CN108111134A - 功率放大装置和微波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放大器技术领域，提供了功率放大装置和微波电路。该功率放大装置包括：输入子电路包含功分器、主功率放大单元输入匹配网络、辅助功率放大单元输入匹配网络、第一等效网络，功分器将第一输入端接收到的功率信号分成至少两路功率信号；主功率放大单元放大主路的信号；辅助功率放大单元放大辅路的信号；输出子电路包含主功率放大单元输出匹配网络、辅助功率放大单元输出匹配网络、第二等效网络，主功率放大单元输出匹配网络、辅助功率放大单元输出匹配网络用于实现阻抗匹配，第二等效网络用于实现1/4波长阻抗变换。上述功率放大装置和微波电路结构简单且尺寸较小。
Description
技术领域
本发明属于放大器技术领域，尤其涉及功率放大装置和微波电路。
背景技术
第五代移动通信系统(以下简称5G通信系统)采用的是宽带数字调制技术，具有高带宽、高速率等特点，其调制信号为非恒包络信号，具有较高的峰均比(Peak to AveragePower Ratio，PAPR)。5G通信系统要求功率放大器具有高效率(平均输出功率下的)、小尺寸等特点。采用Doherty结构的功率放大器比AB类功率放大器具有更高的回退效率，然而传统的Doherty功率放大器一般采用的是非集成方式，即采用分立元器件(包括功率放大管、无源元件等)和分布式PCB微带结构来实现，这种方式尺寸较大，不能满足整机设备的小型化、高集成的要求。特别是5G通信系统的Sub-6GHz频段采用的是6GHz以下频段，由于频率较低，波长较长，使得整体功率放大器尺寸很大，5G通信系统基站设备一般采用多通道合成技术，这样整机尺寸问题变得更加突出，传统的非集成式Doherty功率放大器具有明显缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种功率放大装置和微波电路，以解决现有技术中功率放大器尺寸较大的问题。
本发明实施例第一方面提供了一种功率放大装置，包括第一输入端和第一输出端，还包括：
输入子电路，包含功分器、主功率放大单元输入匹配网络、辅助功率放大单元输入匹配网络、第一等效网络；功分器用于将所述第一输入端接收到的功率信号分成至少主路功率信号和辅路功率信号，所述主路功率信号发送给所述主功率放大单元输入匹配网络，所述辅路功率信号通过所述第一等效网络发送给所述辅助功率放大单元输入匹配网络；所述主功率放大单元输入匹配网络、所述辅助功率放大单元输入匹配网络用于实现阻抗匹配，第一等效网络用于实现相位补偿；
主功率放大单元，与所述主功率放大单元输入匹配网络的输出端连接，用于放大所述主路功率信号；
辅助功率放大单元，与所述辅助功率放大单元输入匹配网络的输出端连接，用于放大所述辅路功率信号；
输出子电路，包含主功率放大单元输出匹配网络、辅助功率放大单元输出匹配网络、第二等效网络；所述主功率放大单元输出匹配网络两端分别与所述主功率放大单元的输出端和所述第二等效网络的输入端连接，所述辅助功率放大单元输出匹配网络两端分别与所述辅助功率放大单元的输出端和所述第一输出端连接，所述第二等效网络的输出端与所述第一输出端连接；所述主功率放大单元输出匹配网络和所述辅助功率放大单元输出匹配网络用于实现阻抗匹配，第二等效网络用于实现1/4波长阻抗变换。
可选的，主功率放大单元采用GaN工艺制作。
可选的，辅助功率放大单元采用GaN工艺制作。
可选的，所述功率放大装置还包括：
GaAs半绝缘衬底，采用半导体无源工艺将所述输入子电路(包含所述功分器、所述主功率放大单元输入匹配网络、所述辅助功率放大单元输入匹配网络、所述第一等效网络)、所述输出子电路(包含所述主功率放大单元输出匹配网络、所述辅助功率放大单元输出匹配网络、所述第二等效网络)制作在所述GaAs半绝缘衬底上。
可选的，将所述输入子电路(包含所述功分器、所述主功率放大单元输入匹配网络、所述辅助功率放大单元输入匹配网络、所述第一等效网络)、所述主功率放大单元、所述辅助功率放大单元和所述输出子电路(包含所述主功率放大单元输出匹配网络、所述辅助功率放大单元输出匹配网络、所述第二等效网络)通过金属框架无引线封装的方式混合集成在一起。
可选的，所述输入子电路(包含所述功分器、所述主功率放大单元输入匹配网络、所述辅助功率放大单元输入匹配网络、所述第一等效网络)、所述输出子电路(包含所述主功率放大单元输出匹配网络、所述辅助功率放大单元输出匹配网络、所述第二等效网络)、主功率放大单元、辅助功率放大单元之间通过金丝键合互连。
