CN113541614B - 一种功率放大模块及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种功率放大模块及终端设备，包括第一正交生成网络、第一放大单元、第二放大单元以及第二正交生成网络；第一放大单元内设有第一输出匹配网络，第二放大单元设有第二输出匹配网络，第一正交生成网络与第二正交生成网络为互逆网络；第一正交生成网络用于输入端连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽；从而在外部输入阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输入阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。第二正交生成网络用于输出端连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。从而在外部输出阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输出阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。
Description
技术领域
本申请涉及天线领域，具体而言，涉及一种功率放大模块及终端设备。
背景技术
在卫星通信、第五代移动通信等应用场景中，为补偿较高的空间损耗，通常需要使用大规模相控阵技术提升等效全向辐射功率。然而，由于天线单元间存在的电磁耦合，天线单元输入端的有源驻波比会随天线主瓣扫描角度变化而波动，从而影响到连接在天线单元之前的功率放大模块的性能。功率放大模块的增益、饱和输出功率、功率附加效率等性能指标都与其的信号负载阻抗相关，当负载阻抗偏离设计值时，相应性能会显著恶化。此外，负载阻抗变化也会影响到功率放大模块的包括幅度失真和相位失真在内的线性度指标，进而增大了放大高阶调制信号时的误差矢量幅度。
因此，如何克服负载阻抗变化对功率放大模块性能的影响，成为了当下亟待解决的难题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种功率放大模块及终端设备，以至少部分改善上述问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种功率放大模块，所述功率放大模块包括第一正交生成网络、第一放大单元、第二放大单元以及第二正交生成网络；所述第一放大单元内设有第一输出匹配网络，所述第二放大单元设有第二输出匹配网络，所述第一正交生成网络与所述第二正交生成网络为互逆网络；
所述第一正交生成网络的公共端作为所述功率放大模块的输入端，所述第一正交生成网络的直通端与所述第一放大单元的输入端连接，所述第一正交生成网络的耦合端与所述第二放大单元的输入端连接，所述第二正交生成网络的直通端与所述第二输出匹配网络的输出端连接，所述第二正交生成网络的耦合端与所述第一输出匹配网络的输出端连接，所述第二正交生成网络的公共端作为所述功率放大模块的输出端；
所述第一正交生成网络用于输入端连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽；
所述第二正交生成网络用于输出端连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。
在一种可能的实现方式中，所述第一正交生成网络用于对接收到的射频信号进行拆分移相处理，得到第一子信号和第二子信号；
其中，第一相位差与第二相位差的差值等于90°，所述第一相位差为所述第一正交生成网络的公共端和直通端之间的相位差，所述第二相位差为所述第一正交生成网络的公共端和耦合端之间的相位差；
所述第一放大单元用于对所述第一子信号进行放大，并将放大后的第一子信号传输给所述第二正交生成网络；
所述第二放大单元用于对所述第二子信号进行放大，并将放大后的第二子信号传输给所述第二正交生成网络；
其中，所述第一放大单元与所述第二放大单元的属性相同；
所述第二正交生成网络用于对接收到的第一子信号和第二子信号进行合并和反移相处理，并输出目标信号；
