CN116707458A - 一种功率放大器及通信装置 - Google Patents

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冷永清
邱昕
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Abstract

本发明公开一种功率放大器及通信装置，涉及射频集成电路技术领域，以解决现有功率放大器的相对工作带宽与带内平均PAE较低，无法兼顾功率放大器的超宽带和高效率的问题。所述功率放大器包括依次电连接的输入电路、第一放大电路、级间匹配电路、第二放大电路以及输出电路。输入电路向第一放大电路输出经过输入匹配处理的第一匹配射频信号，第一放大电路向级间匹配电路输出经过第一次放大处理的第一放大信号，级间匹配电路向第二放大电路输出经过级间匹配处理的第二匹配射频信号，第二放大电路向输出电路输出经过第二次放大处理以及功率合成后的第二放大信号，输出电路对第二放大信号依次基波阻抗匹配处理和谐波抑制处理后输出目标功率放大信号。

Description

一种功率放大器及通信装置
技术领域
本发明涉及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种功率放大器及通信装置。
背景技术
随着卫星通信和5G移动通信技术的快速发展，作为无线通信系统的重要组成部件，功率放大器为了适应数据传输速率的爆炸式增长和大规模多路输入多路输出(MassiveMultiple Input Multiple Output，mMIMO)的应用，对其工作带宽和效率都提出了更高的要求。相较于更为常见的平衡式功率放大器以及分布式功率放大器而言，电抗匹配式功率放大器可实现较高的功率附加效率(Power Added Efficiency，PAE)，其采用多级晶体管级联和功率合成技术，具有很高的增益和输出功率，芯片面积较小，更有利于高度集成。
目前，在X波段的宽带高效率功率放大器研究领域内，现有的电抗匹配式功率放大器的相对工作带宽大部分都在30％及以下，且带内平均PAE较低，无法兼顾功率放大器的超宽带和高效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率放大器及通信装置，用于解决现有的电抗匹配式功率放大器的相对工作带宽与带内平均PAE较低，无法兼顾功率放大器的超宽带和高效率的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种功率放大器，包括：依次电连接的输入电路、第一放大电路、级间匹配电路、第二放大电路以及输出电路。输入电路，用于在接收射频信号后，向第一放大电路输出经过输入匹配处理的第一匹配射频信号。第一放大电路，用于在接收到第一匹配射频信号后，向级间匹配电路输出经过第一次放大处理的第一放大信号。级间匹配电路，用于在接收到第一放大信号后，向第二放大电路输出经过级间匹配处理的第二匹配射频信号。第二放大电路，用于在接收到第二匹配射频信号后，向输出电路输出经过第二次放大处理以及功率合成后的第二放大信号。输出电路包括依次电连接的输出匹配子电路和谐波抑制子电路，其中：输出匹配子电路至少包括基波阻抗匹配模块，基波阻抗匹配模块的输出端与谐波抑制子电路的输入端电连接。输出电路用于对第二放大信号依次基波阻抗匹配处理和谐波抑制处理后，输出目标功率放大信号。
与现有技术相比，本发明提供的功率放大器中，在对输入的射频信号依次进行输入匹配、第一次放大、级间匹配、第二次放大以及功率合成后，传输至输出电路，输出电路接收到经过两次匹配和两次放大以及功率合成的第二放大信号，可以对第二放大信号依次进行基波阻抗匹配和谐波抑制。基于此，输出电路中的基波阻抗匹配模块可以对第二放大信号进行基波阻抗匹配，以进一步拓展功率放大器的工作带宽，输出电路中的谐波抑制子电路能够抑制第二放大信号中的高次谐波，从而改善第二放大信号的回波损耗，输出目标功率信号，以达到提高功率放大器的功率附加效率的目的。
