应用于射频功率放大器的偏置电路的制作方法

1.本实用新型涉及射频微波领域，更具体地涉及一种应用于射频功率放大器的偏置电路。


背景技术：

2.随着移动通信技术的不断发展，新移动通信系统(5g)对数据传输速率提出了更高的要求，需要高宽带调制信号进行数据传输，从而增大了线性射频功率放大器设计的难度。
3.射频功率放大器在工作时，随着功率放大器工作时间的推进及射频输入信号的增加，放大器的温度逐渐升高，电路中的功率管根据其物理特性(pn节温度上升，发射区中电子受热激发，漂移电子总数随温度升高而增加)使放大器电流增加，影响放大器工作状态，进而影响放大器的线性度(随着晶体管的工作状态的变化逐渐降低)。此时需要通过偏置电路提供额外的电流来补偿，以提升电路线性度。
4.请参考图1，图1为现有技术应用于射频功率放大器的偏置电路的结构图，该结构为现有的主流方案，如图1所示，射频通路的三极管q4的静态偏置电流由三极管q1、三极管q3、电阻r1及镇流电阻r2提供，其中，三极管q1、三极管q3、电阻r1构成电流镜，三极管q4的温度变化的补偿由三极管q1、三极管q2协同镇流电阻r2提供；另外，随着功率放大器工作时间及输入信号rf in的增加，放大器的温度逐渐升高，同时射频通路部分信号通过镇流电阻r2流入偏置电路，此时通过三极管q3整流作用泄漏到偏置电路的部分射频信号转换为脉动直流信号，致使三极管q3和三极管q4的电流ib升高，在此之时，随着温度升高的影响，流经三极管q1、三极管q2、三极管q3电流增大，根据欧姆定律电阻不变，电流增大压降增大，此时电阻r1两端压降增大，v node节点电压降低，使三极管q4的电流ib下降，以实现对三极管q4静态偏置电流的补偿。
5.在上述方案中，三极管q1、三极管q3、电阻r1构成电流镜结构，为三极管q4提供静态电流，三极管q1、三极管q2工作在相同状态，构成三极管的二极管连接形式，以稳定vnode点的电压，对三极管q4进行及时的温度补偿；但在此电流复用稳定条件下，需要保证以上器件均工作在同一温度情况下，由于受工艺版图规则及射频管q4电流密度与偏置电路管q1、q2、q3电流密度不同影响，实际情况下无法做到三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4的温度相同，且vbe4+i2*r2+vbe3＝vnode，其中,vbe4为三极管q4的基极与发射极之间的电压，vbe3为三极管q3的基极与发射极之间的电压；由此公式得出静态工作电流i2受镇流电阻r2的影响且敏感度非常高。因此，上述的现有方案虽然能使三极管q4电流降低，但偏置电路抑制温漂性能差，补偿量弱；镇流电阻r2对放大器工作状态调节及温度补偿敏感度大，影响放大器的线性输出。
6.因此，有必要提供一种改进的应用于射频功率放大器的偏置电路来克服上述缺陷。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种应用于射频功率放大器的偏置电路，本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路有效抑制了射频功率放大器的温漂性能，减小了射频功率放大器对温度变化的敏感度，提高了射频功率放大器的线性度与工作的稳定性。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了一种应用于射频功率放大器的偏置电路，其包括一与所述射频功率放大器连接的动态电流调节电路，所述动态电流调节电路对所述射频功率放大器的输入电流进行动态调节；其中，所述动态电流调节电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻及第一电容；所述第四电阻一端与外部基准电压连接，其另一端与所述第一电阻、第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第四三极管的集电极连接；所述第一电阻的另一端与所述第一三极管的集电极连接；所述第一三极管的集电极与基极共同连接，其发射极与第四三极管的集电极连接，第四三极管的发射极接地；所述第二电阻一端与外部电源电压连接，其另一端与第二三极管的集电极、第三三极管的集电极连接；所述第一三极管、第二三极管、第三三极管的基极共同连接并与所述第一电容一端连接，所述第一电容的另一端接地；所述第二三极管的发射极与第四三极管的基极连接；所述第三三极管的发射极与所述射频功率放大器连接。
9.较佳地，在各个所述三极管上均设置有镇流电阻。