其中，第三相位差与第四相位差的差值等于90°，所述第三相位差为所述第二正交生成网络的公共端和直通端之间的相位差，所述第四相位差为所述第二正交生成网络的公共端和耦合端之间的相位差。
在一种可能的实现方式中，所述第一正交生成网络和所述第二正交生成网络均包括耦合单元与隔离电阻，所述耦合单元包括初级线圈、次级线圈、第一电容以及第二电容；
所述初级线圈的一端与所述第一电容的一极连接，作为公共端；
所述初级线圈的另一端与所述第二电容的一极连接，作为直通端；
所述第二电容的另一极与所述次级线圈的一端连接，作为隔离端；
所述次级线圈的另一端与所述第一电容的另一极连接，作为耦合端；
所述隔离电阻的一端连接于所述隔离端，所述隔离电阻的另一端连接于地；
耦合端与直通端之间的功率损耗大于损耗阈值；
所述第一正交生成网络内的公共端、直通端、隔离端以及耦合端的特征阻抗相同；
所述第二正交生成网络内的公共端、直通端、隔离端以及耦合端的特征阻抗相同。
在一种可能的实现方式中，所述公共端、直通端、隔离端以及耦合端均与地之间存在寄生电容，且容值相等。
在一种可能的实现方式中；
；
其中，L表征所述初级线圈和所述次级线圈的自感，M表征所述初级线圈和所述次级线圈之间的互感，CC表征所述第一电容和所述第二电容的电容值，Cg表征公共端、直通端、隔离端以及耦合端与地之间的接地电容，k表征所述耦合单元的耦合系数，Z0表征所述耦合单元的特征阻抗；ω0表征所述耦合单元的中心角频率。
在一种可能的实现方式中，所述初级线圈和所述次级线圈设置有数量相同的等分点，所述初级线圈上的每一个等分点分别通过耦合电容连接于所述次级线圈上对应的等分点。
在一种可能的实现方式中，所述初级线圈和所述次级线圈均由集成电路工艺中的单根顶部厚金属实施，两者平行绕线；所述第一电容和第二电容由金属-氧化物-金属电容实施。
在一种可能的实现方式中，所述初级线圈和所述次级线圈绕接为正八边形，所述初级线圈和所述次级线圈周围布有由同层金属及下层金属构成接地平面。
在一种可能的实现方式中，在所述初级线圈和所述次级线圈的中间位置设置交错点，平衡所述初级线圈和所述次级线圈的走线长度。
第二方面，本申请实施例提供一种终端设备，所述终端设备包括上述的任意一项功率放大模块。
相对于现有技术，本申请实施例所提供的一种功率放大模块及终端设备，功率放大模块包括第一正交生成网络、第一放大单元、第二放大单元以及第二正交生成网络；第一放大单元内设有第一输出匹配网络，第二放大单元设有第二输出匹配网络，第一正交生成网络与第二正交生成网络为互逆网络；第一正交生成网络的公共端作为功率放大模块的输入端，第一正交生成网络的直通端与第一放大单元的输入端连接，第一正交生成网络的耦合端与第二放大单元的输入端连接，第二正交生成网络的直通端与第二输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络的耦合端与第一输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络的输出端作为功率放大模块的输出端；第一正交生成网络用于输入端连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽；从而在外部输入阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输入阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。第二正交生成网络用于输出端连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。从而在外部输出阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输出阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的功率放大模块的连接示意图；
图2a为本申请实施例提供的输出端负载阻抗在输出驻波比为3的范围内波动时，在史密斯圆图上对应的分布示意图；
