一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路的制作方法

本发明属于单片微波集成电路(mmic)，特别是关于高效率高线性度单片微波集成功率放大器，具体涉及一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路。

背景技术：

1、随着无线通信技术的飞速发展，作为系统中核心元器件的微波、毫米波单片集成功率放大器，其效率、线性度等指标有了更高的需求。由于各种工艺的本质属性决定了各自工艺所能研制的功率放大器的输出功率、线性度等特性，因此需要从电路设计的角度来提升电路的线性度和效率。

2、为了提升功率放大器回退区的效率，有包络消除与恢复技术、包络跟踪技术、极坐标技术、异相技术和doherty技术，这些技术设计上较为复杂，实现难度较高，传统提升线性度的方法还有较为简单的sweet spot技术，其利用前后级不同栅压产生的相位抵消来提升线性度，虽然会提升饱和回退3db左右时的线性度，但是会恶化线性区的线性度。。

技术实现思路

1、解决的技术问题：为了改善回退时效率和回退时线性度，本发明提出了一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路，采用了动态偏置结构作为射频放大晶体管的自适应非线性补偿，能够实现在不同的注入功率时有不同的偏置状态，从而有效提升饱和与回退状态下的效率和线性度。

2、技术方案：

3、第一方面，本发明公开了一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路，所述高效率高线性电路包括动态偏置电路单元和射频放大电路单元；

4、所述动态偏置电路单元由第一偏置晶体管与第一偏置电路组成，外接vg’直流电压源通过第一偏置电路接入第一偏置晶体管的栅极，第一偏置晶体管的漏极和源极相短接，且第一偏置晶体管的源级接入输入匹配网络；

5、所述射频放大电路单元由第二偏置晶体管、输入匹配电路与输出匹配电路组成；外接vg直流电压源通过输入匹配网络接入第二偏置晶体管的栅极；外接vd直流电压源通过输出匹配网络接入第二偏置晶体管的漏级；第二偏置晶体管的源极接地；

6、输入信号rfin依次经过输入匹配网络、第二偏置晶体管、输出匹配网络放大输出信号rfout。

7、进一步地，所述第一偏置晶体管与第二偏置晶体管是基于gaas或gan工艺的hemt器件，或其他微波功率晶体管器件，数量为一个或多个，根据输出功率值与晶体管功率密度确定。

8、进一步地，所述第一偏置电路包括第一电感、第二电感、第一电容与第一电阻；

9、所述第一电感、第二电感与第一电阻依次连接，第一电阻不与第二电感连接的一端与外接vg’直流电压源连接；第一电感不与第一电感连接的一端接入第一偏置晶体管的栅极；第一电容的一端连接至第一电感和第二电感之间的连接点，另一端接地。

10、进一步地，所述输入匹配网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容与第一电阻；

11、所述第一电感、第一电容和第二电感依次连接；所述第二电感临近第一电容的第一端部依次通过第三电感、第一电阻连接至外接vg直流电压源；所述第二电感远离第一电容的第二端部分别与第二偏置晶体管的栅极以及第一偏置晶体管的源级连接；第一电感远离第一电容的一端接入输入信号rfin；所述第二电容的一端接入第三电感与第一电阻的连接点，另一端接地。

12、进一步地，所述输出匹配网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容与第二电容；

13、所述第一电感、第二电容和第三电感依次连接；第一电感远离第二电容的一端与第二偏置晶体管的漏级连接，第三电感远离第二电容的一端连接输出信号端；

14、所述第二电感的一端连接至第一电感、第二电容之间的连接点，另一端接入外接vd直流电压源；

15、所述第一电容的一端与外接vd直流电压源连接，另一端接地。

16、第二方面，一种自适应非线性补偿的射频放大器，其特征在于，所述射频放大器包括输入匹配网络、第一晶体管、第一级间匹配网络、第二晶体管、第二级间匹配网络、第三晶体管、输出匹配网络、第一栅极偏置网络、第二栅极偏置网络、第一动态偏置电路单元和第二动态偏置电路单元；

17、所述输入匹配网络、第一晶体管、第一级间匹配网络、第二晶体管、第二级间匹配网络依次连接；第三级晶体管的栅极接入第二级间匹配网络，第三级晶体管的漏极接入输出匹配网络，第三级晶体管的源极接地；

18、外接vg直流电压源通过第一栅极偏置网络分别接入输入匹配网络、第一级间匹配网络、第二级间匹配网络、第一动态偏置电路单元和第二动态偏置电路单元；外接vd直流电压源通过第二栅极偏置网络分别接入第一级间匹配网络、第二级间匹配网络和输出匹配网络；

19、所述第一动态偏置电路单元和第二动态偏置电路单元均包括第一偏置电路和偏置晶体管；外接vg直流电压源分压后经过第一偏置电路接入偏置晶体管的栅极；偏置晶体管的漏极与偏置晶体管的源极相短接；偏置晶体管的源极接入级间第二匹配网络；第一栅极偏置网络、第二栅极偏置网络均由独立的栅偏置电路结构组成，每级栅偏置电路给每级晶体管供电。

20、有益效果：

21、第一，本发明的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，采用了动态偏置结构作为射频放大晶体管的自适应非线性补偿，能够实现在不同的注入功率时有不同的偏置状态，从而有效提升饱和与回退状态下的效率和线性度。

22、第二，本发明的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，结构简单，适用于各类型各频段的功率放大器设计。

技术特征：

1.一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路，其特征在于，所述高效率高线性电路包括动态偏置电路单元和射频放大电路单元；

2.根据权利要求1所述的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，其特征在于，所述第一偏置晶体管与第二偏置晶体管是基于gaas或gan工艺的hemt器件，或其他微波功率晶体管器件，数量为一个或多个，根据输出功率值与晶体管功率密度确定。

3.根据权利要求1所述的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，其特征在于，所述第一偏置电路包括第一电感、第二电感、第一电容与第一电阻；

4.根据权利要求1所述的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，其特征在于，所述输入匹配网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容与第一电阻；

5.根据权利要求1所述的自适应非线性补偿的高效率高线性电路，其特征在于，所述输出匹配网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容与第二电容；

6.一种自适应非线性补偿的射频放大器，其特征在于，所述射频放大器包括输入匹配网络、第一晶体管、第一级间匹配网络、第二晶体管、第二级间匹配网络、第三晶体管、输出匹配网络、第一栅极偏置网络、第二栅极偏置网络、第一动态偏置电路单元和第二动态偏置电路单元；

技术总结
本发明公开了一种自适应非线性补偿的高效率高线性电路，包括动态偏置电路单元和射频放大电路单元；动态偏置电路单元包括第一偏置晶体管与第一偏置电路，外接Vg’直流电压源通过第一偏置电路接入第一偏置晶体管的栅极；射频放大电路单元包括第二偏置晶体管、输入匹配电路与输出匹配电路；外接Vg直流电压源通过输入匹配网络接入第二偏置晶体管的栅极；外接Vd直流电压源通过输出匹配网络接入第二偏置晶体管的漏级；输入信号RFin依次经过输入匹配网络、第二偏置晶体管、输出匹配网络放大输出信号RFout。本发明能够实现在不同的注入功率时有不同的偏置状态，从而有效提升饱和与回退状态下的效率和线性度。

技术研发人员：王子健,孙天坤,韩程浩,阮文武,余旭明,陶洪琪
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十五研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/1/16