專利名稱：一種功率放大管以及功率放大方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻功率放大器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率放大管以及功率放大方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通訊業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，對(duì)相應(yīng)器件的低耗、高效、小體積的性能要求也迅速增加，基站產(chǎn)品的效率高低、體積大小已經(jīng)成為行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，基站中對(duì)決定效率的主要部件即功放器件的效率提升也成為了核心點(diǎn)，
射頻功率放大器廣泛用于各種無線發(fā)射設(shè)備中，效率和線性是功率放大器兩個(gè)最重要的指標(biāo)，設(shè)計(jì)線性高效率的功率放大器，是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。多赫蒂 (Doherty)放大器技術(shù)是目前提高功率放大器效率中最有效和最廣泛使用的技術(shù)。Doherty技術(shù)最初應(yīng)用于行波管，為廣播提供大功率發(fā)射機(jī)，其架構(gòu)簡(jiǎn)單易行，效率高。傳統(tǒng)的Doherty結(jié)構(gòu)由2個(gè)功放組成一個(gè)主功放(Carrier放大器)，一個(gè)輔助功放，主功放工作在B類或者AB類，輔助功放工作在C類。兩個(gè)功放不是輪流工作，而是主功放一直工作，輔助功放到設(shè)定的峰值才工作(所以輔助功放也稱為峰值功放)。主功放輸出端后的90度四分之一波長(zhǎng)線起到阻抗變換的作用，目的是在輔助功放工作時(shí)，起到將主功放的視在阻抗減小的作用，保證輔助功放工作的時(shí)候和后續(xù)電路組成的有源負(fù)載阻抗變低，這樣主功放輸出電流就變大。由于主功放輸出端后的四分之一波長(zhǎng)線，為了使兩個(gè)功放輸出同相，在輔助功放前面也需要90°相移，如圖1所示。主功放工作在B類，當(dāng)總的輸入信號(hào)比較小時(shí)，只有主功放處于工作狀態(tài)；當(dāng)主功放管的輸出電壓達(dá)到峰值飽和點(diǎn)時(shí)，理論上的功放效率能達(dá)到78. 5%。如果這時(shí)將激勵(lì)加大一倍，那么，主功放管在達(dá)到峰值的一半時(shí)就出現(xiàn)飽和了，功放效率也達(dá)到最大的 78.5%，此時(shí)輔助功放也開始與主功放一起工作。輔助功放的引入，使得從主功放的角度看，負(fù)載減小了，因?yàn)檩o助功放對(duì)負(fù)載的作用相當(dāng)于串連了一個(gè)負(fù)阻抗，所以，即使主功放的輸出電壓飽和恒定，但輸出功率因?yàn)樨?fù)載的減小卻持續(xù)增大(流過負(fù)載的電流變大了)。 當(dāng)達(dá)到激勵(lì)的峰值時(shí)，輔助功放也達(dá)到了本身效率的最大點(diǎn)，這樣兩個(gè)功放合在一起的效率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單個(gè)B類功放的效率。單個(gè)B類功放的最大效率78. 5%出現(xiàn)在峰值處，現(xiàn)在 78. 5%的效率在峰值的一半就出現(xiàn)了，所以這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能達(dá)到很高的效率(每個(gè)放大器均達(dá)到最大的輸出效率)。傳統(tǒng)的Doherty放大器由兩只同一類型且獨(dú)立封裝的功放管來分別作為主放大器和峰值放大器組合實(shí)現(xiàn)，目前業(yè)界采用最多的是橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Laterally Diffused Metal Oxide kmiconductor，簡(jiǎn)稱LDMOS)功放管。采用同一類型的功放管，其供電電壓及偏置方式相同，因此偏置電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；由于各功放管為同一類型，其批量生產(chǎn)的離散也相對(duì)容易控制。但兩只獨(dú)立封裝的功放管設(shè)計(jì)布局面積較大，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足小體積的要求。
針對(duì)這一現(xiàn)狀，各功放管廠家都紛紛投入大量研究，研發(fā)出了針對(duì)Doherty技術(shù)的高效率、小體積應(yīng)用的功放管，例如Freescale的雙端器件，如圖2所示。此類器件在一個(gè)封裝中集成了兩個(gè)獨(dú)立的功放管(目前均為L(zhǎng)DMOS功放管芯，可分別作為Doherty放大器的 Carrier放大器和Peak放大器使用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示)，可靈活實(shí)現(xiàn)小體積的Doherty 放大器，但由于采用的仍然是LDMOS功放管，而LDMOS器件已經(jīng)發(fā)展到第八代，雖然其成本低廉，性能的提升空間卻非常有限，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足綠色環(huán)保要求。因此，如何針對(duì)Doherty 應(yīng)用來設(shè)計(jì)小體積且高效率的功放管是需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種功率放大管以及功率放大方法，在保證功率放大管的小體積基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效率的功率放大。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率放大管，應(yīng)用于多赫蒂功放裝置， 所述功率放大管包括峰值功放器和主功放器，所述峰值功放器和主功放器均集成所述功率放大管所在的同一封裝；所述功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。進(jìn)一步地，上述功率放大管還可以具有以下特點(diǎn)
所述功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管 (HEMT)器件并且主功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件并且主功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。進(jìn)一步地，上述功率放大管還可以具有以下特點(diǎn)