图2b为本申请实施例提供的第一放大单元看到的负载阻抗在史密斯圆图上分布；
图2c为本申请实施例提供的第二放大单元看到的负载阻抗在史密斯圆图上分布；
图2d为本申请实施例提供的紧凑型平衡式功率放大器装置的实施效果示意图；
图2e为本申请实施例提供的紧凑型平衡式功率放大器装置的实施效果示意图之一；
图3为本申请实施例提供的耦合单元的连接示意图；
图4为本申请实施例提供的功率放大模块的布局示意图。
图中：101-输入端；102-输出端；110-第一正交生成网络；111-第一正交生成网络的公共端；112-第一正交生成网络的耦合端；113-第一正交生成网络的直通端；120-第二正交生成网络；121-第二正交生成网络的公共端；122-第二正交生成网络的耦合端；123-第二正交生成网络的直通端；130-第一放大单元；140-第二放大单元；119-栅格状地平面；211-第一初级子线圈；221-第二初级子线圈；212-第一次级子线圈；222-第二次级子线圈。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了克服负载阻抗变化对功率放大模块性能的影响，本申请实施例提供了一种功率放大模块。如图1所示，功率放大模块包括第一正交生成网络110、第一放大单元130、第二放大单元140以及第二正交生成网络120；第一放大单元130内设有第一输出匹配网络，第二放大单元140设有第二输出匹配网络，第一正交生成网络110与第二正交生成网络120为互逆网络。
需要说明的是，互逆网络是指第一正交生成网络110与第二正交生成网络120的结构相同、规格相同以及参数相同，但二者的连接关系相反，具体地，参见下文中的解释说明。
第一正交生成网络110的公共端111作为功率放大模块的输入端101，第一正交生成网络110的直通端113与第一放大单元130的输入端连接，第一正交生成网络110的耦合端112与第二放大单元140的输入端连接，第二正交生成网络120的直通端123与第二输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络120的耦合端122与第一输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络120的公共端121作为功率放大模块的输出端102。
需要说明的是，第一输出匹配网络和第二输出匹配网络用于在与其连接的相邻网络或外部网络的负载阻抗发生变化时，改变其自身的负载阻抗，从而适应性地进行阻抗匹配。在一种可能的实现方式中，第一放大单元130内设有第一输入匹配网络，第二放大单元140设有第入输出匹配网络，其功能与输出匹配网络相同。
第一放大单元130的输出端口为第一输出匹配网络的输出端，为单端，第一输出匹配网络的负载阻抗与第一放大单元130的负载牵引最大功率阻抗相等。
第二放大单元140的输出端口为第二输出匹配网络的输出端，为单端，第二输出匹配网络的负载阻抗与第二放大单元140的负载牵引最大功率阻抗相等。
可以理解，假设未设置第一正交生成网络110和第二正交生成网络120，在外部输入阻抗或外部输出阻抗发生剧烈变化的情况下。第一放大单元130和第二放大单元140会适应性地进行阻抗匹配，从而使第一放大单元130和第二放大单元140的输入阻抗或输出阻抗发生剧烈变化。
正如前文所介绍的功率放大模块的增益、饱和输出功率、功率附加效率等性能指标都与其的信号负载阻抗相关，当负载阻抗偏离设计值时，相应性能会显著恶化。即第一放大单元130和第二放大单元140的输入阻抗或输出阻抗发生剧烈变化时，第一放大单元130和第二放大单元140的性能会明显地降低，例如线性度指标出现幅度失真和相位失真在，进而增大放大高阶调制信号时的误差矢量幅度。
本申请实施例中的，第一正交生成网络110用于输入端101连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽。
从而在外部输入阻抗发生很大变化时，第一放大单元130和第二放大单元140的输入阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。
