CN109560780B - 一种5g基站功率放大器 - Google Patents

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Abstract

一种5G基站功率放大器，涉及第五代移动通信设备技术领域。信号由SMA输入端口输入，经过微带型功分器分为两路信号；第一通路信号经过前置放大器管放大，输入到主放大器管，再经过四分之一波长传输线输入到功率合成器；第二通路信号经过四分之一波长传输线输入到前置放大器管，经过主放大器管输入到功率合成器；信号经过功率合成器和功率合成器隔离电阻合成为一路信号，经过SMA输出端口输出。两个通路中的功率放大器管为场效应晶体管，并采用集成电路封装。本发明为了满足功率放大器的性能要求，同时配置了最佳的偏置电压及***电路，其具有高增益、高线性度和高功率附加效率等特点。

Description

一种5G基站功率放大器
技术领域
本发明涉及第五代移动通信设备技术领域，具体是涉及一种5G基站功率放大器。
背景技术
第五代移动通信(5G)采用宽带数字调制技术，已调波为非恒包络信号，其峰均比较高，这意味着基站发射机应采用高线性的功率放大器。为了满足大动态内的线性度指标，功率放大器采用大回退的AB类型，功率附加效率很低。
为了提高***的频谱利用率，满足高速率、大带宽和低时延等不同的应用场景，第五代移动通信(5G)***的移动基站采用基于大规模多输入多输出和波束形成的有源阵列天线。这种结构中，一个天线阵列单元或者多个天线阵列单元均需要配置功率放大器，这就意味着有源天线阵列天线配置多个甚至上千个功率放大器。因此，用于第五代移动通信(5G)的功率放大器必须满足基站对散热的要求，天线对功率放大器的功率附加效率要求很高。
为了满足高效率和高线性的要求，第五代移动通信(5G)***采用了高效率功放和线性化技术相结合的技术线路，在线性度上采用了数字预失真技术，高效率则由功率放大器实现。目前现有的提高功率放大器的技术提高效率的方法包括小回退AB类功率放大器、切瑞克斯、包络消除复原和动态包络跟踪等技术。其中，小回退AB类功放虽然实现容易，便于生产，但其提高效率的能力有限，不足以满足要求；切瑞克斯技术需要信号幅度和相位在宽频带内的精确转换，技术难度很大；包络消除复原和动态包络跟踪等技术需要宽带和高反应速度的电源转换器，器件技术达不到要求。
虽然数字预失真技术技术可以有效提高第五代移动通信(5G)的线性度，降低对功率放大器线性度的要求，但是，复杂的数字预失真技术对硬件的开销较大，在提高了***技术的复杂度的同时，也提高的了基站设备的成本，因此，在数字预失真和功率放大器的线性度、功率附加效率中寻找最优配置，是第五代移动通信(5G)基站功率放大器的重要问题之一。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺点，本发明的目的是提供一种第五代移动通信(5G)基站功率放大器。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：一种5G基站功率放大器，主要包括SMA输入端口、微带型功分器、功分器隔离电阻、第二通路四分之一波长传输线、第一通路前置放大器管、第二通路前置放大器管、第一通路主放大器管、第二通路主放大器管、第一通路四分之一波长传输线、功率合成器隔离电阻、功率合成器、SMA输出端口；信号由SMA输入端口输入，经过微带型功分器分为两路信号，两通路信号经过功分器隔离电阻相互隔离；第一通路信号经过第一通路前置放大器管放大，输入到第一通路主放大器管，再经过第一通路四分之一波长传输线输入到功率合成器；第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线输入到第二通路前置放大器管，经过第二通路主放大器管输入到功率合成器；信号经过功率合成器和功率合成器隔离电阻合成为一路信号，经过SMA输出端口输出。
本发明的5G基站功率放大器，第一通路前置放大器管、第一通路主放大器管、第二通路前置放大器管、第二通路主放大器管通过功率放大器管封装芯片封装；第一通路信号输入到功率放大器管封装芯片的第一射频输入端口，第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线输入到功率放大器管封装芯片的第二射频输入端口；功率放大器管封装芯片对两通路信号进行放大，然后分别经过功率放大器管封装芯片的第一射频输出端口和第二射频输出端口输出，第一通路信号经过第一通路四分之一波长传输线输出到功率合成器，第二通路信号直接输出到功率合成器11，最后通过SMA输出端口输出。
本发明的5G基站功率放大器，第一通路中，第一通路前置放大器管栅极电压VG1通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线传输，第一通路前置放大器管栅极第一电容一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第二电容一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第三电容一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极电压VG1通过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线以及第一通路前置放大器管栅极第一电容、第一通路前置放大器管栅极第二电容、第一通路前置放大器管栅极第三电容作用到第一通路前置放大器管的栅极；
第一通路中，第一通路前置放大器管漏极极电压VD1通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线传输，第一通路前置放大器管漏极第一电容一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线，另一端跨过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线，经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第二电容一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第三电容一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极极电压VD1通过第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线及第一通路前置放大器管漏极第一电容、第一通路前置放大器管漏极第二电容、第一通路前置放大器管漏极第三电容作用到第一通路前置放大器管的漏极。
