一种功率放大电路与射频前端模组的制作方法

1.本技术属于电子电路技术领域，尤其涉及一种功率放大电路与射频前端模组。


背景技术：

2.如今，随着第五代移动通信技术(5th generation mobile communication technology，5g)的普及，对功率放大电路的性能需求也越来越高。
3.现有技术中，功率放大电路的设计指标包括输出功率、效率、增益、带宽以及线性度等。对于采用线性调制技术的移动通信系统来说，功率放大电路的任何非线性都容易产生不希望的频率分量，都会影响移动通信系统的性能。例如，在功率放大电路对射频信号进行放大的过程中，随着输出功率的增大，功率放大电路的增益会出现过早的压缩现象，进而影响了功率放大电路的线性度。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种功率放大电路与射频前端模组，以解决现有技术中，功率放大电路工作的线性度欠佳的问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种功率放大电路，包括：信号输入端、信号输出端、第一功率放大晶体管、第一分压电路和第二分压电路；所述信号输入端被配置为接收射频信号，所述信号输出端被配置为输出放大后的射频信号；
6.所述第一功率放大晶体管的第一节点耦合至所述信号输入端，所述第一功率放大晶体管的第二节点耦合至所述信号输出端，所述第一功率放大晶体管的第三节点通过所述第一分压电路与接地端连接；
7.所述第二分压电路的一端与所述第一功率放大晶体管的第一节点连接，所述第二分压电路的另一端与所述第一功率放大晶体管的第三节点连接；
8.所述第二分压电路被配置为，使所述第一功率放大晶体管的第一节点和所述第三节点之间的电压差值，随着所述放大后的射频信号的功率的增大而减小。
9.进一步地，第一功率放大晶体管的第二节点还用于连接供电电源端。
10.进一步地，第一分压电路包括第一电阻。
11.进一步地，第二分压电路包括第一二级管；所述第一二级管的阳极与所述第一功率放大晶体管的第一节点连接，所述第一二级管的阴极与所述第一功率放大晶体管的第三节点连接。
12.进一步地，第二分压电路包括第一二级管与第二电阻；
13.所述第一二级管阳极与所述第一功率放大晶体管的第一节点连接，所述第一二级管的阴极与所述第二电阻的第一端相连，所述第二电阻的第二端与所述第一功率放大晶体管的第三节点连接。
14.进一步地，当所述第一功率放大晶体管接近或者达到饱和状态下时，所述第一二级管处于截止状态。
15.进一步地，第二电阻的电阻值大于所述第一电阻的阻值。
16.进一步地，第一功率放大晶体管为bjt管，包括基极、集电极和发射极，所述第一功率放大晶体管的基极耦合至所述信号输入端；所述第一功率放大晶体管的集电极耦合至所述信号输出端，所述第一功率放大晶体管的发射极通过所述第一分压电路与接地端连接。
17.进一步地，功率放大电路，还包括第二功率放大晶体管，所述第二功率放大晶体管的第一节点与所述第一功率放大晶体管的第二节点连接，所述第二功率放大晶体管的第二节点与所述信号输出端连接，所述第二功率放大晶体管的第三节点与接地端连接。
18.第二方面，本技术实施例还提供一种射频前端模组，包括第一方面提供的功率放大电路。
19.本技术实施例提供了一种功率放大电路与射频前端模组，其中，一种功率放大电路，包括：信号输入端、信号输出端、第一功率放大晶体管、第一分压电路和第二分压电路；信号输入端被配置为接收射频信号，信号输出端被配置为输出放大后的射频信号；由于第一功率放大晶体管的第一节点耦合至信号输入端，第一功率放大晶体管的第二节点耦合至信号输出端，第一功率放大晶体管的第三节点通过第一分压电路与接地端连接，因此第一功率放大晶体管的第三节点在第一分压电路的作用下，会随着第一功率放大晶体管的ibe电流的变化而变化，又因为第二分压电路的一端与第一功率放大晶体管的第一节点连接，第二分压电路的另一端与第一功率放大晶体管的第三节点连接，所以将第二分压电路被配置为，使第一功率放大晶体管的第一节点和第三节点之间的电压差值，随着放大后的射频信号的功率的增大而减小，由此，在第一分压电路和第二分压电路的共同作用下，当第一功率放大晶体管输出的放大后的射频信号的功率的增大时，第一功率放大晶