所述功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件。進(jìn)一步地，上述功率放大管還可以具有以下特點(diǎn)
所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率放大方法，包括將峰值功放器和主功放器集成功率放大管所在的同一封裝；所述功率放大管的峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。進(jìn)一步地，上述方法還可以具有以下特點(diǎn)
所述功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且主功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件并且主功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。進(jìn)一步地，上述方法還可以具有以下特點(diǎn)所述功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS)器件，或者，主功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS)器件。進(jìn)一步地，上述方法還可以具有以下特點(diǎn)
所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。進(jìn)一步地，上述方法還可以具有以下特點(diǎn)
根據(jù)功率放大管的功放參數(shù)選擇所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件和所述橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件。本發(fā)明應(yīng)用于Doherty放大器，采用突破性的全新功放管芯組合方式設(shè)計(jì)功率管，與現(xiàn)有的全部采用LDMOS的功放管芯的Doherty放大器相比，可在保證功率放大管的小體積基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效率的功率放大。由于基于GaN的HEMT較LDMOS成本高5_10倍，因此本發(fā)明與功放管芯全部采用HEMT實(shí)現(xiàn)的功放管相比，在性能提升的同時(shí)成本也會(huì)下降。


圖1為傳統(tǒng)的Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)圖2為現(xiàn)有技術(shù)中獨(dú)立封裝的雙路功放管外形圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中雙路結(jié)構(gòu)的功率放大管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)施例中雙路結(jié)構(gòu)的功率放大管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的功率放大管，應(yīng)用于多赫蒂功放裝置，此功率放大管包括峰值功放器和主功放器。峰值功放器和主功放器均集成功率放大管所在的同一封裝；功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。實(shí)施例一中，如圖4所示，功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器用于采用 HEMT器件并且主功放器用于采用LDMOS器件，或者，峰值功放器用于采用LDMOS器件并且主功放器用于采用HEMT器件。將兩路功放管芯集成到功率放大管的同一封裝中，保證功率放大管體積小同時(shí)提高功放的高效率。實(shí)施例二中，功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用 HEMT器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用LDMOS器件，或者，主功放器用于采用HEMT器件并且峰值功放器用于采用LDMOS器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用HEMT器件并且其它峰值功放器用于采用LDMOS器件。將多路功放管芯均集成到功率放大管的同一封裝中，保證功率放大管體積小同時(shí)提高功放的高效率。HEMT器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。LDMOS器件是基于硅(Si)的器件。
本發(fā)明中功率放大方法包括將峰值功放器和主功放器集成功率放大管所在的同一封裝；功率放大管的峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器采用HEMT器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器采用LDMOS器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。實(shí)施例一中，如圖4所示，功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器采用HEMT 器件并且主功放器采用LDMOS器件，或者，峰值功放器采用LDMOS器件并且主功放器采用 HEMT器件。將兩路功放管芯集成到功率放大管的同一封裝中，保證功率放大管體積小同時(shí)提高功放的高效率。實(shí)施例二中，功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用HEMT 器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用LDMOS器件，或者，主功放器采用HEMT器件并且峰值功放器采用LDMOS器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用HEMT器件并且其它峰值功放器采用LDMOS器件。將多路功放管芯均集成到功率放大管的同一封裝中，保證功率放大管體積小同時(shí)提高功放的高效率。HEMT器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。LDMOS器件是基于硅(Si)的器件。本方法中，根據(jù)功率放大管的功放參數(shù)選擇HEMT器件和LDMOS器件。在進(jìn)行Doherty功放設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)所需的功放參數(shù)，確定所用的HEMT功放管芯型號(hào)和LDMOS的功放管芯型號(hào)；確定Doherty功放結(jié)構(gòu)(兩路還是多路結(jié)構(gòu))，將兩種管芯集到同一封裝結(jié)構(gòu)中并完成內(nèi)匹配設(shè)計(jì)及管殼專封裝，使用本Doherty功放進(jìn)行信號(hào)放大。具體實(shí)施例
