综合成本和性能因素，射频功率放大器中的功率晶体管通常采用砷化镓HBT（heterojunction bipolar transistor，异质结双极晶体管）工艺。请参阅图1，这是HBT的寄生电容示意图。HBT具有基极（Base）、集电极（Collector）和发射极（Emitter）。在基极和集电极之间具有基极-集电极寄生电容Cbc，在基极和发射极之间具有基极-发射极寄生电容Cbe，在集电极和发射极之间具有集电极-发射极寄生电容Cce。一般射频功率放大器希望输出功率较大，而射频功率放大器不能将电源的直流功率百分之百地转换为射频信号输出功率，这就带来了散热问题。为利于散热，功率晶体管通常面积较大，这又使得寄生电容会增大。在射频功率放大器的输出功率较小和较大的不同情况下，这些寄生电容是变化的，所以随着输出功率的增加，输入功率和输出功率之间产生了相位失调（AM-PM失调）。此外，射频功率放大器在将小功率信号放大为大功率信号的过程中，会出现随着输出功率的增加、增益降低的现象即出现增益压缩，这便产生了幅度失调（AM-AM失调）。
2002年9月出版的《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》第37卷第9期有一篇文章《PCS/W-CDMA Dual-Band MMIC Power Amplifier With a Newly ProposedLinearizing Bias Circuit》（以下称文献A）。这篇文章的图1给出了一种自偏置结构的射频功率放大器，在有源偏置晶体管的基极增加接地电容Cb。随着输入功率增加，偏置电路的阻抗减小，射频功率耦合进入偏置电路的部分增加，偏置电路能抽取更大的直流电流，有源偏置晶体管的基极-发射极电压下降，功率晶体管的基极偏置电压下降，最终提高了线性度。但该方案没有减小功率晶体管的寄生电容，AM-PM失调仍有提升空间。
2006年6月出版的《IEEE Microwave and Optical Technology Letters》中有篇文章《A Compact Composite Transistor as a Novel RF Power Cell for HighLinearity Power Amplifiers》。这篇文章介绍了通过减小功率晶体管的基极-集电极寄生电容Cbc来降低AM-PM失调。但该方案的AM-AM失调仍有提升空间。
申请公布号为CN106571780A、申请公布日为2017年4月19号的中国发明专利申请《一种自适应偏置的射频功率放大器》（以下称文献B）中公开了一种射频功率放大器。其中的功率级放大电路采用cascode（共源共栅）结构，共源晶体管起信号放大作用，共栅晶体管起提高耐压作用。随着输入功率增加，共栅晶体管的导通电压降低，从而使得共源晶体管的漏极电压延迟下降，改善了增益压缩。此外共栅晶体管的栅极与偏置电路中的电容串联，从而减小了共栅晶体管的栅极-集电极寄生电容。该方案的缺点是：提高线性度的技术手段并非直接作用在放大晶体管上，而是直接作用在耐压晶体管上，是通过间接的方式来改善AM-AM失调以及AM-PM失调，仍有提升空间。
申请公布号为CN103715997A、申请公布日为2014年4月9号的中国发明专利申请《一种改善功率放大器线性度的电路》公开了一种射频功率放大器。其中在电流源和功率晶体管的输入端之间增加一个二极管，通过调节该二极管的工作状态，使得射频输入信号产生与功率放大器相反的失真特性，以此达到线性化的目的。同时随着输入功率增加，该二极管正向反向各占一半周期（正向状态电容效应很弱），所以电阻给线性度起到补偿作用。该方案没有减小功率晶体管的寄生电容，AM-PM失调仍有提升空间。该方案也没有改善增益压缩，AM-AM失调也有提升空间。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种射频功率放大器，同时改善AM-PM失调和AM-AM失调，提升线性度。
为解决上述技术问题，本申请提供的自适应偏置的射频功率放大器包括放大电路和偏置电路。放大电路中具有功率晶体管，偏置电路中具有偏置晶体管，偏置晶体管的发射极通过电阻连接功率晶体管的基极为其提供偏置电流和/或偏置电压。偏置电路中还有一条电容串联支路，至少为两个电容串联构成；该电容串联支路的一端连接功率晶体管的基极，另一端接地。功率晶体管的基极-集电极寄生电容通过所述电容串联支路接地，降低了功率晶体管的基极-集电极寄生电容对线性度的不利影响，改善射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。
进一步地，所述电容串联支路中的至少一个电容连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极，该电容用来将射频输入信号耦合到偏置晶体管的基极。所述电容串联支路中的至少另一个电容接地，该电容降低了偏置电路的阻抗，使得射频信号耦合到偏置电路更为容易。这两个电容用来在射频输入功率增加时增大时，将射频输入信号耦合到偏置晶体管的基极，使得偏置晶体管的基极的静态电压增加，使得偏置晶体管提供给功率晶体管的基极电流增大，这延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，提升了线性度。
