一种单片集成的双频射频功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种单片集成的双频射频功率放大器，第一路第一级功率放大器单元模块输入端和第二路第一级功率放大器单元模块输入端之间连接输入端变压器，第一路第二级功率放大器单元模块输出端和第二路第二级功率放大器单元模块输出端之间连接输出端变压器，第一路第一级功率放大器单元模块输出端和第一路第二级功率放大器单元模块输入端之间连接有第一路级间变压器，第二路第一级功率放大器单元模块输出端和第二路第二级功率放大器单元模块输入端之间连接第二路级间变压器。本发明专利技术在保证不增加电路面积的基础上不仅支持单个频段的工作，保证每个频段性能的最优，还同时支持两个频段的工作。

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成的双频射频功率放大器
本专利技术属于无线通信功率放大器
，尤其涉及互补型金属氧化物半导体(CMOS)射频功率放大器领域，更具体的说，是涉及一种单片集成的双频射频功率放大器。
技术介绍
如今，无线通信产业的快速发展已经成为信息产业的最大亮点，对于无线通信系统的设计要求也越来越高。为了减小体积和成本，很多无线设备不仅需要兼顾同一个标准内的多个频带，还需要在不同的标准间兼容，这就带来了对双频带、多频带微波电路和子系统的需求。功率放大器位于无线通信系统中发射机的末端，其输出功率决定了发射距离的长短，因此功率放大器是通信系统中非常重要的一部分。射频功率放大器广泛应用于卫星通信、雷达以及各种工业装备等领域，伴随着无线通讯和军事领域新标准新技术的发展，通信和各种无线设备的多元化的发展需求，因此，无线通信系统对射频功率放大器的性能要求也相应提高，为了追求系统性能以及价格的最优化，双频或多频功率放大器已经成为一个研究的热门方向。目前的双频功率放大器主要分为以下三类：第一类是基于单元选择的双频段功率放大器。此功放结构由工作在两个不同频率的单频带功放并联而成，利用电子开关切换功放模块中工作在不同频率的功放单元来实现的，但是此类功放必须应用两个功放单元实现双频带功能，所需要的直流功耗大，占用面积大，这分别会导致散热系统和电路的成本提高，不能够同时支持两个频带工作。第二类是基于可重构负载的概念实现双频带的功率放大器。这种功放的最大特点就是应用一个功放单元，结合MEMS开关、变容二极管等器件的可重构特性，实现了双频带的功放结构，不能够同时支持两个频带工作。同时，由于可重构元件存在可靠性的问题，所以直接影响了双频带功放的可靠性和性能。第三类是基于双频带阻抗匹配网络的双频带功率放大器。这种结构最大特点是采用能同时工作在两个频带的匹配电路实现。因此，它不但能在一定程度上降低系统功耗和电路设计成本，同时还能仅用一个电路实现两个频带同时工作。基于单元选择的双频段功率放大器和基于可重构负载的概念实现双频带的功率放大器可以在每个频段实现最佳的性能，但是存在着占用面积大等缺点；基于双频带阻抗匹配网络的双频带功率放大器目前存在着两个频段的指标的折中问题，无法在各自的频段上实现最优的性能。因此，在面积不增加的条件下，如何同时在两个频段实现最优的性能成为目前双频射频功率放大器的难点之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种单片集成的双频射频功率放大器，在保证不增加电路面积的基础上不仅支持单个频段的工作，保证每个频段性能的最优，还同时支持两个频段的工作。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的单片集成的双频射频功率放大器，包括第一路第一级功率放大器单元模块、第一路第二级功率放大器单元模块、第二路第一级功率放大器单元模块和第二路第二级功率放大器单元模块，所述第一路第一级功率放大器单元模块输入端和第二路第一级功率放大器单元模块输入端之间连接有输入端变压器，所述第一路第二级功率放大器单元模块输出端和第二路第二级功率放大器单元模块输出端之间连接有输出端变压器，所述第一路第一级功率放大器单元模块输出端和第一路第二级功率放大器单元模块输入端之间连接有第一路级间变压器，所述第二路第一级功率放大器单元模块输出端和第二路第二级功率放大器单元模块输入端之间连接有第二路级间变压器；所述输入端变压器的初级线圈由四个电感串联构成，且该初级线圈连接输入端口；所述输入端变压器的次级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块和第二路第一级功率放大器单元模块的正向输入端之间，另外两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块和第二路第一级功率放大器单元模块的反向输入端之间；所述输出端变压器的次级线圈由四个电感串联构成，且该次级线圈连接输出端口；所述输出端变压器的初级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块和第二路第二级功率放大器单元模块的正向输出端之间，另外两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块和第二路第二级功率放大器单元模块的反向输出端之间；所述第一路第二级功率放大器单元模块的正向输出端和反向输出端之间连接有一号控制开关，所述第二路第二级功率放大器单元模块的正向输出端和反向输出端之间连接有二号控制开关；所述第一路级间变压器的初级线圈和次级线圈均由两个电感构成，所述初级线圈连接于第一路第一级功率放大器单元模块的正向输出端和反向输出端之间，所述次级线圈连接于第一路第二级功率放大器单元模块的正向输入端和反向输入端之间；所述第二路级间变压器的初级线圈和次级线圈均由两个电感构成，所述初级线圈连接于第二路第一级功率放大器单元模块的正向输出端和反向输出端之间，所述次级线圈连接于第二路第二级功率放大器单元模块的正向输入端和反向输入端之间。所述输入端变压器次级线圈的四个电感分为两组，每组均包括两个彼此串联的电感，其中一组连接于第一路第一级功率放大器单元模块和第二路第一级功率放大器单元模块的正向输入端之间，另一组连接于第一路第一级功率放大器单元模块和第二路第一级功率放大器单元模块的反向输入端之间。所述输出端变压器初级线圈的四个电感分为两组，每组均包括两个彼此串联的电感，其中一组连接于第一路第二级功率放大器单元模块和第二路第二级功率放大器单元模块的正向输出端之间，另一组连接于第一路第二级功率放大器单元模块和第二路第二级功率放大器单元模块的反向输出端之间。所述第一路级间变压器的初级线圈连接有一号电压源，所述第一路级间变压器的次级线圈连接有一号偏置电源；所述第二路级间变压器的初级线圈连接有二号电压源，所述第二路级间变压器的次级线圈连接有二号偏置电源。所述一号控制开关和二号控制开关均由晶体管构成。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术首次提出变压器匹配+开关选择实现新型的双频射频功率放大器的结构。为了减小整个双频射频功率放大器的面积，本专利技术在设计上有源部分分为两路，两级之间的匹配网络采用变压器将两路的阻抗的同时进行变换从而进行实现双频的阻抗匹配和功率耦合。同时，为了实现每个频段性能的最优，在设计变压器时，需要根据双频的工作频率的要求将变压器的尺寸设计到最优的结果。除此之外，本专利技术在输出端加上一组控制开关，通过控制开关的通断实现两个频段的单独工作或者同时工作的要求。本专利技术采用变压器+开关的射频功率放大器的拓扑结构，利用变压器同时实现两路的阻抗变化，不仅可以解决基于单元选择和基于可重构负载的实现双频放大器占用面积大等问题，并且保持了基于双频带阻抗匹配网络的双频带功率放大器可以同时支持两个频段的工作。同时，结合开关控制使得双频功率放大器满足无线设备的多元化的发展需求。附图说明图1是本专利技术的单片集成的双频射频功率放大器的电路框图。附图标记:PA1第一路第一级功率放大器单元模块，PA2第一路第二级功率放大器单元模块，PA3第二路第一级功率放大器单元模块，PA4第二路第二级功率放大器单元模块，PA_IN输入端口，PA_OUT输出端口，VD1一号电压源，VD2二号电压源，VG1一号偏置电源，VG2二号偏置电源，Vctrl_A一号控制开关，Vctrl_B二号控制开关，L1一号电感，L2二号电感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片集成的双频射频功率放大器，包括第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)、第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)、第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)，其特征在于，所述第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)输入端和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)输入端之间连接有输入端变压器，所述第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)输出端和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)输出端之间连接有输出端变压器，所述第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)输出端和第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)输入端之间连接有第一路级间变压器，所述第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)输出端和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)输入端之间连接有第二路级间变压器；所述输入端变压器的初级线圈由四个电感串联构成，且该初级线圈连接输入端口(PA_IN)；所述输入端变压器的次级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)的正向输入端之间，另外两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)的反向输入端之间；所述输出端变压器的次级线圈由四个电感串联构成，且该次级线圈连接输出端口(PA_OUT)；所述输出端变压器的初级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的正向输出端之间，另外两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的反向输出端之间；所述第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)的正向输出端和反向输出端之间连接有一号控制开关(Vctrl_A)，所述第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的正向输出端和反向输出端之间连接有二号控制开关(Vctrl_B)；所述第一路级间变压器的初级线圈和次级线圈均由两个电感构成，所述初级线圈连接于第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)的正向输出端和反向输出端之间，所述次级线圈连接于第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)的正向输入端和反向输入端之间；所述第二路级间变压器的初级线圈和次级线圈均由两个电感构成，所述初级线圈连接于第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)的正向输出端和反向输出端之间，所述次级线圈连接于第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的正向输入端和反向输入端之间。...