体管的ibe电流也会随之增大，从而使得第一功率放大晶体管的第三节点的电压也随之增大，在第一功率放大晶体管的第一节点的电压不变的情况下，第一功率放大晶体管的第一节点和第三节点之间的电压差值减小，以使得从第一功率放大晶体管的第一节点经第二分压电路流至第一节点的电流减小，输入至第一功率放大晶体管进行放大的电流增大，从而增大了第一功率放大晶体管在功率接近饱和状态时的增益大小，避免了第一功率放大晶体管的增益随着输出功率的增大而出现过早压缩的现象，进而优化了功率放大电路工作的线性度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本技术实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
22.图2是本技术另一实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图；
23.图3是本技术实施例提供的一种功率放大电路的具体电路图一；
24.图4是本技术实施例提供的一种功率放大电路的具体电路图二；
25.图5是本技术实施例提供的一种射频前端模组的结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.请参见图1，图1是本技术实施例提供的一种功率放大电路的结构示意图。图1示出的一种功率放大电路100，应用于射频电路中。
28.如图1所示，功率放大电路100包括：信号输入端10、信号输出端20、第一功率放大晶体管q1、第一分压电路30和第二分压电路40。具体地：
29.信号输入端10被配置为接收射频信号，信号输出端20被配置为输出放大后的射频信号。
30.第一功率放大晶体管q1的第一节点p1耦合至信号输入端10，第一功率放大晶体管q1的第二节点p2耦合至信号输出端20，第一功率放大晶体管q1的第三节点p3通过第一分压电路30与接地端连接。
31.第二分压电路40的一端与第一功率放大晶体管q1的第一节点p1连接，第二分压电路40的另一端与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3连接。
32.第二分压电路40被配置为，使第一功率放大晶体管q1的第一节点p1和第三节点p3之间的电压差值，随着放大后的射频信号的功率的增大而减小。
33.在本实施例中，信号输入端10被配置为接收射频信号。由于第一功率放大晶体管q1的第一节点p1耦合至信号输入端10，且第二分压电路40的一端与第一功率放大晶体管q1的第一节点p1连接，因此该射频信号中一部分电流输入至第一功率放大晶体管q1中进行放大处理，一部分电流输入至第二分压电路40中。也即，第一功率放大晶体管q1对射频信号进行功率放大的同时，第二分压电路40也会对该射频信号的等效电流进行分流。又因为第一功率放大晶体管q1的第三节点p3通过第一分压电路30与接地端连接，也即第一分压电路30连接于第一功率放大晶体管q1的第三节点p3与接地端之间，且第二分压电路40的一端与第一功率放大晶体管q1的第一节点p1连接，第二分压电路40的另一端与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3连接，所以第一分压电路30与第二分压电路40共接第一功率放大晶体管q1的第三节点p3。也即，第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压值可根据流过第一功率放大晶体管q1的ibe电流值大小与第一分压电路30的电阻值确定。同时，由于第二分压电路40连接在第一功率放大晶体管q1的第一节点p1与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3之间，因此流过第二分压电路40的电流值i1受第一节点p1与第三节点p3之间的电压差影响。
