非线性抵消的功率放大器

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体地，涉及一种用于非线性抵消的功率放大器。

背景技术

随着现代通信系统的发展，无线用户数量人数的不断增加，有限的通信频段变得越来越拥挤。为了提高频谱的利用效率，线性化调制技术譬如正交幅度调制(QAM)、正交相位键控(QPSK)、正交频分复用(OFDM)就在现代的无线通信之中就被广泛的应用。但是这些线性化调制技术都是包络调制信号，这就必然会引入非线性失真的问题。通信系统中的很多有源器件都是非线性器件，一旦包络调制信号通过该系统时，就会产生非线性失真，谐波的频段很多时候会影响到相邻的信道中的信号，会对系统产生一定程度的干扰。

功率放大器是现代通信中一个重要的元件，其被配置为用于将电源所提供的能量提供给交流信号的器件，使得无线信号可以有效地发射出去。对于那些包络变化的线性化调制技术就必须采用线性发射系统。同时都要求有尽量高的发射效率，为了提高效率，射频功放基本都工作在非线性状态，所以如何提高功率放大器的线性度就显得异常关键。现在整个通信领域，射频功率放大器的线性化技术已成为一个越来越重要的研究领域。

发明内容

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，包括：输入匹配电路，输入信号通过输入匹配电路输入到功率放大器；第一功率放大管，所述第一功率放大管的基极通过第一电容器连接到输入匹配电路并且连接到第一偏置电路，所述第一功率放大管的集电极连接到输出匹配电路并且通过第一电感器连接到电源电压，所述第一功率放大管的发射极连接到接地节点；第二功率放大管，所述第二功率放大管的基极通过第二电容器连接到输入匹配电路并且连接到第二偏置电路，所述第二功率放大管的集电极连接到输出匹配电路并且通过第一电感器连接到电源电压，所述第二功率放大管的发射极连接到接地节点；输出匹配电路，所述输出匹配电路从所述第一功率放大管和所述第二功率放大管的集电极接受信号，并且输出输出信号。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，其中，所述第一偏置电路被配置为向所述第一功率放大管提供第一偏置电压，并且所述第二偏置电路被配置为向所述第二功率放大管提供第二偏置电压，其中，所述第二偏置电压比第一偏置电压低。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，其中，所述第一偏置电压为使得所述第一功率放大管以最大功率进行工作的偏置电压。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，其中，所述第一偏置电压为使得所述第一功率放大管以额定功率进行工作的偏置电压。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，还包括第三功率放大管到第n功率放大管，其中，n为大于等于3的自然数，其中，所述第三功率放大管的基极通过第三电容器连接到输入匹配电路并且连接到第三偏置电路，所述第三功率放大管的集电极连接到输出匹配电路并且通过第一电感器连接到电源电压，所述第三功率放大管的发射极连接到接地节点，以及其中，所述第n功率放大管的基极通过第n电容器连接到输入匹配电路并且连接到第n偏置电路，所述第n功率放大管的集电极连接到输出匹配电路并且通过第一电感器连接到电源电压，所述第n功率放大管的发射极连接到接地节点。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，其中，所述第n偏置电路被配置为向所述第n功率放大管提供比第一偏置电压低的第二偏置电压。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，其中，所述第n偏置电路被配置为向所述第n功率放大管提供第n偏置电压，其中，所述第n偏置电压低于第n-1偏置电压。

本专利的一方面提出一种非线性抵消的功率放大器，所述功率放大器包括HBT放大器、CMOS放大器、SiGe放大器、单端放大器或者差分功率放大器中的一种。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的非线性抵消的功率放大器的示意图；

图2是示出了根据本发明实施例的不同的功率放大管的gm3随着输入功率的变化的示意图；

图3是示出了根据本发明实施例的第一功率放大管HBT1的IM3随输出功率变化的示意图；

图4是示出了根据本发明实施例的第二功率放大管HBT2的IM3随输出功率变化的示意图；

图5是示出了根据本发明实施例的第一功率放大管HBT1和第二功率放大管HBT2的并联结构的IM3随输出功率变化的示意图；以及

图6是根据本发明另一实施例的非线性抵消的功率放大器的示意图。

具体实施方式

在进行下面的详细描述之前，阐述贯穿本专利文件使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦接”“连接”及其派生词指两个或多个元件之间的任何直接或间接通信，无论那些元件是否彼此物理接触。术语“传输”、“接收”和“通信”及其派生词涵盖直接和间接通信。术语“包括”和“包含”及其派生词是指包括但不限于。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“与……相关联”及其派生词是指包括、包括在……内、互连、包含、包含在……内、连接或与……连接、耦接或与……耦接、与……通信、配合、交织、并列、接近、绑定或与……绑定、具有、具有属性、具有关系或与……有关系等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分。这种控制器可以用硬件、或者硬件和软件和/或固件的组合来实施。与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。短语“至少一个”，当与项目列表一起使用时，意指可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能只需要列表中的一个项目。例如，“A、B、C中的至少一个”包括以下组合中的任意一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C、A和B和C。