优选地，所述放大电路中，功率晶体管的基极通过电容三接收射频输入信号；功率晶体管的发射极接地；功率晶体管的集电极输出放大后的射频信号；在功率晶体管的基极和集电极之间具有基极-集电极寄生电容。这是放大电路的一种具体实现方式。
优选地，所述偏置电路中，偏置晶体管的基极连接分压支路，还通过电容一连接功率晶体管的基极，还通过电容二接地；电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路。偏置晶体管的集电极连接电源电压；偏置晶体管的发射极通过电阻二连接到功率晶体管的基极。所述分压支路是在电源电压和地之间依次串联有电阻一、二极管一和二极管二构成的；偏置晶体管的基极连接到分压支路中电阻一和二极管一之间，即连接到二极管一的阳极。这是偏置电路的第一种具体实现方式。
进一步地，所述偏置电路中还具有镜像晶体管。偏置晶体管的基极连接到镜像晶体管的集电极。偏置晶体管的基极还通过电容一连接功率晶体管的基极，还通过电容二接地。电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路。偏置晶体管的集电极连接电源电压。偏置晶体管的发射极通过电阻二连接功率晶体管的基极。镜像晶体管的基极通过电阻三连接偏置晶体管的发射极。镜像晶体管的集电极通过电阻一连接电源电压。镜像晶体管的发射极接地。镜像晶体管与偏置晶体管构成电流镜电路。这是偏置电路的第二种具体实现方式。
可选地，将电容一替换为二极管三，二极管三的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极连接功率晶体管的基极。所述二极管三等效为可调电阻一与可调电容一的并联。可调电阻一的电阻值与可调电容一的电容值根据该二极管三的两端电压差值而有变化。其中的可调电容一与被取代的电容一起到相同的作用与功能。可调电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路。可调电容一还作为连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极的电容。
可选地，将电容二替换为二极管四，二极管四的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极接地。所述二极管四等效为可调电阻二与可调电容二的并联。可调电阻二的电阻值与可调电容二的电容值根据该反向二极管四的两端电压差值而有变化。其中的可调电容二与被取代的电容二起到相同的作用与功能。电容一和可调电容二串联构成了所述电容串联支路。
可选地，将电容一替换为二极管三，二极管三的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极连接功率晶体管的基极。所述二极管三等效为可调电阻一与可调电容一的并联。将电容二替换为二极管四，二极管四的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极接地。所述二极管四等效为可调电阻二与可调电容二的并联。可调电容一和可调电容二串联构成了所述电容串联支路。可调电容一还作为连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极的电容。
进一步地，所述部分或全部二极管是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。这可以将二极管制造集成在HBT制造之中，简化了制造工艺。
优选地，所述功率晶体管、偏置晶体管、镜像晶体管的部分或全部为砷化镓HBT。射频功率放大器采用砷化镓HBT实现，在性能和成本上都具有优势。
本申请取得的技术效果是：一方面降低了功率晶体管的基极-集电极寄生电容对线性度的不利影响，改善了射频功率放大器的AM-PM失调。另一方面延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调。
附图说明
图1是HBT的寄生电容示意图。
图2是本申请自适应偏置的射频功率放大器的实施例一的电路结构示意图。
图3是图2中功率晶体管的基极-集电极寄生电容与新增电容串联的等效电路示意图。
图4是本申请自适应偏置的射频功率放大器的实施例一的第一变形电路结构示意图。
图5是图4中的反向连接的二极管三D3的等效电路示意图。
图6是本申请自适应偏置的射频功率放大器的实施例一的第二变形电路结构示意图。
图7是图6中的反向连接的二极管四D4的等效电路示意图。
图8是本申请自适应偏置的射频功率放大器的实施例一的第三变形电路结构示意图。
图9是图8中反向连接的二极管三D3、反向连接的二极管四D4的等效电路示意图。
图10是本申请自适应偏置的射频功率放大器的实施例二的电路结构示意图。
图11是射频功率放大器的增益与输出功率的曲线关系示意图。
图12是射频功率放大器的相位与输出功率的曲线关系示意图。
图中附图标记说明：Cbc为基极-集电极寄生电容；Cbe为基极-发射极寄生电容；Cce为集电极-发射极寄生电容；RFin为射频输入信号；RFout为射频输出信号；HBT1为功率晶体管；HBT2为偏置晶体管；HBT3为镜像晶体管；R为电阻；C为电容；D为二极管。
具体实施方式