本申请实施例中的，第二正交生成网络120用于输出端102连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。
从而在外部输出阻抗发生很大变化时，第一放大单元130和第二放大单元140的输出阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。
综上所述，本申请实施例提供了一种功率放大模块，功率放大模块包括第一正交生成网络、第一放大单元、第二放大单元以及第二正交生成网络；第一放大单元内设有第一输出匹配网络，第二放大单元设有第二输出匹配网络，第一正交生成网络与第二正交生成网络为互逆网络；第一正交生成网络的公共端作为功率放大模块的输入端，第一正交生成网络的直通端与第一放大单元的输入端连接，第一正交生成网络的耦合端与第二放大单元的输入端连接，第二正交生成网络的直通端与第二输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络的耦合端与第一输出匹配网络的输出端连接，第二正交生成网络的输出端作为功率放大模块的输出端；第一正交生成网络用于输入端连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽；从而在外部输入阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输入阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。第二正交生成网络用于输出端连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。从而在外部输出阻抗发生很大变化时，第一放大单元和第二放大单元的输出阻抗不会发生剧烈的变化，避免影响功率放大模块的性能。
需要说明的是，在一种可能的实现方式中，第一放大单元130和第二放大单元140的输入阻抗、输出阻抗、增益的幅度及相位均保持相同。
第一正交生成网络110用于对接收到的射频信号进行拆分移相处理，得到第一子信号和第二子信号。
其中，第一相位差与第二相位差的差值等于90°，第一相位差为第一正交生成网络110的公共端111和直通端113之间的相位差，第二相位差为第一正交生成网络110的公共端111和耦合端112之间的相位差。
第一放大单元130用于对第一子信号进行放大，并将放大后的第一子信号传输给第二正交生成网络120；
第二放大单元140用于对第二子信号进行放大，并将放大后的第二子信号传输给第二正交生成网络120；
其中，第一放大单元130与第二放大单元140的属性相同；属性相同表示输入阻抗、输出阻抗、增益的幅度及相位均保持相同。
第二正交生成网络120用于对接收到的第一子信号和第二子信号进行同相合并和反移相处理，并输出目标信号。
其中，第三相位差与第四相位差的差值等于90°，第三相位差为第二正交生成网络120的公共端121和直通端123之间的相位差，第四相位差为第二正交生成网络120的公共端121和耦合端122之间的相位差。
需要说明的是，因为第一相位差与第二相位差的差值等于90°，并且第三相位差与第四相位差的差值等于90°，所以第二正交生成网络120能够对经输入端101馈入、然后由第一放大单元130和第二放大单元140放大后的信号进行同相合并，即两个差值相互抵消。同时，因为第三相位差与第四相位差的差值等于90°，第二正交生成网络120可以反相抵消经由输出端102馈入、然后由第一放大单元130和第二放大单元140输出端反射的信号。即经由输出端102馈入的信号，在经过第一放大单元130和第二放大单元140输出端反射，再次到达输出端102时，相位差180°，可以相互抵消。
需要说明的是，由于放大器的单向性，从输出端馈入的信号不会被放大，在微波毫米波领域，主要是由于输出端存在的阻抗失配，导致部分信号原路反射回去。
从而在提升输出功率的同时，本申请实施例提供的功率放大模块在负载阻抗变动时性能变化幅度小，其原理可以从两方面理解。
一方面，从整体放大器的角度而言，本申请实施例在输出端102实现了功率、增益同时匹配，降低了负载阻抗变动时整体放大器增益的变化幅度。
