[发明专利]一种面向车联网通信的高效功率放大器

说明书

本发明公开了一种面向车联网通信的高效功率放大器，包括输入单端转差分功率分配移相网络、第一自偏三堆叠放大网络、第二自偏三堆叠放大网络、第三自偏三堆叠放大网络、第四自偏三堆叠放大网络以及输出差分转单端功率合成移相网络，本发明核心架构采用异质结异质结双极型晶体管构成的自偏三堆叠放大网络在射频微波段的高功率、高增益特性，同时利用差分放大器在微波频段的良好的寄生参数抑制性，与Doherty放大结构良好的功率回退效率特性相结合，使得整个功率放大器获得了良好的高增益、高回退效率和高功率输出能力。

技术领域

本发明涉及异质结双极型晶体管射频功率放大器和集成电路领域，特别是针对基于蜂窝技术的车联网通信(C-V2X)应用的发射模块的一种面向车联网通信的高效功率放大器芯片电路。

背景技术

随着5G无线通信系统和射频电路的快速发展，基于5.9 GHz频段蜂窝技术的车联网通信也具有前所未有的应用空间，其射频前端收发电路也向高性能、高集成、低功耗的方向发展。因此车联网通信市场迫切的需求发射机的射频功率放大器具有高线性输出功率和效率，降低热耗散，提高电路稳定性，而功放芯片正是有望满足该市场需求的关键。然而，当采用集成电路工艺设计实现车联网通信市场功放芯片电路时，其性能和成本受到了一定制约，主要体现：

（1）高回退功率下功放效率受限，功耗较高：传统AB类功率放大器再实现高峰均比信号放大时，在高回退功率下效率较低，因此功耗较大。

（2）功率增益受限，插损恶化较大：5.9 GHz频段往往采用成本较低、特征频率较低的半导体工艺实现，这就导致功放的单管增益受到限制，并且随着频段的升高，晶体管寄生参数变大，电路寄生损耗恶化较大，影响了电路的性能；

（3）采用集总参数电路设计的局限：5.9 GHz频段在设计传统集总参数RLC匹配的电路时，仍需要采用电感电容等芯片面积较大的器件，且由于衬底损耗加大，电感Q值较低，因此给电路设计带来了局限性。

常见的具有高线性输出功率和效率放大器的电路结构有很多，最典型的是Doherty单端功率放大器，但是，传统Doherty单端功率放大器要同时满足车联网通信市场功放指标要求时难度较大，主要是因为：

（1）传统Doherty单端功率放大器实现5.9 GHz频段电路设计时，由于寄生参数的影响，往往回退效率指标较差；

（2）传统Doherty单端功率放大器实现5.9 GHz频段电路设计时，往往采用AB类驱动放大器驱动Doherty放大器，因此在回退效率工作时，受到AB类放大器的增益补偿作用时，往往无法同时满足Doherty放大器主路及辅路的高回退下的良好负载牵引效应，导致回退效率降低，线性度指标恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种面向车联网通信的高效功率放大器，结合了差分堆叠放大器技术、双级Doherty驱动技术的优点，具有在射频微波频段高功率、高增益且成本低等优点。同时采用自偏结构的异质结双极型晶体管，避免了耗尽型晶体管复杂的供电电路。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种面向车联网通信的高效功率放大器，其特征在于，包括输入单端转差分功率分配移相网络、第一自偏三堆叠放大网络、第二自偏三堆叠放大网络、第三自偏三堆叠放大网络、第四自偏三堆叠放大网络和输出差分转单端功率合成移相网络；

输入单端转差分功率分配移相网络的输入端为整个功率放大器的输入端，其第一、第二、第三、第四输出端分别与第一、第三、第二、第四自偏三堆叠放大网络的输入端连接，输入单端转差分功率分配移相网络的输入端与第一、第二、第三、第四输出端信号相位分别相差0度、90度、180度、270度；