一种射频功率放大器的自适应电路结构及射频功率放大器

摘要

本申请公开一种射频功率放大器的自适应电路结构及射频功率放大器，其中，自适应电路结构通过在供电电压与第一电容之间设置第二MOS管，第二MOS管相当于等效为一个可变电阻，使得流经第二MOS管的栅极的电流几乎为零，从而使得第一MOS管的漏极电流只流经第二电阻，随着输入信号功率不断增加，第一MOS管的栅极电压不断上升，使得第一MOS管的漏极电流上升，进而使得第二电阻电压增加，接着第二MOS管的栅级电位下降，等效电阻上升，最后使得反馈回路电流下降，因此，射频功率放大器的增益上升，从而改善功率放大器的AM‑AM特性；而且本申请的自适应电路结构简单，成本较低，解决了现有技术不能同时兼顾改善射频功率放大器的AM‑AM特性与较低成本的技术问题。

说明书

技术领域

本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种射频功率放大器的自适应电路结构及射频功率放大器。

背景技术

线性度是表征射频功率放大器在正常工作时，输出信号与输入信号失真量的重要指标。随着无线通信标准不断提升，尤其是进入5G阶段，信号的调制方式愈发复杂，射频功率放大器在高峰均比(PAPR)的情况下能准确地放大含有信息的输入信号变得尤为重要。

目前，主要通过负反馈线性化技术(如图7所示)以及数字自适应预失真技术(如图8所示)来改善射频功率放大器的线性度，从而改善射频功率放大器的AM-AM特性。然而负反馈线性化技术虽然能提高功率放大器AM-AM特性，但是会牺牲射频功率放大器的增益；而数字自适应预失真技术能提高射频功率放大器的AM-AM特性，但也存在系统结构复杂，构建系统成本高的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种射频功率放大器的自适应电路结构及射频功率放大器，用于解决现有技术不能同时兼顾改善射频功率放大器的AM-AM特性与较低成本的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种射频功率放大器的自适应电路结构，其特征在于，包括：控制电路、反馈回路和第一电容；所述控制电路包括：第一电阻、第二电阻、第二电容和第一MOS管；所述反馈回路包括：第二MOS管；

所述第二电容的第一端与射频功率放大器件的输入端相连，第二端分别与所述第一电阻的第一端和所述第一MOS管的栅极相连，所述第一MOS管的源极接地，所述第一电阻的第二端连接于偏置电压；

所述第一MOS管的漏极分别与所述第二电阻的第一端和所述第二MOS管的栅极相连，所述第二MOS管的源极与所述射频功率放大器件的输入端相连，所述第二电阻的第二端连接于供电电压；

所述第二MOS管的漏极与所述第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与所述射频功率放大器件的输出端相连。

进一步地，所述反馈回路还包括：第三电阻；

所述第三电阻的第一端与所述第二MOS管的漏极相连，第二端与所述第一电容的第一端相连。

进一步地，所述控制电路还包括：第四电阻；

所述第四电阻的第一端分别与所述第一MOS管的漏极和所述第二电阻的第一端相连，第二端与所述第二MOS管的栅极相连。

进一步地，还包括：输入匹配电路和输出匹配电路；

所述输入匹配电路的第一端与所述增益补偿网络的第一端相连，第二端与所述第二电容的第一端相连；

所述输出匹配电路的第一端分别与所述射频功率放大器件的输出端和所述第一电容的第二端相连。

进一步地，还包括：增益补偿网络；所述增益补偿网络包括：第五电阻和第三电容；所述第五电阻的第一端与所述第三电容的第一端相连，所述第五电阻的第二端与所述第三电容的第二端相连；

所述增益补偿网络的第一端与所述第二电容的第一端相连，第二端分别与所述射频功率放大器件的输入端和所述第二MOS管的源极相连。

进一步地，其特征在于，所述增益补偿网络包括：第六电阻、第一电感和第四电容；

所述第一电感的第一端与所述第六电阻的第一端相连，第二端与所述第四电容的第一端相连；

所述第六电阻的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述的射频功率放大器件的输入端相连，所述第四电容的第二端接地。

本申请第二方面提供了一种射频功率放大器，包括：所述射频功率放大器的输入端和输出端之间设置有多条通道，且各个所述通道均设置有如第一方面所述射频功率放大器的自适应电路结构和射频功率放大器件；

