本發(fā)明涉及一種功率放大器結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種適用于無線發(fā)射機(jī)中的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

功率放大器中的晶體管工作在大信號狀態(tài)，與小信號相比其非線性效應(yīng)更為顯著；同時(shí)隨著高頻譜效率的線性調(diào)制方式及多載波技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得調(diào)制信號功率峰均比越來越高，為了保證調(diào)制保真度及避免干擾相鄰信道內(nèi)通信系統(tǒng)的正常工作，對功率放大器的線性度提出了更高的要求。

目前主流的功率放大器線性化技術(shù)有反饋、功率回退、前饋、預(yù)失真、非線性元件的線性放大(LINC)、包絡(luò)消除和恢復(fù)(EER)。傳統(tǒng)的反饋技術(shù)在高頻時(shí)的環(huán)路增益較低，同時(shí)存在嚴(yán)重的穩(wěn)定性問題，雖然可通過在環(huán)路中增加變頻電路使得反饋環(huán)路工作在低頻，但此時(shí)相移的控制成為了難點(diǎn)，同時(shí)也增加了電路的復(fù)雜性；功率回退技術(shù)較為簡單且可靠，但其功率利用率很低且線性度改善有限；功率放大器的記憶效應(yīng)使得預(yù)失真算法更為復(fù)雜；前饋、LINC和EER技術(shù)的電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，且對兩路信號或幅度和相位的匹配要求相當(dāng)高。

傳統(tǒng)的多柵晶體管功率放大器結(jié)構(gòu)只能抵消恒定包絡(luò)信號產(chǎn)生的AM-AM失真，對非恒定包絡(luò)信號的線性度改善并不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)，通過利用輸入包絡(luò)信號和輸出包絡(luò)信號的差值反饋到輔助功率放大管的柵極偏置，使得輸出信號包絡(luò)能夠跟隨輸入信號包絡(luò)，同時(shí)能補(bǔ)償主功率放大管在不同信號幅度時(shí)引起的增益損失，達(dá)到改善功率放大器線性度的目的。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)，包括包絡(luò)檢測器一、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、主功率放大管及其輔助功率放大管、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、衰減網(wǎng)絡(luò)、包絡(luò)檢測器二和誤差放大器，主功率放大管及其輔助功率放大管用于放大射頻輸入的功率，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用于減小功率傳遞時(shí)的損耗，衰減網(wǎng)絡(luò)用于衰減射頻輸出，包絡(luò)檢測器一用于檢測射頻輸入的包絡(luò)信號，包絡(luò)檢測器二用于檢測衰減后射頻輸出的包絡(luò)信號，誤差放大器對兩個(gè)包絡(luò)信號的差值進(jìn)行放大并反饋到輔助功率放大管的柵極，使得射頻輸出的包絡(luò)信號能夠跟隨射頻輸入的包絡(luò)信號，同時(shí)通過輔助功率放大管補(bǔ)償主功率放大管時(shí)刻變化的增益損失。

具體的，射頻輸入同時(shí)接入包絡(luò)檢測器一的輸入端和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，射頻輸出從輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端接出；輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端同時(shí)連接主功率放大管的輸入端和輔助功率放大管的輸入端，主功率放大管的輸出端和輔助功率放大管的輸出端同時(shí)連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端同時(shí)連接負(fù)載和衰減網(wǎng)絡(luò)的輸出端，衰減網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接包絡(luò)檢測器二的輸入端，包絡(luò)檢測器一的輸出端連接誤差放大器的負(fù)輸入端，包絡(luò)檢測器二的輸出端連接誤差放大器的正輸入端，誤差放大器的輸出端連接輔助功率放大管的柵極。

具體的，考慮到功率放大管線性度和效率的折衷，對主功率放大管和輔助功率放大管的選擇采取如下規(guī)定：所述主功率放大管工作于AB類，具有增益壓縮特性；所述輔助功率放大管的柵極偏置由誤差放大器的輸出信號控制，一般工作于深B類或C類，具有增益擴(kuò)展特性，輔助功率放大管的柵極偏置跟隨射頻輸入的包絡(luò)信號和衰減后射頻輸出的包絡(luò)信號變化，從而使得輔助功率放大管能夠補(bǔ)償主功率放大管時(shí)刻變化的增益損失。

具體的，所述衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量為主功率放大管的線性增益，經(jīng)衰減網(wǎng)絡(luò)衰減后射頻輸出的包絡(luò)信號與射頻輸入的包絡(luò)信號的差值輸入到誤差放大器，經(jīng)誤差放大器放大后的差值反饋到輔助功率放大管的柵極，使得射頻輸出的包絡(luò)信號能夠跟隨射頻輸入的包絡(luò)信號。

