CN102130657A - 一种功率放大器、不对称达赫笛功率放大设备和基站 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大器、不对称达赫笛功率放大设备和基站。本发明实施例采用将不同的射频功率放大通道集中在一个器件内部，构成一种功率放大器，从而可以通过在生产时进行测试并加以筛选的方式来减少不同射频功率放大通道之间的离散性，避免现有技术只有在应用时才能发现不同射频放大通道之间的由于器件离散性所导致的无法控制性能的情况的发生；由于该功率放大器是单一器件，所以在应用时能保证具有较低的离散性，有利于提高ADPA电路的性能。

Description

一种功率放大器、不对称达赫笛功率放大设备和基站
技术领域
本发明涉及电子信息领域，具体涉及一种功率放大器、不对称达赫笛功率放大(ADPA，Asymmetric Doherty Power Amplifier)设备和基站。
背景技术
在日益发展的移动通信基站产品中，射频功率放大器的性能朝着效率越来越高、带宽越来越宽、线性越来越好和面积越来越小的方向不断发展。随着全球移动通讯***(GSM，Global System for Mobile Communications)多载波、宽带码分多址(WCDMA，Wideband Code Division Multiple Access)多载波以及长期演进(LTE，Long Term Evolution)***等高峰均比信号的商用，为了保证高峰均比信号不被压缩或被压缩得小一些，以避免信号失真，需要让射频功率放大器在具有更多的回退(back-off)的场景下工作。所谓的回退，指的是射频功率放大器的输出功率小于该射频功率放大器的饱和功率输出，其大小等于饱和功率和输出功率的差。过多的回退，会给射频功率放大器的效率带来一定的损失。
为了即能保证足够的回退，又能满足高效率的要求，现有技术提出了采用不对称达赫笛功率放大器(ADPA，Asymmetric Doherty Power Amplifier)技术，即采用多个不同的器件做成ADPA电路(以下称为ADPA设备)。例如，参见图1，该ADPA电路包括主射频功率放大器001、峰值射频功率放大器002、功分器003、阻抗变换电路004和Doherty合成电路005，其中，输入信号经过功分器003分路后，通过阻抗变换电路004中的输入阻抗变换电路进入射频功率放大器，主射频功率放大器001和峰值射频功率放大器002均属于单通道器件，主射频功率放大器001和峰值射频功率放大器002分别通过阻抗变换电路004中的输出阻抗变换电路，与Doherty合成电路005串联，Doherty合成电路005可以是一个三端口微带网络，其各端口阻抗值可以由主射频功率放大器001和峰值射频功率放大器002的功率决定。
在对现有技术的研究和实践过程中，本申请的发明人发现，由于ADPA设备对两路(即主射频功率放大器001和峰值射频功率放大器002)相位要求很高，而射频功率放大器本身存在离散性，不同批次的射频功率放大器的离散性会大大加剧两路的相位差，造成ADPA设备的功率合成损耗，严重影响ADPA的性能，而这种离散性只有在应用时才能被发现，导致无法控制ADPA设备的性能。
发明内容
本发明实施例提供一种功率放大器、ADPA设备和基站，可以在保证具有高效率的同时，减少离散性，提高功率放大器的性能。
一种功率放大器，包括至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道并具有至少两个输入端和至少两个输出端；
所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道中的每一路包括接收输入信号的输入端、用于对射频信号进行功率放大的射频功率放大单元和用于输出信号的输出端；
所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道的输入端作为该功率放大器的输入端，所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道输出端作为该功率放大器的输出端。
一种不对称达赫笛功率放大设备，包括阻抗变换电路和本发明实施例提供的任意一种功率放大器；
所述阻抗变换电路包含输入阻抗变换电路和/或输出阻抗变换电路，所述输入阻抗变换电路和输出阻抗变换电路分别与功率放大器的输入端和输出端串联连接，用于使所述功率放大器与其他射频电路相匹配。