具体的，由于功率放大模块的输出功率、增益难以同时匹配，进行功率匹配时，功率放大模块的共轭匹配阻抗与负载阻抗不同。当负载阻抗变化时，会出现两种情况：第一种，当负载阻抗向共轭匹配阻抗方向变化时，输出功率下降，输出增益上升；第二种，当负载阻抗向远离共轭匹配阻抗方向变化时，输出功率下降，输出增益下降。因此，输出增益对负载阻抗较为敏感，变化范围大。
本申请实施例提供的功率放大模块中，由输出端102馈入的信号，在经过第一放大单元130和第二放大单元140放大后，重新进入第二正交生成网络120。如前文所述，当第一放大单元130和第二放大单元140的输出阻抗(亦即反射系数)相同，通过两个路径的信号等幅反相，在输出端102相互抵消。第二正交生成网络120使得输出端102理想情况下完全匹配。此时，当负载阻抗偏离输出端102的端口阻抗时，输出增益仅会单调下降，其增益变化范围显著降低。请参考图2d及2e，图2d及2e为本申请实施例提供的紧凑型平衡式功率放大器装置的实施效果示意图。例如，对于一个65纳米体硅工艺下的29GHz共源放大器，图2d是输出进行功率匹配时且不使用第二正交生成网络120时的等功率增益圆图，其中相邻等功率增益圆之间的功率增益差为0.5dB，叉形标记标明的是最大功率增益阻抗。若负载阻抗在输出驻波比(VSWR)为3的范围内波动时，当负载阻抗位于VSWR＝3圆的顶部位置时，功率增益最大；负载阻抗位于底部位置时，功率增益最低；两者功率增益之差接近5dB。图2e是输出进行功率匹配时且使用第二正交生成网络120时的等功率增益圆图。图中，等增益圆的中心接近史密斯圆图中心，表明输出增益匹配较好。此时，负载阻抗在输出驻波比为3的范围内波动时，功率增益变化范围小于2dB。
另一方面，从子放大器的角度而言，本申请实施例中的第二正交生成网络具有部分屏蔽作用：当公共端负载阻抗变化时，其直通端、耦合端的输入阻抗变化小于公共端负载阻抗变化，从而降低了两个子放大器的性能变化。相应的，由两个子放大器及正交生成网络组成的整体放大器性能变化减小。请参考图2a、2b以及2c，图2a、2b以及2c为本申请实施例提供的紧凑型平衡式功率放大模块的实施效果示意图。具体地，图2a示出了输出端102负载阻抗在输出驻波比为3的范围内波动时，在史密斯圆图上对应的分布(图中的多个同心圆为反射系数的等幅度曲线，图中的多根直线为反射系数的等相位曲线，等相位曲线的颜色深浅仅用于区分不同相位)；图2b示出了第一放大单元130看到的负载阻抗在史密斯圆图上分布；图2c示出了第二放大单元140看到的负载阻抗在史密斯圆图上分布。从图中可见，第一放大单元130和第二放大单元140的负载阻抗的分布范围远小于输出端102负载阻抗的变化范围，从而起到部分屏蔽负载阻抗变化的效果，以降低放大器性能随负载阻抗变化的波动。第一放大单元130的看到的负载阻抗即122端口输入阻抗；第二放大单元140的看到的负载阻抗即123端口输入阻抗。
由以上内容可知，本申请实施例提供的功率放大模块能够有效降低负载阻抗变化对放大器性能的影响。
请继续参考图1，关于第一正交生成网络110和第二正交生成网络120的结构本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，第一正交生成网络110和第二正交生成网络120均包括耦合单元OH与隔离电阻R1，耦合单元OH包括初级线圈L1、次级线圈L2、第一电容C1以及第二电容C2。
初级线圈L1的一端与第一电容C1的一极连接，作为公共端。第一正交生成网络110的公共端为111，第二正交生成网络120的公共端为121。
初级线圈L1的另一端与第二电容C2的一极连接，作为直通端。第一正交生成网络110的直通端为113，第二正交生成网络120的直通端为123。
第二电容C2的另一极与次级线圈L2的一端连接，作为隔离端。
次级线圈L2的另一端与第一电容C1的另一极连接，作为耦合端。第一正交生成网络110的耦合端为112，第二正交生成网络120的耦合端为122。
隔离电阻R1的一端连接于隔离端，隔离电阻R1的另一端连接于地。
耦合端与直通端之间的功率损耗大于损耗阈值。
