一种新型宽带异相射频功率放大器制造技术

本发明专利技术公开一种新型宽带异相功率放大器及其设计方法。该功率放大器包括宽带输入匹配电路、稳定电路、栅极偏置电路、集成晶体管寄生补偿的漏极供电电路、前匹配电路、基于等阻抗任意电长度的两路功率组合电路、后匹配电路。通过输入不同频率的等幅异相信号，来使得新型宽带异相功率放大器进行工作。本发明专利技术在宽带功率放大器需求陡增的背景下，提出了全新的基于等阻抗不同电长度的功率组合电路，实现了一种新的宽带异相功率放大器的设计，具有大带宽、结构简单紧凑，实用性强，便于推广的优点。便于推广的优点。便于推广的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型宽带异相射频功率放大器


[0001]本专利技术涉及射频微波通信领域，提出了一种能够在宽频带下工作的高效率射频异相功率放大器。

技术介绍

[0002]随着无线通信技术的迭代升级，射频微波技术在人们的日常生活中越来越重要。然而，而作为射频通信收发机中关键组件—射频功率放大器简称(射频功放)近年来越来越受到人们的重视。传统射频功率放大器基于导通角的大小分为A、B、C类功率放大器，其中A、B、AB类功放称为线性功放。C类功放称为非线性功放。复杂的通信调制方式使得通信信号呈现出高峰均比的特点。但是传统类型的功率放大器无法满足复杂通信信号的传输需求，因此近年来能满足高峰均比信号的传输需求的功率放大器传输架构开始受到研究人员越来越多的关注，其中尤其以负载调制型结构最为热门。典型的负载调制功率放大器类型分为Doherty功率放大器和异相功率放大器。
[0003]典型的异相射频功率放大器由两路完全相同的子功率放大器组成，异相射频功率放大器的输入信号要求为恒幅异相，因此传统的基带信号需要首先经过信号调制电路利用矢量分解的原理，将幅度信息转化为相位信息，而后经过过上变频和放大等处理输入到两路相同的功率放大器器中，经过功率放大之后通过合适的功率组合电路合并得到放大后的原始信号。主流的异相功率放大器组合电路采用非隔离型，其具有回退效率高的优点。但同时非隔离型组合电路由于负载调制的作用会受到无功虚部的影响，因此需要额外的虚部补偿电路来抵消无功虚部，从而实现回退功率处的高效率。其中经典的Chireix 异相功率放大器即是采用电长度为λ/4的组合电路以及并联电容和并联电感的方式来实现虚部补偿的作用。近年来一些采用非等长传输线、网络综合等设计方法被提出，核心思想是将补偿电路和功率组合电路进行合并设计，进而简化电路的设计步骤和复杂度。
[0004]随着通信技术的快速发展，各种调制方式相继出现，各运营商能获得的授权频率也各不相同。为了提升通信系统对各种制式信号的适应性，亟须研制出能支持多频带宽带工作的高效率功率放大器。当前5G通信正逐渐普及，5G通信的高容量和大带宽给射频功率放大器提出了更大的挑战。当前5G通信频带主要集中于Sub6G和毫米波通信两个频带，目前我国主要采用的就是Sub6GHz，该频段的特点是：信号穿透力强，能最快速度的实现5G网络的覆盖。5G通信在Sub6G频带包括3.3GHz～3.6GHz和 4.8GHz～5.0GHz相比4G通信20Mhz信号带宽有了明显的增加，因此继续能够实现涵盖4G和5G通信频段的宽带射频功率放大器。目前针对宽带异相射频功率放大器的研究主要集中在采用可重构网络来实现虚部补偿网络的可调性，但是可重构结构会引入较大的插损，对功率放大器的输出功率和效率都有很大的影响。针对目前现有技术中存在的不足，实有必要进行研究，以提供一种通用的宽带异相功率放大器的解决方案。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种可以在宽频带内工作的异相射频功率放大器设计方案。基于全新的宽带异相功率放大器设计理论，设计一种新型的宽带功率组合电路，最终实现宽频带范围内的异相功率放大。
[0006]该功率放大器包括宽带输入匹配电路、稳定电路、栅极偏置电路、集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路、前匹配电路、以及基于等阻抗任意电长度的两路功率组合电路、后匹配电路。其中，宽带输入匹配网络采用低Q值宽带匹配的设计方法来实现。稳定电路由并联电阻和电容来组成，用来保证放大器处于稳定状态避免自激。栅极偏置电路用来使得放大器工作于AB类状态。集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路，用于给晶体管提供漏极供电功能的同时与前匹配电路一起实现阻抗匹配。前匹配电路采用L型电路结构来实现阻抗匹配。功率合成电路采用等阻抗任意电长度电路结构来保证宽带组合电路阻抗轨迹随着频率变化的对称关系。后匹配电路将合路点最优阻抗通过阶跃式宽带匹配转化为标准接口阻抗50欧姆。
[0007]具体如下：
[0008]一种新型宽带异相功率放大器，包括两路功率放大电路、前匹配电路、等阻抗不同电长度的功率合成电路、后匹配电路；其中每一路均包括宽带输入匹配电路、RC稳定电路、栅极偏置电路、晶体管、集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路；每路宽带输入匹配电路的输出端与RC稳定电路的输入端连接，RC稳定电路的输出端与晶体管栅极连接；栅极偏置电路的输入端接直流电源，输出端接RC稳定电路的输入端；集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路的输入端接直流电源，输出端接晶体管的漏极；两个晶体管的漏极接前匹配电路的输入端，前匹配电路的输出端接等阻抗不同电长度的功率合成电路的输入端；两路功率合成电路的输出端合并并与后匹配电路的输入端连接，后匹配电路的输出端接标准负载50欧姆。
