CN111865232B - 基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统，通过将第一切比雪夫滤波电路与前端设备、第一电源以及功放管连接，使得第一切比雪夫滤波电路接收前端设备传输的待处理信号，在第一电源供电时将前端设备的阻抗与功放管的基极的阻抗相匹配，并将待处理信号通过基极传输至功放管；由功放管对该待处理信号进行功率放大；通过将第二切比雪夫滤波电路与功放管、第二电源以及后端设备连接，使得该功放管将功率放大后的信号输出至第二切比雪夫滤波电路；在第二电源供电时，第二切比雪夫滤波电路将集电极的阻抗与后端设备的阻抗相匹配，并将功率放大后的信号通过第二切比雪夫滤波电路输出至后端设备。以提高功率放大器的性能。

Description

基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别是涉及基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统。

背景技术

目前，随着人们通信需求的急剧增加以及对通信功能需求的日益多样化，使得对移动通信网络的信道容量的需求也越来越高。为此，通信标准已从以前2G改变为目前的5G，而随着5G移动通信系统的发展，满足5G通信高速率、大容量的需求，要求射频系统在频带支持上能够同时支持多个频段或者覆盖尽可能宽的频带范围。对此，整个移动通信行业都开始探索全新的频段。例如，将射频系统的频段设计到2.6GHz、3.5GHz以及4.9GHz附近。

为了使得射频系统能够支持尽可能宽的频带范围，相关技术中将宽带滤波器作为输入/输出匹配网络，与功率放大器进行了联合设计，但由于滤波器输入端的阻抗无法与功率放大器的阻抗相匹配，导致功率放大器的性能大幅下降。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统，以实现提升功率放大器的性能。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，该功率放大器包括：第一切比雪夫滤波电路、功放管以及第二切比雪夫滤波电路；

第一切比雪夫滤波电路的输入端与前端设备连接，用于接收前端设备传输的待处理信号；

第一切比雪夫滤波电路的电源端连接有第一电源，用于获取第一电源提供的直流电；

第一切比雪夫滤波电路的输出端与功放管的基极连接，用于在通电时将前端设备的阻抗与功放管的基极的阻抗相匹配，并将待处理信号通过基极传输至功放管；

功放管用于对基极输入的待处理信号进行功率放大；

功放管的集电极与第二切比雪夫滤波电路的输入端连接，用于将功率放大后的信号输出至第二切比雪夫滤波电路；

第二切比雪夫滤波电路的电源端连接有第二电源，用于获取第二电源提供的直流电；

第二切比雪夫滤波电路用于在通电时将集电极的阻抗，与第二切比雪夫滤波电路的输出端连接的后端设备的阻抗相匹配，并将功率放大后的信号通过第二切比雪夫滤波电路的输出端输出至后端设备。

可选的，功率放大器还包括：稳定电路；

稳定电路的一端与第一切比雪夫滤波电路连接，另一端与功放管的基极连接，用于防止功率放大器中的电路产生自激烧毁功放管。

可选的，稳定电路包括：第一电容和电阻；

第一电容的一端和电阻的一端，与第一切比雪夫滤波电路的输出端并联连接；

第一电容的另一端和电阻的另一端，与功放管的基极并联连接。

可选的，功率放大器还包括：输入偏置电路；

输入偏置电路的一端与第一电源连接，另一端与第一切比雪夫滤波电路连接，用于将第一电源提供的直流电传输至第一切比雪夫滤波电路，并阻止待处理信号传输至第一电源。

可选的，输入偏置电路，包括：第二电容、第三电容、第四电容、第一微带线以及第一电感；

第一微带线的一端与第一电源连接，另一端与第一电感的一端连接；第一电感的另一端与第一切比雪夫滤波电路连接；

第二电容的一端、第三电容的一端以及第四电容的一端分别旁接于第一微带线上；

第二电容的另一端、第三电容的另一端以及第四电容的另一端分别接地。

可选的，功率放大器还包括：输出偏置电路；

输出偏置电路的一端与第二电源连接，另一端与第二切比雪夫滤波电路连接，用于将第二电源提供的直流电传输至第二切比雪夫滤波电路，并阻止功率放大后的信号传输至第二电源。

可选的，输出偏置电路，包括：第五电容、第六电容、第七电容、第二微带线以及第二电感；

第二微带线的一端与第二电源连接，另一端与第二电感的一端连接；第二电感的另一端与第二切比雪夫滤波电路连接；

第五电容的一端、第六电容的一端以及第七电容的一端分别旁接于第二微带线上；

第五电容的另一端、第六电容的另一端以及第七电容的另一端分别接地。

可选的，第一切比雪夫滤波电路，包括：第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第八电容、第九电容以及第十电容；