本发明的5G基站功率放大器，第一通路主放大器管的栅极电压VG2和漏极电压VD2，第二通路前置放大器管的栅极电压VG3和漏极电压VD3，第二通路主放大器管的栅极电压VG4和漏极电压VD4采用与第一通路前置放大器管相同的馈线和偏置电容的布局布线方式分别作用到第一通路主放大器管的栅极和漏极，第二通路前置放大器管的栅极和漏极，第二通路主放大器管的栅极和漏极。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
本发明的5G基站功率放大器，其输入端采用功分器将输入信号分为两路，输出端采用功率合成器将两路信号通路合成为一路信号输出，在输入端的功分器和输出端的合路器均采用电阻隔离装置。第二路信号通路前置放大器管输入端接四分之一波长传输线，第一路信号通路主放大器管的输出端接四分之一波长传输线，两路信号采用了阶梯阻抗变换装置，达到阻抗的最佳匹配。第一路信号通路采用了两级串联功率放大器管结构，其中前置放大器管采用A类放大器结构，主放大器管采用AB类放大器；第二路信号通路采用了两级串联功率放大器管结构，其中前置放大器管采用A类放大器结构，主放大器管采用C类放大器。两个通路中的功率放大器管为场效应晶体管，并采用集成电路封装。本发明为了满足功率放大器的性能要求，同时配置了最佳的偏置电压及***电路，其具有高增益、高线性度和高功率附加效率等特点。
附图说明
以下结合实施例和附图对本发明的5G基站功率放大器作出进一步的详述。
图1是5G基站功率放大器的信号传输示意图。
图2是5G基站功率放大器的电路原理图。
图中：1-SMA输入端口；2-微带型功分器；3-功分器隔离电阻；4-第二通路四分之一波长传输线；5-第一通路前置放大器管；6-第二通路前置放大器管；7-第一通路主放大器管；8-第二通路主放大器管；9-第一通路四分之一波长传输线；10-功率合成器隔离电阻；11-功率合成器；12-SMA输出端口。
13-功率放大器管封装芯片；14-第一射频输入端口；15-第二射频输入端口；16-第一射频输出端口；17-第二射频输出端口。
18-第一通路前置放大器管栅极电压VG1；19-第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线；20-第一通路前置放大器管栅极第一电容；21-第一通路前置放大器管栅极第二电容；22-第一通路前置放大器管栅极第三电容。
23-第一通路前置放大器管漏极极电压VD1；24-第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线；25-第一通路前置放大器管漏极第一电容；26-第一通路前置放大器管漏极第二电容；27-第一通路前置放大器管漏极第三电容。
具体实施方式
请参阅图1所示，5G基站功率放大器主要包括SMA输入端口1、微带型功分器2、功分器隔离电阻3、第二通路四分之一波长传输线4、第一通路前置放大器管5、第二通路前置放大器管6、第一通路主放大器管7、第二通路主放大器管8、第一通路四分之一波长传输线9、功率合成器隔离电阻10、功率合成器11、SMA输出端口12。
信号由SMA输入端口1输入，经过微带型功分器2分为两路信号，两通路信号经过功分器隔离电阻3相互隔离；第一通路信号经过第一通路前置放大器管5放大，输入到第一通路主放大器管7，再经过第一通路四分之一波长传输线9输入到功率合成器11；第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线4输入到第二通路前置放大器管6，经过第二通路主放大器管8输入到功率合成器11；信号经过功率合成器11和功率合成器隔离电阻10合成为一路信号，经过SMA输出端口12输出。
如图2所示，第一通路前置放大器管、第一通路主放大器管、第二通路前置放大器管、第二通路主放大器管通过功率放大器管封装芯片13封装。第一通路信号输入到功率放大器管封装芯片13的第一射频输入端口14，第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线4输入到功率放大器管封装芯片13的第二射频输入端口15。功率放大器管封装芯片13对两通路信号进行放大，然后分别经过功率放大器管封装芯片13的第一射频输出端口16和第二射频输出端口17输出，第一通路信号经过第一通路四分之一波长传输线9输出到功率合成器11，第二通路信号直接输出到功率合成器11，最后通过SMA输出端口12输出。
请一并参阅图2所示，第一通路前置放大器管栅极电压VG118通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线19传输，第一通路前置放大器管栅极第一电容20(C11)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线19，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第二电容21(C12)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线19，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第三电容22(C13)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线19，另一端经过过孔接地。VG1通过馈线以及C11、C12、C13作用到第一通路前置放大器管5的栅极。
第一通路前置放大器管漏极极电压VD123通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线24传输，第一通路前置放大器管漏极第一电容25(C14)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线24，另一端跨过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线19，经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第二电容26(C15)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线24，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第三电容27(C16)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线24，另一端经过过孔接地。VD1通过馈线及C14、C15、C16作用到第一通路前置放大器管5的漏极。