此外，由于第二放大电路在对接收到的信号进行放大处理的同时，还能对信号进行功率合成，使得输出的第二放大信号可以获得较高的输出功率，则最终输出的目标功率信号也具有较高的输出功率。
由此可知，本发明提供的功率放大器能够解决现有的电抗匹配式功率放大器的相对工作带宽与带内平均PAE较低的问题，可以实现兼顾超宽带和高效率的目的。
第二方面，本发明还提供一种通信装置，包括上述第一方面技术方案所述的功率放大器。
与现有技术相比，本发明提供的通信装置的有益效果与上述技术方案所述的功率放大器的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种功率放大器的电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的输出电路的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的输入电路的电路示意图；
图4为本发明实施例提供的级间匹配电路的电路示意图；
图5为本发明实施例提供的功率放大器在连续波模式下的输出功率曲线图；
图6为本发明实施例提供的功率放大器在连续波模式下的PAE曲线图。
附图标记：
1-输入电路， 2-第一放大电路，
3-级间匹配电路， 4-第二放大电路，
5-输出电路， 51-输出匹配子电路，
52-谐波抑制子电路， 521-谐波抑制模块，
511-基波阻抗匹配模块， 512-第一漏极偏置模块，
11-输入匹配子电路， 12-第一栅极偏置子电路，
21-第一稳定子电路， 22-第一放大子电路，
31-第二漏极偏置子电路， 32-级间匹配子电路，
33-第二栅极偏置子电路， 41-第二稳定子电路，
42-第二放大子电路， 411-稳定模块，
421-放大模块。
具体实施方式
为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
在介绍本发明实施例之前首先对本发明实施例中涉及到的相关名词作如下释义：
X波段，是指频率在8GHz(吉赫兹)～12GHz的无线电波波段，在电磁波谱中属于微波。
随着卫星通信和5G移动通信技术的快速发展，作为无线通信系统的重要组成部件，为了使功率放大器更适应数据传输速率的爆炸式增长和mMIMO的应用，对功率放大器的工作带宽和效率都提出了更高的要求。
在现有的宽带功率放大器中，较为常见的结构有平衡式结构、分布式结构和电抗匹配式结构等。平衡式功放具有很好的增益平坦度和带宽性能，但是在实际设计中，两路功放信号的幅度和相位很难实现完全的一致，会导致功放性能下降，并且正交耦合器设计会占用较大的面积，也会导致功放的集成度降低。分布式功放的带宽在理论上可以做到无限宽，并且具有较低的输入和输出回波损耗，但是分布式功放的输出功率有限，且PAE较低，当带宽设计越大时，分布式功放芯片面积也会增加。与前两者相比，电抗匹配式功率放大器可以不仅实现较高的PAE，还可以采用多级晶体管级联和功率合成技术，使其具有很高的增益和输出功率，切芯片面积较小更有利于高度集成。
但在X波段的宽带高效率功率放大器研究领域内，现有的电抗匹配式功率放大器的相对工作带宽大部分都在30％及以下，且带内平均PAE较低，仍无法兼顾功率放大器的超宽带和高效率。
为了解决上述技术问题，如图1和图2所示，本发明实施例提供一种功率放大器，包括：依次电连接的输入电路1、第一放大电路2、级间匹配电路3、第二放大电路4以及输出电路5。输入电路1，用于在接收射频信号后，向第一放大电路2输出经过输入匹配处理的第一匹配射频信号。第一放大电路2，用于在接收到第一匹配射频信号后，向级间匹配电路3输出经过第一次放大处理的第一放大信号。级间匹配电路3，用于在接收到第一放大信号后，向第二放大电路4输出经过级间匹配处理的第二匹配射频信号。第二放大电路4，用于在接收到第二匹配射频信号后，向输出电路5输出经过第二次放大处理以及功率合成后的第二放大信号。输出电路5包括依次电连接的输出匹配子电路51和谐波抑制子电路52，其中：输出匹配子电路51至少包括基波阻抗匹配模块511，基波阻抗匹配模块511的输出端与谐波抑制子电路52的输入端电连接。输出电路5用于对第二放大信号依次基波阻抗匹配处理和谐波抑制处理后，输出目标功率放大信号。
