CN112106294A - 具有谐波控制电路的射频功率放大器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有谐波控制电路的射频功率放大器及其制造方法。根据实施例，射频功率放大器包括：平面电介质基板(60)、第一导电层(61)和第二导电层(62)。第一导电层(61)设置在平面电介质基板(60)的第一侧上。第二导电层(62)设置在平面电介质基板(60)的第二侧上。第一导电层(61)具有包括一个或多个谐波控制电路(51)的图案。第二导电层(62)充当接地平面。平面电介质基板(60)的第二侧与平面电介质基板(60)的第一侧相对。

Description

具有谐波控制电路的射频功率放大器及其制造方法
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电子部件领域，并且更具体地，涉及具有谐波控制电路的射频功率放大器及其制造方法。
背景
本节介绍了可以有助于更好地理解本公开的方面。因此，本节的陈述应从这种角度来阅读，而不应被理解为对现有技术中存在的内容或对现有技术中不存在的内容的承认。
当前，在各种候选中，Doherty功率放大器(PA)是基础设施基站无线电发射机的主流解决方案。传统的Doherty PA结构使用线性放大器单元，例如AB/B类和C类偏置载波和峰值放大器。随着现代数字预失真(DPD)方案的发展，可以为Doherty PA使用非线性放大器单元(例如E类、F类和F-1类模式放大器)，以在效率与线性之间进行权衡。
对于Doherty PA中的线性和非线性放大器，具有谐波控制的放大器单元可以被用作直接方法以便提高整体效率。图1显示了在具有不同载波和峰值放大器技术的理想情况下谐波控制对Doherty PA效率的影响。图1中的虚线曲线对应于没有谐波控制的DohertyPA，而实线对应于有谐波控制的Doherty PA。可以看出，在理想情况下，谐波控制可以显著提高Doherty PA的效率。特别地，具有非线性放大器单元的谐波控制的Doherty PA可以分别在断点(对应于6dB回退)和峰值功率点(对应于0dB回退)获得100％的理想效率。
谐波控制电路(HCC)可以，例如，在有源器件封装或有源器件裸片外部提供的单独的印刷电路板(PCB)上实现。HCC实现的另一种方法是在芯片上，通过使用键合线连接电容器或集成无源器件(IPD)，或者通过将无源器件单片集成在单片微波集成电路(MMIC)上。无源器件可以与有源器件位于同一半导体基板上，也可以位于单独的基板上。
在下一代射频(RF)功率放大器(PA)设计中，已经通过使用例如氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)技术开发了宽带或多频带RF PA。为了与此类PA配合使用，所需的谐波控制电路(HCC)可能具有诸如RF信号基波分量(fundamental components)的独立性、易于物理实现、对功率放大器的匹配网络不敏感等特征。
在第一种现有解决方案中，公开了一种如图2所示的HCC 221。HCC221包括集成在导电图案222中的互补开环谐振器(例如，互补裂环谐振器，简称为CSSR)224，以产生分流谐振器，该分流谐振器被配置为在至少一个调谐频率上充当短路终端。导电图案222设置在第一导电层中。第一导电层设置在平面电介质基板223的第一侧上，并且面对在平面电介质基板223的相对侧上的第二导电层。第二导电层充当接地平面。具有集成的互补开环谐振器224的导电图案222可以是射频(RF)设备的匹配网络的一部分。
对于第一种现有解决方案的现有HCC设计，将HCC嵌入具有大布局空间的导电图案中。
在第二种现有解决方案中，公开了一种RF功率放大器，其包括片上晶体管26和形成在半导体基板上的片上谐波终端电路。如图3所示，偏置电路24适于作为谐波终端电路，以在信号谐波频率上产生有效的低阻抗，同时具有向放大器级供应直流(DC)功率的能力。偏置电路24采用包括旁路电容器32、小电容器34和RF扼流圈30的pi网络的形式。该pi网络通过预定长度的传输线36耦合到有源器件26的输出，该预定长度的传输线36被调谐以在操作的频率带内获得最佳功率附加效率。
对于第二种现有解决方案的现有HCC设计，偏置线对于HCC实施是相当敏感的。HCC可能遭受变化，并且可能会在匹配期间影响信号的基波分量。谐波终端不是独立的；因此，基本匹配不能独立于谐波调谐过程。这可能会使设计过程复杂化。HCC的布置位置非常有限且不灵活。
