技術領域本發明涉及壹種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構。
背景技術功率放大器是無線通信系統中壹個關鍵的組件，其線性度和效率壹直是被關註的焦點。隨著第三代移動通信系統(如WCDMA，CDMA2000)的發展，線性調制技術越來越被廣 泛采用。功率放大器的線性度對於通信系統能否不失真地傳輸放大數據信號起著至關重要 的作用。功率放大器的線性度越好則經過放大器放大的信號波形越不容易產生畸變與失 真，從而使輸入數據信號得到理想地放大並輸出。另外，功率放大器的效率也是另壹個研究 的重點。功率放大器的耗能約占由其組成的無線通信發射系統耗能的1/3，提高其效率對於 提高整個發射系統的效率具有重要作用。對於基站、雷達這類大功率無線通信發射系統來 講，提高效率可以減小其損耗的功率，提高發射系統對能源的利用率；而對手機等利用電池 或者蓄電池供電的發射系統來講，提高效率可以使這些設備工作時間更長。考慮到效率及 線性度對功率放大器的重要性，目前，如何使功率放大器在滿足高線性度要求的情況下擁 有較高的效率成為研究的重點。目前提高功率放大器線性度主要的幾種方法包括前饋技術、反饋技術以及包絡消 除與恢復技術等。前饋及反饋技術雖能有效提高功率放大器的線性度，但其會極大地降低 功率放大器的功率附加效率(PAE)。包絡消除與恢復技術雖然能在改善功率放大器線性度 的同時，不影響功率放大器的效率，但該技術所采用的電路結構非常復雜，不利用對電路的 設計，且使電路制造的成本增加。
發明內容
本發明目的是提供壹種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，使 得在不增大功率放大器靜態功耗的情況下，既增強了功率放大器的諧波抑制，又顯著提高 了功率放大器的線性度與功率附加效率。本發明的技術方案是壹種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構， 所述功率放大器設有輸入晶體管及輸出晶體管，它們串疊在壹起構成Cascode結構，所述 輸出晶體管的集電極與地之間連接有抑制二次諧波信號輸出的二次諧波串聯諧振網絡，所 述輸出晶體管的集電極與輸出匹配網絡之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次 諧波並聯諧振網絡。利用諧振網絡對諧波信號進行控制，從而抑制諧波信號輸出，提高功率 放大器的線性度與功率附加效率。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述二 次諧波串聯諧振網絡包括串聯連接於所述輸出晶體管的集電極和地之間的第四電容和第 二電感；即二次諧波串聯諧振網絡的輸入端連接輸出晶體管的集電極、輸出端接地，它將集 電極輸出的二次諧波信號短路到地。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述三次諧波並聯諧振網絡包括並聯連接於所述輸出晶體管的集電極和功率放大器的輸出端口 輸出匹配網絡之前的第五電容和第三電感；即三次諧波並聯諧振網絡的輸入端連接輸出晶 體管的集電極、輸出端連接功放電路的輸出匹配網絡，它對集電極輸出的三次諧波信號開 路，將三次諧波信號反射回集電極。在上述三次諧波並聯諧振網絡和功率放大電路的輸出端之間設有輸出端隔直電 容與輸出匹配網絡。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述功 率放大器電路為包括***射輸入晶體管和***基輸出晶體管的Cascode (***射***基)結構。當 然，在其它類型的功率放大器電路中，在輸出晶體管的集電極和輸出端口之間也可以連接 上述二次諧波串聯諧振網絡和三次諧波並聯諧振網絡，達到提高了功率放大器的線性度與 功率附加效率的目的。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述 Cascode結構的輸出晶體管的基極和地之間連接有二次諧波並聯諧振網絡，即所述二次諧 波並聯諧振網絡的輸入端接輸出晶體管的基極，輸出端接地，它提高了基頻信號的增益，抑 制了二次諧波信號。