【技术特征摘要】
1.一种单片集成的双频射频功率放大器，包括第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)、第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)、第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)，其特征在于，所述第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)输入端和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)输入端之间连接有输入端变压器，所述第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)输出端和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)输出端之间连接有输出端变压器，所述第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)输出端和第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)输入端之间连接有第一路级间变压器，所述第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)输出端和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)输入端之间连接有第二路级间变压器；所述输入端变压器的初级线圈由四个电感串联构成，且该初级线圈连接输入端口(PA_IN)；所述输入端变压器的次级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)的正向输入端之间，另外两个电感连接于第一路第一级功率放大器单元模块(PA1)和第二路第一级功率放大器单元模块(PA3)的反向输入端之间；所述输出端变压器的次级线圈由四个电感串联构成，且该次级线圈连接输出端口(PA_OUT)；所述输出端变压器的初级线圈由四个电感构成，其中两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的正向输出端之间，另外两个电感连接于第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)和第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的反向输出端之间；所述第一路第二级功率放大器单元模块(PA2)的正向输出端和反向输出端之间连接有一号控制开关(Vctrl_A)，所述第二路第二级功率放大器单元模块(PA4)的正向输出端和反向输出端之间连接有二号控制开关(Vctr...

【专利技术属性】
技术研发人员：马建国，张蕾，傅海鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12