針對(duì)2. IGHz UMTS系統(tǒng)應(yīng)用的功率為55W峰均比為6dB Doherty功放設(shè)計(jì)，需要用到兩只獨(dú)立封裝的功放管合計(jì)至少200W以上的飽和功率。結(jié)合功放管廠家現(xiàn)有器件，可采用兩個(gè)120W的LDMOS功放管通過對(duì)稱Doherty結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，按照業(yè)界目前的器件水平，其單末級(jí)功放效率約5 左右；而采用基于本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)，其單末級(jí)功放效率約57%左右，提高近10%，但PCB設(shè)計(jì)布局面積可減少近一倍。本發(fā)明采用突破性的全新功放管芯組合方式，將HEMT管芯和LDMOS管芯集成到同一個(gè)封裝中來實(shí)現(xiàn)小體積同時(shí)提高放大效率。具體應(yīng)用時(shí)可充分利用HEMT功放管芯效率高的優(yōu)勢(shì)，將HEMT管芯作為Doherty放大器的主放大器來實(shí)現(xiàn)性能最優(yōu)。同時(shí)利用LDMOS 功放管芯技術(shù)成熟度高、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)，最終實(shí)現(xiàn)性能、成本、體積的完美結(jié)合。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種Doherty放大器的設(shè)計(jì)中，使其效率指標(biāo)顯著提升。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關(guān)硬件完成，所述程序可以存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，如只讀存儲(chǔ)器、磁盤或光盤等?？蛇x地，上述實(shí)施例的全部或部分步驟也可以使用一個(gè)或多個(gè)集成電路來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，上述實(shí)施例中的各模塊/單元可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不限制于任何特定形式的硬件和軟件的結(jié)合。
權(quán)利要求
1.一種功率放大管，應(yīng)用于多赫蒂功放裝置，所述功率放大管包括峰值功放器和主功放器，其特征在于，所述峰值功放器和主功放器均集成所述功率放大管所在的同一封裝；所述功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大管，其特征在于，所述功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管 (HEMT)器件并且主功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件并且主功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。
3.如權(quán)利要求1所述的功率放大管，其特征在于，所述功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的功率放大管，其特征在于，所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。
5.一種功率放大方法，其特征在于，將峰值功放器和主功放器集成功率放大管所在的同一封裝；所述功率放大管的峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述功率放大管為雙路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且主功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件并且主功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述功率放大管為多路結(jié)構(gòu)放大管時(shí)，一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS)器件，或者，主功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件，或者，主功放器以及一個(gè)或多個(gè)峰值功放器采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件并且其它峰值功放器采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體 (LDMOS)器件。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件是基于氮化鎵(GaN)的器件。
9.如權(quán)利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，根據(jù)功率放大管的功放參數(shù)選擇所述高電子遷移率晶體管(HEMT)器件和所述橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率放大管以及功率放大方法，此所述功率放大管包括峰值功放器和主功放器，所述峰值功放器和主功放器均集成所述功率放大管所在的同一封裝；所述功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一個(gè)或多個(gè)放大器用于采用高電子遷移率晶體管(HEMT)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大，其它放大器用于采用橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)器件進(jìn)行信號(hào)功率放大。本發(fā)明應(yīng)用于Doherty放大器，采用突破性的全新功放管芯組合方式設(shè)計(jì)功率管，與現(xiàn)有的全部采用LDMOS的功放管芯的Doherty放大器相比，可在保證功率放大管的小體積基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高效率的功率放大。
文檔編號(hào)H03F3/21GK102158186SQ20111011087
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者何鋼, 崔曉俊, 陳化璋 申請(qǐng)人:中興通訊股份有限公司