本发明实施例采用将不同的射频功率放大通道集中在一个器件内部，构成功率放大器，从而可以通过在器件出厂前进行测试并加以筛选的方式来减少不同射频功率放大通道之间的离散性，避免现有技术只有在应用时才能发现器件之间的离散性所导致的无法控制性能的情况的发生，有利于提高ADPA设备的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1是现有技术中的ADPA电路的示意图；
图2是本发明实施例提供的功率放大器的示意图；
图3是本发明实施例提供的功率放大器的另一示意图；
图4是本发明实施例提供的ADPA设备的示意图；
图5是本发明实施例提供的ADPA设备的另一示意图；
图6是本发明实施例提供的射频功率放大单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供功率放大器、不对称达赫笛功率放大设备以及包括该功率放大器或该不对称达赫笛功率放大设备的基站。以下分别进行详细说明。
一种功率放大器，包括至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道，并具有至少两个输入端和至少两个输出端；其中，各路射频功率放大通道分别包括输入端、射频功率放大单元和输出端，每一路射频功率放大通道的输入端均作为该功率放大器的输入端，每一路射频功率放大通道的输出端均作为该功率放大器的输出端，射频功率放大单元用于对射频信号进行功率放大。
在本发明实施例中，射频功率放大单元(Transistor)可以包括法兰盘(Flange)、有源管芯(Die)和键合线(Bonding Wire)。其中，法兰盘为射频功率放大通道的基底；有源管芯用于对射频信号进行放大，键合线用于将有源管芯与射频功率放大通道的输入端或输出端进行连接。进一步的，射频功率放大单元还可以包括提供预匹配的电路，在本发明实施例中可以包括金属氧化物半导体电容(MOS capacitor或CMOS)，用于通过键合线与有源管芯和射频功率放大通道的输入端或输出端相连，进行有源管芯与射频功率放大通道的输入端或输出端之间的预匹配。
其中，每两路射频功率放大通道中的有源管芯之间的功率容量、尺寸、半导体材料、级数、工艺和有源管芯个数等中的至少一个不同。工艺包括采用场效应晶体管(FET，Field Effect Transistor)或双极结型晶体管(BJT，BipolarJunction Transistor)等。
例如，参见图2，该功率放大器100可以包括第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102，并具有两个输入端和两个输出端，即该功率放大器100内部具有两个通道。
其中，第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102相互独立，第一射频功率放大单元101的输入端和第二射频功率放大单元102的输入端作为该功率放大器100的两个输入端，而第一射频功率放大单元101的输出端和第二射频功率放大单元102的输出端则作为该功率放大器100的两个输出端。
其中，第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102的级数相同，均为一级，而功率容量、尺寸、半导体材料、工艺和有源管芯个数等均不相同。参见图2，第一射频功率放大单元101功率容量为50w，尺寸较小，半导体材料为横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)，工艺采用的为FET，有源管芯个数为1个；第二射频功率放大单元102功率容量为150w，尺寸较大，半导体材料为氮化镓(GaN，Gallium Nitride)，工艺采用的为BJT，有源管芯个数为2个。
又例如，参见图3，该功率放大器200可以包括第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203，并具有三个输入端和三个输出端，即该功率放大器200内部具有三个通道。
其中，第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203相互独立，第一射频功率放大单元201的输入端、第二射频功率放大单元202的输入端和第三射频功率放大单元203的输入端作为该功率放大器200的三个输入端，而第一射频功率放大单元201的输出端、第二射频功率放大单元202的输出端和第三射频功率放大单元203的输出端则作为该功率放大器200的三个输出端。