本發(fā)明提出的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)，對于非恒定包絡(luò)的輸入信號而言，通過分別檢測輸入和衰減后的輸出包絡(luò)信號，并將其信號差送入誤差放大器后反饋到輔助功率放大管的柵極，以此來控制輔助功率放大管的直流偏置，使得輸出信號包絡(luò)能夠跟隨輸入信號包絡(luò)，同時(shí)能補(bǔ)償主功率放大管在不同信號幅度時(shí)引起的增益損失。本發(fā)明提出的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)，可有效補(bǔ)償主功率放大管在較大輸入信號范圍內(nèi)的一部分AM-AM失真，達(dá)到改善整體功率放大器線性度的目的。

有益效果：本發(fā)明提供的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明通過利用輸入信號包絡(luò)和輸出信號包絡(luò)的差值來偏置輔助功率放大管，使得輸出信號包絡(luò)能夠跟隨輸入信號包絡(luò)，同時(shí)提高整體功率放大器的穩(wěn)定性；2、本發(fā)明基于反饋技術(shù)，使得輔助功率放大管的柵極偏置電壓隨著輸入和輸出信號包絡(luò)的變化而變化，從而補(bǔ)償主功率放大管時(shí)刻變化的增益損失，改善整體功率放大器的線性度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的輸出三階交調(diào)點(diǎn)(OIP3)的仿真結(jié)果對比圖，橫坐標(biāo)表示輸入功率，縱坐標(biāo)表示OIP3，單位均為dBm。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

一種基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器，包括包絡(luò)檢測器一、輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、主功率放大管及其輔助功率放大管、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)、衰減網(wǎng)絡(luò)、包絡(luò)檢測器二和誤差放大器，主功率放大管及其輔助功率放大管用于放大射頻輸入的功率，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)用于減小功率傳遞時(shí)的損耗，衰減網(wǎng)絡(luò)用于衰減射頻輸出，包絡(luò)檢測器一用于檢測射頻輸入的包絡(luò)信號，包絡(luò)檢測器二用于檢測衰減后射頻輸出的包絡(luò)信號，誤差放大器對兩個(gè)包絡(luò)信號的差值進(jìn)行放大并反饋到輔助功率放大管的柵極，使得射頻輸出的包絡(luò)信號能夠跟隨射頻輸入的包絡(luò)信號，同時(shí)通過輔助功率放大管補(bǔ)償主功率放大管時(shí)刻變化的增益損失。

如圖1所示，射頻輸入同時(shí)接入包絡(luò)檢測器一的輸入端和輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，射頻輸出從輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端接出；輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端同時(shí)連接主功率放大管的輸入端和輔助功率放大管的輸入端，主功率放大管的輸出端和輔助功率放大管的輸出端同時(shí)連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端同時(shí)連接負(fù)載和衰減網(wǎng)絡(luò)的輸出端，衰減網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接包絡(luò)檢測器二的輸入端，包絡(luò)檢測器一的輸出端連接誤差放大器的負(fù)輸入端，包絡(luò)檢測器二的輸出端連接誤差放大器的正輸入端，誤差放大器的輸出端連接輔助功率放大管的柵極。

一般來說，考慮到功率放大管線性度和效率的折衷，主功率放大管工作于AB類，具有增益壓縮特性，會(huì)產(chǎn)生AM-AM失真和AM-PM失真；為了消除這些失真，傳統(tǒng)的方法是采用多柵晶體管結(jié)構(gòu)，即為主功率放大管并聯(lián)一個(gè)固定偏置的輔助功率放大管，該固定偏置的輔助功率放大管一般工作于深B類或C類，表現(xiàn)出增益擴(kuò)展特性，從而在一定程度上消除一部分AM-AM失真，但是這只能抵消恒定包絡(luò)信號引起的幅度失真，對于非恒定包絡(luò)信號，該方法對線性度的改善并不高。

本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是，輔助功率放大管的柵極偏置電壓是自適應(yīng)的，由輸入信號和輸出信號共同決定，使得輸出信號包絡(luò)能夠跟隨輸入信號包絡(luò)，同時(shí)能補(bǔ)償主功率放大管在不同信號幅度時(shí)引起的增益損失。

如圖2為晶體管尺寸對應(yīng)的情況下，仿真得到的本發(fā)明提出的基于反饋技術(shù)的高線性功率放大器結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的固定柵偏置的輔助功率放大管的多柵晶體管結(jié)構(gòu)的輸出三階交調(diào)點(diǎn)(OIP3)隨輸入信號功率的變化曲線。從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)輸入信號功率不太大時(shí)，本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)的OIP3明顯大于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的OIP3。

綜上所述，本發(fā)明基于反饋技術(shù)，通過利用輸入信號包絡(luò)和輸出信號包絡(luò)的差值來偏置輔助功率放大管，使得輸出信號包絡(luò)能夠跟隨輸入信號包絡(luò)，同時(shí)能夠補(bǔ)償主功率放大管時(shí)刻變化的增益損失，極大的提高了整體功率放大器的線性度和穩(wěn)定性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。