专利名称：提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构。
背景技术：
功率放大器是无线通信系统中一个关键的组件，其线性度和效率一直是被关注的 焦点。随着第三代移动通信系统(如WCDMA，CDMA2000)的发展，线性调制技术越来越被广 泛采用。功率放大器的线性度对于通信系统能否不失真地传输放大数据信号起着至关重要 的作用。功率放大器的线性度越好则经过放大器放大的信号波形越不容易产生畸变与失 真，从而使输入数据信号得到理想地放大并输出。另外，功率放大器的效率也是另一个研究 的重点。功率放大器的耗能约占由其组成的无线通信发射系统耗能的1/3，提高其效率对于 提高整个发射系统的效率具有重要作用。对于基站、雷达这类大功率无线通信发射系统来 讲，提高效率可以减小其损耗的功率，提高发射系统对能源的利用率；而对手机等利用电池 或者蓄电池供电的发射系统来讲，提高效率可以使这些设备工作时间更长。考虑到效率及 线性度对功率放大器的重要性，目前，如何使功率放大器在满足高线性度要求的情况下拥 有较高的效率成为研究的重点。目前提高功率放大器线性度主要的几种方法包括前馈技术、反馈技术以及包络消 除与恢复技术等。前馈及反馈技术虽能有效提高功率放大器的线性度，但其会极大地降低 功率放大器的功率附加效率(PAE)。包络消除与恢复技术虽然能在改善功率放大器线性度 的同时，不影响功率放大器的效率，但该技术所采用的电路结构非常复杂，不利用对电路的 设计，且使电路制造的成本增加。
发明内容本实用新型目的是提供一种提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结 构，使得在不增大功率放大器静态功耗的情况下，既增强了功率放大器的谐波抑制，又显著 提高了功率放大器的线性度与功率附加效率。本实用新型的技术方案是一种提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结 构，所述功率放大器设有输入晶体管及输出晶体管，它们串叠在一起构成Cascode结构，所 述输出晶体管的集电极与地之间连接有抑制二次谐波信号输出的二次谐波串联谐振网络， 所述输出晶体管的集电极与输出匹配网络之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三 次谐波并联谐振网络。利用谐振网络对谐波信号进行控制，从而抑制谐波信号输出，提高功 率放大器的线性度与功率附加效率。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述二 次谐波串联谐振网络包括串联连接于所述输出晶体管的集电极和地之间的第四电容和第 二电感；即二次谐波串联谐振网络的输入端连接输出晶体管的集电极、输出端接地，它将集 电极输出的二次谐波信号短路到地。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述三次谐波并联谐振网络包括并联连接于所述输出晶体管的集电极和功率放大器的输出端口 输出匹配网络之前的第五电容和第三电感；即三次谐波并联谐振网络的输入端连接输出晶 体管的集电极、输出端连接功放电路的输出匹配网络，它对集电极输出的三次谐波信号开 路，将三次谐波信号反射回集电极。在上述三次谐波并联谐振网络和功率放大电路的输出端之间设有输出端隔直电 容与输出匹配网络。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述功 率放大器电路为包括共射输入晶体管和共基输出晶体管的Cascode (共射共基)结构。当 然，在其它类型的功率放大器电路中，在输出晶体管的集电极和输出端口之间也可以连接 上述二次谐波串联谐振网络和三次谐波并联谐振网络，达到提高了功率放大器的线性度与 功率附加效率的目的。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述 Cascode结构的输出晶体管的基极和地之间连接有二次谐波并联谐振网络，即所述二次谐 波并联谐振网络的输入端接输出晶体管的基极，输出端接地，它提高了基频信号的增益，抑 制了二次谐波信号。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述二 次谐波并联谐振网络包括并联连接在输出晶体管的基极和地之间的第二电容和基频串联 谐振网络。进一步的，在上述提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构中，所述基 频串联谐振网络包括串联连接的第一电感和第三电容。本实用新型的优点是1.本实用新型在Cascode结构功率放大器输出晶体管集电极依次连接的二次谐 波串联谐振网络与三次谐波并联谐振网络，可用于提高其它类型功率放大器的线性度与功 率附加效率。2.本实用新型的Cascode电路在输出晶体管的基极连接二次谐波并联谐振网络， 提高了 Cascode电路对基频信号的增益并抑制Cascode电路对二次谐波信号的增益。3.本实用新型的Cascode电路在输出晶体管的基极所连接的二次谐波并联谐振 网络可用于抑制η次谐波信号。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述
图1为本实用新型具体实施例的电路结构示意图；图2为本实用新型具体实施例二次谐波并联谐振网络作用示意图；图3为本实用新型具体实施例的输出晶体管集电极连接的网络结构示意图；图4为本实用新型具体实施例的输出晶体管集电极输出电压叠加三次谐波后的 波形示意图；图5为本实用新型具体实施例的输出晶体管集电极输出叠加三次谐波前后的集 电极电流波形比较示意图。其中C1第一电容；C2第二电容；C3第三电容；C4第四电容；C5第五电容；C6隔直电容；Ll第一电感；L2第二电感；L3第三电感；Ql输入晶体管；Q2输出晶体管；Rl电阻。
具体实施方式