在第三种现有解决方案中，公开了一种如图4所示的谐波控制电路。预定物理长度的传输线在一端以短路或开路终止，在另一端提供交替的短路终端或开路终端，其周期性为某一频率的两倍，在该频率时传输线的电长度对应于四分之一波长。还已知的是，如果将这样的终止的传输线以分流的方式连接到干线上，则实现了所谓的四分之一波短截线，从而向干线结点提供了交替的短路，或者以相同的周期性对于干线来说是不可见的。在图4中，2O表示“二次谐波开路”，2S表示“二次谐波短路”，3O表示“三次谐波开路”，以及3S表示“三次谐波短路”。此外，如果这样的四分之一波短截线的结点从第一干线终端偏移了任意电长度，则可以获得开路(即反射角0°)和短路(即反射角180°)之间的任何反射角。因此，通过在相对于第一干线终端的预定偏移位置处用一个或多个长度相同或不同长度的短截线分流干线，可以实现单谐波或多阶HCC。
对于第三种现有解决方案的现有HCC设计，二次和三次谐波的“分流”结构的四分之一波长占用更多空间，并且使得HCC不够紧凑。
发明内容
本概述提供以简化形式概念选择的介绍，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
本公开的目的之一是提供一种改进的具有谐波控制电路的射频设备。
根据本公开的一个方面，提供了一种射频功率放大器。射频功率放大器包括平面电介质基板、设置在平面电介质基板的第一侧上的第一导电层以及设置在平面电介质基板的第二侧上的第二导电层。第一导电层具有包括一个或多个谐波控制电路的图案。第二导电层充当接地平面。平面电介质基板的第二侧与平面电介质基板的第一侧相对。
在本公开的实施例中，谐波控制电路包括微带型的传输线；第一电容器结构和第二电容器结构，其与传输线并联地耦合并且关于传输线对称设置。传输线的端部的宽度大于传输线的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
在本公开的实施例中，第一电容器结构和第二电容器结构包括微带叉指电容器，用于增加在特定谐波频率带上的谐波抑制水平。
在本公开的实施例中，叉指电容器包括并联地耦合的至少一个U形微带；和并联地耦合的至少一个T形微带。U形微带包括平行延伸的两个指状物。T形微带包括指状物，该指状物设置在U形微带的两个指状物之间的空间中，并且平行于U形微带的两个指状物延伸。
在本公开的实施例中，U形微带的两个指状物和T形微带的指状物的宽度大于传输线的主体的宽度。
在本公开的实施例中，谐波控制电路还包括：微带型的输入阻抗线，其在谐波控制电路的输入侧串联地耦合到传输线；以及微带型的输出阻抗线，其在谐波控制电路的输出侧串联地耦合到传输线。
在本公开的实施例中，传输线、第一电容器结构和第二电容器结构通过交叉结彼此耦合。第一电容器结构和第二电容器结构通过以下中的一个耦合到交叉结：方角和最佳斜接角。
在本公开的实施例中，一个或多个谐波控制电路配置为独立于射频功率放大器的基本频率匹配网络和偏置网络。
在本公开的实施例中，一个或多个谐波控制电路配置为在具有深谐波抑制电平的谐波频率的宽带上充当短路终端或开路终端。
在本公开的实施例中，平面电介质基板是印刷电路板(PCB)或半导体芯片的一部分。
在本公开的实施例中，一个或多个谐波控制电路包括：多个谐波控制电路，其级联在以下至少之一中：匹配网络和偏置网络，以构成了高阶谐波控制电路，所述高阶谐波控制电路支持更宽的谐波抑制带宽和更深的谐波抑制水平。
在本公开的实施例中，射频功率放大器还包括：有源器件，其包含一个或多个输入终端及一个或多个输出终端；输入匹配网络，其布置在有源器件和输入节点之间；输入偏置网络，其布置在输入终端处；输出匹配网络，其布置在有源器件和输出节点之间；和输出偏置网络，其布置在输出终端处。
在本公开的实施例中，一个或多个谐波控制电路被插入以下至少之一中：输入匹配网络中的点；输入偏置网络中的点；输出匹配网络中的点；输出偏置网络中的点；来自输入匹配网络和输出匹配网络之外的点；以及来自输入匹配网络和输出匹配网络之外的点，同时其耦合到输入匹配网络和/或输出匹配网络。
在本公开的实施例中，射频功率放大器是Doherty放大器。
在本公开的实施例中，Doherty放大器包括：氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
在本公开的实施例中，谐波控制电路配置为在至少一个期望的谐波频率上充当短路终端或开路终端。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制造射频功率放大器的方法。这个方法包括：形成平面电介质基板；形成设置在平面电介质基板的第一侧上的第一导电层，以及形成设置在平面电介质基板的第二侧上的第二导电层。第一导电层具有包括一个或多个谐波控制电路的图案。第二导电层充当接地平面。平面电介质基板的第二侧与平面电介质基板的第一侧相对。
根据本公开的另一方面，谐波控制电路包括：微带型的传输线；以及第一电容器结构和第二电容器结构，其与传输线并联地耦合，并且关于传输线对称设置。传输线的端部的宽度大于传输线的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