第三微带线的一端与前端设备连接，另一端分别与第四微带线的一端和第五微带线的一端连接；第四微带线的另一端接地；

第八电容的一端与第五微带线的另一端连接，第八电容的另一端与第六微带线的一端连接；第六微带线的另一端分别与第一电源、第八微带线的一端以及第九电容的一端连接；

第七微带线的一端与第九电容的另一端连接，第七微带线的另一端接地；

第八微带线的另一端分别与基极和第十电容的一端连接；

第十电容的另一端与第九微带线的一端连接，第九微带线的另一端接地。

可选的，第二切比雪夫滤波电路，包括：第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线、第十一电容、第十二电容以及第十三电容；

第十微带线的一端与集电极连接，另一端分别与第二电源、第十一电容的一端以及第十二微带线的一端连接；

第十一微带线的一端与第十一电容的另一端连接，第十一微带线的另一端接地；

第十三微带线的一端与第十二微带线的另一端连接，第十三微带线的另一端分别与第十四微带线的一端和第十二电容的一端连接；

第十五微带线的一端与第十二电容的另一端连接，另一端接地；

第十三电容的一端与第十四微带线的另一端连接，另一端为第二切比雪夫滤波电路的输出端。

第二方面，本发明实施例还提供了一种射频系统，该射频系统至少包括上述任一实施例所述的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统，可以包括：第一切比雪夫滤波电路、功放管以及第二切比雪夫滤波电路；通过将第一切比雪夫滤波电路与前端设备、第一电源以及功放管的基极连接，可以使得第一切比雪夫滤波电路能够接收到前端设备传输的待处理信号，并在第一电源供电时，能够将前端设备的阻抗与功放管的基极的阻抗相匹配，并将待处理信号通过基极传输至功放管；由该功放管对该待处理信号进行功率放大；通过将第二切比雪夫滤波电路与功放管的集电极、第二电源以及后端设备连接，可以使得该功放管能够将功率放大后的信号输出至第二切比雪夫滤波电路；并且在第二电源供电时，该第二切比雪夫滤波电路可以将集电极的阻抗与后端设备的阻抗相匹配，并将功率放大后的信号通过第二切比雪夫滤波电路的输出端输出至后端设备。

通过使用第一切比雪夫滤波电路和第二切比雪夫滤波电路，可以使得与该功放器连接的前端设备的阻抗与功放管的基极的阻抗相匹配，使得与该功放器连接的后端设备的阻抗与功放管的集电极的阻抗相匹配，从而减少阻抗不匹配对信号功率的影响，降低信号功率在传输过程中的损耗，从而可以提高功率放大器的性能，并且，由于使用了第一切比雪夫滤波电路和第二切比雪夫滤波电路，因此，本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器可以同时进行滤波和功率放大。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第二种实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第三种实施方式的结构示意图；

图4为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第四种实施方式的结构示意图；

图5为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第五种实施方式的结构示意图；

图6为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第六种实施方式的结构示意图；

图7为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的平面结构示意图。

图8为图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器在1.5GHz～6GHz频率范围内增益和功率附加效率的仿真结果示意图；

图9为图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器在输出功率为31dBm～42dBm范围内增益的仿真结果示意图；

图10为图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器在输出功率为31dBm～42dBm范围内功率附加效率的仿真结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在现有技术中，由于滤波器输入端的阻抗无法与功率放大器的阻抗相匹配，导致功率放大器的性能大幅下降。因此，为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器及射频系统，以实现提升功率放大器的性能。

下面，首先对本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器进行介绍，如图1所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第一种实施方式的结构示意图，该功率放大器可以包括：第一切比雪夫滤波电路110、功放管120以及第二切比雪夫滤波电路130；