其中，第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203的级数相同，均为一级，功率容量、尺寸、半导体材料、有源管芯个数等均不相同，工艺相同，均采用FET。参见图3，第一射频功率放大单元201功率容量为50w，尺寸较小，半导体材料为LDMOS，有源管芯个数为1个，而第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203尺寸较大，其中，第二射频功率放大单元202的半导体材料为GaN，有源管芯个数为1个，功率容量为100w，第三射频功率放大单元203的半导体材料为砷化镓(GaAs，Gallium Arsenide)，有源管芯个数为2个，功率容量为150w。
需说明的是，以上仅仅以该功率放大器的内部包括两个或三个通道为例进行说明，应当理解的是，本发明实施例所提供的功率放大器的内部还可以包括三个以上的通道，即包括三路以上的射频功率放大单元，而且，这些射频功率放大单元可以根据实际应用的需求采用不同的有源管芯，比如采用不同功率容量、不同尺寸、不同个数、不同级数、不同半导体材料以及不同工艺，等等。
由上可知，本发明实施例采用将不同的射频功率放大单元集中在一个器件内部，构成功率放大器，从而可以通过在生产时进行测试并加以筛选的方式来减少不同射频功率放大单元之间的离散性，避免现有技术只有在应用时才能发现器件之间的离散性所导致的性能无法控制的情况的发生；由于该功率放大器为单一器件，所以在应用时能保证具有较低的离散性，有利于提升器件效率，以及提高ADPA性能。
进一步的，只需采用一个本发明实施例提供的功率放大器，就可以实现现有技术中需要多个独立射频功率放大器才能实现的效果，由于该功率放大器是单一器件，所以可以制作成小型器件，相对于需要两个独立射频功率放大器而言，可以有效地减小布板面积，而且还可以降低成本。
相应地，本发明实施例还提供一种ADPA设备，包括阻抗变换电路、Doherty合成电路和本发明实施例提供的任一种功率放大器；
其中，阻抗变换电路与功率放大器的输入端和/或输出端串联连接，用于使得该功率放大器与其他器件(如射频器件)能够匹配。阻抗变换电路的个数可以根据实际的应用需求而定。比如，阻抗变换电路可以包括输入阻抗变换电路和输出阻抗变换电路，其中，输入阻抗变换电路与功率放大器的输入端相连，输出阻抗变换电路与功率放大器的输出端相连。
其中，功率放大器，用于接收输入信号，对输入信号进行功率放大后，通过功率放大器的输出端将放大后的信号输出给阻抗变换电路。
功率放大器可以包括至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道，可以包括主射频功率放大通道和峰值射频功率放大通道，比如，射频功率放大通道中一路为主射频功率放大通道，其他通道均为峰值射频功率放大通道。
Doherty合成电路，用于将每一路射频功率放大通道输出相连。Doherty电路的具体构成在本发明实施例中可以不予限定。其中，Doherty合成电路可以为多端口微带网络，其端口数目由功率放大器所包括的射频功率放大通道的数目决定，其各端口的阻抗值和相位长度由每一路射频功率放大通道的功率决定。
进一步的，该ADPA设备还可以包括功分器；
功分器，用于将输入信号分为不等能量的信号，并分别传输给功率放大器中的各路射频功率放大通道。其中，该功分器具体可以为电桥或微带功分器，在本发明实施例中可以不予以限定。
例如，参见图4，ADPA设备包括功分器301、输入阻抗变换电路303、功率放大器100、输出阻抗变换电路304和Doherty合成电路302；
其中，输入信号经过功分器301，进入输入阻抗变换电路303。
其中，功率放大器100可以包括第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102，并具有两个输入端和两个输出端，即该功率放大器100内部具有两个通道。
其中，第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102相互独立，第一射频功率放大单元101的输入端和第二射频功率放大单元102的输入端作为该功率放大器100的两个输入端，并分别与输入阻抗变换电路303相连；而第一射频功率放大单元101的输出端和第二射频功率放大单元102的输出端则作为该功率放大器100的两个输出端，并分别与输出阻抗变换电路304相连。
