[發(fā)明專利]一種基于共源共柵結構的非線性抵消功率放大器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110239834.8
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112953419A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設計）人: 康凱;黃占秋;吳韻秋;趙晨曦;劉輝華;余益明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，提供一種基于共源共柵結構的非線性抵消功率放大器，用以解決現有基于共源共柵結構的功率放大器存在的線性度和輸出端回波損耗性能差的問題。本發(fā)明由單端共源共柵結構電路與非線性抵消電路構成，通過在單端共源共柵結構的中間節(jié)點添加共柵管M3，改變功率放大器的輸出電阻，使之與與最佳負載電阻近乎相等，進而大幅提升器件的輸出回波損耗性能；同時，共柵管M3與共源共柵結構中共源管M1的非線性電流相互抵消，使得功率放大器的線性度提高；另外，共柵管M3本身不會引入額外的功耗，也不會惡化功率放大器的輸出功率。綜上，本發(fā)明提供的非線性抵消功率放大器具有更高的線性度和更優(yōu)的輸出回波損耗性能。

技術領域

本發(fā)明屬于無線通信技術領域，涉及通信系統(tǒng)發(fā)射機中的功率放大器，具體提供一種基于共源共柵結構的非線性抵消功率放大器。

背景技術

隨著無線通信技術的迅速發(fā)展，人們對射頻收發(fā)機提出了更高頻率、更小尺寸、更低功耗、更高可靠性等一系列要求。作為射頻收發(fā)機中的的核心模塊，功率放大器(PA)的性能直接影響到信號發(fā)射的質量，其線性度和輸出端的回波損耗是兩個很關鍵的性能指標。共源共柵(cascode)結構作為功率放大器(PA)的一種常用結構，其電路圖如圖1所示。共源共柵結構具有高輸出功率和高增益的優(yōu)點，但同時也存在許多問題：第一，疊加在共源管上的共柵管會引入額外的非線性，惡化共源共柵的整體線性度，進而影響通信質量；第二，共源共柵結構的功率放大器輸出電阻過大，與其輸出端所接的最佳負載電阻的阻值相差大，因此具有較差的輸出回波損耗；第三，共源共柵結構的內部節(jié)點存在阻抗失配，會降低整體的增益。

針對上述問題，研究者改進了傳統(tǒng)的共源共柵結構，一種改進方法為通過在共柵管和共源管相連接的地方添加一個并聯到地的電感，可以使得該節(jié)點的寄生電容與電感形成并聯諧振腔，避免了信號在此節(jié)點處的泄露，從而提升增益，如圖2所示；另一種改進方法為通過在共柵管和共源管連接處插入一個串聯電感，使共源管看到的負載阻抗從容性變成感性，實現了共柵管和共源管之間的匹配，最終使增益得以提升，如圖3所示。

然而，上述的兩種改進方法均引入了電感，電感占用版圖面積較大、且不利于布版，同時引入額外的損耗。另外，上述的改進型結構也僅僅提升了cascode結構功率放大器的增益，并沒有解決cascode結構功率放大器存在的線性度和輸出端回波損耗差的問題。功率放大器的線性度直接影響通信質量，線性度越低，傳輸的信號失真程度越大，通信質量也就越差；功率放大器的輸出端回波損耗限制了其可靠性，回波損耗越大，功率放大器與負載之間的反射能量就越大，可靠性也越差。基于此，本發(fā)明提供一種新型的改進型cascode結構的功率放大器。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對上述傳統(tǒng)及改進型共源共柵(cascode)結構功率放大器存在的諸多問題，提供一種新型的cascode結構功率放大器；本發(fā)明采用一種無電感的線性化cascode結構，無電感結構使得電路的面積大幅減小，線性化技術通過使用額外的共柵晶體管實現，有效改變了cascode的輸出阻抗和內部非線性電流的流向，從而使得功率放大器能夠實現更高的線性度與良好的輸出端回波損耗。

為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種基于共源共柵結構的非線性抵消功率放大器，包括：單端共源共柵結構電路，所述單端共源共柵結構電路包括：共源管M1和共柵管M2；所述功率放大器還包括：非線性抵消電路，所述非線性抵消電路由共柵管M3、高頻旁路電容C和隔離電阻R組成，其中，所述共柵管M3的源極與共源管M1的漏極相連、柵極經過隔離電阻R后接控制電壓V_ctrl、漏極接供電電壓V_x，所述高頻旁路電容C一端接共柵管M3的柵極、另一端接地。

進一步的，所述單端共源共柵結構中，所述共源管M1的源極接地、漏極與共柵管M2的源極相連，電源電壓VDD通過扼流電感連接共柵管M2的漏極，輸入信號從共源管M1的柵極輸入、經共源管M1和共柵管M2放大后從共柵管M2的漏極輸出。

本發(fā)明的有益效果在于：