一种应用于氮化镓Doherty功率放大器的线性化方法

本发明属于无线通信，具体涉及一种氮化镓doherty功率放大器的线性化前级驱动电路。

背景技术：

1、对于当今的无线通信系统来说，发射机中的功率放大器至关重要。在5g时代，氮化镓器件由于具有高功率密度和高效率特性而被广泛使用，然而相比于其他器件工艺，氮化镓器件的增益随着输出功率的增加缓慢下降，表现出很强的软压缩特性，如图1所示。

2、为了保证通信系统的频谱利用率，现代通信采用的高阶数字调制调信号有着很高的峰均比，这对功放回退效率提出了很高要求，业界普遍采用doherty功率放大器(dohertypower amplifier，dpa，简称doherty功放)来解决这一问题。受氮化镓器件软压缩特性的影响，使用氮化镓器件设计的doherty功放相比于其它半导体工艺具有更差的线性度，其主要表现为功放的am/am特性和am/pm特性随输出功率的增加而偏移，这会使星座图失真，降低信号传输质量。

3、为了改善氮化镓doherty功放线性度，业界主要采用预失真的方法。预失真方法包括数字预失真(digital pre-distortional，dpd)和模拟预失真(analog pre-distortional，apd)，如图2所示，其中，(a)图为数字预失真，(b)图为模拟预失真。数字预失真使用fpga在基带作信号处理，线性化效果较好，但电路结构复杂且对fpga采样率提出了较高要求。模拟预失真电路结构简单但效果较差，且其插入损耗会降低增益。随着通信技术的发展，通信频率越来越高，尤其是在毫米波段，传统的数字或模拟预失真线性化方法表现出越来越多的短板，因此有必要找到一种新型的线性化方法来满足氮化镓doherty的应用需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、一种应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法，通过在所述氮化镓doherty功率放大器的前级增加一线性化前级驱动电路，以改善doherty功率放大器的线性度；其中，所述线性化前级驱动电路包括有源偏置电路和驱动放大器，

3、所述驱动放大器与所述氮化镓doherty功率放大器连接；

4、所述有源偏置电路设置于所述驱动放大器的前级，用于稳定所述驱动放大器的栅极电压，以使所述驱动放大器的工作状态偏置在弱c类。

5、在本发明的一个实施例中，所述有源偏置电路包括第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻以及第一晶体管；其中，

6、所述第五电阻和所述第一电容串联在所述第一晶体管的栅极和地之间；

7、所述第四电阻的一端连接控制电压vcontral端，另一端连接所述第一晶体管的栅极；

8、所述第一电阻的一端连接所述第一晶体管的漏极，另一端接地；

9、所述第二电阻的一端连接所述第一晶体管的源极，另一端连接控制电压vcontral端；

10、所述第三电阻的一端连接所述第一晶体管的源极，另一端接地；

11、所述第一晶体管的漏极还作为所述有源偏置电路的输出端连接所述驱动放大器的输入端。

12、在本发明的一个实施例中，所述驱动放大器包括第一电感、第二电感第二晶体管、输入匹配电路以及级间匹配电路；其中，

13、所述第一电感的一端连接所述第二晶体管的栅极，用于偏置；

14、所述第一电感的另一端作为所述驱动放大器的输入端连接所述有源偏置电路的输出端；

15、所述第二电感的一端连接电源电压vdd端，另一端连接所述第二晶体管的漏极；

16、所述第二晶体管的源极接地；

17、所述输入匹配电路的输入端接入射频信号，输出端连接至所述第二晶体管的栅极；

18、所述级间匹配电路的输入端连接至所述第二晶体管的漏极，输入端作为所述驱动放大器的输出端连接氮化镓doherty功率放大器。

19、在本发明的一个实施例中，所述驱动放大器中第二晶体管的栅压vg满足：

20、

21、其中，r1、r2、r3分别表示第一电阻、第二电阻以及第三电阻的阻值，vcontral表示控制电压的值，gm表示第一晶体管的跨导。

22、本发明的有益效果：

23、1、本发明通过使用有源偏置电路将线性化前级驱动放大器偏置在弱c类，利用弱c类偏置的增益膨胀特性来抵消氮化镓doherty功放的增益压缩特性，消除了氮化镓固有的软压缩缺点，改善了氮化镓doherty功放整体的am/am和am/pm特性；相比于传统的数字预失真技术，本发明的电路更加简单，且不需要高采样率的fpga；相比于传统的模拟预失真技术，本发明不但能够明显提高氮化镓doherty功放的线性度，还能提供额外的增益；

24、2、本发明使用的有源偏置电路可以稳定驱动放大器的栅极电压，减小工艺波动和温度的影响，有利于驱动放大器在长期使用中维持在稳定的偏置状态。

25、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法，其特征在于，通过在所述氮化镓doherty功率放大器的前级增加一线性化前级驱动电路，以改善doherty功率放大器的线性度；其中，所述线性化前级驱动电路包括有源偏置电路(1)和驱动放大器(2)，

2.根据权利要求1所述的应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法，其特征在于，所述有源偏置电路(1)包括第一电容(c1)、第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)、第四电阻(r4)、第五电阻(r5)以及第一晶体管(q1)；其中，

3.根据权利要求1所述的应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法，其特征在于，所述驱动放大器(2)包括第一电感(l1)、第二电感(l2)第二晶体管(q2)、输入匹配电路(m1)以及级间匹配电路(m2)；其中，

4.根据权利要求3所述的应用于氮化镓doherty功率放大器的线性化方法，其特征在于，所述驱动放大器(2)中第二晶体管(q2)的栅压vg满足：

技术总结
本发明公开了一种应用于氮化镓Doherty功率放大器的线性化方法，通过在氮化镓Doherty功率放大器的前级增加一线性化前级驱动电路，以改善Doherty功率放大器的线性度；其中，线性化前级驱动电路包括有源偏置电路和驱动放大器，驱动放大器与氮化镓Doherty功率放大器连接；有源偏置电路设置于驱动放大器的前级，用于稳定驱动放大器的栅极电压，以使驱动放大器的工作状态偏置在弱C类。相比于传统的数字预失真技术，本发明的电路更加简单，且不需要高采样率的FPGA；相比于传统的模拟预失真技术，本发明不但能够明显提高氮化镓Doherty功放的线性度，还能提供额外的增益。

技术研发人员：马晓华,周九鼎,卢阳,赵子越,易楚朋,刘文良,王语晨,赵元富
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13