通过以下结合附图读出的对示例性实施例的详细描述，本公开的这些和其他目的，特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1显示了采用不同放大器技术的Doherty PA的理想效率；
图2是示出第一种现有解决方案的谐波控制电路的图；
图3是示出第二种现有解决方案的谐波控制电路的图；
图4是示出第三种现有解决方案的谐波控制电路的图。
图5是示出根据本公开的实施例的射频功率放大器的方块图；
图6A至图6B是示出根据本公开实施例的谐波控制电路的结构图；
图7是示出根据本发明实施例的微带叉指电容器的结构图；
图8是根据本发明实施例的谐波控制电路的微带线示意图；
图9A至图9B示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的不同应用场景；
图10A至图10B示出了根据本公开实施例的示出谐波控制电路的不同应用场景的其他方块图；
图11示出了根据本公开实施例的针对1800MHz至1900Mhz频带中的基本频率实现的谐波控制电路的尺寸；
图12示出了具有示例性GaN HEMT晶体管的二次谐波负载牵引数据的史密斯圆图；
图13A至图13B示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的阻抗特性；
图14A至图14B示出了根据本公开实施例的关于谐波控制电路的电流分布的模拟结果；
图15示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的电磁(EM)模拟反射和传输的dB图；
图16示出了示例性的Doherty PA设计；
图17A至图17B示出了Doherty PA的两个版本，其在本公开中安装有HCC或不具有HCC；以及
图18示出了根据本公开实施例的用于制造射频功率放大器的方法的流程图。
具体实施方式
为了解释，在以下描述中阐述了细节，以便透彻理解所公开的实施例。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些具体细节或等效布置的情况下实施实施例。
本公开提出了具有改进的HCC解决方案的射频功率放大器。在下文中，将参照图5至图18详细描述该解决方案。
图5是示出根据本公开的实施例的射频功率放大器的方块图。如图所示，射频功率放大器(RF PA)5包括谐波控制电路(HCC)51。作为示例，RF PA 5可以是Doherty放大器。Doherty放大器可以包括氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。RF PA 5可以用在基站的无线电单元(例如，远程无线电单元，简称为RRU)中。作为另一示例，RF PA 5可以在移动电话的无线电单元(RU)中使用。基站或移动电话的PA和RU的其他配置对于本领域技术人员来说是众所周知的，因此这里省略其详细描述。
图6A-6B是示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的示意性结构图。图6A是平面图。图6B是沿图6A中的线A-A’截取的截面图。
如图6A-6B所示，射频功率放大器5包括平面电介质基板60、设置在平面电介质基板60的第一侧上的第一导电层61和设置在平面电介质基板60的第二侧上的第二导电层62。第一导电层61具有包括一个或多个谐波控制电路51的图案。第二导电层62充当接地平面。平面电介质基板60的第二侧与平面电介质基板60的第一侧相对。此外，平面电介质基板60可以是印刷电路板(PCB)或半导体芯片的一部分。
在第一导电层61中，谐波控制电路51包括微带型的传输线601；以及第一电容器结构6021和第二电容器结构6022。第一电容器结构6021和第二电容器结构6022与传输线601并联地耦合，并且关于传输线601对称地设置。传输线601的端部的宽度大于传输线601的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
第一电容器结构6021和第二电容器结构6022可以包括任何类型的电容器结构，诸如由具有预定形状的两条相应的微带线形成的电容器。在本发明的一个实施例中，如图6A所示，第一电容器结构6021和第二电容器结构6022包括微带叉指电容器，用于增加特定谐波频率带的谐波抑制水平。
图7是示出根据本公开实施例的微带叉指电容器的结构图。如图7所示，微带叉指电容器70包括并联地耦合的至少一个U形微带701；和并联地耦合的至少一个T形微带702。U形微带701包括平行延伸的两个指状物7011。T形微带702包括指状物7021。T形微带702的指状物7021布置在U形微带的两个指状物7011之间的空间中，并且平行于U形微带701的两个指状物7011延伸。此外，两个相邻的U形微带701s可以共用指状物以节省空间。五个几何参数用于定义特定的结构，这可用于在电子设计自动化(EDA)系统中的模拟。这些参数包括L，W，G，GE，N，其中“L”表示指状物的长度，“W”表示每个指状物的宽度，“G”表示相邻指状物之间的间距，“GE”表示从一个微带的指状物到其他微带的指状物的间距，“N”表示指状物的数量。作为示例，“GE”可以等于“G”。这五个参数可以确定电容值以及其他电气特性，诸如与其他部分一起被抑制的二次谐波分量中心频率(2nd harmonic component centerfrequency)和带宽。
