一种合路器、芯片和射频功率放大器的制作方法

1.本申请涉及通信技术领域，具体涉及一种合路器、芯片和射频功率放大器。


背景技术：

2.在移动通信系统中，合路器应用于射频功率放大器等射频功率组件中。射频功率放大器可以对射频信号进行放大。如图1所示，起到信号放大作用的射频功率放大器主要由功分器、功率管、匹配电路和合路器组成。射频载波信号先通过功分器分成多路子信号进入各自放大支路，各个子信号经由各自对应的放大支路上的功率管进行功率放大后传送到同一个合路器，每个功率管对应的输出匹配电路用于将合路点阻抗再变换到每个功率管的输出端引脚的等效负载阻抗，合路器将所有子信号合成最后的输出信号，且将射频功率放大器输出端所连接的负载器件的负载阻抗变换到合路点阻抗，以实现符合设计需求的功率管增益、效率和功率性能。通过各放大器支路的输入相位线或输出相位线输入的相位补偿保证所有放大支路输出的信号在合路点处等相位以获得最优的功率合成。
3.在一些射频功率组件中存在的一个问题是功率管对应的输出匹配电路在进行阻抗变换的过程中，其频率响应特性为正向的频率色散。输出匹配电路带来的正向频率色散是无法完全避免的，但是现有的大部分合路器(例如1/4波长微带线合路器、lc合路器、cl合路器等)在进行阻抗变换的过程中，其频率响应特性同样为正向的频率色散。输出匹配电路与合路器级联后，总的频率色散会正向扩大，总的频率色散过大会导致射频功率组件的带宽性能恶化。