需要说明的是，第一正交生成网络110的耦合端112和直通端113之间的功率损耗大于损耗阈值。损耗阈值例如为20dB，从而使得第一正交生成网络110的耦合端112和直通端113之间存在较好的隔离。
第二正交生成网络120的耦合端122和直通端123之间的功率损耗大于损耗阈值。损耗阈值例如为20dB，从而使得第二正交生成网络120的耦合端122和直通端123之间存在较好的隔离。
第一正交生成网络110内的公共端111、直通端113、隔离端以及耦合端112的特征阻抗相同，等于输入端101的特征阻抗。
第二正交生成网络120内的公共端121、直通端123、隔离端以及耦合端122的特征阻抗相同，等于输出端102的特征阻抗。
采用不同的特征阻抗也可实现隔离负载阻抗变化的本申请的目的，但除简化两个放大单元的输出匹配网络外没有额外的优势，且耦合器实现较为复杂、插入损耗高、占用面积大，不利于片上集成。需要说明的是，第一正交生成网络110的输入端111和耦合端112之间的损耗，等同于，第一正交生成网络110的输入端111和直通端113之间的损耗。第二正交生成网络120的输出端121和耦合端122之间的损耗，等同于，第二正交生成网络120的输出端121和直通端123之间的损耗。
需要说明的是，第二正交生成网络120中的耦合单元OH能够部分屏蔽输出端102的负载阻抗的变化，从而减小第一放大单元130和第二放大单元140负载阻抗的变化范围，并减小第一放大单元130和第二放大单元140的性能变化。
可以理解的，出于对称性，第一正交生成网络110同样可以反相抵消经由输入端101馈入、第一放大单元130和第二放大单元140反射的信号，从而在输入端101实现共轭匹配，降低输入驻波比。
由于功率放大器的功率、效率等性能指标对源阻抗不敏感，第一正交生成网络110主要用于补偿第二正交生成网络120对两个放大通路引入的相位差，从而在输出端102实现输入端101馈入信号的同相合成，实现放大器的放大及功率合成作用。两个放大通路包括经由输入端101馈入，第一正交生成网络110分配，第一放大单元130放大，第二正交生成网络120合成，至输出端102的第一放大通路；和经输入端101馈入，第一正交生成网络110分配，和第二放大单元140放大，第二正交生成网络120合成，至输出端102的第二放大通路。
在一种可能的实现方式，为了减少面积，以适合于多通道相控芯片应用，设计中采用集总元件实现紧凑式正交生成网络(包括第一正交生成网络110和第二正交生成网络120)。其中。第一电容C1和第二电容C2的电容值相同，用以确保第一正交生成网络110的公共端111、耦合端112、直通端113及内部隔离端的特征阻抗相同，第二正交生成网络120的公共端121、耦合端122、直通端123及内部隔离端的特征阻抗相同。
需要说明的是，本申请实施例提供的隔离电阻R1的阻值等同于内部隔离端的特征阻抗，防止信号在内部隔离端产生反射。
在一种可能的实现方式中，公共端、直通端、隔离端以及耦合端均与地之间存在寄生电容，且容值相等。
具体地，第一正交生成网络110的公共端111、耦合端112、直通端113及内部隔离端均与地之间存在寄生电容；第二正交生成网络120的公共端121、耦合端122、直通端123及内部隔离端均与地之间存在寄生电容。
关于耦合单元OH的参数设置，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考下文。
；
其中，L表征初级线圈和次级线圈的自感，M表征初级线圈和次级线圈之间的互感，CC表征第一电容和第二电容的电容值，Cg表征公共端、直通端、隔离端以及耦合端与地之间的接地电容，k表征耦合单元的耦合系数，Z0表征耦合单元的特征阻抗；ω0表征耦合单元的中心角频率。
需要说明的是，初级线圈L1和次级线圈L2的耦合系数k为为进一步降低损耗，初级线圈L1和次级线圈L2间可采用更高的耦合系数，从而降低所需电感大小，减少损耗。中心角频率为与放大单元的放大频率对应的角频率。
在图1的基础上，关于耦合单元OH的结构，本申请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图3，初级线圈L1和次级线圈L2设置有数量相同的等分点，初级线圈L1上的每一个等分点分别通过耦合电容C3连接于次级线圈L2上对应的等分点。
