一种基于反馈技术的高线性功率放大器结构的制作方法

本发明涉及一种功率放大器结构，尤其涉及一种适用于无线发射机中的基于反馈技术的高线性功率放大器结构。

背景技术：

功率放大器中的晶体管工作在大信号状态，与小信号相比其非线性效应更为显著；同时随着高频谱效率的线性调制方式及多载波技术的广泛应用，使得调制信号功率峰均比越来越高，为了保证调制保真度及避免干扰相邻信道内通信系统的正常工作，对功率放大器的线性度提出了更高的要求。

目前主流的功率放大器线性化技术有反馈、功率回退、前馈、预失真、非线性元件的线性放大(LINC)、包络消除和恢复(EER)。传统的反馈技术在高频时的环路增益较低，同时存在严重的稳定性问题，虽然可通过在环路中增加变频电路使得反馈环路工作在低频，但此时相移的控制成为了难点，同时也增加了电路的复杂性；功率回退技术较为简单且可靠，但其功率利用率很低且线性度改善有限；功率放大器的记忆效应使得预失真算法更为复杂；前馈、LINC和EER技术的电路结构相对复杂，且对两路信号或幅度和相位的匹配要求相当高。

传统的多栅晶体管功率放大器结构只能抵消恒定包络信号产生的AM-AM失真，对非恒定包络信号的线性度改善并不明显。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于反馈技术的高线性功率放大器结构，通过利用输入包络信号和输出包络信号的差值反馈到辅助功率放大管的栅极偏置，使得输出信号包络能够跟随输入信号包络，同时能补偿主功率放大管在不同信号幅度时引起的增益损失，达到改善功率放大器线性度的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于反馈技术的高线性功率放大器结构，包括包络检测器一、输入匹配网络、主功率放大管及其辅助功率放大管、输出匹配网络、衰减网络、包络检测器二和误差放大器，主功率放大管及其辅助功率放大管用于放大射频输入的功率，输入匹配网络和输出匹配网络用于减小功率传递时的损耗，衰减网络用于衰减射频输出，包络检测器一用于检测射频输入的包络信号，包络检测器二用于检测衰减后射频输出的包络信号，误差放大器对两个包络信号的差值进行放大并反馈到辅助功率放大管的栅极，使得射频输出的包络信号能够跟随射频输入的包络信号，同时通过辅助功率放大管补偿主功率放大管时刻变化的增益损失。

具体的，射频输入同时接入包络检测器一的输入端和输入匹配网络的输入端，射频输出从输出匹配网络的输出端接出；输入匹配网络的输出端同时连接主功率放大管的输入端和辅助功率放大管的输入端，主功率放大管的输出端和辅助功率放大管的输出端同时连接输出匹配网络的输入端，输出匹配网络的输出端同时连接负载和衰减网络的输出端，衰减网络的输出端连接包络检测器二的输入端，包络检测器一的输出端连接误差放大器的负输入端，包络检测器二的输出端连接误差放大器的正输入端，误差放大器的输出端连接辅助功率放大管的栅极。

具体的，考虑到功率放大管线性度和效率的折衷，对主功率放大管和辅助功率放大管的选择采取如下规定：所述主功率放大管工作于AB类，具有增益压缩特性；所述辅助功率放大管的栅极偏置由误差放大器的输出信号控制，一般工作于深B类或C类，具有增益扩展特性，辅助功率放大管的栅极偏置跟随射频输入的包络信号和衰减后射频输出的包络信号变化，从而使得辅助功率放大管能够补偿主功率放大管时刻变化的增益损失。

具体的，所述衰减网络的衰减量为主功率放大管的线性增益，经衰减网络衰减后射频输出的包络信号与射频输入的包络信号的差值输入到误差放大器，经误差放大器放大后的差值反馈到辅助功率放大管的栅极，使得射频输出的包络信号能够跟随射频输入的包络信号。