通过上述功率放大器的具体结构可知：本发明实施例提供的功率放大器中，在对输入的射频信号依次进行输入匹配、第一次放大、级间匹配、第二次放大以及功率合成后，传输至输出电路5，输出电路5接收到经过两次匹配和两次放大以及功率合成的第二放大信号，可以对第二放大信号依次进行基波阻抗匹配和谐波抑制。基于此，输出电路5中的基波阻抗匹配模块511可以对第二放大信号进行基波阻抗匹配，以进一步拓展功率放大器的工作带宽，输出电路5中的谐波抑制子电路52能够抑制第二放大信号中的高次谐波，从而改善第二放大信号的回波损耗，输出目标功率信号，以达到提高功率放大器的功率附加效率的目的。
此外，由于第二放大电路4在对接收到的信号进行放大处理的同时，还能对信号进行功率合成，使得输出的第二放大信号可以获得较高的输出功率，则最终输出的目标功率信号也具有较高的输出功率。
由此可知，本发明实施例提供的功率放大器能够解决现有的电抗匹配式功率放大器的相对工作带宽与带内平均PAE较低的问题，可以实现兼顾超宽带和高效率的目的。
可以理解的是，上述实施例中提供的功率放大器可以为单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit，MMIC)，并采用0.25μm(微米)的GaN(氮化镓)高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)工艺进行加工制造完成的。示例性的，芯片面积可以为3.5*2mm2(平方毫米)。本发明实施例对此不做具体限定。
进一步的，谐波抑制子电路52包括多个基波匹配微带线以及多个谐波抑制模块521，每个谐波抑制模块521的第一端均通过基波匹配微带线与相邻的谐波抑制模块521的第一端电连接，每个谐波抑制模块521的第二端接地。谐波抑制模块521均包括谐振电容和谐振微带线，谐振电容的第一电极与基波匹配微带线电连接，谐振电容的第二电极通过谐振微带线接地。
图2示例出了谐波抑制子电路52中包括2个基波匹配微带线以及3个谐波抑制模块521的情况。如图2所示，每个谐振电容和相应的谐振微带线组成一条谐波抑制支路。示例性的，谐振电容C19和谐振微带线MLIN17构成二次谐波抑制支路，其谐振频率为2W0，可以对谐振角频率为2W0的二次谐波进行短路处理，第二放大信号中符合谐振条件的二次谐波可以通过谐振电容C19和谐振微带线MLIN17传输至接地端，从而将第二放大信号中的二次谐波滤除，其中，W0表示固有谐振角频率。同理，谐振电容C20和谐振微带线MLIN18构成三次谐波抑制支路，其谐振频率为3W0，可以对谐振角频率为3W0的三次谐波进行短路处理，第二放大信号中符合谐振条件的三次谐波可以通过谐振电容C20和谐振微带线MLIN18传输至接地端，从而将第二放大信号中的三次谐波滤除。依次类推，谐振电容C21和谐振微带线MLIN19构成五次谐波抑制支路，其谐振频率为5W0，可以对谐振角频率为5W0的五次谐波进行短路处理，第二放大信号中符合谐振条件的五次谐波可以通过谐振电容C21和谐振微带线MLIN19传输至接地端，从而将第二放大信号中的五次谐波滤除。
可以理解的是，当增加谐波抑制模块521时，虽然可以滤除更高次的谐波，但是也会增加功率放大器的电路复杂度，在实际中，可以根据具体需求设置谐波抑制模块521的个数，本发明实施例对此不做具体限定。
在一种可能的实现方式中，输出匹配子电路51还包括第一隔直电容C14、第一漏极偏置模块512以及第二隔直电容C15，其中：第一隔直电容C14的第一电极分别与第二放大电路4的输出端以及第一漏极偏置模块512的第一端电连接，第一漏极偏置模块512的第二端与第一偏置电源Vds2电连接，第一隔直电容C14的第二电极与基波阻抗匹配模块511的输入端电连接，基波阻抗匹配模块511的输出端与谐波抑制子电路52的输入端电连接，谐波抑制子电路52的输出端与第二隔直电容C15的第一电极电连接，第二隔直电容C15的第二电极为功率放大器的输出端。