如图3所示，连接在初级线圈L1和次级线圈L2对应等分点之间的一个或多个耦合电容C3，多个耦合电容C3的电容值相同。图3中示出，初级线圈L1的二等分点将初级线圈L1分割为第一初级子线圈211、第二初级子线圈221，次级线圈L2的二等分点将次级线圈L2分割为第一次级子线圈212、第二次级子线圈222。
根据等分点定义，第一初级子线圈211、第二初级子线圈221、第一次级子线圈212、第二次级子线圈222的电感值相同。在初级线圈L1和次级线圈L2对应二等分点之间连接有耦合电容C3。在一种可能的实现方式中，出于提升正交生成网络带宽考虑，在耦合线圈的等分点施加耦合电容C2。虽然图3中仅给出了在二等分点施加耦合电容C3的情况，但并不以此作为限定。
本申请实施例提供的实现方式中，还可以在耦合线圈的三等分点或更高次等分点施加耦合电容C3。值得注意的是，当等分数为n时，第一电容C1、第二电容C2的电容值减小为CC/n，耦合电容C3的电容值均减小为2CC/n。另外，由于等分之性质，各段子线圈的自感和互感分别减小为L/n和M/n。
需要说明的是，公共端、直通端、隔离端以及耦合端与地之间存在接地电容，分别为第一接地电容、第二接地电容、第三接地电容、第四接地电容。每一个等分点与地之间均存在接地电容，出于降低布局难度考虑，接地电容均由寄生电容提供，不使用集总元件。在特定情境下，例如版图面积较小或接地平面无法提供足够接地电容时，亦可施加集总元件实现。当等分数为n时，第一接地电容、第二接地电容、第三接地电容、第四接地电容的电容值为Cg/n，可以由集总元件电容和已有寄生电容共同构成；连接在初级线圈L1或次级线圈L2等分点和地之间的多个接地电容的电容值为2Cg/n可以由集总元件电容和已有寄生电容共同构成。
在一种可能的实现方式中，为了降低损耗、满足电流密度要求及紧凑型布局的需要，初级线圈L1和次级线圈L2均由集成电路工艺中的单根顶部厚金属实施，两者平行绕线；第一电容C1和第二电容C2由金属-氧化物-金属电容实施。
本申请实施例还提供了一种功率放大模块的布局示意图，请参考图4，图4进一步给出了第一正交生成网络110和第二正交生成网络120的一种布局及连接方法。除了与图1相对应的部分以外，图4中进一步标注了第一正交生成网络110的接地寄生电容119a，第二正交生成网络120的接地寄生电容129a。值得注意的是，图4中标注的只是一部分接地寄生电容，初级线圈L1、次级线圈L2与地、衬底平面邻接的部分均存在分布式寄生电容。图4中栅格状地平面119与位于其上的信号线构成了传输线，用于在保证特征阻抗不变的同时延长连线、连接各端口。
可以理解地，出于提升正交生成网络性能考虑，初级线圈L1和次级线圈L2的最佳绕接方法为圆形，但受到工艺制程限制，图4中绕接为正八边形。在当前能够完成的工艺下，尽可能提升正交生成网络性能。
初级线圈L1和次级线L2圈周围布有由同层金属及下层金属构成接地平面，从而可以提供接地寄生电容；接地平面也可起到屏蔽片上感性耦合的作用，防止耦合器信号泄露。
在初级线圈L1和次级线圈L2的中间位置设置了交错点，用于平衡初级线圈和次级线圈的走线长度。
可以理解的，出于简易性、对称性考虑，图4中的第一正交生成网络110和第二正交生成网络120具有相同布局，仅外部连接方式不同。然而，第一正交生成网络110和第二正交生成网络120只需满足前述的限定条件即可实现本申请的目的，而不必然具有完全相同的结构。
本申请实施例还提供了一种终端设备，终端设备包括如上述的功率放大模块。
终端设备可以为通讯卫星或其他通讯设备。
需要说明的是，本实施例所提供的终端设备，其可以执行上述率放大装置的功能用途，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种功率放大模块，其特征在于，所述功率放大模块包括第一正交生成网络、第一放大单元、第二放大单元以及第二正交生成网络；所述第一放大单元内设有第一输出匹配网络，所述第二放大单元设有第二输出匹配网络，所述第一正交生成网络与所述第二正交生成网络为互逆网络；