34.如图1所示，第一功率放大晶体管q1的第一节点p1耦合至信号输入端10，第一功率放大晶体管q1的第二节点p2耦合至信号输出端20，由于第一功率放大晶体管q1的第三节点p3通过第一分压电路30与接地端相连，因此第一功率放大晶体管q1的第三节点p3处的电压值不等于接地端电压值，且在第一分压电路30的电阻值不变的情况下，第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压大小与第一功率放大晶体管的ibe电流的大小相关。第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压会随着第一功率放大晶体管的ibe电流的增大而增大，随着第一功率放大晶体管的ibe电流的减小而减小。
35.需要说明的时，在实际应用过程中，由于在第一功率放大晶体管q1的第三节点和接地端之间接入第一分压电路30会带来额外的损耗，从而影响功率放大电路的增益，因此本技术的应用场景主要是针对功率放大电路在增益较为富足的情况下的，通过在第一功率
放大晶体管q1的第三节点和接地端之间接入第一分压电路30，实现对功率放大电路的增益的灵活调整；而由于接入了第一分压电路30，因此，当第一功率放大晶体管q1的输出功率较大时，会产生较大损耗，使得第一功率放大晶体管在输出功率较大时出现增益过早压缩的现象，因此本技术在第一功率放大晶体管q1的第一节点和第三节点之间接入第二分压电路40，第二分压电路40可提高第一功率放大晶体管在输出功率较大的增益大小，由此，在第一分压电路30和第二分压电路40共同作用，不但实现了对功率放大电路的增益的灵活调整，还避免了第一功率放大晶体管随着输出功率的增大而出现增益过早压缩的现象，进而优化了率放大电路工作的线性度。
36.在具体实现时，第一分压电路30可以选用已有的纯电阻电路实现，使得第一功率放大晶体管q1的第三节点p3到地的电压不等于0，且保证第一分压电路30的电阻值不变，进而在第一节点p1的电压值不变时，第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值也能够发生变化。如果第三节点p3到地的电压等于0时，第一节点p1的电压值不变，则第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值只能恒等于第一节点p1的电压值。
37.在本实施例中，因为第二分压电路40连接于第一功率放大晶体管q1的第一节点p1与第三节点p3之间，所以第二分压电路40对射频信号中的等效电流进行分流时，通过第二分压电路40的电流值i1，受到第一功率放大晶体管q1的第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值影响。具体地，当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值越大时，通过第二分压电路40的电流值越高，当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值越小时，通过第二分压电路40的电流值越小。其中，容易理解的是，在本技术所有实施例的中，第一节点p1与第三节点p3都指的是第一功率放大晶体管q1的第一节点p1与第三节点p3。
38.在本技术的所有实施例中，第一功率放大晶体管的ibe电流大小随着第一功率放大晶体管的输出功率的增大而增大，第三节点p3的电压值与第一功率放大晶体管的ibe电流的大小相关，第三节点p3的电压值随着第一功率放大晶体管的ibe电流的增大而增大。由于第一节点p1的电压值不变，因此第三节点p3的电压值影响着第一节点p1与第三节点p3之间电压差值的大小。在射频信号的电流i大小不变的情况下，第一节点p1与第三节点p3之间电压差值的大小影响着通过第二分压电路40的电流值i1的大小。
39.需要说明的是，第三节点p3的电压值与第一功率放大晶体管q1的放大功率相关，在第一功率放大晶体管q1的输出功率逐渐增大的过程中，射频信号通过第一功率放大晶体管q1被放大，得到的放大后的射频信号的功率也逐渐变大，故流过第一功率放大晶体管q1的电流值ibe也逐渐增大，由于第一分压电路30的电阻值也为常数，因此第三节点p3的电压值随流过第一功率放大晶体管q1的电流值增大而增大，同时使得第一节点p1与第三节点p3之间电压差值逐渐减小，使得通过第二分压电路40的电流值也逐渐变小。又因为通过第二分压电路40的电流值也逐渐变小，所以射频信号的等效电信号的电流更多地流向第一功率放大晶体管q1，也即提高了第一功率放大晶体管q1接收到射频信号的电流值大小，实现提高了第一功率放大晶体管q1在输出功率增大的情况下的增益大小，确保了输出增益的平坦性，进而提升了功率放大电路工作的线性度。