请参阅图2，这是本申请提供的自适应偏置的射频功率放大器的实施例一，主要包括放大电路和偏置电路。
所述放大电路主要包括功率晶体管HBT1，例如是砷化镓HBT。射频输入信号RFin通过电容三C3连接到功率晶体管HBT1的基极，功率晶体管HBT1的发射极接地，集电极输出放大后的射频信号。所述放大后的射频信号经过输出匹配网络进行阻抗匹配后得到射频输出信号RFout。在功率晶体管HBT1的基极和集电极之间具有基极-集电极寄生电容Cbc，这是造成功率晶体管HBT1非线性的主要因素之一。
所述偏置电路主要包括偏置晶体管HBT2，例如是砷化镓HBT。在电源电压Vcc和地之间依次串联有电阻一R1、二极管一D1和二极管二D2构成分压支路。二极管例如是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）连接到分压支路中电阻一R1和二极管一D1之间，即连接到二极管一D1的阳极。节点A还通过电容一C1连接功率晶体管HBT1的基极（即节点B）。节点A还通过电容二C2接地。偏置晶体管HBT2的集电极连接电源电压Vcc，发射极通过电阻二R2连接节点B，即连接到功率晶体管HBT1的基极。偏置晶体管HBT2的发射极向功率晶体管HBT1的基极提供偏置电流。
与现有的自适应偏置的射频功率放大器（例如文献A）相比，本申请提供的自适应偏置的射频功率放大器的实施例一具有如下特点和有益的技术效果。
第一，偏置电路中的电容一C1、电容二C2串联构成了一条电容串联支路，功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc通过所述电容串联支路接地，这可以等效为图3所示的电路。图3中的等效电容C12就是电容一C1与电容二C2的串联电容之和，C12＝C1×C2/(C1＋C2)。由基极-集电极寄生电容Cbc、电容一C1、电容二C2组成的串联支路的串联电容之和小于基极-集电极寄生电容Cbc，因此降低了功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。
第二，所述电容串联支路中的电容一C1将射频输入信号RFin耦合到偏置晶体管HBT2的基极。所述电容串联支路中的电容二C2降低了偏置电路的阻抗，使得射频输入信号RFin更容易耦合到偏置晶体管HBT2。随着射频输入信号RFin的输入功率增加，偏置晶体管HBT2的平均基极电压升高，因此偏置晶体管HBT2提供给功率晶体管HBT1的基极电流增大，这延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，也提升了线性度。
与现有的自适应偏置的射频功率放大器（例如文献B）相比，本申请提供的自适应偏置的射频功率放大器的实施例一直接针对负责信号放大的功率晶体管的AM-PM失调、AM-AM失调进行改善，改善效果比间接方式更为明显，电路设计更为合理巧妙。
请参阅图4，这是上述实施例一的第一变形电路。第一变形电路与实施例一的区别仅在于：将实施例一中的电容一C1替换为反向连接的二极管三D3。第一变形电路中，在偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）和功率晶体管HBT1的基极（即节点B）之间具有二极管三D3进行反向连接。反向连接是指二极管三D3的阴极连接节点A，阳极连接节点B。二极管三D3例如是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。
请参阅图5，这是图4中的反向连接的二极管三D3的等效电路。由于图4中节点A的静态电压高于节点B的静态电压，因此反向连接的二极管三D3等效为可调电阻一Ra1与可调电容一Ca1的并联网络。可调电阻一Ra1的电阻值、可调电容一Ca1的电容值均随着节点A与节点B之间的电压差值而变化。与实施例一类似，偏置电路中的反向连接的二极管三D3所等效出来的可调电容一Ca1、电容二C2串联构成了一条电容串联支路，功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc通过所述电容串联支路接地，这降低了功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。反向连接的二极管三D3所等效出来的可调电容一Ca1将射频输入信号RFin耦合到偏置晶体管HBT2的基极，电容二C2降低了偏置电路的阻抗使得射频输入信号RFin更容易耦合到偏置晶体管HBT2，这延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，也提升了线性度。
请参阅图6，这是上述实施例一的第二变形电路。第二变形电路与实施例一的区别仅在于：将实施例一中的电容二C2替换为反向连接的二极管四D4。第二变形电路中，在偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）和地之间具有二极管四D4进行反向连接。反向连接是指二极管四D4的阴极连接节点A，阳极接地。二极管四D4例如是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。