所述第一正交生成网络的公共端作为所述功率放大模块的输入端，所述第一正交生成网络的直通端与所述第一放大单元的输入端连接，所述第一正交生成网络的耦合端与所述第二放大单元的输入端连接，所述第二正交生成网络的直通端与所述第二输出匹配网络的输出端连接，所述第二正交生成网络的耦合端与所述第一输出匹配网络的输出端连接，所述第二正交生成网络的公共端作为所述功率放大模块的输出端；
所述第一正交生成网络用于输入端连接的外部输入阻抗变化进行屏蔽；
所述第二正交生成网络用于输出端连接的外部输出阻抗变化进行屏蔽。
2.如权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第一正交生成网络用于对接收到的射频信号进行拆分移相处理，得到第一子信号和第二子信号；
其中，第一相位差与第二相位差的差值等于90°，所述第一相位差为所述第一正交生成网络的公共端和直通端之间的相位差，所述第二相位差为所述第一正交生成网络的公共端和耦合端之间的相位差；
所述第一放大单元用于对所述第一子信号进行放大，并将放大后的第一子信号传输给所述第二正交生成网络；
所述第二放大单元用于对所述第二子信号进行放大，并将放大后的第二子信号传输给所述第二正交生成网络；
其中，所述第一放大单元与所述第二放大单元的属性相同；
所述第二正交生成网络用于对接收到的第一子信号和第二子信号进行合并和反移相处理，并输出目标信号；
其中，第三相位差与第四相位差的差值等于90°，所述第三相位差为所述第二正交生成网络的公共端和直通端之间的相位差，所述第四相位差为所述第二正交生成网络的公共端和耦合端之间的相位差。
3.如权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，所述第一正交生成网络和所述第二正交生成网络均包括耦合单元与隔离电阻，所述耦合单元包括初级线圈、次级线圈、第一电容以及第二电容；
所述初级线圈的一端与所述第一电容的一极连接，作为公共端；
所述初级线圈的另一端与所述第二电容的一极连接，作为直通端；
所述第二电容的另一极与所述次级线圈的一端连接，作为隔离端；
所述次级线圈的另一端与所述第一电容的另一极连接，作为耦合端；
所述隔离电阻的一端连接于所述隔离端，所述隔离电阻的另一端连接于地；
耦合端与直通端之间的功率损耗大于损耗阈值；
所述第一正交生成网络内的公共端、直通端、隔离端以及耦合端的特征阻抗相同；
所述第二正交生成网络内的公共端、直通端、隔离端以及耦合端的特征阻抗相同。
4.如权利要求3所述的功率放大模块，其特征在于，所述公共端、直通端、隔离端以及耦合端均与地之间存在寄生电容，且容值相等。
5.如权利要求4所述的功率放大模块，其特征在于，
；
其中，L表征所述初级线圈和所述次级线圈的自感，M表征所述初级线圈和所述次级线圈之间的互感，CC表征所述第一电容和所述第二电容的电容值，Cg表征公共端、直通端、隔离端以及耦合端与地之间的接地电容，k表征所述耦合单元的耦合系数，Z0表征所述耦合单元的特征阻抗；ω0表征所述耦合单元的中心角频率。
6.如权利要求3所述的功率放大模块，其特征在于，所述初级线圈和所述次级线圈设置有数量相同的等分点，所述初级线圈上的每一个等分点分别通过耦合电容连接于所述次级线圈上对应的等分点。
7.如权利要求3-6中任意一项所述的功率放大模块，其特征在于，所述初级线圈和所述次级线圈均由集成电路工艺中的单根顶部厚金属实施，两者平行绕线；所述第一电容和第二电容由金属-氧化物-金属电容实施。
8.如权利要求7所述的功率放大模块，其特征在于，所述初级线圈和所述次级线圈绕接为正八边形，所述初级线圈和所述次级线圈周围布有由同层金属及下层金属构成接地平面。
9.如权利要求8所述的功率放大模块，其特征在于，在所述初级线圈和所述次级线圈的中间位置设置交错点，平衡所述初级线圈和所述次级线圈的走线长度。
10.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括如权利要求1至9中任意一项所述的功率放大模块。
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