第一切比雪夫滤波电路110的输入端与前端设备连接，用于接收前端设备传输的待处理信号；

第一切比雪夫滤波电路110的电源端连接有第一电源，用于获取第一电源提供的直流电；

第一切比雪夫滤波电路110的输出端与功放管120的基极连接，用于在通电时将前端设备的阻抗与功放管120的基极的阻抗相匹配，并将待处理信号通过基极传输至功放管120；

功放管120用于对基极输入的待处理信号进行功率放大；

功放管120的集电极与第二切比雪夫滤波电路130的输入端连接，用于将功率放大后的信号输出至第二切比雪夫滤波电路130；

第二切比雪夫滤波电路130的电源端连接有第二电源，用于获取第二电源提供的直流电；

第二切比雪夫滤波电路130用于在通电时将集电极的阻抗，与第二切比雪夫滤波电路130的输出端连接的后端设备的阻抗相匹配，并将功率放大后的信号通过第二切比雪夫滤波电路130的输出端输出至后端设备。

本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，通过使用第一切比雪夫滤波电路和第二切比雪夫滤波电路，可以使得与该功放器连接的前端设备的阻抗与功放管的基极的阻抗相匹配，使得与该功放器连接的后端设备的阻抗与功放管的集电极的阻抗相匹配，从而减少阻抗不匹配对信号功率的影响，降低信号功率在传输过程中的损耗，从而可以提高功率放大器的性能，并且，由于使用了第一切比雪夫滤波电路和第二切比雪夫滤波电路，因此，本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器可以同时进行滤波和功率放大。

在一些示例中，功率放大器的电路中可能会产生自激效应，这样，容易烧毁功放管，为了避免功率放大器中的电路产生自激而烧毁功放管，在图1所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的基础上，本发明实施例还提供了一种可能的实现方式，如图2所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第二种实施方式的结构示意图，该功率放大器还可以包括：稳定电路140；

稳定电路140的一端与第一切比雪夫滤波电路110的输出端连接，另一端与功放管120的基极连接，用于防止功率放大器中的电路产生自激烧毁功放管120。

在一些示例中，如图2所示，该稳定电路140可以包括第一电容141和电阻142；

第一电容141的一端和电阻142的一端，与第一切比雪夫滤波电路110的输出端并联连接；

第一电容141的另一端和电阻142的另一端，与功放管120的基极并联连接。

在一些示例中，本发明实施例的功率放大器可能会对第一电源产生影响，从而影响第一电源对第一切比雪夫的供电，对此，在图2所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的基础上，本发明实施例还提供了一种可能的实现方式，如图3所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第三种实施方式的结构示意图，该功率放大器还可以包括：输入偏置电路150；

输入偏置电路150的一端与第一电源连接，另一端与第一切比雪夫滤波电路110连接，用于将第一电源提供的直流电传输至第一切比雪夫滤波电路110，并阻止待处理信号传输至第一电源。

在一些示例中，本发明实施例还提供了输入偏置电路150的结构图，如图3所示，该输入偏置电路150，可以包括：第二电容151、第三电容152、第四电容153、第一微带线154以及第一电感155；

其中，第一微带线154的一端与第一电源连接，另一端与第一电感155的一端连接；第一电感155的另一端与第一切比雪夫滤波电路110连接；

第二电容151的一端、第三电容152的一端以及第四电容153的一端分别旁接于第一微带线154上；

第二电容151的另一端、第三电容152的另一端以及第四电容153的另一端分别接地。

在一些示例中，本发明实施例的功率放大器可能会对第二电源产生影响，从而影响第二电源对第二切比雪夫的供电，对此，在图3所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的基础上，本发明实施例还提供了一种可能的实现方式，如图4所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第四种实施方式的结构示意图，该功率放大器还可以包括：输出偏置电路160；

输出偏置电路160的一端与第二电源连接，另一端与第二切比雪夫滤波电路130连接，用于将第二电源提供的直流电传输至第二切比雪夫滤波电路130，并阻止功率放大后的信号传输至第二电源。

在一些示例中，本发明实施例还提供了输出偏置电路160的结构图，如图4所示，输出偏置电路160，可以包括：第五电容161、第六电容162、第七电容163、第二微带线164以及第二电感165；