实施例如图1和图2所示，本实施例为一种Cascode功率放大器电路，所述 Cascode功率放大器包括输入晶体管Ql和输出晶体管Q2，所述输入晶体管Ql的基极连接 功率放大器的输入端口，在输入端口和输入晶体管的基极之间还连接有第一电容Cl，输入 晶体管Ql的发射极接地、集电极与输出晶体管Q2的的发射极串联。所述输出晶体管Q2的 基极连接二次谐波并联谐振网络的输入端，所述二次谐波并联谐振网络的输出端接地；所 述输出晶体管Q2的集电极依次通过二次、三次谐波谐振网络及输出匹配网络后与功率放 大器的输出端口连接。所述二次谐波并联谐振网络包括并联连接在输出晶体管Q2的基极和地之间的第 二电容C2和基频串联谐振网络；该网络并联谐振在二次谐振频率点。所述基频串联谐振网 络包括串联连接的第一电感Ll和第三电容C3，该网络串联谐振在基频谐振频率点。如图1和图3所示，所述二次及三次谐波谐振网络包括输入端分别与所述输出晶 体管Q2的集电极连接的二次谐波串联谐振网络和三次谐波并联谐振网络，所述二次谐波 串联谐振网络的输出端接地，所述三次谐波并联谐振网络的输出端连接输出匹配网络及隔 直电容C6后与功率放大器的输出端口连接。所述二次谐波串联谐振网络包括串联连接于所述输出晶体管Q2的集电极和地之 间的第四电容C4和第二电感L2，该网络串联谐振在二次谐振频率点。所述三次谐波并联谐振网络包括并联连接于所述输出晶体管Q2的集电极和功率 放大器的输出匹配网络之间的第五电容C5和第三电感L3，该网络并联谐振在三次谐振频率点。输出晶体管Q2的高频小信号等效模型如图2所示。由该图可看出，晶体管集电极 输出电流由跨导、rbb,上所分得电压Ube决定，在8_ 保持不变的情况下，Ube的大小 决定了压控电流源所产生电流的大小。由图2可以看出IV >rbb,串联与二次谐波并联谐振 网络的等效阻抗一起对经输入晶体管Ql放大的交流信号进行分压，rbe,与rbb,上所分得电 压为Ube0对于基频信号，二次谐波并联谐振网络中的基频串联谐振网络谐振，其阻抗为最 小值R1。此时，二次谐波并联谐振网络等效为Rl与第二电容C2的并联，由于Rl远远小于 第二电容C2电抗的大小，该网络的阻抗主要由Rl决定。由于二次谐波并联谐振网络所等 效阻抗变小，Ube得到提高，所以由共基晶体管Q2集电极输出的基波电流增大，提高了基波 信号的增益。对于二次谐波信号，二次谐波并联谐振网络并联谐振，该网络等效阻抗为最大值。 此时，Ute减小。所以由输出晶体管Q2集电极输出的二次谐波电流减小，二次谐波信号得到 抑制。如图3所示，本实施例中输出晶体管Q2放大后的交流信号由输出晶体管Q2的集 电极输出，经二次谐波串联谐振网络对其滤波后通过三次谐波并联谐振网络到达输出匹配 网络。二次谐波串联谐振网络将二次谐波信号短路到地，有效地抑制了二次谐波，使输出晶 体管Q2集电极电压中的二次谐波分量的幅度很小，可近似忽略，提高了功率放大器的线性度。 另外，在保证基频串联谐振网络谐振在基波信号的情况下，调整第一电感Li、第二 电容C2与第三电容C3的值，可使二次谐波并联谐振网络并联谐振在所需的η次谐波频率， 从而抑制η次谐波信号的增益。抑制η次谐波信号的网络所要满足的公式为
权利要求一种提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，所述功率放大器设有输出晶体管(Q2)，其特征在于所述输出晶体管(Q2)的集电极与地之间连接有抑制二次谐波信号输出的二次谐波串联谐振网络，所述输出晶体管(Q2)的集电极与输出匹配网络之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波并联谐振网络。
2.根据权利要求1所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其特征 在于所述二次谐波串联谐振网络包括从所述输出晶体管(Q2)的集电极到地之间串联的 第四电容(C4)和第二电感(L2)，谐振至二次谐波。
3.根据权利要求1或2所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其 特征在于所述三次谐波并联谐振网络从所述输出晶体管(Q2)的集电极到功率放大器的 输出匹配网络之间并联的第五电容(C5)和第三电感(L3)，谐振至三次谐波。
4.根据权利要求3所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其特征 在于所述功率放大器电路为由共射的输入晶体管(Ql)和共基的输出晶体管(Q2)串叠构 成的Cascode结构。
5.根据权利要求4所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其特征 在于所述Cascode结构的输出晶体管(Q2)的基极连接有提高基频信号增益并抑制二次谐 波信号输出的二次谐波并联谐振网络。
6.根据权利要求5所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其特征 在于所述二次谐波并联谐振网络包括从输出晶体管(Q2)的基极到地之间并联的第二电 容(C2)和基频串联谐振网络，谐振至二次谐波。
7.根据权利要求6所述的提高功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，其特征 在于所述基频串联谐振网络包括从所述输出晶体管(Q2)到地之间依次串联的第三电容 (C3)和第一电感(Li)。
专利摘要本实用新型公开了一种提高Cascode功率放大器线性度及功率附加效率的电路结构，所述功率放大器设有输入晶体管及输出晶体管，它们串叠在一起构成Cascode结构的功率放大器，所述输出晶体管的集电极与地之间连接有抑制二次谐波信号输出的二次谐波串联谐振网络，所述输出晶体管的集电极与输出匹配网络之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波并联谐振网络。所述二次谐波串联谐振网络与三次谐波并联谐振网络同样可用于提高普通结构功率放大器的线性度与功率附加效率。所述输出晶体管的基极连接有由基波串联谐振网络与电容构成的二次谐波并联谐振网络。利用谐振网络对谐波信号进行控制，从而抑制谐波信号输出，提高功率放大器的线性度与功率附加效率。
文档编号H03F1/32GK201726362SQ20102017674
公开日2011年1月26日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者张晓东, 滑育楠, 胡善文, 郭瑜, 高怀 申请人:苏州英诺迅科技有限公司