10.较佳地，所述动态电流调节电路还包括第一镇流电阻、第二镇流电阻，第三镇流电阻及第四镇流电阻；所述第一镇流电阻一端与所述第一三极管的发射极连接，其另一端与所述第四三极管的集电极连接；所述第二镇流电阻一端与所述第二三极管的发射极连接，其另一端与所述第四三极管的基极连接；所述第三镇流电阻一端与所述第三三极管的发射极连接，其另一端与所述射频功率放大器连接；所述第四镇流电阻一端与所述第四三极管的发射极连接，其另一端接地。
11.较佳地，所述应用于射频功率放大器的偏置电路还包括一高通滤波器，所述高通滤波器与所述第三三极管的发射极连接。
12.较佳地，所述高通滤波器包括第二电容与第五电阻，所述第二电容的一端与所述第三三极管的发射极连接，其另一端与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地。
13.与现有技术相比，本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路通过所述动态电流调节电路可根据温度变化而动态调节射频功率放大器的静态电流，抑制了射频功率放大器的温漂性能，减小了射频功率放大器对温度变化的敏感度，补偿了射频功率放大器在温度改变情况下工作状态漂移的问题，进而提升了射频功率放大器的线性度。
14.通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
附图说明
15.图1为现有技术的应用于射频功率放大器的偏置电路的电路结构图。
16.图2为本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路的电路结构图。
17.图3为本实用新型方案与现有技术方案的温度变化曲线对比图。
具体实施方式
18.现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型提供了一种应用于射频功率放大器的偏置电路，本实用新型的偏置电路有效提高了射频功率放大器的线性度与工作的稳定性。
19.请参考图2，图2为本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路的电路结构图；如图所示，本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路，其特征在于，包括一与所述射频功率放大器连接的动态电流调节电路，所述动态电流调节电路对所述射频功率放大器的输入电流进行动态调节。具体地，所述动态电流调节电路包括第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3、第四三极管q4、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第一电容c1；所述第四电阻r4一端与外部基准电压vref连接，以便于外部基准电压vref输入所述动态电流调节电路，所述第四电阻r4的另一端与所述第一电阻r1、第三电阻r3的一端连接，第三电阻r3的另一端与第四三极管q4的集电极连接；所述第一电阻r1的另一端与所述第一三极管q1的集电极连接；所述第一三极管q1的集电极与基极共同连接，其发射极与第四三极管q4的集电极连接，第四三极管q4的发射极接地；所述第二电阻r2一端与外部电源电压vcc连接，从而所述外部电源电压vcc通过所述第二电阻r2输入所述动态电流调节电路，以为所述动态电流调节电路提供工作电压；所述第二电阻r2的另一端与第二三极管q2的集电极、第三三极管r3的集电极连接；所述第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3的基极共同连接并与所述第一电容c1一端连接，所述第一电容c1的另一端接地；所述第二三极管q2的发射极与第四三极管q4的基极连接；所述第三三极管q3的发射极与所述射频功率放大器连接。