第二微带线164的一端与第二电源连接，另一端与第二电感165的一端连接；第二电感165的另一端与第二切比雪夫滤波电路130连接；

第五电容161的一端、第六电容162的一端以及第七电容163的一端分别旁接于第二微带线164上；

第五电容161的另一端、第六电容162的另一端以及第七电容163的另一端分别接地。

在图4所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的基础上，本发明实施例还提供了第一切比雪夫滤波电路110的结构图，如图5所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第五种实施方式的结构示意图，在图5中，第一切比雪夫滤波电路110，可以包括：第三微带线101、第四微带线102、第五微带线103、第六微带线104、第七微带线105、第八微带线106、第九微带线107、第八电容108、第九电容109以及第十电容110；

第三微带线101的一端与前端设备连接，另一端分别与第四微带线102的一端和第五微带线103的一端连接；第四微带线102的另一端接地；

第八电容108的一端与第五微带线103的另一端连接，第八电容108的另一端与第六微带线104的一端连接；第六微带线104的另一端分别与输入偏置电路150、第八微带线106的一端以及第九电容109的一端连接；

第七微带线105的一端与第九电容109的另一端连接，第七微带线的105另一端接地；

第八微带线106的另一端分别与基极和第十电容110的一端连接；

第十电容110的另一端与第九微带线107的一端连接，第九微带线107的另一端接地。

在图5所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的基础上，本发明实施例还提供了第二切比雪夫滤波电路130的结构图，如图6所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器第六种实施方式的结构示意图，在图6中，第二切比雪夫滤波电路130，包括：第十微带线131、第十一微带线132、第十二微带线133、第十三微带线134、第十四微带线135、第十五微带线136、第十一电容137、第十二电容138以及第十三电容139；

第十微带线131的一端与集电极连接，另一端分别与输出偏置电路160、第十一电容137的一端以及第十二微带线133的一端连接；

第十一微带线132的一端与第十一电容137的另一端连接，第十一微带线132的另一端接地；

第十三微带线134的一端与第十二微带线133的另一端连接，第十三微带线134的另一端分别与第十四微带线135的一端和第十二电容138的一端连接；

第十五微带线136的一端与第十二电容138的另一端连接，另一端接地；

第十三电容139的一端与第十四微带线135的另一端连接，另一端为第二切比雪夫滤波电路130的输出端。

为了更清楚的说明本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，这里以中心频率3.8GHz，工作频段分布在2.3GHz～5.2GHz为例，并结合图7进行说明，如图7所示，为本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的平面结构示意图。在图7中，包括：第一切比雪夫滤波电路710、输入偏置电路720、稳定电路730、功放管740、第二切比雪夫滤波电路750以及输出偏置电路760。该第一切比雪夫滤波电路710、输入偏置电路720、稳定电路730、功放管740、第二切比雪夫滤波电路750以及输出偏置电路760均布置于介质基板770上。该介质基板770的材质为RO4350B，介电常数为3.66，厚度为0.762mm，介质损耗为0.0037。

如图7所示，第一切比雪夫滤波电路710包括：第三微带线7101、第四微带线7102、第五微带线7103、第六微带线7104、第七微带线7105、第八微带线7106、第九微带线7107、第八电容7108、第九电容7109以及第十电容7110；

第三微带线7101的一端与前端设备连接，另一端分别与第四微带线7102的一端和第五微带线7103的一端连接；第四微带线7102的另一端接地；

在一些示例中，该第三微带线7101的一端可以设置有SMA(Small A Type)连接头，然后通过该SMA连接头与前端设备连接。

在又一些示例中，该第三微带线7101与SMA连接头之间可以设置一个用于连接的第一连接微带线7111，该第一连接微带线7111的宽度可以是1.63mm，长度可以是5mm。

在又一些示例中，该前端设备为向本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器传输待处理信号的设备，例如，该设备可以是与上述的SMA连接头连接的传输线，该传输线的阻抗为50Ω。

在图7中，该第三微带线7101的宽度W₃为2.16mm，长度L₃为11.86mm。与第三位带线7101连接的第四微带线7102的宽度W₄为0.69mm，长度L₄为12.46mm。与第三微带线7101连接的第五微带线7103的宽度W₅为2.65mm，长度L₅为11.75mm。

在一些示例中，如图7所示，介质基板上设置有第一接地孔771，该第一接地孔771的位置与第四微带线7102另一端端点的位置相适应，使得该第四微带线7102可以通过该第一接地孔771接地。

