[發明專利]一種高效率高增益Doherty堆疊功率放大器

有效

• 申請號: 201710938697.0
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107733381B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 童偉;鄔海峰;滑育楠;王測天;陳依軍;廖學介;呂繼平;胡柳林;吳曦;楊云婷
• 申請（專利權）人: 成都嘉納海威科技有限責任公司
• 主分類號: H03F3/24
• 分類號: H03F3/24;H03F3/213;H03F3/195;H03F1/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 楊浩林

技術領域

本發明屬于場效應晶體管微波射頻功率放大器和集成電路技術領域，具體涉及一種高效率高增益Doherty堆疊功率放大器的設計。

背景技術

隨著3G、4G-LTE等民用通信市場的快速發展，以及5G通信的前期布局，射頻前端發射器也向毫米波段的高性能、高集成、高效率的方向發展。因此市場迫切的需求高效率、高增益、低成本的毫米波Doherty功率放大器芯片。

然而，在毫米波Doherty功率放大器芯片設計中，一直存在一些設計難題，主要體現在：

(1)毫米波高功率容量指標設計難度較大：由于未來5G市場的驅使，射頻前端發射機迫切需要工作在毫米波段的高增益、高功率、高效率的Doherty放大器，但是現有的毫米波頻段的應用電路必須采用柵長較小、特征頻率較高的半導體工藝晶體管，受到其低擊穿電壓的影響，功率放大器的電壓擺幅將受到較大的限制，因此也就限制了功率晶體管的功率容量。

(2)毫米波段高功率晶體管寄生參數嚴重影響電路指標：在毫米波段，傳統共源放大結構的毫米波Doherty放大器最大可用增益、效率、輸出功率等受到大功率晶體管寄生參數影響，惡化較嚴重。這是因為毫米波頻段下，采用有源負載調制原理的Doherty放大器對于寄生參數和阻抗設計十分敏感。

常見的射頻Doherty功率放大器的電路結構有很多，但是受上述因素制約下，應用于毫米波段的結構比較少。最典型的毫米波段Doherty功率放大器是共源放大器單元作為主功率和輔助功率放大器，但是，典型共源放大器單元仍然存在一些設計不足，主要體現在：

(1)高增益與高功率容量指標設計難度較大。

為了提高輸出功率，設計者往往需要采用較大尺寸的晶體管或者是2ⁿ倍的功率合成結構來提高電流擺幅，但是大尺寸晶體管和2ⁿ倍的功率合成結構具有較低的功率增益。因此，高增益與高功率容量指標相互制約問題在毫米波段Doherty放大器中更加突出。此外，為了實現較高的增益，毫米波Doherty放大器往往采用雙級電路結構，這將增加電路設計復雜度，同時增大芯片電路面積，提升電路設計成本。

(2)毫米波段高功率晶體管阻抗匹配難度較大。

由于放大器工作在毫米波段，單個晶體管的功率容量有限，設計者為了獲得較高的功率容量，往往需要2ⁿ倍的功率合成結構，這種結構往往導致輸出網絡具有很低的最佳負載阻抗，這種低負載阻抗又將導致毫米波段Doherty放大器的有源負載調制網絡的設計和匹配難度加大。

發明內容

本發明的目的是提供一種高效率高增益Doherty堆疊功率放大器，利用三晶體管堆疊技術和與之對應的輸入與輸出匹配網絡，實現毫米波頻段高增益、高線性度、高效率、芯片面積小且成本低等優點。

本發明的技術方案為：一種高效率高增益Doherty堆疊功率放大器，包括輸入匹配及移相分配網絡、三堆疊主功率放大網絡、三堆疊輔助功率放大網絡、輸出匹配及移相合成網絡、主功放供電偏置網絡以及輔助功放供電偏置網絡。

輸入匹配及移相分配網絡的輸入端為整個功率放大器的輸入端，其第一輸出端與三堆疊主功率放大網絡的輸入端連接，其第二輸出端與三堆疊輔助功率放大網絡的輸入端連接。

輸出匹配及移相合成網絡的輸出端為整個功率放大器的輸出端，其第一輸入端與三堆疊主功率放大網絡的輸出端連接，其第二輸入端與三堆疊輔助功率放大網絡的輸出端連接。

主功放供電偏置網絡分別與輸入匹配及移相分配網絡、三堆疊主功率放大網絡以及輸出匹配及移相合成網絡連接；輔助功放供電偏置網絡分別與輸入匹配及移相分配網絡、三堆疊輔助功率放大網絡以及輸出匹配及移相合成網絡連接。

本發明的有益效果是：本發明采用三堆疊主功率放大網絡和三堆疊輔助功率放大網絡實現Doherty放大器的優勢，在毫米波段獲得高增益，高效率、高功率的特性，同時電路結構占用很小的面積。