所述输入端与各个所述自适应电路结构的输入匹配电路和第二电容分别相连，所述输出端与各个所述自适应电路结构的输出匹配电路相连；

各个所述自适应电路结构的增益补偿网络与所述射频功率放大器件的输入端相连，各个所述自适应电路结构的输出匹配电路与所述射频功率放大器件的输出端相连。

进一步地，还包括：第一电感耦合器和第二电感耦合器；

所述第一电感耦合器的第一端与所述输入端相连，第二端分别与各个所述输入匹配电路和所述自适应电路结构的第二电容相连；

所述第二电感耦合器的第一端与所述输出端相连，第二端与各个所述输出匹配电路相连。

与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：

本申请实施例中，提供了一种射频功率放大器的自适应电路结构，包括：控制电路、反馈回路和第一电容；控制电路包括：第一电阻、第二电阻、第二电容和第一MOS管；反馈回路包括：第二MOS管；第二电容的第一端与射频功率放大器件的输入端相连，第二端分别与第一电阻的第一端和第一MOS管的栅极相连，第一MOS管的源极接地，第一电阻的第二端连接于偏置电压；第一MOS管的漏极分别与第二电阻的第一端和第二MOS管的栅极相连，第二MOS管的源极与射频功率放大器件的输入端相连，第二电阻的第二端连接于供电电压；第二MOS管的漏极与第一电容的第一端相连，第一电容的第二端与射频功率放大器件的输出端相连。

本申请提供的射频功率放大器的自适应电路结构，通过在供电电压与第一电容之间设置第二MOS管，第二MOS管相当于等效为一个可变电阻，使得流经第二MOS管的栅极的电流几乎为零，从而使得第一MOS管的漏极电流只流经第二电阻，随着输入信号功率不断增加，第一MOS管的栅极电压不断上升，使得第一MOS管的漏极电流上升，进而使得第二电阻电压增加，接着第二MOS管的栅级电位下降，等效电阻上升，最后使得反馈回路电流下降，因此，射频功率放大器的增益上升，从而改善功率放大器的AM-AM特性；而且本申请的自适应电路结构简单，成本较低，解决了现有技术不能同时兼顾改善射频功率放大器的AM-AM特性与较低成本的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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申请的一些实施方式，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。

图1为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构的结构示意图二；

图3为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构的结构示意图三；

图4为本申请实施例提供的一种增益补偿网络的结构示意图一；

图5为本申请实施例提供的一种增益补偿网络的结构示意图二；

图6为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的结构示意图；

图7为现有的一种负反馈线性化技术的电路结构示意图；

图8为现有的一种数字自适应预失真技术的电路结构示意图。

标号：C

具体实施方式

下面将结合附图对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1、图7和图8，本申请的实施例一提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构，包括：

控制电路、反馈回路R

相较于图7现有的负反馈电路，由于使用的电感Lf的Q值使该电路结构能调节的带宽十分有限，为了拓展工作带宽，本申请实施例将图7中的电感Lf删去；并通过设置第一MOS管等效为图7中的Rf，相较于现有的Rf，第一MOS管可以作为压控电流源，可以更加精准的反馈信号电流到输入端；并且设置第一电容，用于隔绝直流电源对反馈回路的影响。

需要说明的是，除了将反馈回路设置为MOS管，用于作为等效电阻之外本领域技术人员还可以根据实际情况设置反馈回路；在控制电路中，通过设置第一电阻和第二电容组成的低通滤波电路，用来检测输入信号的包络信号。

需要说明的是，由于MOS管氧化栅的存在，所以通过从图1中的A点往第二MOS管的阻抗无穷大，那么从A点流经MOS管的栅极的电流几乎为零。

本申请提供的射频功率放大器的自适应电路结构，通过在供电电压与第一电容之间设置第二MOS管，第二MOS管相当于等效为一个可变电阻，使得流经第二MOS管的栅极的电流几乎为零，从而使得第一MOS管的漏极电流只流经第二电阻，随着输入信号功率不断增加，第一MOS管的栅极电压不断上升，使得第一MOS管的漏极电流上升，进而使得第二电阻电压增加，接着第二MOS管的栅级电位下降，等效电阻上升，最后使得反馈回路电流下降，因此，射频功率放大器的增益上升，从而改善功率放大器的AM-AM特性；而且本申请的自适应电路结构简单，成本较低，解决了现有技术不能同时兼顾改善射频功率放大器的AM-AM特性与较低成本的技术问题。

请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构的结构示意图二。

进一步地，反馈回路还包括：第三电阻R

需要说明的是，在实施例一的基础上，通过在反馈回路中增加一个第三电阻，可以通过调整R3的阻值来控制反馈回路随着输入信号功率变化的反馈量范围，在没有对电路结构进行较大改动的情况下，进一步地改善了射频功率放大器的AM-AM特性。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的自适应电路结构的结构示意图三。