例如，U形微带701的两个指状物7011和T形微带702的指状物7021具有的宽度大于传输线601的主体的宽度。
形成在传输线601中的阶梯式阻抗变换器用于基本匹配。换句话说，传输线601保证了与信号路径中的阶梯式阻抗变换器的基本匹配，而谐波调谐(例如二次谐波抑制)则是主要由微带叉指电容器提供。因此，可以完全独立地设计基本匹配和谐波调谐。五个几何参数L，W，G，GE和N可以通过带有阶梯式阻抗变换器的传输线601独立设计。通常，在一个HCC51中布置的U形微带和T形微带越多，在二次谐波处的抑制和在基本频率带处的匹配越好。
此外，HCC 51本身是独立的，因此，可以串联地或并联地连接多于一个的HCC 51以增强带宽和谐波抑制效果。通常，更多的级联在一起的HCC 51将带来更宽的谐波抑制带宽和更深的抑制水平，这对HCC的紧密度进行权衡。
图8是根据本公开实施例的谐波控制电路的微带线示意图。
在本公开的实施例中，传输线601、第一电容器结构6021和第二电容器结构6022通过交叉结(CR1，CR2)彼此耦合。第一电容器结构6021和第二电容器结构6022通过以下其中之一耦合到交叉结(CR1，CR2)：方角
Figure BDA0002731068200000081
和最佳斜接角。
如图8所示，总体结构有六个要素：电传输线部件
Figure BDA0002731068200000091
微带叉指电容器(C1，C2)、弯曲节点
Figure BDA0002731068200000092
微带交叉结(CR1，CR2)、微带端部和微带三通。
作为一种特定的布置，端口1连接到CR1作为拆分节点，该拆分节点将输入的RF信号分为三个分支。上部分支连接到TL8，C1和TL9。中间分支连接到传输线601，这等于图8中的TL5，STP1，TL11，STP2和TL10。STP1和STP2是传输线601中的两个对称的阶梯式阻抗变换器。下部分支连接到TL1，C1和TL2。
正方形弯曲节点BN3和BN4用于上部分支，以及正方形弯曲节点BN1和BN2用于下部分支。可替代地，弯曲节点可以具有最佳的斜接角，诸如45°。
最后，CR2将所有三个分支合并为合并节点。CR2连接到作为输出终端的第二端口2。在图8中的端口1和端口2处可以利用50Ω的阻抗匹配。
如上所述，可以将更多的微带叉指电容器分支和阶梯式阻抗变换器分支并联放置并交错放置，以增强在带宽和谐波抑制水平上的HCC性能。
图9A至图9B示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的不同应用场景。
射频功率放大器5还包括：有源器件901(诸如晶体管)，其包括一个或多个输入终端和一个或多个输出终端；布置在有源器件901和输入节点之间的输入匹配网络(未在图中示出)；布置在输入终端处的输入偏置网络(未在图中示出)；布置在有源器件901和输出节点之间的输出匹配网络902；以及布置在输出终端处的输出偏置网络906。
如图9A所示，谐波控制电路51与输出匹配网络902级联。谐波控制电路51插入到输出匹配网络902与最终负载ZL之间的单个路径903中。谐波控制电路51中的传输线601可以将RF输出信号传输到最终负载ZL。
谐波控制电路可以进一步包括微带型的输入阻抗线904和微带型的输出阻抗线905。输入阻抗线904在谐波控制电路51的输入侧串联地耦合到传输线601。微带型输出阻抗线905在谐波控制电路51的输出侧串联耦合到传输线601。输入阻抗线904和输出阻抗线905可以具有50Ω的阻抗值，使得谐波控制电路51的设计可以独立于输出匹配网络902和最终负载ZL。或者，如果同时设计谐波控制电路51、输出匹配网络902和最终负载ZL，则可以调整输入阻抗线904和输出阻抗线905的阻抗值，以补偿输出匹配网络902和最终负载ZL。输入阻抗线904和输出阻抗线905提高了谐波控制电路51的设计的灵活性。
如图9B所示，(可替换地或附加地，如图9A所示的谐波控制电路51)谐波控制电路51级联在输出偏置网络906中，以将DC功率从DC源Vdd传输到有源器件901中的功率晶体管的漏极。输出偏置网络906可以包括四分之一波线QL、RF信号旁路电容器Crf和DC旁路电容器Cdc。即，谐波控制电路51不限于单路径903。
图10A至图10B示出了根据本公开实施例的谐波控制电路的不同应用场景的其他方块图。
