一种射频预失真线性化电路及射频功率放大器的制作方法

1.本发明属于射频技术领域，具体涉及射频功率放大器的射频预失真线性化电路


背景技术：

2.在功率放大器中，当功率放大器工作在饱和状态时，其输出信号与输入信号相比会产生非线性失真，非线性失真包括非线性幅度失真和非线性相位失真。具体来说，非线性幅度失真会使得放大器输出频谱中产生很多额外的频率成分即频谱再生。这些额外的频率成分不但会带来互调失真，交调失真，杂散和邻近信道干扰等现象，降低通信系统的整体性能，还会使放大器增益压缩，进而功率效率也会随之恶化。而非线性相位失真会给系统带来相位滞后的影响，使得接收端解码时误码率上升。鉴于上述问题，放大器线性化技术应运而生。
3.线性化技术是为了在小幅度牺牲其他电路性能参数的条件下抑制频谱再生现象，进而改善信号的幅度失真和相位失真。预失真技术是功率放大器线性化技术中的一种主要的技术手段，目前功率放大器的预失真技术路线主要有射频预失真和基带预失真两种。传统的基带预失真需要在信号和功率放大器之间插入一个数字预失真模块，该模块用于补偿信号的失真且am/pm曲线与放大器的相反。在输入功率的增益压缩区域中的信号依次通过数字预失真模块和功率放大器之后，放大器输出端会得到一个近似线性的信号。
4.然而数字基带预失真往往需要构建复杂的系统和算法，成本高、电路复杂且体积往往巨大，还会占用较为庞大的计算资源。


