一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，包括宽带输入功分器、载波放大电路、峰值放大电路以及后匹配网络；载波放大电路由第一输入匹配网络、驱动级载波放大器T1、第一级间匹配网络、功率级载波放大器T2、第一输出匹配网络依次级联而成；峰值放大电路由第二输入匹配网络、驱动级峰值放大器T3、第二级间匹配网络、功率级峰值放大器T4、第二输出匹配网络依次级联而成；本发明专利技术相对于传统的毫米波氮化镓单片集成Doherty功放芯片，将基波以及二次谐波匹配网络与负载调制网络融合，进一步提升功率放大器在回退区的效率，可应用到5G毫米波大规模MIMO移动通信系统中。统中。统中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片


[0001]本专利技术涉及毫米波功率放大器
，特别是涉及一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片。

技术介绍

[0002]启用毫米波频段是5G最重要的技术革新之一。毫米波频段由于其较高的频率以及较大的损耗特性将给物理层器件的设计带来更大的挑战。除此之外，为了进一步提升频谱资源的利用率，还将使用更加复杂的高阶调制方式以及具有更多载波数目更加复杂的载波聚合技术(CarrierAggregation,CA)，这将导致调制信号的峰均比越来越高。因此，提升毫米波功率放大器在较大回退输出功率处的效率是非常有必要的。
[0003]此外，还将使用基于大规模天线阵列的大规模多入多出技术(Multiple
‑
Input and Multiple
‑
Output,MIMO)以进一步提升数据的吞吐速率，同时进一步提升天线的增益以及波束汇聚的能力。4G技术中就已经开始使用MIMO技术，相比于4G中传统的MIMO技术，5G将采用具有更多天线单元更大规模的天线阵列(天线单元数≥64)，这样可以在相同的时频资源上提供大的阵列增益和多用户的空间复用功能。MIMO技术在5G中的大规模应用使得对单功放输出功率的需求降低，对功放尺寸小型化的需求提升。基于氮化镓(GaN)的高电子迁移率单片集成Doherty功放芯片是满足以上需求的最佳选择之一，因而引起了广泛关注。
[0004]为了进一步提升功率放大器的效率，通常需要对晶体管的谐波进行控制。比较常规的方法是在载波或者峰值放大器的输出匹配网络中加入LC并联谐振网络来对晶体管的二次谐波进行控制，这种方法将引入额外的器件损耗以及占用更大的面筋机。在低频时，由于频率较低，LC并联谐振网络引入的损耗尚可接受。但是在毫米波频段，这种损耗是不可接受的。使用额外的并联LC谐振网络不仅不能提升功放效率，还会导致功放功率效率特性的进一步恶化。因此，十分有必要研究出一种毫米波功率放大器来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，用以解决
技术介绍
中提及的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，包括：宽带输入功分器、载波放大电路、峰值放大电路以及后匹配网络；
[0008]所述宽带输入功分器，其输入端与射频信号的输入端连接，其第一输出端与所述载波放大电路的输入端连接，其第二输出端与所述峰值放大电路的输入端连接；
[0009]所述载波放大电路，其包括依次连接的：移相网络、第一输入匹配网络、驱动级载波放大器T1、第一级间匹配网络、功率级载波放大器T2、第一输出匹配网络；
[0010]所述载波放大电路，其包括依次连接的：第二输入匹配网络、驱动级峰值放大器T3、第二级间匹配网络、功率级峰值放大器T4、第二输出匹配网络；
[0011]所述后匹配网络，其输入端与所述载波放大电路以及所述载波放大电路的输出端连接，其输出端与射频信号的输出端连接。
[0012]进一步的，所述第一输出匹配网络为采用准椭圆低通滤波拓扑的阻抗变换网络，其包括：阻抗变换网络和隔直电容C3；
[0013]所述阻抗变换网络具体包括：电感L1、电感L2、电容C1、电感L3和电容C2，其中，
[0014]所述电感L1，其一端与所述功率级载波放大器T2的漏极相连，其另外一端与所述电感L2及所述电感L3的一端相连；
[0015]所述电感L2，其另一端与所述电容C1以及第二外部漏极供电V
d2
相连，其中，所述电容C1并联到地；
[0016]所述电感L3，其另一端与所述电容C2以及所述隔直电容C3的一端相连，其中，所述电容C2的另一端接地，所述隔直电容C3的另一端与所述峰值放大电路的输出端以及所述后匹配网络的输入端相连。
[0017]进一步的，所述阻抗变换网络与所述功率级载波放大器T2的漏极输出电容共同组成一个特征阻抗为R