贯穿本专利文件提供了其他特定单词和短语的定义。本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，即使不是大多数情况下，这种定义也适用于这样定义的单词和短语的先前和将来使用。

在本专利文件中，电路块的应用组合以及子电路块的划分仅用于说明，在不脱离本公开的范围内，电路块的应用组合以及子电路块的划分可以具有不同的方式。

以下讨论的图1至图6以及用于描述本专利文档中的本公开的原理的各种实施例仅作为说明，并且不应以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当布置的系统或设备中实施。

目前，常见的功率放大器线性化技术主要包含以下几种：1)功率回退技术：功率回退技术是最常用的方法，在其中，选用功率较大的管子作小功率管使用，一般情况，当基波功率降低1dB时，三阶交调失真改善2dB,但效率下降明显，实际上是以牺牲直流功耗来提高功放的线性度。

功率回退技术简单且易实现，不需要增加任何附加设备，是改善放大器线性度行之有效的方法，但是其具有效率大为降低的缺点。另外，当功率回退到一定程度，当三阶交调制达到-50dBc以下时，继续回退技术将不再改善放大器的线性度。因此，在线性度要求很高的场合，完全靠功率回退法是不够的。

2)预失真技术：预失真技术被配置为在功率放大器前增加一个非线性电路用以补偿功率放大器的非线性失真。预失真技术的优点在于不存在稳定性问题，其具有更宽的信号频带，并且能够处理含多载波的信号。预失真技术成本较低，通过将选取的元件封装成单一模块，连在信号源与功放之间，从而构成了预失真线性功放装置。

功率放大器中常采用RF预失真技术。RF预失真一般采用模拟电路来实现，其具有电路结构简单、成本低、易于高频、宽带应用等优点，但是其缺点在于频谱再生分量改善会较少、高阶频谱分量抵消较困难。

3)前馈技术：使用前馈技术的线性放大器通过耦合器、合成器、延时线、功分器等组成两个环路。射频信号输入后，经功分器分成两路。一路进入主功率放大器，由于其非线性失真，输出端除了有需要放大的主频信号外，还有三阶交调干扰。从主功放的输出中耦合一部分信号，通过第一环路抵消放大器的主载频信号，使其只剩下反相的三阶交调分量。三阶交调分量经辅助放大器放大后，通过第二环路抵消主放大器非线性产生的交调分量，从而了改善功放的线性度。

前馈技术既提供了较高校准精度的优点，也没有不稳定和带宽受限的缺点。但其需要额外的辅助放大器，大幅度提高了系统成本。

图1是示出了根据本发明实施例的非线性抵消的功率放大器的示意图。

参考图1，通过采用正常偏置的功率放大管与低偏置的功率放大管并联的方式来配置功率放大器，通过调整低偏置的功率放大管的偏置电压，使之产生的g

对于功率放大器的功率放大管，以HBT为例，gm与V

g

其中，gm

参考图1，输入信号通过输入匹配电路输入到功率放大器中，并且通过第一电容器C1连接到第一功率放大管HBT1的基极，以及通过第二电容器C2连接到第二功率放大管HBT2的基极；第一功率放大管HBT1的基极还连接到第一偏置电路，以通过第一偏置电路来给第一功率放大管HBT1提供偏置电压，第二功率放大管HBT2的基极还连接到第二偏置电路，以通过第二偏置电路来给第二功率放大管HBT2提供偏置电压；第一功率放大管HBT1的集电极与第二功率放大管HBT2的集电极连接，并且通过第一电感器L1连接到供电电源，此外，第一功率放大管HBT1的集电极与第二功率放大管HBT2的集电极连接并且通过输出匹配电路而输出放大的输出信号；第一功率放大管HBT1的发射极与接地节点连接，并且第二功率放大管HBT2的发射极与接地节点连接。