20.在上述动态电流调节电路中，随着射频功率放大器工作的启动，第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3及第四三极管q4的温度将随着射频功率放大器温度的升高(众所周知地，射频功率管q5随着输入功率的增大，温度逐渐升高，致使整个射频功率放大器环境温度升高，进而导致第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3及第四三极管q4的温度升高)电流上升，也即三极管发生正反馈效应电流上升，此时电流i4＝i1+i3，第一三极管q1、第三三极管q3的电流增大，电流i1随第一三极管q1、第三三极管q3的电流增大而增大；同时，第二三极管q2、第四三极管q4的电流也增大，此时电流i3第二三极管q2、第四三极管q4的电流增大而增大；根据欧姆定律，由于vnode＝vref-i4*r4，且i4＝i1+i3，vonde＝vref-(i1+i3)*r4，随着电流i1、i3上升，第四电阻r4的阻值不变，第四电阻r4两端的压降增大，节点vnode电压随着第四电阻r4两端压降增大而减小，进而减小了射频功率放大器的三极管q5的静态工作电流电流，对作为放大器的三极管q5实现了补偿；减小了射频功率放大器对温度变化的敏感度，进而提升了放大器线性度。
21.另外，作为本实用新型的优选实施方式，在各个所述三极管上均设置有镇流电阻，具体地，所述动态电流调节电路还包括第一镇流电阻r6、第二镇流电阻r7，第三镇流电阻r8及第四镇流r9电阻。所述第一镇流电阻r6一端与所述第一三极管q1的发射极连接，其另一端与所述第四三极管q4的集电极连接；所述第一三极管q1的温度随着工作环境温度增加而增加，且电流增大，使得第一镇流电阻r6两端电压升高，致使第一三极管q1的基极、发射极间电压减小，基极电流减小，进而减小了电流i1的电流波动，使节点v node电压敏感度降低，以起负反馈作用。所述第二镇流电阻r7一端与所述第二三极管q2的发射极连接，其另一
端与所述第四三极管q4的基极连接，以作为所述第二三极管q2的镇流电阻。所述第三镇流电阻r8一端与所述第三三极管q3的发射极连接，其另一端与所述射频功率放大器连接；所述第三三极管q3的温度随着工作环境温度增加而增加，电流增大，此时第三镇流电阻r8两端电压升高，致使第三三极管q3的基极、发射极间电压减小，基极电流减小，进而第三镇流电阻r8电流减小，补偿了作为放大器的三极管q5的电流。所述第四镇流电阻r9一端与所述第四三极管q4的发射极连接，其另一端接地，以作为所述第四三极管q4的镇流电阻，而由于第二镇流电阻r7另一端连接第四三极管q4的基极，使得第四三极管q4基极电流减小，进而减小电流i3的电流波动，使节点v node电压敏感度降低。
22.再有，作为本实用新型的另一优选实施方式，所述应用于射频功率放大器的偏置电路还包括一高通滤波器，所述高通滤波器与所述第三三极管q3的发射极连接，以为所述偏置电路进行高频滤波。具体地，所述高通滤波器包括第二电容c2与第五电阻r5，所述第二电容c2的一端与所述第三三极管q3的发射极连接，其另一端与所述第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5的另一端接地。当射频信号过大通过镇流电阻r8进入偏置电路，此时根据高通滤波器特性，高频电抗低的特点，多余的射频功率会通过高通滤波器c2、r5引入到模拟地，减小射频功率增加引起第三三极管q3输出电流的波动幅度，进而减小当镇流电阻r8对温度变化的影响，为作为放大器的三极管q5提供稳定的偏置电流，提升放大器线性度。
23.在上述电路工作过程中，所述第一三极管q1等效为一个稳压二极管，补偿节点vonde电压随电流i1、i3两路电流复用变化幅度，两路电流(i1、i3)复用同时补偿了第四三极管q4对温度的敏感度。动态电流调节电路的整个电流复用过程对射频放大器的三极管q5实现了动态稳定负反馈(通过所述动态电流调节电路动态调节偏置电流i8，补偿三极管q5随输入功率增加、温度升高的电流增大效应)，补偿了放大器在温度改变情况下工作状态漂移的问题。
24.请再结合参考图3，图3为本实用新型方案与现有技术方案的温度变化曲线对比图。由图可知，作为放大器的三极管q5不同温度情况下现有方案与本实用新型方案对比：现有方案的偏置电路(图3中虚线所示)，对三极管q5的静态工作电流补偿弱，三极管q5静态工作电流随温度的增大而增大，且变化幅度剧烈，温度t从-35℃上升至115℃，icc电流从67ma增加至121ma；本实用新型方案的偏置电路(图3中实线所示)，三极管q5的静态工作电流补偿强，三极管q5静态工作电流随温度的增大变化小，温度t＝从-35℃上升至115℃，icc电流从81ma变至80ma(最高点在84ma)，电流变化在4ma以内；因此，通过图3的对比可知，本实用新型的应用于射频功率放大器的偏置电路有效抑制了射频功率放大器的温漂性能，减小了射频功率放大器对温度变化的敏感度，提高了射频功率放大器的线性度与工作的稳定性。
25.以上结合最佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改、等效组合。