在此示出了具有单个输入终端的射频功率放大器5。应当注意，射频功率放大器5还可以包括附加的输入终端(诸如Doherty、包络跟踪、动态负载调制等)。
通常，一个或多个谐波控制电路可以被插入以下至少之一：输入匹配网络1001中的点；输入偏置网络中的点(图未显示)；输出匹配网络902中的点；输出偏置网络中的点(图未显示)；输入匹配网络1001和输出匹配网络902之外的点；输入匹配网络1001和输出匹配网络902之外的点，同时耦合到输入匹配网络1001和/或输出匹配网络902。
如图10A所示，谐波控制电路51被插入到输入匹配网络1001和输出匹配网络902中。连接到射频功率放大器5的HCC 51配置为接收输入到有源器件的输入信号或由有源器件生成的输出信号，并进一步配置为通过在相邻的两个调谐频率上提供两个短路终端来控制射频功率放大器5的操作的频率带的至少两个谐波。
如图10B所示，谐波控制电路51进一步插入到输入匹配网络1001和输出匹配网络902之外的点中，同时耦合到输入匹配网络1001和输出匹配网络902。因此，如图10B所示，一些HCC 51独立于匹配网络。此特点为各种应用场景带来了灵活性。
这些谐波控制电路51配置为独立于射频功率放大器的基本频率匹配网络和偏置网络。一个谐波控制电路51可以配置为在至少一个期望的谐波频率上充当短路终端或开路终端。更多的谐波控制电路51配置为在具有深谐波抑制水平的谐波频率的宽带上充当短路终端或开路终端。
图11示出了根据本公开实施例的针对1800MHz至1900MHz频带中的基本频率实现的谐波控制电路的尺寸。如图11所示，谐波控制电路仅占据11.3mm*8.8mm的空间，因此，实现紧凑尺寸。
图12示出了具有示例性GaN HEMT晶体管的二次谐波负载牵引数据的史密斯圆图。先进设计系统(Advanced design system)(ADS)用于执行电磁模拟(EM模拟)，以设计具有如图12所示的二次谐波负载牵引数据的用于GaN HEMT器件(即射频功率放大器)的二次谐波终端。例如，基波分量设置为1860MHz。
在图12中，示出了具有相对低的输出效率的区域1201和具有相对高的输出效率的区域1202。为了通过谐波操纵最大化效率性能，发现在史密斯圆图左下角处的短路阻抗范围是非常需要的。
在具有包括“RO4350 20mil1/2oz.铜”的PCB材料的基板定义的HCC51上执行ADS动量模拟。模拟之后，在史密斯圆图中示出了谐波控制电路51的阻抗特性曲线1203。阻抗特性曲线1203基本上落在具有相对高输出效率的区域中，尤其是在二次谐波频率附近，例如3864.58MHz。在该阻抗特性曲线1203中，示出了接近基波分量的点(1625MHz：28.749-4.791j)和接近二次谐波频率的点(3864.583MHz：0.104-7.193j)。
图13A-13B示出了谐波控制电路51的阻抗特性。图13A示出了谐波控制电路51的阻抗特性曲线1203。图13B示出了谐波控制电路51的输入阻抗的实部的曲线。
这种情况下所得的EM模拟输入阻抗轨迹以极坐标形式表示在图13A中。为了说明本公开的HCC的行为，频率范围
Figure BDA0002731068200000111
范围代表基本频率，以及3.86GHz范围代表二次谐波频率。因此，二次谐波轨迹位于图表的左下方，代表设计目标的短路终端，以及位于1.86GHz中心的代表～50欧姆(Ohm)终端。
从图13B中可以看出，在f0处呈现可接受的匹配阻抗，阻抗的实部大约为40欧姆，在2*f0处呈现可接受的短路端接，阻抗的实部大约为0.08欧姆。
在本公开中，一个HCC单元同时实现二次谐波短路端接和基本频率匹配。此外，可以预定义在基本频率处大约50欧姆的与偏置线特性阻抗的良好匹配曲线。
图14A-14B示出了根据本公开实施例的关于谐波控制电路51的电流分布的模拟结果。图14A是俯视图，以及图14B是等轴侧视图。如图14A-14B所示，在传输线601中，电流强度相对大，以执行传输信号的功能。在第一电容器结构6021和第二电容器结构6022中的电流强度相对低，以控制谐波分量。
图15示出了谐波控制电路51的EM模拟反射和传输的dB图。图15是在用于谐波控制电路51的50欧姆阻抗布置下绘制的。
在图15中，虚线S11示出反射特性，实线S21示出传输特性。用虚线S11表示HCC输入端口的以dB为刻度的EM模拟反射(即回波损耗(RL))与频率的关系。用实线S21还显示了HCC输入端口和输出端口之间的以dB为刻度的模拟传输(即插入损耗(IL))与频率的关系。在该示例性实施例中，基本频率f0处于1.86GHz频带。应当注意，可以使用任何合适的f0值。
在f0处，HCC是“贯穿(through)”特征。因此，如图15所示，HCC表现与端口阻抗匹配良好，(具有-16.6dB的回波损耗，RL)，因此在50欧姆系统阻抗图下传输几乎无损(具有大约～0dB的插入损耗，IL)。
