一种功率放大器电学记忆效应的消除电路的制作方法

本发明涉及一种无线通信系统射频功率放大器改进技术领域，特别是涉及一种削弱射频功率放大器电学记忆效应的电路。

背景技术：

射频功率放大器是现代通信系统的重要组成部分。当输入大功率信号时，功率放大器容易呈现非线性特性，因此人们常常采用各种线性化技术来提高其1db压缩点，以获得较好的线性特性。然而，功率放大器记忆效应的存在，影响了线性化技术作用的发挥。

通常，记忆效应存在于任何功率放大器中。功率放大器非线性特性的一种表示方法是am-am、am-pm特性曲线。通常情况下，窄带信号输入时功放的这些特性是不变的。可是，当输入信号是宽带的、非恒包络调制和多载波信号时，功放的特性随着工作频率的不同而变化。这种功放的非线性特性带宽依赖现象称为记忆效应。

功率放大器传送的非线性行为能够被分为无记忆和有记忆两类，记忆效应又可分为两种类型：电学记忆效应和电热学记忆效应。其中电学记忆效应是由晶体管或场效应管的节点阻抗随着工作频率的变化而变化所致。

对于无记忆非线性设备，其输出信号是瞬时输入信号的函数。而对于呈现记忆效应的功率放大器，其输出信号不仅仅与当时的输入信号有关，而且也依赖于过去的输入信号。而且，当输入信号的带宽较大时，记忆效应将变得更加明显。

一般来说，平稳的记忆效应对功放自身的线性度并不是有害的。在双音测试中，随双音信号的频率间隔的增大，如果三阶互调的相位或幅度变化量分别在10-20度之间或0.5db以下，它们一般不会对邻道功率比性能产生较大的影响。然而，如果功放采用线性化技术来消除互调边带时，记忆效应的影响就比较大了，也就是说记忆效应会影响功放系统所采用的线性化技术的线性化效果。其实，一些简单的线性化技术的效果并不是受线性化技术的限制，而是受功放自身的属性特别是记忆效应的制约。随着各种带宽调制方式在现代通信系统中的广泛应用，记忆效应的消除变得日益重要。

目前，消除射频功放记忆效应的主要方法有包络滤除法、阻抗优化法和包络注入法等。而采用上述消除法的电路结构比较复杂，成本也较高，存在一定的难度。

技术实现要素：

根据以上问题，本发明的目的是提供一种可以削弱射频功率放大器电学记忆效应的电路结构。利用此方法可以提高晶体管的基极阻抗或场效应管的栅极阻抗在工作频率范围内的稳定性，从而削弱功率放大器的电学记忆效应。

这种方法的主要特征是在功率放大器电路中引入正负反馈，通过改变正反馈和负反馈的深度，使得晶体管的基极阻抗或场效应管的栅极阻抗在工作频率范围内的波动幅度达到最小，从而从源头上削弱功率放大器的电学记忆效应，达到线性化的目的。

这种方法的进一步具体特征是，在晶体管(或场效应管)的发射极(或源极)添加电感，在晶体管(或场效应管)的基极与集电极(或栅极与漏极)之间添加电容，其中添加的电感所引入的是电压正反馈，电容所引入的是电压负反馈，因此可以通过调整电感或电容的值来改变正反馈或负反馈的深度。当电感和电容为某一固定值时，晶体管的基极阻抗或场效应管的栅极阻抗在工作频率范围内的波动幅度达到最小，此时对功率放大器电学记忆效应的改善效果也达到最佳。

这种方法可以明显削弱功率放大器的电学记忆效应，提高功率放大器的线性度，和上文所提到的三种记忆效应相比，具有电路结构简单、成本低、实用强、线性化效果较好等优点。

附图说明

图1是场效应管mga-81563添加电感、电容后的电路图；

图2是引入本发明方法前后场效应管mga-81563的栅极阻抗曲线；

图3是引入本发明方法前后的互调分量图谱；

图4是引入本发明方法前后的acpr图谱。

具体实施方式

为进一步说明本发明的内容，以下结合附图和实施例对本发明作详细描述。

我们采用场效应管mga-81563，其结构如图1所示，其中第1、2、4和5管脚与场效应管的源极连接，第3管脚为栅极(即输入端)，第6管脚为漏极(即输出端)。按照如图1所示，在场效应管的源极，即第1、2管脚与4、5管脚分别添加两个电感值相等的电感l1与l2，在场效应管的栅极与漏极，即第3管脚与第6管脚之间添加一个电容c。我们知道，电感和电容阻抗的计算公式分别为：

zl＝jωl

zc＝1/jωc

其中，zl和zc分别为电感和电容的阻抗，l为电感的大小，c为电容的大小，ω为输入信号频率。当电感l1和l2以及电容c的大小发生改变时，由电感l1和l2产生的正反馈与由电容c产生的负反馈，对栅极阻抗的变化趋势的影响不同。所以可以通过调整电感l1、l2与电容c的值，使得栅极阻抗在工作频率范围内的变化幅度最小。这里采用安捷伦公司的ads软件对电路中所添加的电感l1、l2和电容c进行调谐。通过优化，当电感l1和l2为1.1nh、电容c为0.9pf时，栅极阻抗曲线的平坦度基本上达到最好。引入本发明方法前后场效应管mga-81563的栅极阻抗曲线如图2所示。当未采用本发明方法并且输入信号频率从1mhz变化到4ghz时，栅极阻抗大小由211ohm减小到45ohm，变化幅度高达166ω。引入本发明方法后，当输入信号频率从1mhz到4ghz时，栅极阻抗由211ohm变化到128ohm，阻抗大小的变化为82ω，特别是从0.5ghz到4ghz的频率范围内，栅极阻抗基本上保持在130ω。比较图2中的两条曲线可知，阻抗曲线的平坦度有了较大的改善。

为了验证本文中方案的线性化效果，在ads软件中分别用双音和cdma2000信号对引入本发明方法前后的功放电路进行了仿真测试。频率为1.895ghz和1.905ghz的双音测试结果表明，三阶互调改善9db，五阶互调改善30db，结果如图3所示。使用cdma2000信号(载波频率为1.9ghz)测试acpr，结果显示高端改善9db，低端改善13db，仿真结果如图4所示。

因此采用引入正负反馈的方法，有效地减小了射频功率放大器的电学记忆效应，提高了线性度。

技术特征：

技术总结
本发明主要公开了一种功率放大器电学记忆效应的消除电路。这种方法的具体特征是，在晶体管(或场效应管)的发射极(或源极)添加电感，在晶体管(或场效应管)的基极与集电极(或栅极与漏极)之间添加电容，其中添加的电感所引入的是电压正反馈，电容所引入的是电压负反馈，因此可以通过调整电感或电容的值来改变正反馈或负反馈的深度。当电感和电容为某一固定值时，晶体管的基极阻抗或场效应管的栅极阻抗在工作频率范围内的波动幅度达到最小，此时对功率放大器电学记忆效应的改善效果也达到最佳。

技术研发人员：许艳苇
受保护的技术使用者：杭州长泽科技有限公司
技术研发日：2017.08.04
技术公布日：2017.12.15