其中，第一射频功率放大单元101和第二射频功率放大单元102的功率容量、尺寸、有源管芯个数、级数、半导体材料和工艺中的至少一个不同。
第一射频功率放大单元101为ADPA设备中的主射频功率放大单元，第二射频功率放大单元102为ADPA设备中的峰值功率放大单元。
由于本发明实施例中的功率放大器100可以是一个不对称的器件，所以可以满足不同的功率比需求，比如，如果要求主射频功率放大单元和峰值射频功率放大单元的功率容量比为1∶2，并且，总输出功率为150w，则可以选择功率为50w的射频功率放大单元作为主射频功率放大单元101，而选择功率为100w的射频功率放大单元作为峰值射频功率放大单元102，等等。
又例如，参见图5，ADPA设备包括功分器401、功率放大器200、输入阻抗变换电路403、输出阻抗变换电路404和Doherty合成电路402；；
该功率放大器200可以包括三路射频功率放大通道，分别为第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203，并具有三个输入端和三个输出端，即该功率放大器200内部具有三个通道。
其中，输入信号经过功分器401，进入输入阻抗变换电路403，经过功率放大器200的三路射频功率放大通道进行功率放大后，进入输出阻抗变换电路404，进而通过Doherty合成电路402后输出；
其中，第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203相互独立，第一射频功率放大单元201的输入端、第二射频功率放大单元202的输入端和第三射频功率放大单元203的输入端作为该功率放大器200的三个输入端，分别与输入阻抗变换电路403相连；而第一射频功率放大单元201的输出端、第二射频功率放大单元202的输出端和第三射频功率放大单元203的输出端则作为该功率放大器200的三个输出端，其中，第一射频功率放大单元201的输出端、第二射频功率放大单元202的输出端和第三射频功率放大单元203的输出端，分别与输出阻抗变换电路404相连。
其中，第一射频功率放大单元201、第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203的功率容量、尺寸、有源管芯个数、级数、半导体材料和工艺中的至少一个不同。
第一射频功率放大单元201可以为该ADPA设备的主射频功率放大单元，第二射频功率放大单元202和第三射频功率放大单元203可以为该ADPA设备的峰值射频功率放大单元。
如图6所示，本发明实施例中的射频功率放大单元(Transistor)可以由法兰盘601(Flange)、有源管芯602(Die)和键合线603(Bonding Wire)组成，还可以包括预匹配电路，在本发明实施例中，该预匹配电路可以包括金属氧化物半导体电容(MOS capacitor)。
图6a1为由法兰盘6011、有源管芯6012和键合线6013组成的射频功率放大单元a的侧面示意图，图6a2为该射频功率放大单元a的俯视示意图；有源管芯6012分别通过键合线6013和该射频功率放大单元的输入端以及输出端相连。
图6b1为由法兰盘6021、有源管芯6022、键合线6023以及金属氧化物半导体电容6024组成的射频功率放大单元b的侧面示意图，图b2为该射频功率放大单元b的俯视示意图，其中键合线6023以及金属氧化物半导体电容6024组成该射频功率放大单元与射频功率放大通道的输入端之间的预匹配；
图6c为由法兰盘6031、有源管芯6032、键合线6033以及金属氧化物半导体电容6034组成射频功率放大单元c的侧面示意图，其中键合线6033以及金属氧化物半导体电容6034组成该射频功率放大单元与该射频功率放大通道的输出端之间的预匹配；
图6d为由法兰盘6041、有源管芯6042、键合线6043以及金属氧化物半导体电容6044组成的射频功率放大单元d的侧面示意图，其中键合线6043以及金属氧化物半导体电容6044分别组成该射频功率放大单元与射频功率放大通道的输入端或输出端的预匹配；
图6e为有源管芯6052的个数为2时，由法兰盘6051、有源管芯6052和键合线6053组成的射频功率放大单元e的俯视示意图。