在二次谐波处，即在2*f0：3.86GHz，HCC 51向HCC输入端口提供了短路终端。因此，HCC对HCC输入端口呈现几乎全反射(具有0dB回波损耗，RL)，并且因此几乎完美的抑制(在中心区域具有约52dB的插入损耗，IL)。对于近似于2*f0的频率，HCC呈现出近似于短路终端的低阻抗，并且对于任意选择的抑制水平(例如10dB)，存在相应的频率范围，在该频率范围上至少可以保持该抑制。标准化抑制带宽可以定义为在获得最大抑制的中心频率(例如3864.583MHz)和在其中获得大于10dB的抑制水平的频率范围之间的比率。对于图15中示例的10dB抑制水平，可以实现大于60％的标准化抑制带宽。然而，在相同的标准下，在现有技术中传统的四分之一波线短路电容器中的标准化抑制带宽约为7.5％。因此，二次谐波的抑制带宽要宽得多。
图16示出了示例性的Doherty PA设计。Doherty PA在1.86GHz中心频率下使用2*160瓦GaN HEMT器件操作用于40W平均输出功率。Doherty PA包括主放大器和峰值放大器，其输出并联连接。如图16所示，将用于峰值放大器的最佳负载阻抗(Zopt)设置为85.21欧姆(Ω)，将用于主放大器的最佳负载阻抗(Zopt)设置为121欧姆(Ω)，将用于主放大器的阻抗模量(impedance modulus)(Zmod)设置为50欧姆(Ω)，以及将用于Doherty PA的共模阻抗(Zcom)设置为50欧姆(Ω)。
图17A至图17B示出了Doherty PA的两个版本，其在本公开中安装有HCC或没有HCC。图17A对应于不具有HCC的Doherty PA。图17B对应具有HCC的Doherty PA。通常，具有HCC的Doherty PA在曲线的大部分部分具有较高的漏极效率。
两张表说明了定量比较。表1显示了不具有HCC的Doherty PA在47.500dBm输出功率下的模拟结果。表2显示了具有HCC的Doherty PA在47.500dBm输出功率下的模拟结果。以1.810GHz为例，不具有HCC的Doherty PA中的漏极效率为59.57％。具有HCC的Doherty PA中的漏极效率为60.43％，其高于不具有HCC的Doherty PA中的漏极效率。此外，这在每个频率点上发生，因此，利用本公开的HCC明显提高了整体效率。
表1不具有HCC的Doherty PA的模拟结果
在47.500dBm输出功率下的内插值(大约)：
Figure BDA0002731068200000141
表2具有HCC的Doherty PA的模拟结果
在47.500dBm输出功率下的内插值(大约)：
Figure BDA0002731068200000142
利用上述实施例，HCC可以提供具有以上定义的>60％抑制水平的超宽频带第二谐波抑制。HCC可以在高功率匹配网络中提供集成的高密度和灵活性。分支位置使其易于从匹配网络上解耦，或者通过将其添加到适当的插入位置来进一步提高性能。HCC可能是谐波控制的独立部分。实现“U-T”形耦合结构可能很容易。它可能与广泛的基于基板的技术兼容。HCC可以以紧凑的物理尺寸提供可靠的短路终端。从带宽和谐波抑制水平的角度来看，HCC可能表现出比传统四分之一波线短端更好的谐波抑制。本公开可以提供抑制带宽的数倍。HCC可以是匹配网络的一部分，也可以独立于匹配网络。
图18示出了根据本公开实施例的用于制造射频功率放大器的方法的流程图。
用于制造射频功率放大器的方法包括步骤S1801，形成平面电介质基板；步骤S1802，形成设置在平面电介质基板的第一侧上的第一导电层；以及步骤S1803，形成设置在平面电介质基板的第二侧上的第二导电层。
如上所述，第一导电层具有包括一个或多个谐波控制电路的图案。第二导电层充当接地平面。平面电介质基板的第二侧与平面电介质基板的第一侧相对。
此外，谐波控制电路包括：微带型的传输线；以及第一电容器结构和第二电容器结构，其与传输线并联地耦合，并且关于传输线对称设置。传输线的端部的宽度大于传输线的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
通常，各种示例性实施例可以以硬件或特殊用途电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。例如，一些方面可以以硬件来实现，而其他方面可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的计算机代码或软件来实现，但是本公开不限于此。虽然本公开的示例性实施例的各个方面可以被图示和描述为方块图、流程图或使用一些其他图形表示，但是可以理解的是，本文所述的这些框、装置、系统、技术或方法可以作为非限制性示例通过硬件、软件、固件、特殊用途电路或逻辑、通用用途硬件或控制器或其他计算设备或其某些组合来实现。