本发明提出的基于反馈技术的高线性功率放大器结构，对于非恒定包络的输入信号而言，通过分别检测输入和衰减后的输出包络信号，并将其信号差送入误差放大器后反馈到辅助功率放大管的栅极，以此来控制辅助功率放大管的直流偏置，使得输出信号包络能够跟随输入信号包络，同时能补偿主功率放大管在不同信号幅度时引起的增益损失。本发明提出的基于反馈技术的高线性功率放大器结构，可有效补偿主功率放大管在较大输入信号范围内的一部分AM-AM失真，达到改善整体功率放大器线性度的目的。

有益效果：本发明提供的基于反馈技术的高线性功率放大器结构，与现有技术相比，具有以下优点：1、本发明通过利用输入信号包络和输出信号包络的差值来偏置辅助功率放大管，使得输出信号包络能够跟随输入信号包络，同时提高整体功率放大器的稳定性；2、本发明基于反馈技术，使得辅助功率放大管的栅极偏置电压随着输入和输出信号包络的变化而变化，从而补偿主功率放大管时刻变化的增益损失，改善整体功率放大器的线性度。

附图说明

图1为本发明的基于反馈技术的高线性功率放大器的结构示意图；

图2为本发明与传统结构的输出三阶交调点(OIP3)的仿真结果对比图，横坐标表示输入功率，纵坐标表示OIP3，单位均为dBm。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于反馈技术的高线性功率放大器，包括包络检测器一、输入匹配网络、主功率放大管及其辅助功率放大管、输出匹配网络、衰减网络、包络检测器二和误差放大器，主功率放大管及其辅助功率放大管用于放大射频输入的功率，输入匹配网络和输出匹配网络用于减小功率传递时的损耗，衰减网络用于衰减射频输出，包络检测器一用于检测射频输入的包络信号，包络检测器二用于检测衰减后射频输出的包络信号，误差放大器对两个包络信号的差值进行放大并反馈到辅助功率放大管的栅极，使得射频输出的包络信号能够跟随射频输入的包络信号，同时通过辅助功率放大管补偿主功率放大管时刻变化的增益损失。

如图1所示，射频输入同时接入包络检测器一的输入端和输入匹配网络的输入端，射频输出从输出匹配网络的输出端接出；输入匹配网络的输出端同时连接主功率放大管的输入端和辅助功率放大管的输入端，主功率放大管的输出端和辅助功率放大管的输出端同时连接输出匹配网络的输入端，输出匹配网络的输出端同时连接负载和衰减网络的输出端，衰减网络的输出端连接包络检测器二的输入端，包络检测器一的输出端连接误差放大器的负输入端，包络检测器二的输出端连接误差放大器的正输入端，误差放大器的输出端连接辅助功率放大管的栅极。

一般来说，考虑到功率放大管线性度和效率的折衷，主功率放大管工作于AB类，具有增益压缩特性，会产生AM-AM失真和AM-PM失真；为了消除这些失真，传统的方法是采用多栅晶体管结构，即为主功率放大管并联一个固定偏置的辅助功率放大管，该固定偏置的辅助功率放大管一般工作于深B类或C类，表现出增益扩展特性，从而在一定程度上消除一部分AM-AM失真，但是这只能抵消恒定包络信号引起的幅度失真，对于非恒定包络信号，该方法对线性度的改善并不高。

本发明与传统结构不同的是，辅助功率放大管的栅极偏置电压是自适应的，由输入信号和输出信号共同决定，使得输出信号包络能够跟随输入信号包络，同时能补偿主功率放大管在不同信号幅度时引起的增益损失。

如图2为晶体管尺寸对应的情况下，仿真得到的本发明提出的基于反馈技术的高线性功率放大器结构与传统的固定栅偏置的辅助功率放大管的多栅晶体管结构的输出三阶交调点(OIP3)随输入信号功率的变化曲线。从仿真结果可以看出，当输入信号功率不太大时，本发明提出的结构的OIP3明显大于传统结构的OIP3。

综上所述，本发明基于反馈技术，通过利用输入信号包络和输出信号包络的差值来偏置辅助功率放大管，使得输出信号包络能够跟随输入信号包络，同时能够补偿主功率放大管时刻变化的增益损失，极大的提高了整体功率放大器的线性度和稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。