示例性的，如图2所示，第一漏极偏置模块512包括偏置滤波电容C16以及第一漏极偏置微带线MLIN20，第一漏极偏置微带线MLIN20的第一端与第一隔直电容C14的第一电极电连接，第一漏极偏置微带线MLIN20的第二端分别与第一偏置电源Vds2以及偏置滤波电容C16的第一电极电连接，偏置滤波电容C16的第二电极接地，第一漏极偏置模块512用于向第二放大电路4提供漏极偏置电压。
基波阻抗匹配模块511包括基波匹配微带线MLIN12、基波匹配微带线MLIN13、基波匹配微带线MLIN14、基波匹配电容C17以及基波匹配电容C18，其中，基波匹配微带线MLIN12的第一端与第一隔直电容C14的第二电极电连接，基波匹配微带线MLIN12的第二端分别与电容C17的第一电极以及基波匹配微带线MLIN13的第一端电连接，基波匹配电容C17的第二电极接地，基波匹配微带线MLIN12与基波匹配电容C17组成L型阻抗匹配单元。基波匹配微带线MLIN13的第二端分别与基波匹配微带线MLIN14的第一端以及基波匹配电容C18的第一电极电连接，基波匹配电容C18的第二电极接地，基波匹配微带线MLIN14的第二端连接之后的谐波抑制子电路52，基波匹配微带线MLIN13、基波匹配微带线MLIN14以及基波匹配电容C18可以构成T型阻抗匹配单元，L型阻抗匹配单元和T型阻抗匹配单元均可以对基波进行阻抗匹配，能够拓展功率放大器的工作带宽。在实际中，为了最大程度的对工作带宽进行拓展，可以在基波阻抗匹配模块511中设置多个依次串联的L型阻抗匹配单元和T型阻抗匹配单元，本发明实施例对此不做具体限定。
在上述实施例中，第一隔直电容C14用于对第一漏极偏置模块512中的直流信号进行隔离，第二隔直电容C15可以防止信号输出端的直流噪声进入功率放大器中，从而可以减少输出的目标功率放大信号中的直流噪声，进一步对目标功率放大信号进行优化。
在一种可能的实现方式中，输入电路1包括第三隔直电容C1、输入匹配子电路11、第四隔直电容C2以及第一栅极偏置子电路12，其中：第三隔直电容C1的第一电极为射频信号的输入端，第三隔直电容C1的第二电极与输入匹配子电路11电连接，输入匹配子电路11的输出端与第四隔直电容C2的第一电极电连接，第四隔直电容C2的第二电极分别与第一栅极偏置子电路12的第一端以及第一放大电路2的输入端电连接，第一栅极偏置子电路12的第二端与第二偏置电源电连接。
在具体实施时，输入电路1用于将接收到的射频信号进行输入匹配后，向第一放大电路2输出第一匹配射频信号。
具体的，请参阅图3，第三隔直电容C1的第一电极为射频信号的输入端，第三隔直电容C1的第二电极与输入匹配子电路11电连接，第三隔直电容C1用于对接收到的射频信号中可能混杂的直流噪声信号进行隔离。
第一栅极偏置子电路12包括偏置滤波电容C3和第一栅极偏置微带线MLIN5，第一栅极偏置微带线MLIN5的第一端与第四隔直电容C2的第二电极电连接，第一栅极偏置微带线MLIN5的第二端分别与偏置滤波电容C3的第一电极以及第二偏置电源Vgs1电连接，偏置滤波电容C3的第二电极接地，第一栅极偏置子电路12用于向第一放大电路2提供栅极偏置电压，其中的偏置滤波电容C3还能够对射频信号起隔离作用，防止其对偏置供电造成影响。
在一些实施例中，输入匹配子电路11包括多个输入匹配电容以及多个级联的输入匹配微带线，其中：第一级输入匹配微带线的第一端与第三隔直电容的第二电极电连接，最后一级输入匹配微带线的第二端与第四隔直电容的第一电极电连接，每个输入匹配电容的第一电极与每相邻两个输入匹配微带线的连接节点电连接，每个输入匹配电容的第二电极接地。