参考图1，第一功率放大管HBT1的基极连接到第一偏置电路，以通过第一偏置电路来给第一功率放大管HBT1提供偏置电压，其中，第一偏置电路被配置为为第一功率放大管HBT1提供正常偏置电压(例如，第一偏置电压)。此外，第二功率放大管HBT2的基极连接到第二偏置电路，以通过第二偏置电路来给第二功率放大管HBT2提供偏置电压，其中，第一偏置电路被配置为为第二功率放大管HBT2提供低偏置电压(例如，小于第一偏置电压的第二偏置电压)。

图2是示出了根据本发明实施例的不同的功率放大管的gm3随着输入功率的变化的示意图。

参考图2，gm3会随输入功率变化而变化，即，gm3会根据不同的偏置电压而发生变化。采用不同的偏置电压，功率放大管的gm3曲线可左右调整，从而使得第一功率放大管HBT1与第二功率放大管HBT2的gm3曲线在一定范围内实现抵消。当gm3曲线被相互抵消时，功率放大器中的第三阶互调制分量IM3也会相应降低。

通过采用正常偏置的功率放大管与低偏置的功率放大管并联的方式来配置功率放大器，通过调整低偏置的功率放大管的偏置电压，使之产生的g

根据本发明实施例的功率放大器不需要额外的辅助放大器，大幅度提高了系统成本，此外，根据本发明实施例的功率功率放大器中的第一功率放大管HBT1被提供有正常偏置电压，而第二功率放大管HBT2被配置有比正常偏置电压更低的低偏置电压，因此，其并不会降低整个功率放大器的效率。此外，通过根据功率放大管的gm3与输入功率的关系曲线来调整整个功率放大器的线性度，其不需要在增加额外的辅助电路，例如，匹配电路、电感器或者相位调整电路，因此，电路结构更加简单，大幅度提高了系统成本。

参考图1，当第一偏置电路和第二偏置电路所产生gm3不能完全相互抵消时，可通过增加调整电路来修正各自gm3随输入功率的变化曲线，以得到更佳的抵消效果。根据本发明的实施例，可以将第一偏置电路配置为普通偏置电路，并且可以将第二偏置电路配置为动态偏置电路。

图3是示出了根据本发明实施例的第一功率放大管HBT1的IM3随输出功率变化的示意图；图4是示出了根据本发明实施例的第二功率放大管HBT2的IM3随输出功率变化的示意图；以及图5是示出了根据本发明实施例的第一功率放大管HBT1和第二功率放大管HBT2的并联结构的IM3随输出功率变化的示意图。

参考图3至图5，第一功率放大管HBT1和第二功率放大管HBT2的并联结构的IM3相比于第一功率放大管HBT1的IM3和第二功率放大管HBT2的IM3分别都存在显著的降低，从而提高了整个功率放大器的线性度。

图6是根据本发明另一实施例的非线性抵消的功率放大器的示意图。

参考图6，通过采用正常偏置的功率放大管与n-1个低偏置的功率放大管并联的方式来配置功率放大器其中，n为大于2的自然数，通过调整低偏置的功率放大管的偏置电压，使之产生的g

相比于图1的实施例，参考图6的功率放大器还包括第三功率放大管HBT3到第n功率放大管HBTn，其中，第三功率放大管HBT3到第n功率放大管HBTn分别通过第三偏置电路到第n偏置电路来提供偏置电压，并且其中，第n功率放大管HBTn(n为大于2的自然数)的基极通过电容器Cn连接到输入匹配电路，其集电极连接到输出匹配电路、并且其发射极连接到接地节点。

根据本发明的实施例，第三功率放大管HBT3到第n功率放大管HBTn的偏置电压可以被配置为相同的低偏置电压(小于第一偏置电压的第二偏置电压)，通过增大处于不同偏置电压下功率放大管的尺寸来调整整个功率放大器的线性度。此外，第三功率放大管HBT3到第n功率放大管HBTn的偏置电压可以被配置为不同的低偏置电压，例如，第n功率放大管HBTn的偏置电压被配置为小于第n-1功率放大管HBT(n-1)的偏置电压，以提供对于整个功率放大器的线性度的更加精确的调节。

本领域技术人员应该理解，本发明的结构可以适用于各类放大器电路，例如，功率放大器可以包括HBT放大器、CMOS放大器、SiGe放大器、单端放大器或者差分功率放大器。

尽管已经用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。本公开旨在涵盖落入所附权利要求范围内的这种改变和修改。

本发明中的任何描述都不应被理解为暗示任何特定的元件、步骤或功能是必须包括在权利要求范围内的必要元件。专利主题的范围仅由权利要求限定。