40.在一些实施例中，功率放大电路100通过信号输入端10输入射频信号，通过信号输出端20输出放大后的射频信号，当放大后的射频信号仍然无法满足信号输出需求时，功率放大电路100中还可以通过增加至一个次级放大电路，通过该次级放大电路用于对放大后
的射频信号进行再次放大，以满足信号输出需求。
41.图2示出了本技术另一实施例提供的一种功率放大电路结构示意图。如图2所示，作为一个实施例，如图2所示，功率放大电路100还包括第二功率放大晶体管q2，第二功率放大晶体管q2的第一节点与第一功率放大晶体管q2的第二节点p2连接，第二功率放大晶体管q2的第二节点与信号输出端20连接，第二功率放大晶体管q2的第三节点与接地端连接。
42.在本实施例中，第二功率放大晶体管q2用于对放大后的射频信号进行再次放大，得到目标射频信号。这里，第二功率放大晶体管q2相当于次级放大电路，而第一分压电路30与第二分压电路40配置在前级放大电路，也即第一分压电路30、第二分压电路40以及第一功率放大晶体管q1组成前级放大电路。
43.在本实施例的方案中，通过将第一分压电路30、第二分压电路40以及第一功率放大晶体管q1组成前级放大电路，再与第二功率放大晶体管q2所在的次级放大电路共同组成功率放大电路100，使得功率放大电路100的增益增加的情况下，能够避免出现增益过早压缩现象的同时，还能够避免因电路中增加了第一分压电路30与第二分压电路40导致功率损耗过大，使得功率放大电路的适用范围更广。
44.图3示出了本技术实施例提供的一种功率放大电路的具体电路图一。如图3所示，作为一个实施例，第一功率放大晶体管q1的第二节点p2还用于连接供电电源端vcc。
45.在本实施例中，供电电源端vcc用于向第一功率放大晶体管q1的第二节点p2施加工作电压，令第一功率放大晶体管q1通过信号输入端10接收到射频信号的同时，通过第一分压电路30与接地端形成闭合回路，实现第一功率放大晶体管q1基于工作电压与射频信号的等效电压而导通，进而对射频信号进行放大后，输出放大后的射频信号。
46.作为一个实施例，第一分压电路30包括第一电阻r1。这里，第一电阻r1的第一端与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3相连，第一电阻r1的第二端与接地端连接，故第三节点p3的电压值等于流过第一功率放大晶体管q1的ibe电流值与第一电阻r1电阻值的乘积。
47.如图3所示，第一电阻r1的第一端还与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3共接第二分压电路40。当射频信号的等效电流值不变，且第一电阻r1的阻值不变时，第一功率放大晶体管q1的第一节点p1的电压不变，则此时第一功率放大晶体管q1的第一节点p1与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3之间的电压差值，取决于流过第一功率放大晶体管q1的ibe电流值大小。第一功率放大晶体管q1对射频信号进行放大输出，当放大后的射频信号的功率越大时，流过第一功率放大晶体管q1的ibe电流值越大，则第三节点p3的电压值就越高，相应地，第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值越小，且流过第二分压电路40的电流越小。
48.如图3所示，作为一个实施例，第二分压电路40包括第一二级管d1。第一二级管d1的阳极与第一功率放大晶体管q1的第一节点p1连接，第一二级管d1的阴极与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3连接。
49.在本实施例中，由于第一二级管d1具有单向导通的特效，因此在第一二级管d1的阳极施加电压时，电流通过第一二级管d1的阳极输入，从第一二级管d1的阴极流出至第一功率放大晶体管q1的第三节点p3。
50.在图3示出的实施例中，当第一功率放大晶体管q1接近或者达到饱和状态下时，第一二级管d1处于截止状态。
