一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，包括功率放大单元、漏偏置电路结构和栅偏置电路结构；所述功率放大器单元采用单级或者多级晶体管组成；每一级晶体管的漏极加电网络采用漏偏置电路结构，每一级晶体管的栅极加电网络采用栅偏置电路结构。本发明专利技术通过对功率放大器的Baseband阻抗的设计，提升了功率放大器在回退时的线性度，从而在回退更少功率时可满足线性度指标要求，提升了回退的效率，优化了毫米波大功率单片集成功率放大器的性能。大器的性能。大器的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器


[0001]本专利技术涉及功率放大器，尤其涉及一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器。

技术介绍

[0002]随着新一代通信技术的发展，通讯系统对射频前端设备提出了更高的要求，特别是在满足输出功率的前提下，输出高峰均比、高效率和高线性的无线信号。而功率放大器作为射频前端设备的核心元器件，其性能对射频前端设备有直接的影响。
[0003]而对于功率放大器，常规提升线性度的方法有包络跟踪技术、异相技术和多偏置技术，基本都是在工作频带内进行线性度的设计与优化。然而功率放大器的线性度特别是三阶交调指标不仅与工作频带内的非线性特性相关，频带外比如Baseband和谐波阻抗位置都对三阶交调有着不可忽略的影响，本专利技术开发了一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，可有效精确的控制功率放大器Baseband的阻抗位置，以优化功率放大器三阶交调特性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种能满足线性度指标要求的同时提升回退效率的基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器。
[0005]技术方案：本专利技术的高线性功率放大器，包括功率放大单元、漏偏置电路结构和栅偏置电路结构；
[0006]所述功率放大器单元采用单级或者多级晶体管组成；每一级晶体管的漏极加电网络采用漏偏置电路结构，每一级晶体管的栅极加电网络采用栅偏置电路结构。
[0007]进一步，所述漏偏置电路结构中，第一漏极电感和第二漏极电感依次串联连接于晶体管的漏极，第一漏极电容与第一漏极电感、第二漏极电感并联，构成晶体管漏偏置第一级去耦电路，同时兼顾基波负载阻抗匹配；第三漏极电感、第四漏极电感和第五漏极电感依次串联连接，第二漏极电容、第三漏极电容分别与第三漏极电感和第四漏极电感并联连接，第四漏极电容、第一漏极电阻串联连接后与第五漏极电感并联，共同构成晶体管漏偏置第二级去耦电路，同时兼顾输出负载端Baseband阻抗匹配。
[0008]进一步，所述晶体管漏偏置第一级去耦电路，放在功率放大器单元内；所述晶体管漏偏置第二级去耦电路，放在功率放大器单元外。
[0009]进一步，所述栅偏置电路结构中，第一栅极电感、第二栅极电感和第一栅极电阻依次串联连接于晶体管的栅极，第一栅极电容与第二栅极电感并联，构成晶体管栅偏置第一级去耦电路，同时兼顾基波输入负载端阻抗匹配；第三栅极电感、第四栅极电感和第五栅极电感依次串联连接于第一栅极电阻，第二栅极电容、第三栅极电容分别与第三栅极电感和第四栅极电感并联，第四栅极电容、第二栅极电阻串联连接后与第五栅极电感并联，构成晶体管栅偏置第二级去耦电路，同时兼顾输入负载端Baseband阻抗匹配。
[0010]进一步，所述晶体管栅偏置第一级去耦电路，同时兼顾基波负载阻抗匹配，放在功率放大器单元内；所述晶体管栅偏置第二级去耦电路，同时兼顾输入负载端Baseband阻抗匹配，放在功率放大器单元外。
[0011]进一步，所述功率放大器单元中，每一级栅偏置电路单独或统一采用栅偏置电路结构，每一级漏偏置电路单独或统一采用漏偏置电路结构。
[0012]进一步，所述功率放大器单元还采用双边对称的加电网络结构，所述栅偏置电路结构与漏偏置电路结构分别对称分布在功率放大器单元两侧；栅电通过所述栅偏置电路结构提供给晶体管，漏电通过所述漏偏置电路结构提供给晶体管。
[0013]进一步，所述功率放大器单元选用GaAs或GaN材料作为基片。
[0014]本专利技术与现有技术相比，其显著效果如下：
[0015]1、本专利技术是通过栅偏置电路将输入端基波阻抗位置与基带阻抗位置进行协同设计优化，通过漏偏置电路将输出端基波阻抗位置与基带阻抗位置进行协同设计优化，对功率放大器的Baseband阻抗进行精确的设计，提升了功率放大器在回退时的线性度(三阶交调)，从而在回退更少功率时即可满足线性度指标要求，提升了回退的效率；同时也将外围去耦电路融入到基带阻抗设计中，可简化放大器内部匹配电路，减小芯片尺寸；