可选的，所述第一等效网络和所述第二等效网络结构相同，所述第一等效网络为C-L-C单元，所述C-L-C单元包括：第一电容、第一电感和第二电容；
所述第一电容的一端接地，另一端与所述第一电感的一端连接；
所述第一电感的另一端与所述第二电容的一端连接；
所述第二电容的第二端接地。
本发明实施例的第二方面提供一种微波电路，包括本发明实施例第一方面中的任一种功率放大装置。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果包括：
1、实现1/4波长阻抗变换的第二等效网络，相对于1/4波长阻抗变换线尺寸较小且损耗较小，因此功率放大装置整体尺寸可以较小且功耗较低；
2、采用半导体无源工艺将输入子电路、输出子电路制作在GaAs半绝缘衬底上，最后连同主功率放大单元、辅助功率放大单元混合集成在金属框架无引线封装里面，尺寸较小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的功率放大装置的结构框图；
图2是本发明实施例一提供的输入子电路的结构框图；
图3是本发明实施例一提供的输出子电路的结构框图；
图4是本发明实施例一提供的功率放大装置的一种电路图；
图5是本发明实施例一提供的功率放大装置的又一种电路图；
图6是本发明实施例一提供的第一等效网络的电路图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
图1示出了本实施例中的功率放大装置的结构框图，参见图1，该功率放大装置包括第一输入端RFin、第一输出端RFout、输入子电路100、主功率放大单元200、辅助功率放大单元300、输出子电路400、金属框架无引线封装500。
图2示出了输入子电路100的结构框图，图3示出了输出子电路400的结构框图。
输入子电路100包含功分器101、主功率放大单元输入匹配网络102、第一等效网络103和辅助功率放大单元输入匹配网络104。功分器101的输入端与所述第一输入端RFin连接，用于将所述第一输入端RFin接收到的功率信号分成至少主路功率信号和辅路功率信号，所述主路功率信号发送给所述主功率放大单元输入匹配网络，所述辅路功率信号通过所述第一等效网络发送给所述辅助功率放大单元输入匹配网络；主功率放大单元输入匹配网络102、辅助功率放大单元输入匹配网络104用于阻抗匹配；第一等效网络103用于实现相位补偿。
主功率放大单元200的输入端与所述主功率放大单元输入匹配网络102的输出端连接，接收所述输入子电路100分成的主路功率信号，用于放大所述主路功率信号。
辅助功率放大单元300的输入端与所述辅助功率放大单元输入匹配网络103的输出端连接，接收所述输入子电路100分成的辅路功率信号，用于放大所述辅路功率信号。
输出子电路400包含主功率放大单元输出匹配网络401、第二等效网络402、辅助功率放大单元输出匹配网络403。主功率放大单元输出匹配网络401两端分别与所述主功率放大单元200的输出端和所述第二等效网络402的输入端连接，辅助功率放大单元输出匹配网络403两端分别与所述辅助功率放大单元300的输出端和所述第一输出端RFout连接，所述第二等效网络402的输出端与所述第一输出端RFout连接；所述主功率放大单元输出匹配网络401和所述辅助功率放大单元输出匹配网络402用于阻抗匹配；第二等效网络402用于实现1/4波长阻抗变换。
上述功率放大装置，实现1/4波长阻抗变换的第二等效网络402，相对于1/4波长阻抗变换线尺寸较小且损耗较小，因此上述功率放大装置整体尺寸可以较小且功耗较低。
进一步的，参见图2和图3，该功率放大装置还可以包括GaAs半绝缘衬底600。所述输入子电路100、所述输出子电路400均制作在所述GaAs半绝缘衬底600上。在其他实施例中，还可以采用其他材质的衬底，对此不予限制。
进一步的，该功率放大装置还可以包括金属框架无引线封装500。通过金属框架无引线封装的方式将所述输入子电路100、所述主功率放大单元200、所述辅助功率放大单元300、所述输出子电路400混合集成在一起。在其他实施例中，还可以采用其他封装形式，对此不予限制。
作为一种可实施方式，所述输入子电路100、所述主功率放大单元200、所述辅助功率放大单元300、所述输出子电路400之间通过金丝键合的方式相互连接。
参见图4，作为一种可实施方式，所述主功率放大单元200包括第一功率放大器201，所述辅助功率放大单元300包括第二功率放大单元301。
一个实施例中，所述第一功率放大器201的个数为两个以上，各个所述第一功率放大器201之间并联。例如，参见图5，所述第一功率放大器201的个数为两个，两个第一功率放大器201的输入端连接，输出端连接；两个第一功率放大器201将主功率放大单元200接收到的功率信号分别进行放大，然后在合成在一起，通过第一输出端RFout发出去。