这样，应当理解，本公开的示例性实施例的至少一些方面可以在诸如集成电路芯片和模块的各种部件中实践。因此，应当理解，本公开的示例性实施例可以在体现为集成电路的装置中实现，其中，集成电路可以包括用于体现至少一个或多个可配置的数据处理器、数字信号处理器、基带电路和射频电路的电路(以及可能的计算机代码)，以便根据本公开的示例性实施例进行操作。
应当理解，本公开的示例性实施例的至少一些方面可以体现在由一个或多个计算机或其他设备执行的计算机可执行指令中，例如在一个或多个程序模块中。通常，程序模块包括例程、程序、对象、部件、数据结构等，它们在由计算机或其他设备中的处理器执行时进行特定任务或实现特定抽象数据类型。可以将计算机可执行指令存储在诸如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、RAM等的计算机可读介质上。如本领域技术人员将理解的那样，在各种实施例中，可以根据需要组合或分配程序模块的功能。另外，该功能可以全部或部分地体现在固件或硬件等同物中，例如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本公开中对“一个实施例(one embodiment)”、“一个实施例(an embodiment)”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是没有必要每个实施例都包括该特定的特征、结构或特征。而且，这样的短语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，可以认为，无论是否明确描述，结合其他实施例来影响这样的特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围内。
应该理解，尽管在本文中可以使用术语“第一”，“第二”等来描述各种元素，但是这些元素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，第二元素可以被称为第一元素。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任何和所有组合。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式的“一个(a)”，“一个(an)”和“该(the)”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“具有(has)”、“具有(having)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”指定存在所述特征、元素和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元素、部件和/或其组合。本文使用的术语“连接(connect)”、“连接(connects)”、“连接(connecting)”和/或“连接(connected)”涵盖两个元素之间的直接和/或间接连接。
本公开包括本文明确公开的任何新颖的特征或特征的组合，或者其任何概括。当结合附图阅读时，鉴于前述描述，对本公开的前述示例性实施例的各种修改和调整对于相关领域的技术人员而言可能变得显而易见。然而，任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例性实施例的范围内。

Claims (18)

1.一种射频功率放大器，包括：
平面电介质基板(60)；
第一导电层(61)，所述第一导电层(61)设置在平面电介质基板(60)的第一侧上，以及
第二导电层(62)，所述第二导电层(62)设置在平面电介质基板(60)的第二侧上；
其中，第一导电层(61)具有包括一个或多个谐波控制电路(51)的图案；
其中，第二导电层(62)充当接地平面；以及
其中，平面电介质基板(60)的第二侧与平面电介质基板(60)的第一侧相对。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述谐波控制电路包括：
微带型的传输线(601)；和
第一电容器结构(6021)和第二电容器结构(6022)，所述第一电容器结构(6021)和第二电容器结构(6022)与传输线(601)并联地耦合，并且关于传输线(601)对称地设置；
其中，传输线(601)的端部的宽度大于传输线(601)的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
3.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述第一电容器结构和第二电容器结构包括微带叉指电容器(70)，用于增加特定谐波频率带上的谐波抑制水平。
4.根据权利要求3所述的射频功率放大器，其特征在于，所述叉指电容器包括：
并联地耦合的至少一个U形微带(701)；