[0016]2、本专利技术通过Baseband阻抗对线性度影响的理论研究，提出了一种可精确控制Baseband阻抗的电路拓扑结构，可精确控制1MHz
‑
400MHz之内的低频信号，使得Baseband阻抗匹配到最优位置，从而提高了电路的线性度；
[0017]3、本专利技术中的栅/漏偏置电路具有可扩展性，可融合芯片外围去耦电路，不占用额外的面积，为通信系统小型化提供了支撑。
附图说明
[0018]图1为双音信号的频谱图；
[0019]图2为基于Baseband阻抗匹配的栅偏置电路与漏偏置电路的结构图；
[0020]图3为偏置电路中不同电阻值对Baseband阻抗位置的影响示意图；
[0021]图4为一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器结构框图；
[0022]图5为有无Baseband阻抗匹配的功率放大器三阶交调性能对比图。
具体实施方式
[0023]下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细描述。
[0024]如图1所示，在功率放大器中，当注入两个不同频率的交流信号时，由于晶体管的非线性特性，在晶体管的输出端不仅会产生两个经过放大的主音信号外，即基波分量(ω1和ω2)，还存在三阶交调分量(2ω1‑
ω2和2ω2‑
ω1)，基波与三阶交调信号的幅值之差即为三阶交调(IMD3)。其中：
[0025]IMD3_lower＝A(ω1)
‑
A(2ω1‑
ω2)
[0026]＝A(ω1)
‑ꢀ
A(ω1‑
(ω2‑
ω1))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0027]IMD3_higher＝A(ω2)
‑
A(2ω2‑
ω1)
[0028]＝A(ω1)
‑ꢀ
A(ω1‑
(ω2‑
ω1))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0029]式中：A为该频率点下的幅度值；ω2‑
ω1＝ω
b
，称为晶体管Baseband信号。
[0030]而在功率放大器中，三阶交调分量(2ω1‑
ω2和2ω2‑
ω1)与基波分量(ω1和ω2)离的很近，无法通过滤波器将其去除，故三阶交调很大程度上表征器件的线性度特性。
[0031]在功率放大器设计中，基波分量(ω1和ω2)阻抗通常为最佳功率或最佳效率匹配，以获得更好的性能，如果基波按照最佳三阶交调性能进行匹配，其输出功率和效率将大大牺牲。为了提高器件的线性度值，即提高三阶交调值，将研究重点转移到三阶交调分量上。
[0032]从式(1)和(2)可以发现晶体管三阶交调分量还与baseband信号相关，可以通过改变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，其特征在于，包括功率放大单元(101)、漏偏置电路结构(102)和栅偏置电路结构(103)；所述功率放大器单元(101)采用单级或者多级晶体管(201)组成；每一级晶体管的漏极加电网络采用漏偏置电路结构(102)，每一级晶体管的栅极加电网络采用栅偏置电路结构(103)。2.根据权利要求1所述基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，其特征在于，所述漏偏置电路结构(102)中，第一漏极电感(211)和第二漏极电感(212)依次串联连接于晶体管的漏极，第一漏极电容(221)与第一漏极电感(211)、第二漏极电感(212)并联，构成晶体管漏偏置第一级去耦电路，同时兼顾基波负载阻抗匹配；第三漏极电感(213)、第四漏极电感(214)和第五漏极电感(215)依次串联连接，第二漏极电容(222)、第三漏极电容(223)分别与第三漏极电感(213)和第四漏极电感(214)并联连接，第四漏极电容(224)、第一漏极电阻(231)串联连接后与第五漏极电感(215)并联，共同构成晶体管漏偏置第二级去耦电路，同时兼顾输出负载端Baseband阻抗匹配。3.根据权利要求2所述基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，其特征在于，所述晶体管漏偏置第一级去耦电路，放在功率放大器单元(101)内；所述晶体管漏偏置第二级去耦电路，放在功率放大器单元(101)外。4.根据权利要求1所述基于Baseband阻抗匹配的高线性功率放大器，其特征在于，所述栅偏置电路结构(103)中，第一栅极电感(311)、第二栅极电感(312)和第一栅极电阻(331)依次串联连接于晶体管的栅极，第一栅极电容(321)与第二栅极电感(312)并联，构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩程浩，陶洪琪，余旭明，王子健，杜泽浩，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：