opt
，电长度为90
°
的等效四分之一波长线；其中，R
opt
为功率级载波放大器T2处于B类工作模式时饱和状态下的负载线电阻值，通过如下公式计算得到：
[0018][0019]其中，V
DD
是晶体管的漏极供电电压，I
max
是晶体管最大基波电流。
[0020]进一步的，所述第二输出匹配网络具体包括峰值输出匹配网络，以及与之连接的传统四分之一波长线TL，其中，
[0021]所述峰值输出匹配网络的结构与所述第一输出匹配网络的结构相同；
[0022]所述传统四分之一波长线TL1的特征阻抗为R
opt
，电长度为90
°
。
[0023]进一步的，其特征在于，所述第一输入匹配网络与第一外部供电端V
g1
电路连接；
[0024]所述第一级间匹配网络与第二外部供电端V
d
电路以及第一外部供电端V
g1
电路连接；
[0025]所述第一输出匹配网络与第二外部供电端V
d
电路连接；
[0026]所述第二输入匹配网络与第三外部供电端V
g2
电路连接；
[0027]所述第二级间匹配网络与第二外部供电端V
d
电路以及第三外部供电端V
g2
电路连接；
[0028]所述第二输出匹配网络与第二外部供电端V
d
电路连接。
[0029]进一步的，其特征在于，所述驱动级载波放大器T1、所述功率级载波放大器T2、所述驱动级峰值放大器T3以及所述功率级驱动放大器T4均为高电子迁移率晶体管。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]1、本专利技术不采用额外的LC并联谐振网络即可完成对晶体管二次谐波阻抗的控制；
[0032]2、本专利技术将基波、二次谐波匹配网络与负载调制网络进行融合设计，进一步降低了插入损耗，缩减了芯片的尺寸面积；
[0033]3、本专利技术提供的基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放，回退及饱和效率高，结构紧凑，在较宽的频率范围内具有良好的Doherty特性，较小的增益波动以及较低的插入损耗，可以很好地作为毫米波功率放大器件广泛应用在第五代移动通信毫米波大规
模MIMO系统中。
附图说明
[0034]图1为实施例1中提供的一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片的电路结构原理框图；
[0035]图2为实施例1中提供的功率级载波放大器T2处于饱和状态下，最佳基波负载阻抗分布区域及二次谐波负载阻抗负载牵引的仿真结果示意图；
[0036]图3为实施例1中提供的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，其特征在于，包括：宽带输入功分器、载波放大电路、峰值放大电路以及后匹配网络；所述宽带输入功分器，其输入端与射频信号的输入端连接，其第一输出端与所述载波放大电路的输入端连接，其第二输出端与所述峰值放大电路的输入端连接；所述载波放大电路，其包括依次连接的：移相网络、第一输入匹配网络、驱动级载波放大器T1、第一级间匹配网络、功率级载波放大器T2、第一输出匹配网络；所述载波放大电路，其包括依次连接的：第二输入匹配网络、驱动级峰值放大器T3、第二级间匹配网络、功率级峰值放大器T4、第二输出匹配网络；所述后匹配网络，其输入端与所述载波放大电路以及所述载波放大电路的输出端连接，其输出端与射频信号的输出端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，其特征在于，所述第一输出匹配网络为采用准椭圆低通滤波拓扑的阻抗变换网络，其包括：阻抗变换网络和隔直电容C3；所述阻抗变换网络具体包括：电感L1、电感L2、电容C1、电感L3和电容C2，其中，所述电感L1，其一端与所述功率级载波放大器T2的漏极相连，其另外一端与所述电感L2及所述电感L3的一端相连；所述电感L2，其另一端与所述电容C1以及第二外部漏极供电V
d2
相连，其中，所述电容C1并联到地；所述电感L3，其另一端与所述电容C2以及所述隔直电容C3的一端相连，其中，所述电容C2的另一端接地，所述隔直电容C3的另一端与所述峰值放大电路的输出端以及所述后匹配网络的输入端相连。3.根据权利要求2所述的一种基于准椭圆低通滤波结构的毫米波Doherty功放芯片，其特征在于，所述阻抗变换网络与所述功率级载波放大器T2的漏极输出电容共同组成一个特征阻抗为R
opt
，电长度为90
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓维，刘睿佳，张雷，赵子明，董勤，曹阳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：