进一步地，控制电路还包括：第四电阻；第四电阻的第一端分别与第一MOS管的漏极和第二电阻的第一端相连，第二端与第二MOS管的栅极相连。

在实施例一的基础上，通过第二MOS管栅极和A点之间串联一个第四电阻RG，由于第二MOS管的寄生电容的存在，在第二MOS管打开或者关闭之后要对寄生电容进行充放电，第四电阻RG可以限制第二MOS管开启时的栅极电流，保护第二MOS管不被开启电流烧毁。同时第四电阻RG的阻值大小能调节反馈回路的灵敏度，并且抑制振荡，从而更好的改善功率放大器的AM-AM特性。

为了方便理解，请参阅图6。

进一步地，还包括：输入匹配电路和输出匹配电路；输入匹配电路的第一端与增益补偿网络的第一端相连，第二端与第二电容的第一端相连；输出匹配电路的第一端分别与射频功率放大器件的输出端和第一电容的第二端相连。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种增益补偿网络的结构示意图一。

进一步地，还包括：增益补偿网络；增益补偿网络包括：第五电阻和第三电容；第五电阻的第一端与第三电容的第一端相连，第五电阻的第二端与第三电容的第二端相连；增益补偿网络的第一端与第二电容的第一端相连，第二端分别与射频功率放大器件的输入端和第二MOS管的源极相连。

需要说明的是，等效电阻的阻值上升或者等效电抗减小，会使匹配带宽变窄。又因为无源网络的品质因素Q＝G/R，所以降低无源匹配电路的品质因素Q会容易实现宽带匹配。据此可以在输入匹配电路加入增益补偿网络，增益补偿网络是通过增加有耗元件(例如电阻)来降低输入匹配电路的Q值，增加射频功率放大器的匹配带宽。本申请的实施例通过增加增益补偿网络，用于降低输入匹配电路的Q值，进一步地增加射频功率放大器的匹配带宽。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种增益补偿网络的结构示意图二。

进一步地，增益补偿网络包括：第六电阻、第一电感和第四电容；第一电感的第一端与第六电阻的第一端相连，第二端与第四电容的第一端相连；第六电阻的第二端分别与第二电容的第一端和的射频功率放大器件的输入端相连，第四电容的第二端接地。

可以理解的是，由于增益补偿网络是通过增加有耗元件(例如电阻)来降低输入匹配电路的Q值，因此，本申请实施例还可以将增益补偿网络设置为如图5所示，对于增益补偿网络本领域技术人员还可以根据实际情况进行设置，在此不做限定。

请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种射频功率放大器的结构示意图。

本申请实施例提供了一种射频功率放大器，包括：射频功率放大器的输入端和输出端之间设置有多条通道，且各个通道均设置有如上述实施例中的射频功率放大器的自适应电路结构和射频功率放大器件；

输入端与各个自适应电路结构的输入匹配电路和第二电容分别相连，输出端与各个自适应电路结构的输出匹配电路相连；各个自适应电路结构的增益补偿网络与射频功率放大器件的输入端相连，各个自适应电路结构的输出匹配电路与射频功率放大器件的输出端相连。

需要说明的是，上述实施例中的一种射频功率放大器的自适应电路结构，并未包括射频功率放大器件，相当于一个负反馈自适应电路，而本实施例提供的一种射频功率放大器，是在上述实施例的基础上中，增加了射频功率放大器件组成射频功率放大器，并进一步对电路结构进行了调整，本实施例通过双路功率放大器的结构进一步的提高了功率放大器的AM-AM特性，使其增益平坦度改善。

进一步地，还包括：第一电感耦合器和第二电感耦合器；

第一电感耦合器的第一端与输入端相连，第二端分别与各个输入匹配电路和自适应电路结构的第二电容相连；第二电感耦合器的第一端与输出端相连，第二端与各个输出匹配电路相连。

请参阅图6，射频信号从输入端RFin经过一个电感耦合器耦合输入到匹配电路，在输入匹配电路后增加一个增益补偿网络，采用两路的对称放大电路，在输出匹配电路可以增加二次谐波短路到地网络和三次谐波开路反射网络来进一步增加射频功率放大器的线性度，最后由电感耦合器耦合输出到输出端RFout。两路的对称放大器能获得更高的增益，而且由于输入端电感耦合器的存在，可以增加控制电路输入端和反馈回路的隔离度，也可以使输入信号提前输入到控制电路，提高反馈回路的工作效率，减少反应时间，降低负反馈回路延时的影响。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。