请参阅图7，这是图6中的反向连接的二极管四D4的等效电路。由于图6中节点A的静态电压高于地，因此反向连接的二极管四D4等效为可调电阻二Ra2与可调电容二Ca2的并联网络。可调电阻二Ra2的电阻值、可调电容二Ca2的电容值均随着节点A的电压而变化。与实施例一类似，偏置电路中的电容一C1、反向连接的二极管四D4所等效出来的可调电容二Ca2串联构成了一条电容串联支路，功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc通过所述电容串联支路接地，这降低了功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。电容一C1将射频输入信号RFin耦合到偏置晶体管HBT2的基极，反向连接的二极管四D4所等效出来的可调电容二Ca2降低了偏置电路的阻抗使得射频输入信号RFin更容易耦合到偏置晶体管HBT2，这延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，也提升了线性度。
请参阅图8，这是上述实施例一的第三变形电路。第三变形电路与实施例一的区别仅在于：将实施例一中的电容一C1替换为反向连接的二极管三D3，电容二C2替换为反向连接的二极管四D4。第三变形电路中，在偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）和功率晶体管HBT1的基极（即节点B）之间具有二极管三D3进行反向连接。反向连接是指二极管三D3的阴极连接节点A，阳极连接节点B。在偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）和地之间具有二极管四D4进行反向连接。反向连接是指二极管四D4的阴极连接节点A，阳极接地。二极管三D3、二极管四D4例如是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。
请参阅图9，这是图8中的反向连接的二极管三D3、反向连接的二极管四D4的等效电路。由于图8中节点A的静态电压高于节点B的静态电压，因此反向连接的二极管三D3等效为可调电阻一Ra1与可调电容一Ca1的并联网络。可调电阻一Ra1的电阻值、可调电容一Ca1的电容值均随着节点A与节点B之间的电压差值而变化。由于图8中节点A的静态电压高于地，因此反向连接的二极管四D4等效为可调电阻二Ra2与可调电容二Ca2的并联网络。可调电阻二Ra2的电阻值、可调电容二Ca2的电容值均随着节点A的电压而变化。与实施例一类似，偏置电路中的反向连接的二极管三D3所等效出来的可调电容一Ca1、反向连接的二极管四D4所等效出来的可调电容二Ca2串联构成了一条电容串联支路，功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc通过所述电容串联支路接地，这降低了功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc，改善了射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。反向连接的二极管三D3所等效出来的可调电容一Ca1将射频输入信号RFin耦合到偏置晶体管HBT2的基极，反向连接的二极管四D4所等效出来的可调电容二Ca2降低了偏置电路的阻抗使得射频输入信号RFin更容易耦合到偏置晶体管HBT2，这延缓了射频功率放大器的增益压缩现象，改善了射频功率放大器的AM-AM失调，也提升了线性度。
请参阅图10，这是本申请提供的自适应偏置的射频功率放大器的实施例二。实施例二也主要包括放大电路和偏置电路，其中的放大电路与实施例一相同，其中的偏置电路与实施例一不同。实施例二中的偏置电路主要包括偏置晶体管HBT2和镜像晶体管HBT3，例如都是砷化镓HBT。在电源电压Vcc和地之间依次串联有电阻一R1和镜像晶体管HBT3。镜像晶体管HBT3的集电极连接电阻一R1，发射极接地。偏置晶体管HBT2的基极（即节点A）连接到镜像晶体管HBT3的集电极。节点A还通过电容一C1连接功率晶体管HBT1的基极（即节点B）。节点A还通过电容二C2接地。偏置晶体管HBT2的集电极连接电源电压Vcc，发射极通过电阻二R2连接节点B，即连接到功率晶体管HBT1的基极。镜像晶体管HBT3的基极通过电阻三R3连接到偏置晶体管HBT2的发射极。偏置晶体管HBT2的发射极向功率晶体管HBT1的基极提供偏置电流。
实施例二的偏置电路中，偏置晶体管HBT2和镜像晶体管HBT3构成了电流镜。实施例二的工作原理与实施例一类似。一方面，功率晶体管HBT1的基极-集电极寄生电容Cbc通过偏置电路中的电容一C1、电容二C2构成的电容串联支路接地，这改善了射频功率放大器的AM-PM失调，提升了线性度。另一方面，电容一C1将射频输入信号RFin耦合到偏置晶体管HBT2的基极，电容二C2降低了偏置电路的阻抗使得射频输入信号RFin更容易耦合到偏置晶体管HBT2，这改善了射频功率放大器的AM-AM失调，也提升了线性度。实施例二也是直接针对负责信号放大的功率晶体管的AM-PM失调、AM-AM失调进行改善，改善效果比间接方式更为明显，电路设计更为合理巧妙。
与实施例一具有三种变形电路相类似地，实施例二中的电容一C1可替换为反向连接的二极管三D3，电容二C2可替换为反向连接的二极管四D4，这两项替换可以单独替换或同时替换。