如图7所示，第八电容7108的一端与第五微带线7103的另一端连接，第八电容7108的另一端与第六微带线7104的一端连接；第六微带线7104的另一端分别与输入偏置电路720连接、第八微带线7106的一端以及第九电容7109的一端连接；

第七微带线7105的一端与第九电容7109的另一端连接，第七微带线7105的另一端接地；

第八微带线7106的另一端分别与稳定电路730和第十电容7110的一端连接；

第十电容7110的另一端与第九微带线7107的一端连接，第九微带线7107的另一端接地。

在本发明实施例中，上述的第八电容7108、第九电容7109以及第十电容7110均采用了相同的电容，该电容型号可以是村田贴片电容GRM18，容量为4.3pF，可以理解的是，这里仅仅只是举例说明，并非用于限定第八电容7108、第九电容7109以及第十电容7110是相同的电容，该三个电容也可以是容量不同的电容。

在图7中，第六微带线7104的宽度W₆为3.78mm，长度L₆为11.55mm。

第七微带线7105的宽度W₇为3.23mm，长度L₇为11.64mm。第八微带线7106的宽度W₈为4.2mm，长度L₈为11.5mm。第九微带线7107的宽度W₉为1.19mm，长度L₉为12.19mm。

在一些示例中，如图7所示，介质基板上还设置有第二接地孔772和第三接地孔773，该第二接地孔772的位置与第七微带线7105另一端端点的位置相适应，使得该第七微带线7105可以通过该第二接地孔772接地。

该第三接地孔773的位置与第九微带线7107另一端端点的位置相适应，使得该第九微带线7107可以通过该第二接地孔773接地。

在又一些示例中，该第一接地孔771、第二接地孔772和第三接地孔773的直径可以相同，也可以不同，例如，可以均设置为0.2mm。

如图7所示，该输入偏置电路720包括：第二电容721、第三电容722、第四电容723、第一微带线724以及第一电感725；

其中，第一微带线724的一端与第一电源连接，另一端与第一电感725的一端连接；第一电感725的另一端与第一切比雪夫滤波电路710中的第六微带线7104的另一端、第九电容7109的一端以及第八微带线7106的一端连接；

第二电容721的一端、第三电容722的一端以及第四电容723的一端分别旁接于第一微带线154上；

第二电容721的另一端、第三电容722的另一端以及第四电容723的另一端分别接地。

在图7中，第一微带线724的宽度W₁为1.6mm，长度L₁为26mm。第一电感725的型号为4310LC，电感值为3.5μH。

该第二电容721、第三电容722、第四电容723的电容值分别为3.3pF，330pF以及3.3μF。该第二电容721和第三电容722可以是村田贴片电容。

需要说明的是，图7中所示的第二电容721、第三电容722、第四电容723的位置仅仅为示例性的，该三个电容的位置可以相互调换，这也是可以的。

在一些示例中，如图7所示，介质基板上还设置有第四接地孔774、第五接地孔775以及第六接地孔776；

该第四接地孔774的位置可以与第二电容721的另一端的端点的位置相适应，以使得第二电容721可以通过第四接地孔774接地。

该第五接地孔775的位置可以与第三电容722的另一端的端点的位置相适应，以使得第三电容722可以通过第五接地孔775接地。

该第六接地孔776的位置可以与第四电容723的另一端的端点的位置相适应，以使得第四电容723可以通过第六接地孔776接地。

在又一些示例中，可以在第四接地孔774、第五接地孔775以及第六接地孔776的位置设置一微带线，然后在第四接地孔774、第五接地孔775以及第六接地孔776的孔壁上设置金属涂层，并将该微带线分别与第四接地孔774孔壁的金属涂层、第五接地孔775孔壁的金属涂层以及第六接地孔776孔壁的金属涂层连接，这样，可以通过将第二电容721、第三电容722以及第四电容723与该微带线焊接，从而使得第二电容721、第三电容722以及第四电容723接地。