一个实施例中，所述第二功率放大器301的个数为两个以上，各个所述第二功率放大器301之间并联。例如，参见图5，所述第二功率放大器301的个数为两个，两个第二功率放大器301的输入端连接，输出端连接；两个第二功率放大器301将辅助功率放大单元300接收到的功率信号分别进行放大，然后在合成在一起，通过第一输出端RFout发出去。
需要说明的是，在其他实施例中，所述第一功率放大器201的个数为可以为三个以上，所述第二功率放大器301的个数可以为三个以上，对此不做限制。
可选的，所述第一等效网络103和所述第二等效网络402结构相同。参见图6，一个实施例中，所述第一等效网络103为C-L-C单元，所述C-L-C单元包括：第一电容C1、第一电感L1和第二电容C2。其中，所述第一电容C1的一端接地，另一端与所述第一电感L1的一端连接；所述第一电感L1的另一端与所述第二电容C2的一端连接；所述第二电容C2的另一端接地。
实施例二
对应于实施例一中的功率放大装置，本实施例提供了一种微波电路，包括实施例一中所述的任一种功率放大装置，且具有该功率放大装置所具有的优点，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种功率放大装置，包括第一输入端和第一输出端，其特征在于，还包括：
输入子电路，包含功分器、主功率放大单元输入匹配网络、辅助功率放大单元输入匹配网络、第一等效网络；功分器输入端与所述第一输入端连接，用于将所述第一输入端接收到的功率信号分成至少主路功率信号和辅路功率信号，所述主路功率信号发送给所述主功率放大单元输入匹配网络，所述辅路功率信号通过所述第一等效网络发送给所述辅助功率放大单元输入匹配网络；所述主功率放大单元输入匹配网络、所述辅助功率放大单元输入匹配网络用于实现阻抗匹配，第一等效网络用于实现相位补偿；
主功率放大单元，与所述主功率放大单元输入匹配网络的输出端连接，用于放大所述主路功率信号；
辅助功率放大单元，与所述辅助功率放大单元输入匹配网络的输出端连接，用于放大所述辅路功率信号；
输出子电路，包含主功率放大单元输出匹配网络、辅助功率放大单元输出匹配网络、第二等效网络；所述主功率放大单元输出匹配网络两端分别与所述主功率放大单元的输出端和所述第二等效网络的输入端连接，所述辅助功率放大单元输出匹配网络两端分别与所述辅助功率放大单元的输出端和所述第一输出端连接，所述第二等效网络的输出端与所述第一输出端连接；所述主功率放大单元输出匹配网络和所述辅助功率放大单元输出匹配网络用于实现阻抗匹配，第二等效网络用于实现1/4波长阻抗变换。
2.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，还包括：
GaAs半绝缘衬底，采用半导体无源工艺将所述输入子电路、所述输出子电路均制作在所述GaAs半绝缘衬底上。
3.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，通过金属框架无引线封装的方式将所述输入子电路、所述主功率放大单元、所述辅助功率放大单元、所述输出子电路混合集成在一起。
4.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，所述输入子电路、所述主功率放大单元、所述辅助功率放大单元、所述输出子电路之间通过金丝键合的方式相互连接。
5.如权利要求1所述的功率放大装置，其特征在于，所述主功率放大单元包括第一功率放大器，所述辅助功率放大单元包括第二功率放大器。
6.如权利要求5所述的功率放大装置，其特征在于，所述第一功率放大器的个数为两个以上，各个所述第一功率放大器之间并联。
7.如权利要求5所述的功率放大装置，其特征在于，所述第二功率放大器的个数为两个以上，各个所述第二功率放大器之间并联。
8.如权利要求1至7任一项所述的功率放大装置，其特征在于，所述第一等效网络和所述第二等效网络结构相同，所述第一等效网络为C-L-C单元，所述C-L-C单元包括：第一电容、第一电感和第二电容；
所述第一电容的一端接地，另一端与所述第一电感的一端连接；
所述第一电感的另一端与所述第二电容的一端连接；
所述第二电容的第二端接地。
9.一种微波电路，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的功率放大装置。
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