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述二 次諧波並聯諧振網絡包括並聯連接在輸出晶體管的基極和地之間的第二電容和基頻串聯 諧振網絡。進壹步的，在上述提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構中，所述基 頻串聯諧振網絡包括串聯連接的第壹電感和第三電容。本發明的優點是1.本發明在Cascode結構功率放大器輸出晶體管集電極依次連接的二次諧波串 聯諧振網絡與三次諧波並聯諧振網絡，可用於提高其它類型功率放大器的線性度與功率附 加效率。2.本發明的Cascode電路在輸出晶體管的基極連接二次諧波並聯諧振網絡，提高 了 Cascode電路對基頻信號的增益並抑制Cascode電路對二次諧波信號的增益。3.本發明的Cascode電路在輸出晶體管的基極所連接的二次諧波並聯諧振網絡 可用於抑制Η次諧波信號。
附圖說明
下面結合附圖及實施例對本發明作進壹步描述圖1為本發明具體實施例的電路結構示意圖；圖2為本發明具體實施例二次諧波並聯諧振網絡作用示意圖；圖3為本發明具體實施例的輸出晶體管集電極連接的網絡結構示意圖；圖4為本發明具體實施例的輸出晶體管集電極輸出電壓疊加三次諧波後的波形 示意圖；圖5為本發明具體實施例的輸出晶體管集電極輸出疊加三次諧波前後的集電極 電流波形比較示意圖。其中C1第壹電容；C2第二電容；C3第三電容；C4第四電容；C5第五電容；C6隔直電容；Ll第壹電感；L2第二電感；L3第三電感；Ql輸入晶體管；Q2輸出晶體管；Rl電阻。
具體實施例方式實施例如圖1和圖2所示，本實施例為壹種Cascode功率放大器電路，所述 Cascode功率放大器包括輸入晶體管Ql和輸出晶體管Q2，所述輸入晶體管Ql的基極連接 功率放大器的輸 入端口，在輸入端口和輸入晶體管的基極之間還連接有第壹電容Cl，輸入 晶體管Ql的發射極接地、集電極與輸出晶體管Q2的的發射極串聯。所述輸出晶體管Q2的 基極連接二次諧波並聯諧振網絡的輸入端，所述二次諧波並聯諧振網絡的輸出端接地；所 述輸出晶體管Q2的集電極依次通過二次、三次諧波諧振網絡及輸出匹配網絡後與功率放 大器的輸出端口連接。所述二次諧波並聯諧振網絡包括並聯連接在輸出晶體管Q2的基極和地之間的第 二電容C2和基頻串聯諧振網絡；該網絡並聯諧振在二次諧振頻率點。所述基頻串聯諧振網 絡包括串聯連接的第壹電感Ll和第三電容C3，該網絡串聯諧振在基頻諧振頻率點。 如圖1和圖3所示，所述二次及三次諧波諧振網絡包括輸入端分別與所述輸出晶 體管Q2的集電極連接的二次諧波串聯諧振網絡和三次諧波並聯諧振網絡，所述二次諧波 串聯諧振網絡的輸出端接地，所述三次諧波並聯諧振網絡的輸出端連接輸出匹配網絡及隔 直電容C6後與功率放大器的輸出端口連接。所述二次諧波串聯諧振網絡包括串聯連接於所述輸出晶體管Q2的集電極和地之 間的第四電容C4和第二電感L2，該網絡串聯諧振在二次諧振頻率點。所述三次諧波並聯諧振網絡包括並聯連接於所述輸出晶體管Q2的集電極和功率 放大器的輸出匹配網絡之間的第五電容C5和第三電感L3，該網絡並聯諧振在三次諧振頻率點。輸出晶體管Q2的高頻小信號等效模型如圖2所示。由該圖可看出，晶體管集電極 輸出電流由跨導、Rbb,上所分得電壓Ube決定，在8_ 保持不變的情況下，Ube的大小 決定了壓控電流源所產生電流的大小。由圖2可以看出IV >Rbb,串聯與二次諧波並聯諧振 網絡的等效阻抗壹起對經輸入晶體管Ql放大的交流信號進行分壓，Rbe,與Rbb,上所分得電 壓為Ube0對於基頻信號，二次諧波並聯諧振網絡中的基頻串聯諧振網絡諧振，其阻抗為最 小值R1。此時，二次諧波並聯諧振網絡等效為Rl與第二電容C2的並聯，由於Rl遠遠小於 第二電容C2電抗的大小，該網絡的阻抗主要由Rl決定。由於二次諧波並聯諧振網絡所等 效阻抗變小，Ube得到提高，所以由***基晶體管Q2集電極輸出的基波電流增大，提高了基波 信號的增益。對於二次諧波信號，二次諧波並聯諧振網絡並聯諧振，該網絡等效阻抗為最大值。 此時，Ute減小。所以由輸出晶體管Q2集電極輸出的二次諧波電流減小，二次諧波信號得到 抑制。