在又一些示例中，该第四接地孔774、第五接地孔775以及第六接地孔776的直径可以相同，也可以不同，例如，可以均设置为0.2mm。

在一些示例中，第一微带线724与第一电源连接的一端可以设置有第一电源端口726，用于与第一电源连接，该端口的长度可以是5mm，宽度也可以是5mm。

如图7所示，该稳定电路730，可以包括：第一电容731和电阻732；

第一电容731的一端和电阻732的一端，与第一切比雪夫滤波电路710的第八微带线7106的另一端、第十电容7110的一端并联连接；

第一电容731的另一端和电阻732的另一端，与功放管120的基极并联连接。

在一些示例中，图7所示的第一电容731的电容值为1.1pF，型号可以是村田贴片电容GRM18。第一电阻732的电阻值为1kΩ，型号可以是风华0603贴片电阻。

在又一些示例中，图7所示的功放管740为基于氮化镓的高电子迁移率晶体管，例如，该功放管可以是型号为CGH40010F类型的功放管。

如图7所示，第二切比雪夫滤波电路750可以包括：第十微带线751、第十一微带线752、第十二微带线753、第十三微带线754、第十四微带线755、第十五微带线756、第十一电容757、第十二电容758以及第十三电容759；

其中，第十微带线751的一端与集电极连接，另一端分别与输出偏置电路760、第十一电容757的一端以及第十二微带线753的一端连接；

第十一微带线752的一端与第十一电容757的另一端连接，第十一微带线752的另一端接地；

第十三微带线754的一端与第十二微带线753的另一端连接，第十三微带线754的另一端分别与第十四微带线755的一端和第十二电容758的一端连接；

第十五微带线756的一端与第十二电容758的另一端连接，另一端接地；

第十三电容759的一端与第十四微带线755的另一端连接，另一端为第二切比雪夫滤波电路750的输出端。

在本发明实施例中，第十一电容757、第十二电容758以及第十三电容759可以是具有相同电容值的电容，该电容的电容值为4.3pF，型号可以是村田贴片电容GRM18。

在图7中，第十微带线751的宽度W₁₀为9.02mm，长度L₁₀为8.93mm。第十一微带线752的宽度W₁₁为9.31mm，长度L₁₁为8.65mm。第十二微带线753的宽度W₁₂为7.7mm，长度L₁₂为9.19mm。第十三微带线754的宽度W₁₃为4.35mm，长度L₁₃为9.42mm。第十四微带线755的宽度W₁₄为2.71mm，长度L₁₄为9.64mm。第十五微带线756的宽度W₁₅为0.63mm，长度L₁₅为10.27mm。

在一些示例中，如图7所示，介质基板上还设置有第七接地孔778以及第八接地孔779；

该第七接地孔778的位置可以与第十一微带线752的另一端的端点的位置相适应，以使得第十一微带线752可以通过第七接地孔778接地。

该第八接地孔779的位置可以与第十五微带线756的另一端的端点的位置相适应，以使得第十五微带线756可以通过第八接地孔779接地。

在又一些示例中，该第七接地孔778以及第八接地孔779的直径可以相同，也可以不同，例如，可以均设置为0.2mm。

在又一些示例中，该第二切比雪夫滤波电路750的输出端可以设置有SMA连接头。

在又一些示例中，该第十三电容759的另一端与SMA连接头之间可以设置一个用于连接的第二连接微带线790，该第二连接微带线790的宽度可以是1.63mm，长度可以是5mm。

该SMA连接头可以与后端设备连接，以便将功率放大后的信号输出至所述后端设备。

在一些示例中，该后端设备可以是本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器输出功率放大后的信号的目的设备，例如，该后端设备可以是天线。

如图7所示，输出偏置电路760，可以包括：第五电容761、第六电容762、第七电容763、第二微带线764以及第二电感765；

第二微带线764的一端与第二电源连接，另一端与第二电感765的一端连接；第二电感765的另一端与第二切比雪夫滤波电路750的第十微带线751的另一端、第十一电容757的一端以及第十二微带线753的一端连接；