51.这里，第一功率放大晶体管q1对输入的射频信号进行放大，当随着放大后的射频信号的功率的变大，第一功率放大晶体管q1逐渐接近或者达到饱和状态。相应地，此时流过第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的ibe电流值也随之增大至接近最大电流值，第一节点p1和第三节点p3之间的电压差值逐渐减小，从第一节点p1经第一二级管d1至第三节点p3的电流值逐渐减小。当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值逐渐减小至小于第一二级管d1的导通电压时，第一二级管d1截止，此时没有电流经过第一二级管d1输入至第三节点p3与第一电阻r1，射频信号的等效电流全部传递至功率放大晶体管q1中进行放大，以增大了功率放大电路100的增益，从而改善了功率放大晶体管q1在接近或者达到饱和状态时出现增益压缩的现象。优选地，第一二级管d1的导通电压和第一功率放大晶体管q1的导通电压相等。
52.容易理解的是，第二分压电路40除了采用二级管实现之外，还可以是在二级管的基础上，搭配其他分压组件实现。
53.图4示出了本技术实施例提供的一种功率放大电路的具体电路图二。如图4所示，作为一个实施例，第二分压电路40包括：第一二级管d1与第二电阻r2。
54.第一二级管d1阳极与第一功率放大晶体管q1的第一节点p1连接，第一二级管d1的阴极与第二电阻r2的第一端相连，第二电阻r2的第二端与第一功率放大晶体管q1的第三节点p3连接。
55.在本实施例中，由于第一二级管d1具有单向导通的特效，因此在第一二级管d1的阳极施加电压时，电流通过第一二级管d1的阳极输入，从第一二级管d1的阴极流出至第二电阻r2，再通过第二电阻r2流向第一功率放大晶体管q1的第三节点p3。
56.在图4示出的实施例中，当第一功率放大晶体管q1接近或者达到饱和状态下时，第一二级管d1处于截止状态。
57.这里，第一功率放大晶体管q1对输入的射频信号进行放大，当随着放大后的射频信号的功率的变大，第一功率放大晶体管q1逐渐接近或者达到饱和状态。相应地，此时流过第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的ibe电流值也随之增大至接近最大电流值，第一节点p1和第三节点p3之间的电压差值逐渐减小，从第一节点p1经第一二级管d1与第二电阻r2至第三节点p3的电流值逐渐减小。当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值逐渐减小至小于第一二级管d1的导通电压时，第一二级管d1截止，此时没有电流经过第一二级管d1与第二电阻r2输入至第三节点p3与第一电阻r1，射频信号的等效电流全部传递至第一功率放大晶体管q1中进行放大，以增大了功率放大电路100在功率接近饱和状态时的增益，从而改善了功率放大晶体管q1在接近或者达到饱和状态时出现增益压缩的现象。优选地，第一二级管d1的导通电压和第一功率放大晶体管q1的导通电压相等。
58.在本技术所有实施例中，为了避免第一功率放大晶体管q1被短路，第二分压电路40的等效电阻值大于第一分压电路30的等效电阻值。相应地，在图4示出的示例中，第二电阻r2的电阻值大于第一电阻r1的阻值。在实际应用过程中，若第一电阻r1的阻值过大，则会导致第一功率放大晶体管q1的损耗过大，若第二电阻r2的阻值过小，则无法很好的起到分压作用。因此，优选地，本实施例中，第二电阻r2为阻值较大的电阻，一般为几千欧姆，其中第一电阻r1为阻值较小的电阻，一般为几欧姆。
59.作为本实施例一种可能实现的方式，第一功率放大晶体管q1为bjt管，包括基极、
集电极和发射极，第一功率放大晶体管q1的基极耦合至信号输入端；第一功率放大晶体管q1的集电极耦合至信号输出端，第一功率放大晶体管q1的发射极通过第一分压电路30与接地端连接。
60.容易理解的是，在图3或图4示出的示例中，第一分压电路30包括第一电阻r1，这里，第一电阻r1可以视为第一分压电路30的具体实现电路或者第一分压电路30的等效电阻电路，也即，在具体实现时可以使用与第一电阻r1等效的纯电阻电路实现。相应地，可以理解的是，第一功率放大晶体管q1的发射极通过第一分压电路30与接地端连接，相当于第一功率放大晶体管q1的发射极通过第一电阻r1与接地端连接。