示例性的，如图3所示，输入匹配子电路11包括输入匹配微带线MLIN1、输入匹配微带线MLIN2、输入匹配微带线MLIN3、输入匹配微带线MLIN4、输入匹配电容C4、输入匹配电容C5以及输入匹配电容C6。其中，输入匹配微带线MLIN1的第一端与第三隔直电容C1的第二电极电连接，输入匹配微带线MLIN1的第二端分别与输入匹配微带线MLIN2的第一端以及输入匹配电容C4的第一电极电连接，输入匹配电容C4的第二电极接地；输入匹配微带线MLIN2的第二端分别与输入匹配微带线MLIN3的第一端以及输入匹配电容C5的第一电极电连接，输入匹配电容C5的第二电极接地；依次类推，每个输入匹配微带线的第二端均与下一级输入匹配微带线的第一端以及输入匹配电容的第一电极电连接，直至最后一级输入匹配微带线的第二端与第四隔直电容C2的第一电极电连接，第四隔直电容C2的第二电极分别与第一栅极偏置子电路12的第一端以及第一放大电路2的输入端电连接，第四隔直电容C2用于对第一栅极偏置子电路12中的直流信号进行隔离。
在上述实施例中，输入匹配微带线MLIN1、输入匹配微带线MLIN2、输入匹配电容C4以及输入匹配电容C5可以构成二级的低通滤波网络，并且具有阻抗匹配的作用，其后级联的输入匹配微带线MLIN3、输入匹配微带线MLIN4以及输入匹配电容C6可以组成T型阻抗匹配单元，也可以进一步拓展功率放大器的工作带宽。
在一种可能的实现方式中，第一放大电路2包括第一稳定子电路21和第一放大子电路22，第一稳定子电路21的第一端与输入电路1的输出端电连接，第一稳定子电路21的第二端与第一放大子电路22的输入端电连接，第一放大子电路22的输出端与级间匹配电路3电连接。
在具体实施时，第一放大电路2用于将经过输入电路1输入匹配后的第一匹配射频信号进行放大后，向级间匹配电路3输出第一放大信号。
具体的，如图1所示，第一稳定子电路21包括并联的稳定电容CQ1和稳定电阻RQ1，稳定电容CQ1的第一电极以及稳定电阻RQ1的第一端均与输入电路1的输出端电连接，稳定电容CQ1的第二电极以及稳定电阻RQ1的第二端均与第一放大子电路22的输入端电连接，第一稳定子电路21可以用于稳定后级的第一放大子电路22，避免第一放大子电路22中的晶体管出现自激振荡，确保第一放大子电路22能够稳定工作。
在一些实施例中，如图1所示，第一放大子电路22包括第一晶体管Q1，第一晶体管Q1的栅极与第一稳定子电路21的第二端电连接，第一晶体管Q1的漏极与级间匹配电路3电连接，第一晶体管Q1的源极接地。基于此，第一放大子电路22用于在接收到输入电路1输出的第一匹配射频信号后，对第一匹配射频信号进行放大，向级间匹配电路3输出第一放大信号。示例性的，为了使得第一放大电路2能够获得较高的增益和效率，晶体管Q1可以是一个4*125μm的晶体管，本发明实施例对此不做具体限定。
在一种可能的实现方式中，如图4所示，级间匹配电路3包括第二漏极偏置子电路31、第五隔直电容C7、级间匹配子电路32、第六隔直电容C8和第二栅极偏置子电路33，其中：第五隔直电容C7的第一电极分别与第二漏极偏置子电路31的第一端以及第一放大电路2的输出端电连接，第二漏极偏置子电路31的第二端与第三偏置电源Vds1电连接，第五隔直电容C7的第二电极与级间匹配子电路32的输入端电连接，级间匹配子电路32的输出端与第六隔直电容C8的第一电极电连接，第六隔直电容C8的第二电极分别与第二栅极偏置子电路33的第一端以及第二放大电路4的输入端电连接，第二栅极偏置子电路33的第二端与第四偏置电源Vgs2电连接。
具体实施时，级间匹配电路3用于对接收到的第一放大信号进行级间匹配后，向第二放大电路4输出第二匹配射频信号。
具体的，如图4所示，第二漏极偏置子电路31包括偏置滤波电容C9和第二漏极偏置微带线MLIN10，第二漏极偏置微带线MLIN10的第一端与第五隔直电容C7的第一电极电连接，第二漏极偏置微带线MLIN10的第二端分别与第三偏置电源Vds1以及偏置滤波电容C9的第一电极电连接，偏置滤波电容C9的第二电极接地，第二漏极偏置子电路31用于向第一放大电路2提供漏极偏置电压。