第五电容761的一端、第六电容762的一端以及第七电容763的一端分别旁接于第二微带线764上；

第五电容761的另一端、第六电容762的另一端以及第七电容763的另一端分别接地。

在图7中，第二微带线764的宽度W₂为1.6mm，长度L₂为26mm。第二电感725的型号为4310LC，电感值为3.5μH。

该第五电容761、第六电容762、第七电容763的电容值分别为3.3pF，330pF以及3.3μF。该第五电容761和第六电容762可以是村田贴片电容。

需要说明的是，图7中所示的第五电容761、第六电容762、第七电容763的位置仅仅为示例性的，该三个电容的位置可以相互调换，这也是可以的。

在一些示例中，如图7所示，介质基板上还设置有第九接地孔780、第十接地孔781以及第十一接地孔782；

该第九接地孔780的位置可以与第五电容761的另一端的端点的位置相适应，以使得第五电容761可以通过第九接地孔780接地。

该第十接地孔781的位置可以与第六电容762的另一端的端点的位置相适应，以使得第六电容762可以通过第十接地孔781接地。

该第十一接地孔782的位置可以与第七电容763的另一端的端点的位置相适应，以使得第七电容763可以通过第十一接地孔782接地。

在又一些示例中，该第九接地孔780、第十接地孔781以及第十一接地孔782的直径可以相同，也可以不同，例如，可以均设置为0.2mm。

在又一些示例中，可以在第九接地孔780、第十接地孔781以及第十一接地孔782的位置设置另一微带线，然后在九接地孔780、第十接地孔781以及第十一接地孔782的孔壁上设置金属涂层，并将该另一微带线分别与第九接地孔780孔壁的金属涂层、第十接地孔781孔壁的金属涂层以及第十一接地孔782孔壁的金属涂层连接，这样，可以通过将第五电容761、第六电容762以及第七电容763与该另一微带线焊接，从而使得第五电容761、第六电容762以及第七电容763接地。

在一些示例中，第二微带线764与第二电源连接的一端可以设置有第二电源端口766，用于与第一电源连接，该端口的长度可以是5mm，宽度也可以是5mm。

为了更清楚的说明本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的效果，本发明实施例对图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器进行了仿真分析，如图8所示，为图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器在1.5GHz～6GHz频率范围内增益和功率附加效率的仿真结果示意图，参见图8左轴可见，当输入端口被激励时，其增益大于9dB的频率范围为2.3GHz到5.2GHz，相对带宽达到77.33％，在通带范围内增益的波动在±0.43dB以内，在通带范围外增益下降到-10dB以下。参见图8右轴可见，功率附加效率在通带2.3GHz到5.2GHz均大于45.5％，最高可达54.5％，而在通带以外功率附加效率几乎为0％。可以看出本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，相比于传统的宽带功率放大器具有更好地的宽带性能和更平稳的增益，且具有带外滤波功能。

如图9和图10所示，为图7所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器在输出功率为31dBm～42dBm范围内增益的仿真结果示意图和功率附加效率的仿真结果示意图。结合图9和图10可见，在饱和输出功率40dBm处，2.6GHz、3.5GHz和4.9GHz的功率附加效率均大于50％。以上实验数据能很好地体现了本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的各项性能，能够覆盖到较宽的频率范围，且融合了带通滤波器的性能，应用场景广阔。

整个电路的尺寸大小为10.59cm×3.61cm，与传统的射频系统中两个独立的射频器件功率放大器和滤波器加起来的尺寸小很多，说明将滤波器融合到功率放大器中，能在射频系统小型化方面取得显著的效果。

本发明实施例的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，通过在功放管输入/输出端各引入一个切比雪夫带通滤波结构作为输入/输出匹配电路，使该功率放大器可以同时具有功率放大和滤波的功能。并且通过选择适当的线宽，能使功率放大器在工作频段内具有宽带性能。本发明的实施例的中心频率3.8GHz，其工作频段分布在2.3GHz～5.2GHz，能够实现对5G主要工作频段的全覆盖，能在5G通信系统中得到广泛应用。进一步的，本发明基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器的结构简单，因此易于设计且便于加工制作；电路结构平面化，可采用单层电路板加工。

本发明实施例还提供了一种射频系统，该射频系统可以包括上述任一实施例所示的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器，其特征在于，所述功率放大器包括：第一切比雪夫滤波电路、功放管以及第二切比雪夫滤波电路；

所述第一切比雪夫滤波电路的输入端与前端设备连接，用于接收所述前端设备传输的待处理信号；

所述第一切比雪夫滤波电路的电源端连接有第一电源，用于获取所述第一电源提供的直流电；

所述第一切比雪夫滤波电路的输出端与所述功放管的基极连接，用于在通电时将所述前端设备的阻抗与所述功放管的基极的阻抗相匹配，并将所述待处理信号通过所述基极传输至所述功放管；