61.以下结合图1至图4，就本实施例提供的功率放大电路100的工作原理进行详细说明。具体地：
62.如图1至图4所示，令信号输入端10接收到的射频信号的等效电流为i，假设等效电流i流过第二分压电路40的部分电流为i1，则i大于i1。且该部分电流i1的电流值受第一节点p1与第三节点p3之间电压差值的影响。
63.在图3或图4中，令流过第一功率放大晶体管q1的电流为ibe，第一功率放大晶体管q1的第一节点p1的电压为射频信号的等效电压v1，假设第一电阻r1的电阻值为r，当第一功率放大晶体管q1导通时，第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压v2＝ibe
×
r。
64.当功率放大电路100的输出功率增大时，流过第一功率放大晶体管q1的电流ibe增大，由于第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压v2＝ibe
×
r，故在第一电阻r1的电阻值r不变的前提下，第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电压v2随着流过第一功率放大晶体管q1的电流ibe增大而增大。由于第一功率放大晶体管q1的第一节点p1的电压v1为射频信号的等效电信号电压，v1为定值或常量，因此第一节点p1与第三节点p3之间的电压差v＝v1-v2，随着v2增大而减小。此时，从第一功率放大晶体管q1的第一节点p1经第二分压电路40至第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电流i1减小，在射频信号的等效电流i不变的情况下，输入至第一功率放大晶体管q1的电流i-i1增大，功率放大电路100的增益也随之增大，从而避免了功率放大电路随着输出功率的增大而出现增益过早压缩的情况，进而改善了功率放大电路的线性度。
65.在图3中，在第一功率放大晶体管q1对输入的射频信号进行放大的过程中，当第一功率放大晶体管q1工作在接近或者达到饱和状态时，放大后的射频信号的功率变大。相应地，流过第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电流值增大，第一节点p1和第三节点p3之间的电压差值逐渐减小，从第一节点p1经第一二级管d1至第三节点p3的电流值逐渐减小。当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值小于第一二级管d1的导通电压时，第一二级管d1截止，此时没有电流经过第一二级管d1输入至第三节点p3与第一电阻r1，射频信号的等效电流全部传递至功率放大晶体管q1中进行放大，此时功率放大电路100的增益最大，避免了增益过早压缩的现象。
66.在图4中，在第一功率放大晶体管q1对输入的射频信号进行放大的过程中，当第一功率放大晶体管q1接近或者达到饱和状态时，放大后的射频信号的功率变大。相应地，流过第一功率放大晶体管q1的第三节点p3的电流值增大，第一节点p1和第三节点p3之间的电压差值逐渐减小，从第一节点p1经第一二级管d1与第二电阻r2至第三节点p3的电流值逐渐减小。当第一节点p1与第三节点p3之间的电压差值小于第一二级管d1的导通电压时，第一二
级管d1截止，此时没有电流经过第一二级管d1与第二电阻r2输入至第三节点p3与第一电阻r1，射频信号的等效电流全部传递至第一功率放大晶体管q1中进行放大，此时功率放大电路100的增益最大，从而避免了增益过早压缩的现象。
67.以图1至图4任一实施例为基础，图5示出了本技术再一实施例提的一种射频前段模组的结构示意图。如图5所示，射频前段模组200包括上述方案中的功率放大电路100。
68.可以理解的是，由于本实施例提供的一种射频前段模组200，同本技术相关的内容与实现方式在上述功率放大电路100的实施例内容中已经详细描述，故此处不再赘述。
69.本技术实施例终端中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
70.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。