第二栅极偏置子电路33包括偏置滤波电容C10和第二栅极偏置微带线MLIN11，第二栅极偏置微带线MLIN11的第一端与第六隔直电容C8的第二电极电连接，第为栅极偏置微带线MLIN11的第二端分别与偏置滤波电容C10的第一电极以及第四偏置电源Vgs2电连接，偏置滤波电容C10的第二电极接地，第二栅极偏置子电路33用于向第二放大电路4提供栅极偏置电压，其中的偏置滤波电容C10还能够对射频信号起隔离作用，防止其对偏置供电造成影响。
级间匹配子电路32包括多个级间匹配电容以及多个级联的级间匹配微带线，其中：第一个级间匹配微带线的第一端与第五隔直电容C7的第二电极电连接，最后一个级间匹配微带线的第二端与第六隔直电容C8的第一电极电连接，每个级间匹配电容的第一电极与每相邻两个级间匹配微带线的连接节点电连接，每个级间匹配电容的第二电极接地。第五隔直电容C7用于第二漏极偏置子电路31的直流偏置进行隔离，第六隔直电容C8用于第二栅极偏置子电路33的直流偏置进行隔离。
示例性的，如图4所示，级间匹配子电路32包括级间匹配微带线MLIN6、级间匹配微带线MLIN7、级间匹配微带线MLIN8、级间匹配微带线MLIN9、级间匹配电容C11、级间匹配电容C12以及级间匹配电容C13。其中，级间匹配微带线MLIN6的第一端与第五隔直电容C7的第二电极电连接，级间匹配微带线MLIN1的第二端分别与级间匹配微带线MLIN7的第一端以及级间匹配电容C11的第一电极电连接，级间匹配电容C11的第二电极接地；级间匹配微带线MLIN7的第二端分别与级间匹配微带线MLIN8的第一端以及级间匹配电容C12的第一电极电连接，级间匹配电容C12的第二电极接地；依次类推，每个级间匹配微带线的第二端均与下一个级间匹配微带线的第一端以及级间匹配电容的第一电极电连接，直至最后一个级间匹配微带线的第二端与第六隔直电容C8的第一电极电连接，第六隔直电容C8的第二电极分别与第二栅极偏置子电路33的第一端以及第二放大电路4的输入端电连接，第六隔直电容C8用于对第二栅极偏置子电路33中的直流信号进行隔离。
在上述实施例中，级间匹配微带线MLIN6、级间匹配微带线MLIN7、级间匹配电容C11以及级间匹配电容C12可以构成二级的低通滤波网络，并且具有阻抗匹配的作用，其后级联的级间匹配微带线MLIN8、级间匹配微带线MLIN9以及级间匹配电容C13可以组成T型阻抗匹配单元，也可以进一步拓展功率放大器的工作带宽。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，第二放大电路4包括第二稳定子电路41以及第二放大子电路42，其中：第二稳定子电路41包括多个稳定模块411，第二放大子电路42包括多个放大模块421。每个稳定模块411的第一端均与级间匹配电路3的输出端电连接，每个稳定模块411的第二端均与对应的放大模块421的栅极电连接，每个放大模块421的漏极均与输出电路5的输入端电连接，每个放大模块421的源极均接地。
示例性的，如图1所示，第二稳定子电路41可以包括四个稳定模块411，相应的第二放大子电路42可以包括四个放大模块421。每个稳定模块411均包括四个稳定电阻RQ2、RQ3、RQ4和RQ5，以及分别与每个稳定电阻并联的四个稳定电容CQ2、CQ3、CQ4和CQ5，每个稳定电容的第一电极均与对应的稳定电阻的第一端电连接，每个稳定电容的第二电极均与对应的稳定电阻的第二端电连接，每个稳定模块411的第一端均与级间匹配电路3中的第六隔直电容C8的第二电极电连接，每个稳定模块411的第二端均与对应的放大模块421的栅极电连接，以稳定后级对应的放大模块421，避免放大模块421中的晶体管出现自激振荡，确保放大模块421能够稳定工作。上述每个放大模块421可以为晶体管，则四个放大模块421依次为晶体管Q2、Q3、Q4和Q5。例如，稳定电阻RQ2和稳定电容CQ2组成的稳定模块411的第二端与晶体管Q2的栅极电连接，稳定电阻RQ3和稳定电容CQ3组成的稳定模块411的第二端与晶体管Q3的栅极电连接，依次类推，稳定电阻RQ5和稳定电容CQ5组成的稳定模块411的第二端与晶体管Q5的栅极电连接。