所述功放管用于对所述基极输入的待处理信号进行功率放大；

所述功放管的集电极与第二切比雪夫滤波电路的输入端连接，用于将功率放大后的信号输出至所述第二切比雪夫滤波电路；

所述第二切比雪夫滤波电路的电源端连接有第二电源，用于获取所述第二电源提供的直流电；

所述第二切比雪夫滤波电路用于在通电时将所述集电极的阻抗，与所述第二切比雪夫滤波电路的输出端连接的后端设备的阻抗相匹配，并将所述功率放大后的信号通过所述第二切比雪夫滤波电路的输出端输出至所述后端设备；

所述功率放大器还包括：输入偏置电路；

所述输入偏置电路的一端与所述第一电源连接，另一端与所述第一切比雪夫滤波电路连接，用于将所述第一电源提供的直流电传输至所述第一切比雪夫滤波电路，并阻止所述待处理信号传输至所述第一电源；

所述输入偏置电路，包括：第二电容、第三电容、第四电容、第一微带线以及第一电感；

所述第一微带线的一端与所述第一电源连接，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一切比雪夫滤波电路连接；

所述第二电容的一端、所述第三电容的一端以及所述第四电容的一端分别旁接于所述第一微带线上；

所述第二电容的另一端、所述第三电容的另一端以及第四电容的另一端分别接地。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：稳定电路；

所述稳定电路的一端与所述第一切比雪夫滤波电路连接，另一端与所述功放管的基极连接，用于防止所述功率放大器中的电路产生自激烧毁所述功放管。

3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述稳定电路包括：第一电容和电阻；

所述第一电容的一端和所述电阻的一端，与所述第一切比雪夫滤波电路的输出端并联连接；

所述第一电容的另一端和所述电阻的另一端，与所述功放管的基极并联连接。

4.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述功率放大器还包括：输出偏置电路；

所述输出偏置电路的一端与所述第二电源连接，另一端与所述第二切比雪夫滤波电路连接，用于将所述第二电源提供的直流电传输至所述第二切比雪夫滤波电路，并阻止所述功率放大后的信号传输至所述第二电源。

5.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述输出偏置电路，包括：第五电容、第六电容、第七电容、第二微带线以及第二电感；

所述第二微带线的一端与所述第二电源连接，另一端与所述第二电感的一端连接；所述第二电感的另一端与所述第二切比雪夫滤波电路连接；

所述第五电容的一端、所述第六电容的一端以及所述第七电容的一端分别旁接于所述第二微带线上；

所述第五电容的另一端、所述第六电容的另一端以及所述第七电容的另一端分别接地。

6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一切比雪夫滤波电路，包括：第三微带线、第四微带线、第五微带线、第六微带线、第七微带线、第八微带线、第九微带线、第八电容、第九电容以及第十电容；

所述第三微带线的一端与所述前端设备连接，另一端分别与所述第四微带线的一端和所述第五微带线的一端连接；所述第四微带线的另一端接地；

所述第八电容的一端与所述第五微带线的另一端连接，所述第八电容的另一端与所述第六微带线的一端连接；所述第六微带线的另一端分别与所述第一电源、所述第八微带线的一端以及所述第九电容的一端连接；

所述第七微带线的一端与所述第九电容的另一端连接，所述第七微带线的另一端接地；

所述第八微带线的另一端分别与所述基极和所述第十电容的一端连接；

所述第十电容的另一端与所述第九微带线的一端连接，所述第九微带线的另一端接地。

7.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第二切比雪夫滤波电路，包括：第十微带线、第十一微带线、第十二微带线、第十三微带线、第十四微带线、第十五微带线、第十一电容、第十二电容以及第十三电容；

所述第十微带线的一端与所述集电极连接，另一端分别与所述第二电源、第十一电容的一端以及第十二微带线的一端连接；

所述第十一微带线的一端与所述第十一电容的另一端连接，所述第十一微带线的另一端接地；

所述第十三微带线的一端与所述第十二微带线的另一端连接，所述第十三微带线的另一端分别与所述第十四微带线的一端和所述第十二电容的一端连接；

所述第十五微带线的一端与所述第十二电容的另一端连接，另一端接地；

所述第十三电容的一端与所述第十四微带线的另一端连接，另一端为所述第二切比雪夫滤波电路的输出端。

8.一种射频系统，其特征在于，所述射频系统至少包括权利要求1～7任一项所述的基于氮化镓的融合滤波功能的宽带功率放大器。

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