请参阅图11，这是射频功率放大器的增益与输出功率的曲线关系示意图。其中曲线A表示传统的自适应偏置的射频功率放大器，曲线B表示本申请的自适应偏置的射频功率放大器。实验表明，随着输出功率增大（也表明随着输入功率增大），曲线A较早地进入增益压缩阶段；曲线B则先进入增益扩展阶段，再进入增益压缩阶段。曲线B比曲线A更晚进入增益压缩阶段。这表明本申请改善了AM-AM失调。
请参阅图12，这是射频功率放大器的相位与输出功率的曲线关系示意图。其中曲线A表示传统的自适应偏置的射频功率放大器，曲线B表示本申请的自适应偏置的射频功率放大器。实验表明，随着输出功率增大（也表明随着输入功率增大），曲线A较早地出现相位失调，曲线B较晚地出现相位失调。这表明本申请改善了AM-PM失调。
以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自适应偏置的射频功率放大器，包括放大电路和偏置电路；放大电路中具有功率晶体管，偏置电路中具有偏置晶体管，偏置晶体管的发射极通过电阻连接功率晶体管的基极为其提供偏置电流和/或偏置电压；其特征是，偏置电路中还有一条电容串联支路，至少为两个电容串联构成；该电容串联支路的一端连接功率晶体管的基极，另一端接地，所述电容串联支路中的至少一个电容连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极，所述电容串联支路中的至少另一个电容接地。
2.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述放大电路中，功率晶体管的基极通过电容三接收射频输入信号；功率晶体管的发射极接地；功率晶体管的集电极输出放大后的射频信号；在功率晶体管的基极和集电极之间具有基极-集电极寄生电容。
3.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述偏置电路中，偏置晶体管的基极连接分压支路，还通过电容一连接功率晶体管的基极，还通过电容二接地；电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路；偏置晶体管的集电极连接电源电压；偏置晶体管的发射极通过电阻二连接到功率晶体管的基极；所述分压支路是在电源电压和地之间依次串联有电阻一、二极管一和二极管二构成的；偏置晶体管的基极连接到分压支路中电阻一和二极管一之间，即连接到二极管一的阳极。
4.根据权利要求1所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述偏置电路中还采用镜像晶体管；偏置晶体管的基极连接到镜像晶体管的集电极；偏置晶体管的基极还通过电容一连接功率晶体管的基极，还通过电容二接地；电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路；偏置晶体管的集电极连接电源电压；偏置晶体管的发射极通过电阻二连接功率晶体管的基极；镜像晶体管的基极通过电阻三连接偏置晶体管的发射极；镜像晶体管的集电极通过电阻一连接电源电压；镜像晶体管的发射极接地；镜像晶体管与偏置晶体管构成电流镜电路。
5.根据权利要求3或4所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，将电容一替换为二极管三，二极管三的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极连接功率晶体管的基极；所述二极管三等效为可调电阻一与可调电容一的并联；可调电容一和电容二串联构成了所述电容串联支路；可调电容一还作为连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极的电容。
6.根据权利要求3或4所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，将电容二替换为二极管四，二极管四的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极接地；所述二极管四等效为可调电阻二与可调电容二的并联；电容一和可调电容二串联构成了所述电容串联支路。
7.根据权利要求3或4所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，将电容一替换为二极管三，二极管三的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极连接功率晶体管的基极；所述二极管三等效为可调电阻一与可调电容一的并联；将电容二替换为二极管四，二极管四的阴极连接偏置晶体管的基极，阳极接地；所述二极管四等效为可调电阻二与可调电容二的并联；可调电容一和可调电容二串联构成了所述电容串联支路；可调电容一还作为连接功率晶体管的基极和偏置晶体管的基极的电容。
8.根据权利要求4所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，所述功率晶体管、偏置晶体管、镜像晶体管的部分或全部为砷化镓HBT。
9.根据权利要求5所述的自适应偏置的射频功率放大器，其特征是，部分或全部二极管是将HBT的基极和集电极短接等效而成的，HBT短接的基极和集电极等效为二极管的阳极，HBT的发射极等效为二极管的阴极。