如圖3所示，本實施例中輸出晶體管Q2放大後的交流信號由輸出晶體管Q2的集 電極輸出，經二次諧波串聯諧振網絡對其濾波後通過三次諧波並聯諧振網絡到達輸出匹配 網絡。二次諧波串聯諧振網絡將二次諧波信號短路到地，有效地抑制了二次諧波，使輸出晶 體管Q2集電極電壓中的二次諧波分量的幅度很小，可近似忽略，提高了功率放大器的線性度。 另外，在保證基頻串聯諧振網絡諧振在基波信號的情況下，調整第壹電感Li、第二 電容C2與第三電容C3的值，可使二次諧波並聯諧振網絡並聯諧振在所需的Η次諧波頻率， 從而抑制Η次諧波信號的增益。抑制Η次諧波信號的網絡所要滿足的公式為 該公式中，Fo為基波頻率，Fn為Η次諧波頻率。三次諧波並聯諧振網絡對三次諧波而言等效為開路，將三次諧波信號反射回集電 極。如圖4所示，調整三次諧波並聯諧振網絡中的第三電感L3與第五電容C5，可使三次諧 波分量與基波分量在集電極同相疊加，使輸出晶體管Q2集電極輸出電壓波形變為類似方 波的形狀。如圖5所示，疊加的三次諧波使已進入飽和區工作的晶體管重新工作於放大區， 提高了原本由於晶體管飽和而凹陷的集電極電流的幅度，從而提高了功率放大器的輸出功 率及功率附加效率。另外，三次諧波並聯諧振網絡抑制了三次諧波信號的輸出，提高了功率放大器的 線性度。綜上所述，二次諧波並聯諧振網絡中的基頻串聯諧振網絡提高了功率放大器對基 頻信號的增益。二次諧波並聯網絡及二次諧波串聯網絡有效抑制了二次諧波信號的放大與 輸出，提高了 Cascode功率放大器的線性度。三次諧波信號被三次諧波並聯諧振網絡反射 後，在Cascode放大器***基極晶體管的集電極與基波信號同相疊加，使集電極電壓波形變 為類似方波的形狀。由於集電極電壓波形的改變，集電極電流的幅度得到提高，從而提高了 功率放大器的輸出功率及功率附加效率。另外，三次諧波並聯諧振網絡抑制三次諧波信號 傳輸到負載，提高了功率放大器的線性度。本發明通過利用電容與電感的串並聯網絡對諧波信號進行控制，在不增大功率放 大器靜態功耗的情況下，既提高了功率放大器的輸出功率和功率附加效率，又顯著提高了 功率放大器的線性度。
權利要求
壹種提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，所述功率放大器設有輸出晶體管(Q2)，其特征在於所述輸出晶體管(Q2)的集電極與地之間連接有抑制二次諧波信號輸出的二次諧波串聯諧振網絡，所述輸出晶體管(Q2)的集電極與輸出匹配網絡之間連接有將三次諧波信號反射回集電極的三次諧波並聯諧振網絡。
2.根據權利要求1所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其特征 在於所述二次諧波串聯諧振網絡包括從所述輸出晶體管(Q2)的集電極到地之間串聯的 第四電容(C4)和第二電感(L2)，諧振至二次諧波。
3.根據權利要求1或2所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其 特征在於所述三次諧波並聯諧振網絡從所述輸出晶體管(Q2)的集電極到功率放大器的 輸出匹配網絡之間並聯的第五電容(C5)和第三電感(L3)，諧振至三次諧波。
4.根據權利要求3所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其特征 在於所述功率放大器電路為由***射的輸入晶體管(Ql)和***基的輸出晶體管(Q2)串疊構 成的Cascode結構。
5.根據權利要求4所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其特征 在於所述Cascode結構的輸出晶體管(Q2)的基極連接有提高基頻信號增益並抑制二次諧 波信號輸出的二次諧波並聯諧振網絡。
6.根據權利要求5所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其特征 在於所述二次諧波並聯諧振網絡包括從輸出晶體管(Q2)的基極到地之間並聯的第二電 容(C2)和基頻串聯諧振網絡，諧振至二次諧波。
7.根據權利要求6所述的提高功率放大器線性度及功率附加效率的電路結構，其特征 在於所述基頻串聯諧振網絡包括從所述輸出晶體管(Q2)到地之間依次串聯的第三電容 (C3)和第壹電感(Li)。