[0009]优选的，宽带输入匹配电路采用低Q值切比雪夫阶跃式宽带匹配方法构建，具体为采用串联电感和并联电容交替的低通滤波器结构来设计。但是由于集总元件高频损耗较大，所以需要将集总元件转换为微带线，串联电感相当于串联低阻抗微带线，最终形成高低阻抗交替的电容
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微带线结构。该结构损耗低，并且尺寸较小，简化了电路结构，实现了设计目的。
[0010]优选的，放大器处于宽频带范围内易出现因不稳定而自激的现象，此时需要加入稳定电路来提高放大器的稳定性。RC稳定电路是在晶体管的输入端增加并联电容和电阻有耗器件，从而提高稳定性。
[0011]优选的，栅极偏置电路包括一条一端通过电容接地的并联微带线，用来提供栅极偏置电压。
[0012]优选的，集成晶体管寄生匹配的漏极偏置电路包括一条一端通过电容接地的并联微带线，用来提供漏极供电电压的同时起到匹配晶体管寄生元件的作用。
[0013]优选的，前匹配电路采用L型结构，用来实现宽带范围内的双阻抗匹配。
[0014]优选的，上下支路分别采用等阻抗不同电长度的微带线组成，等阻抗保证组合电路的对称性，不同电长度与前端的前匹配电路共同实现宽带阻抗匹配的功能。
[0015]优选的，后匹配电路采用低Q值的高低阻抗交替的阶跃式宽带匹配电路设计方法，用来将功率合成电路的输出端阻抗匹配到50欧姆标准接口阻抗。
[0016]本专利技术的有益效果是：用等阻抗任意电长度的上下支路微带线可以在随着频率变化时始终保持功率组合网络的对称性，进而保证放大器阻抗轨迹的对称性，从而实现宽频带范围内异相功放的高输出和高效率。同时任意电长度的功率组合电路拓展了新的设计自由度使得电路设计尺寸更加紧凑，损耗更低，具有良好的经济效益。
附图说明
[0017]图1是本专利技术中一种新型宽带异相射频功率放大器的结构示意图。
[0018]图2是一种传统基于或的非等长传输线功率合成电路理论示意图。
[0019]图3是一种新型的基于等阻抗任意电长度传输线的功率合成电路示意图。
[0020]图4是利用仿真软件ADS模拟本专利技术在宽频带(2.4GHz～3.6GHz)范围内的仿真结果示意图。
具体实施方式
[0021]以下是本专利技术的具体实施例并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型宽带异相射频功率放大器，其特征在于包括两路功率放大电路、等阻抗任意电长度功率组合电路、后匹配电路。其中每一路功率放大电路均包括宽带输入匹配电路、RC稳定电路、栅极偏置电路、晶体管、集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路、前匹配电路。每路宽带输入匹配电路的输出端与RC稳定电路的输入端连接，RC稳定电路的输出端与晶体管栅极连接；栅极偏置电路的输入端接直流电源，输出端接RC稳定电路的输入端；集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路的输入端接直流电源，输出端接晶体管的漏极；前匹配电路的输入端接集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路的输出端；两路前匹配电路的输出端分别接等阻抗任意电长度功率组合电路的输入端；两路功率组合电路的输出端合并接后匹配电路的输入端，后匹配电路的输出端接标准接口负载50欧姆。所述的宽带输入匹配电路采用低Q值切比雪夫阶跃式宽带匹配方法构建，即使用串联电感以及并联电容等集总元件交替的低通滤波器结构。但是为了使结构适用于射频场合需要将集总元件转换为微带线，串联电感相当于串联低阻抗微带线，最终形成高低阻抗交替的电容
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微带线结构。该结构损耗低，并且尺寸较小，简化了电路结构，实现了设计目的。所述的RC稳定电路,是因为部分放大器容易在频带内出现稳定参数小于1，功率管容易发生自激现象，此时需要采取稳定性措施。RC稳定电路是在晶体管输入端增加有耗元器件，从而提高其稳定性。所述的栅极偏置电路包括一条一端电容接地并联微带线，用来提供栅极偏置电压。所述的集成晶体管寄生匹配的漏极供电电路包括一条一端电容接地的并联微带线，用来提供漏极供电电压的同时起到匹配晶体管寄生参数的作用。所述的前匹配电路由L型串联电感和并联电容组成，同样串联电感可以近似等效替换为串联低阻抗微带线，实现宽频带内双阻抗匹配的目的。所述的等阻抗任意电长度功率组合电路由上下两路组成，上下两路采用相同阻抗不同长度的微带线，微带线的长度由功率组合电路阻抗变化关系得到。一方面承担功率组合的功能，另一方面与前匹配电路共同实现宽频带阻抗匹配的目的。所述的后匹配电路采用低Q值切比雪夫阶跃式宽带匹配方法构建，仍然采用串联电感和并联电容交替的低通滤波器形式来设计，串联电感等效为串联低阻抗微带线，实现功率组合电路输出端阻抗到50欧姆标准接口阻抗的转化。2.如权利要求1所述的一种新型宽带射频功率放大器，本发明提出的新型的功率组合电路，突破传统上下支路微带线电长度和的限制，采用上下支路等阻抗任意电长度微带线来构建新型的功率组合电路该组合电路由等阻抗任意电长度和三端口网络无损互易是前置条件，并且需要保证两输入端口构成的双端口功率组合电路随频率变化始终保持对称性。在此假设3端口开路，此时得到的双端口导纳矩阵为：已知输出端的电流电压关系，根据ABCD传输矩阵，得到如下方程：
其中G1、B1、G2、B2分别为上下支路功率组合电路的输入电导和电纳。令输入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世昌，王伟伟，
申请(专利权)人：绍兴益飞芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：