技术实现要素：

5.为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种射频功率放大器的射频预失真线性化电路。
6.本发明的具体技术方案为：一种射频功率放大器的射频预失真线性化电路，具体包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电容、第一电阻、第二电阻、偏置电源和参考电源；其中，第一晶体管的基极与第一电阻的一端相连接，作为所述射频预失真线性化电路的输入端，第一电阻的另一端与第二晶体管的发射极相连，第二晶体管的集电极连接到偏置电源；第一电容的一端与第二晶体管的基极、第三晶体管的基极及集电极、第二电阻的一端连接在一起，第二电阻的另一端连接到参考电源；第三晶体管的发射极与第四晶体管的基极和集电极相连，第四晶体管的发射极连接到地；第一晶体管的发射极连接到地，第一晶体管的集电极作为所述射频预失真线性化电路的输出端。
7.进一步的，所述的晶体管具体为异质结双极型晶体管。
8.本发明还提出了一种射频功率放大器，包括上述射频预失真线性化电路。
9.本发明的有益效果：本发明将射频功率放大器中的前级放大器设计成输入信号功率增大时增益扩张、相位超前的射频预失真电路，补偿后级射频功率放大器在输入信号功率增大时增益压缩和相位滞后的幅度相位失真特性，能够提高射频功率放大器的线性度，
以及拓展射频功率放大器的输出功率动态范围，达到在射频段以电路的形式降低非线性幅度失真和相位失真的目的，同时具备结构简单，低成本，小体积，不占用计算机资源等优点。
附图说明
10.图1为本发明实施例射频预失真线性化原理示意图。
11.图2为本发明实施例射频预失真线性化电路的结构示意图
12.图3为本发明实施例所应用的功率放大器芯片示意图
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明的实施例做进一步的说明。
14.本发明实施例射频预失真线性化原理如图1所示，将射频功率放大器中的前级放大器设计成输入信号功率增大时增益扩张、相位超前的射频预失真电路，从而补偿后级传统射频功率放大器在输入信号功率增大时增益压缩和相位滞后的幅度相位失真特性，提高射频功率放大器的线性度，以及拓展射频功率放大器的输出功率动态范围。
15.本发明将hbt射频功率放大器的输入级放大器设计成射频预失真电路，具有输入信号功率增大时增益扩张、相位超前的幅度相位特性，具体的射频预失真线性化电路的电路结构如图2所示，包括：晶体管hbt1、hbt2、hbt3、hbt4，电容cb1、电阻rb1、rb2，偏置电源vbias和参考电源vref；其中，晶体管hbt1的基极与电阻rb1的一端相连接，作为所述射频预失真线性化电路的输入端，电阻rb1的另一端与晶体管hbt2的发射极相连，晶体管hbt2的集电极连接到偏置电源vbias；电容cb1的一端与晶体管hbt2的基极、晶体管hbt3的基极及集电极、电阻rb2的一端连接在一起，电阻rb2的另一端连接到参考电源vref；晶体管hbt3的发射极与晶体管hbt4的基极和集电极相连，晶体管hbt4的发射极连接到地；晶体管hbt1的发射极连接到地，晶体管hbt1的集电极作为所述射频预失真线性化电路的输出端。
16.在本实施例中，晶体管具体为异质结双极型晶体管。
17.射频预失真线性化电路中hbt1是前级放大器，采用电流镜结构设计ibe偏置电路提供hbt1基极
‑
发射极偏置电流，ibe偏置电路由hbt2、hbt3、hbt4、电容cb1、电阻rb1和电阻rb2组成。
18.图2中，hbt2，hbt3，rb2构成了一个电流镜的结构。由于hbt3经由hbt4连接到地且hbt3的集电极经过电阻rb2连接在参考电源vref上，所以hbt3的基极
‑
发射极电位ube3恒大于0也就是说异质结双极晶体管hbt3的发射极处于正向偏置状态。与此同时，由于hbt3的发射极和基极由导线相连，因此hbt3的基极
‑
发射极电位ube3和集电极
‑
发射极电位uce3始终是相等的，也就是说异质结双极晶体管hbt3处在放大区和饱和区之间的临界状态，具有电流放大功能。
19.这里，hbt2采用发射极宽度3μm、长度40μm，集电极宽度4μm、指数为4的hbt晶体管，hbt3均采用发射极宽度2μm、长度10μm，集电极宽度4μm、指数为1的hbt晶体管。
20.发射极面积由如下公式所给出：
21.area＝ew
×
el
×
number of finger
22.其中，area表示发射极面积，ew表示发射极宽度，el表示发射极长度，number of figure表示指数。
23.可以看出，hbt2和hbt3的发射极面积之比为24:1，通过设置两晶体管面积之比可以调整电流镜输出电流与参考电流的比例。
24.本实施例中，晶体管hbt1具体可以为单枚或者多枚不同尺寸的hbt晶体管。
25.为了提高电流镜的恒流特性以及温度补偿特性，在本实施例中，采用二极管接法，即将hbt4的基极和集电极相连用作电流镜的偏置电路。由于采用了与电流镜中hbt3相同型号的hbt晶体管(发射极宽度2μm、长度10μm，集电极宽度4μm、指数为1)，所以这种接法的正向压降接近于同类型三极管的基极
‑
发射极电压ube且温度系数接近，所以具有较好的温度补偿作用。
26.下面具体说明射频预失真线性化电路的具体工作原理：
27.随输入信号功率增大，hbt2的基极电位也随之增大，由于vbias保持不变，所以rb1上流过的电流也随之增大，这样ibe偏置电路可以为hbt1提供更大的基极
‑
发射极偏置电流，使输出信号功率高于线性输出信号功率，从而使该射频预失真线性化电路具有增益扩张和相位超前的幅度相位特性，以补偿后级传统射频功率放大器非线性失真，从而提高射频功率放大器芯片整体的线性度，并拓展射频功率放大器的输出功率动态范围。
28.自适应线性化偏置电路中的电容cb1的电容值的选择对hbt管芯的线性度十分重要，可以通过调整电容大小找到合适的电容，很好地稳定了hbt管芯的静态工作点，进而提高hbt管芯的线性度，而传统的无线性化功能的电阻式偏置电路不管如何调整电容也无法控制hbt管芯基极电位。
29.电阻rb1具有两个作用，第一是限流，控制偏置流入基极的电流，实现温度和功率的不敏感特性；第二是改变看向偏置电路端口的阻抗，改变射频信号的向偏置泄入的流量，实现合理的线性化改善。
30.本实施例中的射频预失真线性化电路可以用于固态功率放大器或者功率放大器芯片的第一级，既可以作为驱动放大器使用，也作为射频预失真线性化电路使用。
31.基于上述射频预失真线性化电路，射频功率放大器的整体系统如图3所示，本发明所应用的射频功率放大器芯片共分为输入级放大器，中间级放大器和输出级放大器，每级放大器包含管芯和其对应的各级偏置电路，每两级放大器之间还有对应的匹配电路。本发明应用于射频功率放大器芯片的驱动级即上图3中虚线框的位置，射频信号由输入端口进入第一级放大器，经过三级放大器和输出匹配电路之后输出。
32.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。