在实际中，为了使得功率放大器可以获得较高的输出功率，上述第二放大子电路42中的晶体管可以是多个晶体管并联的功率合成结构，例如，4个4*150μm的晶体管并联，能够使得功率放大器的输出功率得到提高。
在上述实施例中，输出电路5是基于最大输出功率进行匹配设置的，输入电路1是基于最佳效率进行匹配设置的，上述匹配结构在切比雪夫低通滤波匹配结构上采用微带线和电容进行阻抗匹配，并且在实际中，偏置电路也可以参与阻抗匹配，T型阻抗匹配单元能够拓展功率放大器的工作带宽，在输出电路5中加入多个谐波抑制模块521，从而实现对高次谐波进行抑制的目的，极大的改善了输出信号的回波损耗，提高了功率放大器的功率附加效率。
此外，射频信号经过输入匹配和稳定后到达晶体管Q1，晶体管Q1对第一匹配射频信号进行第一次放大处理，放大后的信号再经过级间匹配和第二放大电路4的第二稳定子电路41后，被晶体管Q2、晶体管Q3、晶体管Q4以及晶体管Q5进行第二次放大，两次放大后的信号经过功率合成后传输至输出电路5，能够进一步提高功率放大器的输出功率。
请参阅图5，图5示例出了本发明实施例提供的功率放大器在连续波模式下的输出功率曲线图，在图示中，横轴表示频率，单位是GHz，纵轴表示输出功率，单位是dBm(分贝毫瓦)。从曲线图中可知，本发明实施例提供的功率放大器在7GHz～13GHz的带内输出功率为41.5dBm～42.5dBm，尤其在X波段内的输出功率均维持在41.5dBm以上，带内平均输出功率大于41.5dBm。因此，在X波段内，相较现有技术中的功率放大器的输出功率在40dBm左右，本发明实施例提供的功率放大器的相对工作带宽提升了20％以上。
请参阅图6，图6示例出了本发明实施例提供的功率放大器在连续波模式下的PAE曲线图，在图示中，横轴表示频率，单位是GHz，纵轴表示PAE，其表示功率放大器功率转换效率的指标，以效率百分比的形式呈现。从图中可知，功率放大器在7GHz～13GHz的带内PAE为42％～48％，带内平均PAE可达45％。因此，本发明实施例中的输出电路5采用多级谐波抑制子电路52与基波阻抗匹配模块511相互结合的电路结构，极大的提高了功率放大器的功率附加效率，使得功率放大器在超宽带的工作带宽下可以达到48％的功率附加效率。
本发明实施例还提供一种通信装置，包括上述实施例中所述的功率放大器。
与现有技术相比，本发明实施例提供的通信装置的有益效果与上述施例中所述的功率放大器的有益效果相同，此处不做赘述。
尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括：依次电连接的输入电路、第一放大电路、级间匹配电路、第二放大电路以及输出电路，其中：
所述输入电路，用于在接收射频信号后，向所述第一放大电路输出经过输入匹配处理的第一匹配射频信号；
所述第一放大电路，用于在接收到所述第一匹配射频信号后，向所述级间匹配电路输出经过第一次放大处理的第一放大信号；
所述级间匹配电路，用于在接收到所述第一放大信号后，向所述第二放大电路输出经过级间匹配处理的第二匹配射频信号；
所述第二放大电路，用于在接收到所述第二匹配射频信号后，向所述输出电路输出经过第二次放大处理以及功率合成后的第二放大信号；
所述输出电路包括依次电连接的输出匹配子电路和谐波抑制子电路，其中：所述输出匹配子电路至少包括基波阻抗匹配模块，所述基波阻抗匹配模块的输出端与所述谐波抑制子电路的输入端电连接；
所述输出电路用于对所述第二放大信号依次基波阻抗匹配处理和谐波抑制处理后，输出目标功率放大信号。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述谐波抑制子电路包括多个基波匹配微带线以及多个谐波抑制模块，每个谐波抑制模块的第一端均通过基波匹配微带线与相邻的所述谐波抑制模块的第一端电连接，每个谐波抑制模块的第二端接地；
所述谐波抑制模块均包括谐振电容和谐振微带线，所述谐振电容的第一电极与所述基波匹配微带线电连接，所述谐振电容的第二电极通过所述谐振微带线接地。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述输出匹配子电路还包括第一隔直电容、第一漏极偏置模块以及第二隔直电容，其中：