需说明的是，以上仅仅以该功率放大器的内部包括两个或三个通道为例进行说明，应当理解的是，本发明实施例所提供的功率放大器的内部还可以包括三个以上的通道，即包括三个以上的射频功率放大单元；另外，功分器、功率放大器和阻抗变换电路之间的连接关系除了图4和图5中所示的连接之外，还可以根据实际应用的需求另行设计，在此不再赘述。
由上可知，本发明实施例的ADPA设备中的功率放大器为一种不对称的器件，其内部可以包括有多路不同的射频功率放大通道，从而可以在实现现有技术中需要多个独立的射频功率放大器才能实现的效果的同时，减少器件间的离散性，有利于提升器件效率，以及提高整个ADPA设备的性能。
进一步的，由于该功率放大器是单一器件，所以可以制作成一个小型的器件，相对于需要两个独立射频功率放大器而言，可以有效地减小布板面积，而且相对于需要对射频功率放大单元分别进行封装而言，集中封装成一个器件的材料消耗会更少一些，有利于降低成本。
本发明实施例还提供一种基站，包括本发明实施例中所包括的任意一种功率放大器，或者任意一种ADPA设备。
以上对本发明实施例所提供的一种功率放大器、不对称达赫笛功率放大设备和基站进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，
包括至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道并具有至少两个输入端和至少两个输出端；
所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道中的每一路包括接收输入信号的输入端、用于对射频信号进行功率放大的射频功率放大单元和用于输出信号的输出端；
所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道的输入端作为该功率放大器的输入端，所述至少两路相互独立且互不相同的射频功率放大通道输出端作为该功率放大器的输出端。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，
所述用于对射频信号进行功率放大的射频功率放大单元(Transistor)包括有源管芯(Die)、键合线(Bonding Wire)和法兰盘(Flange)；
所述相互独立且互不相同的射频功率放大通道包括互不相同的射频功率放大单元，其中，
所述互不相同的射频功率放大单元为每两路射频功率放大单元所包括的有源管芯的功率容量、尺寸、半导体材料、级数、工艺和有源管芯个数中的至少一个不同。
3.根据权利要求1或2所述的功率放大器，其特征在于，
所述用于对射频信号进行功率放大的射频功率放大单元(Transistor)还包括提供预匹配的电路，用于通过所述键合线与所述有源管芯相连，并通过所述键合线与所述射频功率放大通道的输入端或输出端相连，提供所述有源管芯与所述射频功率放大通道的输入端或输出端之间的预匹配。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其特征在于，所述提供预匹配的电路包括金属氧化物半导体电容。
5.一种不对称达赫笛功率放大(ADPA)设备，其特征在于，包括阻抗变换电路和权利要求1至4任意一项所述的功率放大器；
所述阻抗变换电路包含输入阻抗变换电路和/或输出阻抗变换电路，所述输入阻抗变换电路和输出阻抗变换电路分别与功率放大器的输入端和输出端串联连接，用于使所述功率放大器与其他射频电路相匹配。
6.根据权利要求5所述的不对称达赫笛功率放大设备，其特征在于，还包括达赫笛(Doherty)合成电路，用于将所述功率放大器所包括的每一路射频功率放大通道的输出相连。
7.根据权利要求6所述的其特征不对称达赫笛功率放大设备，其特征在于，所述Doherty合成电路为多端口微带网络，其端口数目由所述功率放大器所包括的射频功率放大通道的数目决定，其各端口的阻抗值和相位长度由所述每一路射频功率放大通道的功率决定。
8.根据权利要求5或6或7所述的不对称达赫笛功率放大设备，其特征在于，还包括功分器，用于将输入信号分为不等能量的信号，并分别传输给功率放大器中的每一路射频功率放大通道。
9.根据权利要求7所述的不对称达赫笛功率放大设备，其特征在于，所述功分器为电桥或微带功分器。
10.一种基站，其特征在于，包括如权利要求1至4任意一项所述的功率放大器，或者，包括如权利要求5至9任意一项所述的不对称达赫笛功率放大设备。
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