并联地耦合的至少一个T形微带(702)；
其中，U形微带(701)包括平行延伸的两个指状物(7011)；并且
其中，T形微带(702)包括指状物(7021)，所述指状物(7021)设置在U形微带(701)的两个指状物(7011)之间的空间中，并平行于U形微带(701)的两个指状物(7011)延伸。
5.根据权利要求4所述的射频功率放大器，其特征在于，所述U形微带(701)的两个指状物(7011)和T形微带(702)的指状物(7021)具有的宽度大于传输线(601)的主体的宽度。
6.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述谐波控制电路还包括：
在谐波控制电路(51)的输入侧，串联地耦合到传输线(601)的微带型的输入阻抗线(904)；以及
在谐波控制电路(51)的输出侧，串联地耦合到传输线(601)的微带型的输出阻抗线(905)。
7.根据权利要求2所述的射频功率放大器，其特征在于，所述传输线(601)、第一电容器结构(6021)和第二电容器结构(6022)通过交叉结彼此耦合；以及
其中，第一电容器结构(6021)和第二电容器结构(6022)通过以下之一与交叉结耦合：方角和最佳斜接角。
8.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述一个或多个谐波控制电路(51)配置为独立于射频功率放大器的基本频率匹配网络和偏置网络。
9.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述一个或多个谐波控制电路(51)配置为在具有深谐波抑制电平的谐波频率的宽带上充当短路终端或开路终端。
10.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述平面电介质基板(60)是印刷电路板(PCB)或半导体芯片的一部分。
11.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述一个或多个谐波控制电路(51)包括：在以下至少之一中级联的多个谐波控制电路(51)：匹配网络和偏置网络，因此这样就构成了高阶谐波控制电路，它支持更宽的谐波抑制带宽和更深的谐波抑制水平。
12.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，还包括：
有源器件(901)，所述有源器件(901)包含一个或多个输入终端及一或多个输出终端。
输入匹配网络(1001)，所述输入匹配网络(1001)布置在有源器件和输入节点之间；
输入偏置网络，所述输入偏置网络布置在输入终端处；
输出匹配网络(902)，所述输出匹配网络(902)布置在有源器件(901)和输出节点之间；和
输出偏置网络(906)，所述输出匹配网络(902)布置在输出终端处。
13.根据权利要求12所述的射频功率放大器，其特征在于，所述一个或多个谐波控制电路被插入以下至少之一：
输入匹配网络(1001)中的点；
输入偏置网络中的点；
输出匹配网络(902)中的点；
输出偏置网络(906)中的点；
输入匹配网络(1001)和输出匹配网络(902)之外的点；和
当被耦合到输入匹配网络(1001)和/或输出匹配网络(902)时，输入匹配网络(1001)和输出匹配网络(902)之外的点。
14.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述射频功率放大器(5)是Doherty放大器。
15.根据权利要求14所述的射频功率放大器，其特征在于，所述Doherty放大器包括：氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
16.根据权利要求1所述的射频功率放大器，其特征在于，所述谐波控制电路(51)配置为在至少一个期望的谐波频率上充当短路终端或开路终端。
17.一种用于制造射频功率放大器的方法，包括：
形成(S1801)平面电介质基板；
形成(S1802)设置在平面电介质基板的第一侧上的第一导电层，以及
形成(S1803)设置在平面电介质基板的第二侧上的第二导电层；
其中第一导电层具有包括一个或多个谐波控制电路的图案；
其中第二导电层充当接地平面；以及
其中，平面电介质基板的第二侧与平面电介质基板的第一侧相对。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述谐波控制电路包括：
微带型的传输线；和
第一电容器结构和第二电容器结构，所述第一电容器结构和第二电容器结构与传输线并联地耦合，并且关于传输线对称设置；
其中，传输线的端部的宽度大于传输线的主体的宽度，以形成阶梯式阻抗变换器。
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