第一通路主放大器管的栅极电压VG2和漏极电压VD2，第二通路前置放大器管的栅极电压VG3和漏极电压VD3，第二通路主放大器管的栅极电压VG4和漏极电压VD4采用与第一通路前置放大器管相同的馈线和偏置电容的布局布线方式分别作用到第一通路主放大器管的栅极和漏极，第二通路前置放大器管的栅极和漏极，第二通路主放大器管的栅极和漏极。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种5G基站功率放大器，其特征在于，主要包括SMA输入端口(1)、微带型功分器(2)、功分器隔离电阻(3)、第二通路四分之一波长传输线(4)、第一通路前置放大器管(5)、第二通路前置放大器管(6)、第一通路主放大器管(7)、第二通路主放大器管(8)、第一通路四分之一波长传输线(9)、功率合成器隔离电阻(10)、功率合成器(11)、SMA输出端口(12)；信号由SMA输入端口(1)输入，经过微带型功分器(2)分为两路信号，两通路信号经过功分器隔离电阻(3)相互隔离；第一通路信号经过第一通路前置放大器管(5)放大，输入到第一通路主放大器管(7)，再经过第一通路四分之一波长传输线(9)输入到功率合成器(11)；第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线(4)输入到第二通路前置放大器管(6)，经过第二通路主放大器管(8)输入到功率合成器(11)；信号经过功率合成器(11)和功率合成器隔离电阻(10)合成为一路信号，经过SMA输出端口(12)输出。
2.如权利要求1所述的5G基站功率放大器，其特征在于，第一通路前置放大器管、第一通路主放大器管、第二通路前置放大器管、第二通路主放大器管通过功率放大器管封装芯片(13)封装；第一通路信号输入到功率放大器管封装芯片(13)的第一射频输入端口(14)，第二通路信号经过第二通路四分之一波长传输线(4)输入到功率放大器管封装芯片(13)的第二射频输入端口(15)；功率放大器管封装芯片(13)对两通路信号进行放大，然后分别经过功率放大器管封装芯片(13)的第一射频输出端口(16)和第二射频输出端口(17)输出，第一通路信号经过第一通路四分之一波长传输线(9)输出到功率合成器(11)，第二通路信号直接输出到功率合成器11，最后通过SMA输出端口(12)输出。
3.如权利要求2所述的5G基站功率放大器，其特征在于，第一通路中，第一通路前置放大器管栅极电压VG1(18)通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)传输，第一通路前置放大器管栅极第一电容(20)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第二电容(21)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极第三电容(22)一端接第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管栅极电压VG1(18)通过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)以及第一通路前置放大器管栅极第一电容(20)、第一通路前置放大器管栅极第二电容(21)、第一通路前置放大器管栅极第三电容(22)作用到第一通路前置放大器管(5)的栅极；
第一通路中，第一通路前置放大器管漏极极电压VD1(23)通过焊盘输入，通过第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线(24)传输，第一通路前置放大器管漏极第一电容(25)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线(24)，另一端跨过第一通路前置放大器管栅极电压VG1馈线(19)，经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第二电容(26)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线(24)，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极第三电容(27)一端接第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线(24)，另一端经过过孔接地；第一通路前置放大器管漏极极电压VD1(23)通过第一通路前置放大器管漏极电压VD1馈线(24)及第一通路前置放大器管漏极第一电容(25)、第一通路前置放大器管漏极第二电容(26)、第一通路前置放大器管漏极第三电容(27)作用到第一通路前置放大器管(5)的漏极。
4.如权利要求3所述的5G基站功率放大器，其特征在于，第一通路主放大器管的栅极电压VG2和漏极电压VD2，第二通路前置放大器管的栅极电压VG3和漏极电压VD3，第二通路主放大器管的栅极电压VG4和漏极电压VD4采用与第一通路前置放大器管相同的馈线和偏置电容的布局布线方式分别作用到第一通路主放大器管的栅极和漏极，第二通路前置放大器管的栅极和漏极，第二通路主放大器管的栅极和漏极。
5.如权利要求1-4任何一项所述的5G基站功率放大器，其特征在于，第一路信号通路采用了两级串联功率放大器管结构，其中前置放大器管采用A类放大器结构，主放大器管采用AB类放大器。
6.如权利要求1-4任何一项所述的5G基站功率放大器，其特征在于，第二路信号通路采用了两级串联功率放大器管结构，其中前置放大器管采用A类放大器结构，主放大器管采用C类放大器。
7.如权利要求1-4任何一项所述的5G基站功率放大器，其特征在于，两个通路中的功率放大器管为场效应晶体管，并采用集成电路封装。
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