[实用新型]采用片上微带分路合路器的单片集成功率放大器芯片

说明书

技术领域

本技术方案属于射频功率放大器，具体是一种采用片上微带分路合路器的单片集成功率放大器芯片。

背景技术

在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。当今，电信运营商推出了很多不同的无线通信系统，而不同的无线通信系统传输的频率和工作的模式要求不同。因此，高功率单片集成射频功率放大器芯片应运而生，以中国北斗一代5W功率放大器芯片为例，该芯片内部采用两路射频功率放大器通过片上微带功分器﹑合路器合成。

现有的技术是采用分路合路器件，在片上或片外对两路射频功率放大器进行合成，现有的技术方案请参考图1a和图1b。现有技术中采用片上分路合路器件对两路射频功率放大器进行合成的方案，解决了功率放大器单片集成的需求，但是由于分路合路器件的体积和射频损耗比较大，从而导致这种功率放大器芯片的输出功率减小﹑效率变差，而且整个芯片的体积较大。

现有技术中功率放大器偏置电路一般是按照传统的双极型晶体管偏置电路，两个电阻串联分压组成请参考图1c。当输入功率增加时，功率管栅源端的电压V_GS电压信号增加，由于栅源端的P-N结二极管箝位作用，使得大的正向电压受限，尤其信号越大该箝位作用越明显，经过P-N结二极管整形以后的平均电压值V_GS将会降低ΔV_GS，偏置点将会由S点移动到L₁点，该点斜率将会低于S点的斜率，所以对应的跨导降低，导致增益下降，相位失真。一般功率放大器经常工作在非最大输出功率状态，因此功率放大器的平均效率会比较低。

发明内容

为了解决该现有技术功率放大器芯片输出功率小、效率差等问题，本技术方案在现有采用片上分路合路器件功率放大器芯片的基础上，将芯片内部的分路合路器件用片内分布式基板微带功分器﹑合路器替换，既减小了芯片体积又降低了成本，同时提高了芯片的输出功率和效率。并且通过芯片内部采用自适应偏置电 路可以有效的提高线性输出功率及平均效率。

本技术方案具体如下：

一种采用片上微带分路合路器的单片集成功率放大器芯片，包括片上微带功分器、片上微带合路器和两路相同的功率放大器；本芯片的射频输入端连接片上微带功分器的合路输入端口，片上微带功分器的第一、二分路输出端口分别连接两路功率放大器的输入端；两路功率放大器的输出端分别连接片上微带合路器的第一、二分路输入端口，片上微带合路器的合路输出端口连接本芯片的射频输出端口；片上微带功分器和片上微带合路器的结构是相同的威尔金森结构；威尔金森结构的合路端口为片上微带功分器的合路输入端口，威尔金森结构的两个分路端口为片上微带功分器的第一、二分路输出端口；威尔金森结构的合路端口为片上微带合路器的合路输出端口，威尔金森结构的两个分路端口为片上微带合路器的第一、二分路输入端口；所述两路功率放大器中，每一路功率放大器都是由一个功率放大器单体构成，或者是由多个独立的功率放大器单体依次串联构成，其特征是还包括有源偏置电路，有源偏置电路的数量与功率放大器单体的数量相同，各个有源偏置电路构成有源偏置网络；对于任一有源偏置电路包括如下器件：

三个晶体管M1、M2和M3；其中，对于晶体管M1和M2，它们各自的栅极和漏极连接；

电容C1；

电阻R1、R2和R_bias；

所述晶体管M1的漏极通过电阻R1连接参考电压Vref；晶体管M1的栅极通过电容C1接地；

所述晶体管M2的漏极连接晶体管M1的源极；晶体管M2的源极接地；

所述晶体管M3的漏极连接电源VCC；晶体管M3的栅极通过电容C1接地；晶体管M3的源极通过电阻R2接地；所述电阻R_bias的一端连接晶体管M3的源极；

对于所述功率放大器单体，功率放大器单体的信号输入端连接R_bias的另一端，同时，功率放大器单体的输入信号通过隔直电容C2传到功率放大器单体的信号输入端。

有源偏置电路结构的原理是，通过有源偏置电路结构补偿电压ΔV_GS和补偿 电流I_com，保持大信号与小信号的跨导一致。通过分压电阻R2及隔直电阻R_bias连接到功率管栅极，起电压补偿作用的主要是M3管的栅源二极管及滤波电容C1，当输入信号功率增加时，由于功率管栅源二极管的整流作用，功率管栅源间的平均直流电压V_GS降低。