[发明专利]一种基于分布式结构的功率放大器及芯片

说明书

本发明提供一种基于分布式结构的功率放大器及芯片，将一个主功放和多个辅功放通过分布式功率匹配网络和分布式功率合成网络将整个功率放大器的最佳负载阻抗匹配至主功放和辅功放的最佳负载阻抗，并保证所述主功放和各辅功放相位同步，减小了所述功率放大器的尺寸，在集成电路工艺上实现宽带高回退效率的性能。通过将功率匹配传输线与主功放、辅功放的输入电容结合，能够在较宽的频带内实现主功放和辅功放的阻抗匹配。

技术领域

本发明涉及微波功率放大器及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于分布式结构的功率放大器及芯片。

背景技术

5G作为新一代通信系统，其大量的技术优势需要有更严苛的射频元件支撑。为扩展工作带宽，功率放大器中常用分布式放大器架构，其工作带宽可以超过100％。为提高频谱效率，通信信号常采用OFDM等复杂的调制方式，这带来了高峰均比(PAPR)问题。高PAPR对功率放大器的效率指标带来了不利的影响。传统的AB类功率放大器在饱和功率附近有较高的效率，但当输出功率降低时，其效率急剧下降。由于在高PAPR下功率放大器大部分时间工作在回退效率区，使得AB类功率放大器的效率远远低于其饱和效率。由于传统分布式放大器架构使用AB类偏置，因此分布式放大器架构在高PAPR下无法解决平均效率低的问题。

在提高回退效率的方案中，较为常用的有Doherty技术、负载调制平衡技术(LMBA)、包络跟踪技术(ET)等。其中，LMBA技术中电路结构复杂，对于载波的相位控制要求较高。ET技术中的包络放大器带宽受限，难以应用在宽带场景。Doherty技术结构简单，性能稳定。但是Doherty功率放大器需要使用四分之一波长线来实现合理的负载调制，这限制了它的工作带宽。在现阶段小型化的趋势下，基于集成电路工艺的单片(MMIC)功放是常见的小型化方案，然而由于芯片尺寸和无源网络损耗的限制，板级Doherty功放宽带的方法很难应用于MMIC功放设计中，目前报道的MMIC Doherty功放的带宽通常小于40％。因此，亟需一种具备超宽带高回退效率的功率放大器。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种基于分布式结构的功率放大器及芯片，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷，解决传统分布式功率放大器存在的尺寸大、无高回退效率且带宽窄的问题。

本发明的技术方案如下：

本发明提供一种基于分布式结构的功率放大器，包括：

宽带输入匹配网络，所述宽带输入匹配网络前端连接射频输入端口；

分布式功率匹配网络，包括多个串联的功率匹配传输线；所述分布式功率匹配网络的前端连接所述宽带输入匹配网络；

一个主功放和多个辅功放，所述主功放和所述辅功放的数量之和等于所述功率匹配传输线的数量，所述主功放和所述辅功放的输入端逐一连接在各功率匹配传输线的前端；

分布式功率合成网络，包括多个串联的功率合成传输线；所述功率合成传输线的数量等于所述辅功放的数量；所述分布式功率合成网络的输入端连接所述主功放的输出端，各功率合成传输线的后端逐一连接所述辅功放的输出端；

宽带输出匹配网络，所述宽带输出匹配网络的前端连接在所述分布式功率合成网络的输出端，所述宽带输出匹配网络的后端连接射频输出端口；

其中，所述主功放偏置在AB类，所述辅功放偏置在C类；通过选择设置各功率匹配传输线和各功率合成传输线的特定阻抗和电长度，将所述功率放大器最佳负载阻抗匹配至所述主功放和所述辅功放的最佳负载阻抗，并保证所述主功放和各辅功放相位同步。

在一些实施例中，所述宽带输入匹配网络、所述分布式功率匹配网络、所述主功放、所述辅功放、所述分布式功率合成网络和所述宽带输出匹配网络采用半导体集成电路工艺制备。