[发明专利]效率和线性度提高的Cascode功率放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种效率和线性度提高的Cascode功率放大器。

背景技术

功率放大器是无线通信系统中关键模块之一，用于放大射频信号并达到一定的输出功率，然后送给天线发射，其线效率和线性度一直是被关注和研究的焦点。

功率放大器是无线通信发射系统中耗能最大的模块，因此效率是功率放大器设计时首先要考虑的重要指标，对于基站、雷达之类大功率无线通信发射系统来讲，提高效率可以减小耗电量，降低运营成本，节能减排，符合当今全球低碳经济的潮流，对于手机等手持终端设备来讲，提高效率则意味着更长的通话时间和待机时间，或者更小的电池体积。同时，功率放大器又是通信系统中非线性最强的器件之一，其非线性失真将导致无线通信系统频谱扩展而干扰邻道信号并恶化误码率，降低系统的数据率而使系统的容量减小，增大系统信道频率间距而使系统的频谱利用率下降。随着第三代无线通信市场(如TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000)的迅猛发展，新的调制技术对功率放大器的线性度提出了更高的要求，所以在提高功率放大器效率的同时提高其线性度对于提升整个发射系统的性能意义深远。

目前，大多数移动设备的线性功率放大器为了实现更高的效率，常用非线性功率放大器并结合线性化技术比如前馈、反馈、非线性元件的线性放大、包络消除与恢复、预失真等来实现。但是，前馈技术线性化的性能依赖于信号幅度和相位的精确匹配，需要用延迟线来达到相位的匹配，因此会引入损耗且不易集成；反馈技术由于高频时的环路增益不易提高，同时存在严重的稳定性问题，因此多在低频工作，环路中包含了变频网络，其高频通路引入了可观的相移，因此该技术需要在解调时进行补偿，相移的控制是一个难点，设计会受到很大限制；包络消除与恢复的技术难点在于低频和高频信号的延时必须保持一致；功率放大器存在的记忆效应又会使预失真算法的实现变得困难。

发明内容

本发明目的是：提供一种效率和线性度提高的Cascode功率放大器，通过合理设计串并联谐振网络，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，有效抑制功率放大器输出中的偶次谐波(其中二次谐波为主要谐波分量)，改善功放线性度，利用高阶奇次谐波，提高功放输出功率和功率附加效率。

本发明的技术方案是：一种效率和线性度提高的Cascode功率放大器，包括由共射晶体管和共基晶体管构成的Cascode结构、从功率放大器的信号输入端口到所述共射晶体管的基极之间连接的输入匹配网络、以及从所述共基晶体管的集电极到功率放大器的信号输出端口之间连接的输出匹配网络，从所述共射极晶体管的集电极到地之间连接有抑制二次谐波信号的第一串并联谐振网络；从所述共基晶体管的基极到地之间连接有提高基频信号增益并抑制二次谐波信号增益的第二串并联谐振网络；从所述共基晶体管的集电极与地之间连接有抑制二次谐波信号输出的二次谐波串联谐振网络，所述共基晶体管的集电极与输出端口之间连接有将三次谐波信号反射回集电极的三次谐波并联谐振网络。

进一步的，在上述功率放大器中，所述第一串并联谐振网络包括第二电感、第六电容以及从共射晶体管的集电极到地之间串联的第一LC串联谐振网络，所述第二电感与第六电容串联后与所述第一LC串联谐振网络并联，所述第一LC串联谐振网络包括串联连接的第一电感和第一电容。第一电感和第一电容串联谐振于二次谐波，故通过共射晶体管放大过程中产生的二次谐波被短路到地。第一串并联谐振网络中的第二电感和第六电容C6，使第一串并联谐振网络并联谐振于基波，从而使第一串并联谐振网络在基波频点对地开路。

进一步的，在上述功率放大器中，所述第二串并联谐振网络包括从共基晶体管的基极到地之间并联的第二电容和第二LC串联谐振网络；所述第二LC串联谐振网络包括串联连接的第三电感和第三电容。第三电感和第三电容串联谐振于基波，使得对基频共基晶体管基极短接到地，从而获得最大的基波增益。第二串并联谐振网络中并联的第二电容，使第二串并联谐振网络并联谐振于二次谐波，使共基晶体管对二次谐波的放大被抑制。

进一步的，在上述功率放大器中，所述二次谐波串联谐振网络包括从共基晶体管的集电极到地之间串联连接的第四电容和第四电感。所述二次谐波串联谐振网络串联谐振于二次谐波，使共基晶体管集电极的二次谐波通过所述二次谐波串联谐振网络短路到地。

进一步的，在上述功率放大器中，所述三次谐波并联谐振网络包括从共基晶体管的集电极到输出匹配网络的输入端之间并联连接的第五电感和第五电容。所述三次谐波并联谐振网络并联谐振于三次谐波，三次谐波在此开路，使得三次谐波被反射回共基晶体管的集电极。