[发明专利]微波功率放大器的平均功效增强和线性度改善

说明书

技术领域

本发明涉及用于微波功率放大器的新型偏置网络，并且涉及用于增强A类微波功率放大器的平均功效并且改善该A类微波功率放大器的线性度的方法和电路。

背景技术

将无线信号提升到足够的功率等级用于通过空中接口从发射机传输到接收机的微波功率放大器是无线通信系统中的重要部件。它们是将DC功率转换为RF/微波输出功率的电路并且功率放大器还消耗大量的功率，特别是在便携式设备中。本质上，功率放大器的微波晶体管是非线性的。由于放大器工作在其非线性区域中，互调失真(IMD)是高效率放大器面临的共同问题。其产出(product)导致在控制时失真而在无法控制时发射。为了保持相邻信道干扰紧密地在系统的规范之内，补偿(back off)该放大器的输出功率是最简单的方案。然而，这导致效率的降级。因此，线性度和效率是功率放大器设计高度期望的目标。

在将来的无线通信系统中，预期非恒定值包络调制方案，例如M-PSK(多进制相移键控)和QAM(正交幅度调制)以适应无线传输中更高的信道容量和更好的带宽效率。在这样的数字调制中通过RF信号的幅度和相位承载该信息，因此，期望高线性放大来满足在所传输的谱发射和所接收的信噪比上的严格要求。A类和AB类功率放大器是潜在的候选者，但是它们具有低平均功效的问题。因此，对于下一代功率放大器设计来说，低失真和高平均功效是关键问题。

考虑到补偿功率放大器的线性度和效率之间的折中，已经开发了各种线性化和偏置控制电路。

例如前馈、数字预失真和偶次级信号注入的系统级线性化技术对谱再生长提供了良好的抑制。然而，这些技术需要复杂而昂贵的电路、附加的功耗和印刷电路板区域的大的占用。结果，只有基站应用能够从这些技术中受益。

电路级技术利用微波二极管或者晶体管的非线性特性，补偿放大晶体管内部部件的非线性变化或者使放大晶体管之前或者之后的信号失真，对于手持应用提供紧凑而低成本的方案。图1、图2和图3中示出了利用单个微波二极管的该现有技术的示例。

图1的方案中的方法补偿非线性电容器，通常是双极晶体管的基极-集电极电容器(C_BC)和场效应晶体管的栅极-源极电容器(C_GS)，以补偿放大器的相位失真(幅度调制到相位调制失真)。该方法利用反向偏置的微波二极管(即，V_L是正)的非线性电容器以在放大晶体管的输入端子处提供基本恒定的最终电容。

图2的方案中的方法补偿双极晶体管的非线性跨导(g_m)以补偿放大器的增益压缩。在存在流经二极管(Q_L)的RF信号时，存在非线性整流电流。结果，该整流电流随着输入功率的增加而增加。结果，结电压(junctionvoltage)(V_L)下降，这导致放大晶体管的基极-发射极电压(V_BE)增加。

图3的方案中的方法利用正增益和负相位偏差使输入信号失真以补偿放大器的增益压缩和相位失真。在存在流经二极管(Q_L)的RF信号时，存在非线性整流电流。结果，该整流电流随着输入功率的增加而增加。结果，结电压(V_L)下降，这导致Q_L的内部电阻增加，并且从RF输入端口(RF_IN)到功率放大器输入端口(PA_IN)的传输函数的幅度和相位分别增加和降低。

不可避免地，二极管线性化电路与放大晶体管之间的非线性度匹配是严格的，并且因此限制了线性度改善。

发明内容

根据本发明，提供一种包括位于射频信号输入端口与微波晶体管的输入端口之间的偏置网络的微波功率放大器，其中，所述偏置网络包括基带部分和微波部分，所述基带部分和所述微波部分都连接到位于所述射频信号输入端口与所述微波晶体管输入端口之间的节点。

在本发明的优选实施例中，所述基带部分包括经由RF阻塞电感器连接到所述节点的正向偏置二极管，以及连接到地的去耦合电容器。所述基带部分在所述微波晶体管的所述输入端口处对于低频互调产出提供短路终止。

所述微波部分可以包括连接到所述节点的正向偏置二极管，以及耦合电容器。

所述功率放大器可以包括双极晶体管或者场效应晶体管。