所述第一隔直电容的第一电极分别与所述第二放大电路的输出端以及第一漏极偏置模块的第一端电连接，所述第一漏极偏置模块的第二端与第一偏置电源电连接，所述第一隔直电容的第二电极与所述基波阻抗匹配模块的输入端电连接，所述基波阻抗匹配模块的输出端与所述谐波抑制子电路的输入端电连接，所述谐波抑制子电路的输出端与所述第二隔直电容的第一电极电连接，所述第二隔直电容的第二电极为所述功率放大器的输出端。
4.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述输入电路包括第三隔直电容、输入匹配子电路、第四隔直电容以及第一栅极偏置子电路，其中：
所述第三隔直电容的第一电极为所述射频信号的输入端，所述第三隔直电容的第二电极与所述输入匹配子电路电连接，所述输入匹配子电路的输出端与所述第四隔直电容的第一电极电连接，所述第四隔直电容的第二电极分别与所述第一栅极偏置子电路的第一端以及所述第一放大电路的输入端电连接，所述第一栅极偏置子电路的第二端与第二偏置电源电连接。
5.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述输入匹配子电路包括多个输入匹配电容以及多个级联的输入匹配微带线，其中：
第一级所述输入匹配微带线的第一端与所述第三隔直电容的第二电极电连接，最后一级所述输入匹配微带线的第二端与所述第四隔直电容的第一电极电连接，每个所述输入匹配电容的第一电极与每相邻两个所述输入匹配微带线的连接节点电连接，每个所述输入匹配电容的第二电极接地。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第一放大电路包括第一稳定子电路和第一放大子电路，所述第一稳定子电路的第一端与所述输入电路的输出端电连接，所述第一稳定子电路的第二端与所述第一放大子电路的输入端电连接，所述第一放大子电路的输出端与所述级间匹配电路电连接。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其特征在于，所述第一放大子电路包括第一晶体管，所述第一晶体管的栅极与所述第一稳定子电路的第二端电连接，所述第一晶体管的漏极与所述级间匹配电路电连接，所述第一晶体管的源极接地。
8.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述级间匹配电路包括第二漏极偏置子电路、第五隔直电容、级间匹配子电路、第六隔直电容和第二栅极偏置子电路，其中：
所述第五隔直电容的第一电极分别与所述第二漏极偏置子电路的第一端以及所述第一放大电路的输出端电连接，所述第二漏极偏置子电路的第二端与第三偏置电源电连接，所述第五隔直电容的第二电极与所述级间匹配子电路的输入端电连接，所述级间匹配子电路的输出端与所述第六隔直电容的第一电极电连接，所述第六隔直电容的第二电极分别与所述第二栅极偏置子电路的第一端以及第二放大电路的输入端电连接，所述第二栅极偏置子电路的第二端与第四偏置电源电连接。
9.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述第二放大电路包括第二稳定子电路以及第二放大子电路，其中：所述第二稳定子电路包括多个稳定模块，所述第二放大子电路包括多个放大模块；
每个所述稳定模块的第一端均与所述级间匹配电路的输出端电连接，每个所述稳定模块的第二端均与对应的所述放大模块的栅极电连接，每个所述放大模块的漏极均与所述输出电路的输入端电连接，每个所述放大模块的源极均接地。
10.一种通信装置，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的功率放大器。
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