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| CN219268824U (zh) * | 2023-03-06 | 2023-06-27 | 深圳飞骧科技股份有限公司 | 自适应线性功率放大器及射频芯片 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030089950A (ko) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | 학교법인 한국정보통신학원 | 역방향 다이오드를 이용한 전치 왜곡형 선형 전력 증폭기 |
| KR20030089951A (ko) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | 학교법인 한국정보통신학원 | 바이패스 커패시터를 이용한 전치 왜곡형 선형 전력 증폭기 |
| CN101478293A (zh) * | 2008-12-02 | 2009-07-08 | 锐迪科微电子（上海）有限公司 | 温度补偿功率放大器电路 |
| CN101521486A (zh) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | 中国科学院微电子研究所 | 功率放大器偏置电路 |
| CN101997495A (zh) * | 2009-08-21 | 2011-03-30 | 立积电子股份有限公司 | 用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路 |
| CN102111112A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-06-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种射频功率放大器及前端发射机 |
| CN102111113A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-06-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机 |
| CN102255605A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-11-23 | 苏州英诺迅科技有限公司 | 用于射频功率放大器的可调有源偏置电路 |
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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-
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030089950A (ko) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | 학교법인 한국정보통신학원 | 역방향 다이오드를 이용한 전치 왜곡형 선형 전력 증폭기 |
| KR20030089951A (ko) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | 학교법인 한국정보통신학원 | 바이패스 커패시터를 이용한 전치 왜곡형 선형 전력 증폭기 |
| CN101521486A (zh) * | 2008-02-27 | 2009-09-02 | 中国科学院微电子研究所 | 功率放大器偏置电路 |
| CN101478293A (zh) * | 2008-12-02 | 2009-07-08 | 锐迪科微电子（上海）有限公司 | 温度补偿功率放大器电路 |
| CN101997495A (zh) * | 2009-08-21 | 2011-03-30 | 立积电子股份有限公司 | 用以适应性地偏置通信系统的可适性偏置电路 |
| CN102111112A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-06-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种射频功率放大器及前端发射机 |
| CN102111113A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-06-29 | 中国科学院微电子研究所 | 一种串联级联的多级射频功率放大器及前端发射机 |
| CN102255605A (zh) * | 2011-01-14 | 2011-11-23 | 苏州英诺迅科技有限公司 | 用于射频功率放大器的可调有源偏置电路 |
| CN104639044A (zh) * | 2013-11-13 | 2015-05-20 | 沈阳中科微电子有限公司 | 一种能够抑制温漂的线性化偏置电路 |
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