[发明专利]适用于5G网络的射频功率放大器

说明书

本发明涉及一种适用于5G网络的射频功率放大器，属于无线通信领域。该电路包括：输入匹配网络，直流偏置电路，前级放大电路，功率级放大电路，输出匹配网络。在前级放大电路中采用一种电流复用的技术来提高功率放大器的增益，以及其稳定性。在射频功率放大器的输出阻抗匹配网络中加入三阶谐振网络来控制输入信号的二次和三次谐波，从而提高射频功率放大器的效率。采用这样一个两级结构来实现功率放大器的高增益和高效率，提高电路的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种适用于5G网络的射频功率放大器，属于无线通信领域。

背景技术

随着移动互联网的高速发展和新的终端形态的演进，数据业务的需求呈现爆炸式的增长趋势，现有的4G技术已经无法满足如此庞大的数据业务传输需求，因此5G技术的研究和开发被提上了议程。然而，5G作为下一代无线移动通信网络，需要具备低成本、低能耗、安全可靠的特点。为适应未来5G无线通信网络的需要，现代移动通信终端也将发生重大变革，特别是在其性能上，都将要求具有高效节能的特性。射频功率放大器(PA)存在于各种现代无线通信系统的末端，是整个终端系统收发机中功耗最大的模块，其性能的好坏直接影响到整个终端系统的性能，因此，如何实现对传统的PA模型进行优化，在迎接未来5G时代中将具有重要意义。近年来，在输出功率方面，学术界提出了几种完全集成的CMOS技术收发器，例如采用两级伪差分共源共栅电路结构，基于变压器的片上堆叠平衡-不平衡变换器，这种电路结构可以获得一个较高的输出功率，但是在效率方面有所欠缺。为了实现高效率，有学者提出采用并联晶体管的级联拓扑结构来提高效率，但是往往这类功率放大器的输出功率较低，也有学者提出通过镜像电流源控制其中一个共栅极晶体管的导通角，使得功率放大器工作在E类，但是这种PA具有高电源电压和低输出功率。本身E类功率放大器的电压和电流波形在时域上具有重叠周期，它只减少了开关在不完全导通时的损耗，但并没有对开关截止时的电压波形进行控制，严重影响效率，并且E类放大器的输出晶体管要承担很高的电压压力，而F类的功率放大器使用输出滤波器对晶体管漏端电压或电流中的谐波成分进行控制，归整晶体管漏端的电压或者电流波形，使得他们没有重叠区，减少开关的损耗，提高效率。所以F类功率放大器的设计成为一个热门话题。同时为了满足功率放大器的其他性能，有学者提出通过采用栅-源反馈电路的AM-PM线性化技术来提高输出功率和线性度，但是具有较低的功率附加效率。也有不少学者提出多种阻抗匹配网络的方法来提高效率，如采用了由分流反馈电阻器和变压器构成的多反馈网络以实现理想的带宽，采用多达四次谐波谐振器和多级低通滤波器网络的设计实现了高效率，但是它限制了带宽并且具有较差的线性度，还有一些学者采用传输线作为输出匹配网络来代替LC谐波控制电路，但是传输线具有不易于集成，价格昂贵的特点。

因此现有的F类功率放大器中存在着以下缺点:一、功率放大器的输出功率，效率以及增益之间的性能参数不能同时得到优化，存在一个权衡问题；二、谐波匹配网络离功率放大器的核心元件晶体管的距离较远，严重影响功率放大器的效率；三、输出谐波匹配网络和输入匹配网络之间相互干扰，设计难度大；四、现有的关于适用于5G网络频段的功率放大器的研究较少。

发明内容

本发明为了解决现有功率放大器不能同时实现高效率、高增益，并且简化谐波阻抗匹配网络问题，从而提供一种适用于5G网络的射频功率放大器。

本发明通过以下技术方案实现，功率放大电路包括依次连接的输入匹配网络，前级放大电路，直流偏置电路，功率级放大电路以及输出匹配网络；其中前级放大电路和功率级放大电路组成功率放大电路的两级电路结构；所述的前级放大电路采用电流复用技术，所述的功率级放大电路采用F类放大电路结构；

所述的输入匹配网络的输入端为所述射频功率放大器的输入端，

所述的前级放大电路的输入端与输入匹配网络的输出端相连接；所述前级放大电路和输入匹配网络之间接上一个电阻R1，电阻R1的另一端接上直流电压Vd1用于晶体管的栅极提供直流电压来使得晶体管能够正常工作；