技术实现要素：

4.本申请实施例提供一种合路器，该合路器在预设的工作频段上，阻抗频率响应特性为反向的频率色散。在射频功率组件中，该合路器与功率管的输出匹配电路级联后，可以部分或全部抵消输出匹配电路带来的正向的频率色散，从而减少总的频率色散，改善射频功率组件的带宽性能。
5.本申请实施例还提供了一种芯片和射频功率组件。
6.本申请第一方面提供一种合路器，该合路器应用于射频功率组件，该射频功率组件包括功分器、第一功率放大电路、第二功率放大电路和合路器。
7.在该射频功率组件中，功分器与第一功率放大电路和第二功率放大电路的第一端连接；第一功率放大电路的第二端与合路器的输入端连接，第二功率放大电路的第二端与合路器的输入端连接，合路器的输出端与负载连接。
8.该合路器包括第一电容元件、第二电容元件、第一电感元件和第二电感元件，其中，第一电容元件的第一端与输入端连接，第一电容元件的第二端与第一电感元件和第二电感元件的第一端分别连接，第二电感元件的第二端与第二电容元件的第一端和合路器的输出端分别连接，第一电感元件的第二端接地，第二电容元件的第二端接地。
9.经理论研究和仿真验证，该合路器在不同的频段上，其频率响应特性会发生变化，
即该合路器的频率响应特性可以为正向的频率色散，也可以为反向的频率色散，通过预设该合路器电路中基本元件的参数，可以使得该合路器在预设的工作频段上，频率响应特性为反向的频率色散。在射频功率组件中，该合路器与功率管的输出匹配电路级联后，可以部分或全部抵消输出匹配电路带来的正向的频率色散，从而减少总的频率色散，改善射频功率组件的带宽性能。
10.在第一方面的第一种可能的实现方式中，第一电感元件和第二电感元件均为金属邦定线。
11.在第一方面的第二种可能的实现方式中，上述金属邦定线为金线、铝线或铜线，以减小合路器的插损。
12.在第一方面的第三种可能的实现方式中，第一电容元件和第二电容元件均为金属氧化物半导体电容，金属氧化物半导体电容的q值(品质因数)较高，可以减小合路器的插损。
13.在第一方面的第四种可能的实现方式中，第一电容元件和第二电容元件均为陶瓷电容，陶瓷电容也是q值(品质因数)较高的一种电容元件，可以减小合路器的插损。
14.在第一方面的第五种可能的实现方式中，合路器还包括基板，第一电容元件、第二电容元件、第一电感元件和第二电感元件设置于基板上，将第一电容元件、第二电容元件、第一电感元件和第二电感元件设置在一块基板中进行连接，更加便于进行封装。
15.在第一方面的第六种可能的实现方式中，第一电感元件为第一微带线，第一微带线的电长度小于90度，这种电长度小于90度的短微带线的电特性与金属邦定线接近，在无法采用金属邦定线作为第一电感元件时，可以使用第一微带线代替。
16.在第一方面的第七种可能的实现方式中，第二电感元件为第二微带线，第二微带线的电长度小于90度，这种电长度小于90度的短微带线的电特性与金属邦定线接近，在无法采用金属邦定线作为第二电感元件时，可以使用第二微带线代替。
17.本申请第二方面提供一种芯片，该芯片集成有如上述第一方面或第一方面任意一种可能的实现方式中所述的合路器。
18.本申请第三方面提供一种射频功率组件，该射频功率组件包括如如上述第一方面或第一方面任意一种可能的实现方式中所述的合路器。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是一种射频功率放大器的结构示意图；
21.图2是本申请实施例提供的合路器一个实施例示意图；
22.图3是本申请实施例提供的合路器的阻抗变化曲线示意图；
23.图4是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图；
24.图5是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图；
25.图6是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图；
26.图7是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图；
27.图8是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图；
28.图9是本申请实施例提供的合路器另一实施例示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
30.本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。本申请中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些特征可以忽略，或不执行。
31.此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.本申请实施例所提供的合路器可以应用于集成在基站等无线通信设备上的射频功率组件，例如，进行无线信号功率放大的射频功率放大器中，还可以应用于任何需要进行阻抗变换或射频信号合成的射频处理设备或电路，例如射频滤波器、天线、射频小信号板、直放站、变频电路、调制器等。在移动通信系统中，待传输的用户数据在基站或用户终端的射频前端被调制到射频载波信号上，射频载波信号经过射频功率放大器放大后再通过天线发射到空间中的其它基站或用户终端。
33.本申请实施例提供一种合路器，该合路器在不同的频段上，其频率响应特性会发生变化，即该合路器的频率响应特性可以为正向的频率色散，也可以为反向的频率色散，通过预设该合路器电路中基本元件的参数，可以使得该合路器在预设的工作频段上，频率响应特性为反向的频率色散。在射频功率组件中，该合路器与功率管的输出匹配电路级联后，可以部分或全部抵消输出匹配电路带来的正向的频率色散，从而减少总的频率色散，改善射频功率组件的带宽性能。
34.图2为本申请实施例提供的合路器20一个实施例示意图。
35.如图2所示，该合路器可以应用于射频功率组件10中。作为简单的示例，该射频功率组件10可以包括功分器30、第一功率放大电路40、第二功率放大电路50和该合路器20。
36.功分器30与第一功率放大电路40和第二功率放大电路50的第一端连接。
37.第一功率放大电路40的第二端与合路器20的输入端连接，第二功率放大电路50的第二端与合路器20的输入端连接，合路器20的输出端与负载连接。
38.合路器20包括第一电容元件201、第二电容元件202、第一电感元件203和第二电感元件204，其中，第一电容元件201的第一端与合路器20的输入端连接，第一电容元件201的第二端与第一电感元件203和第二电感元件204的第一端分别连接，第二电感元件204的第二端与第二电容元件202的第一端和合路器20的输出端分别连接，第一电感元件203的第二端接地，第二电容元件202的第二端接地。
39.经理论研究和仿真验证，本申请实施例提供的合路器的阻抗变化曲线可以在史密斯(smith)圆图上表现为图3所示的曲线，该曲线交叉形成一个类似于“圆圈”的形状，在“圆圈”的右半边，低频点阻抗位置到高频点阻抗位置的直线方向相对于smith圆图的圆心为逆时针方向。这种阻抗曲线的形状表明，在“圆圈”的右半边对应的频段上，合路器的频率响应特性为反向的频率色散。通过软件仿真，研究人员可以预设第一电容元件201、第二电容元件202对应的电容值以及第一电感元件203和第二电感元件204对应的电感值，从而使得合路器在预设的工作频段(例如图3中所示的2500兆赫兹(mhz)至2700mhz)上，频率响应特性为反向的频率色散，从而部分抵消或者全部抵消第一功率放大电路40和/或第二功率放大电路50中的匹配电路带来的正向的频率色散，改善射频功率组件10的带宽性能。
40.可选的，上述第一电感元件203和第二电感元件204可以为金属邦定线。第一电感元件203和第二电感元件204所需要的电感值可以通过选用不同规格的金属邦定线进行调整。
41.优选的，上述第一电感元件203和第二电感元件204所选用的金属邦定线可以选用金线、铝线或铜线，可以减少合路器的插损。
42.可选的，上述第一电容元件201和所述第二电容元件202可以采用金属氧化物半导体电容或陶瓷电容等高q值(品质因数较高)的电容，可以减少合路器的插损。
43.在一种可能的实现方式中，合路器的整体电路结构可以封装为单独组件以采用单板表面贴装的方式进行整体封装。
44.可选的，如图4所示，合路器20还可以包括基板205。
45.具体的，第一电容元件201、第二电容元件202、第一电感元件203和第二电感元件204设置于基板205上。基板205上还设置有传输线和射频地，第一电容元件201和第二电容元件202采用单层或多层平板电容粘贴到传输线或射频地上，第一电感元件203和第二电感元件204可以选用金属邦定线，通过键合工艺连接到传输线或射频地上，以实现图2中所示的基本电路结构。
46.可选的，如图5所示，合路器20中的第一电容元件201、第二电容元件202、第一电感元件203和第二电感元件204可以是原本就集成于基板205上的集总电容和集总电感器件，这种封装方式更适用于产线上的大批量生产。但是由于集总参数元件(例如前面所述的集总电容、集总电感)本身的寄生参数存在，需要研究人员在设计时将寄生参数代入仿真，才可以使得合路器在预设的工作频段上，频率响应特性为反向的频率色散。
47.在一种具体的实施例中，短微带线(电长度小于90度)的电特性与金属邦定线接近，所以在第一电感元件203和第二电感元件204所需要的电感值较小的场景下，可以采用短微带线代替邦定线来作为第一电感元件203或第二电感元件204。在一些场景中，采用金
属邦定线作为第一电感元件203或第二电感元件204时，金属邦定线的位置与周边元件的距离太近，加工设备无法做键合加工，这时可以采用短微带线代替金属邦定线来作为第一电感器件203或第二电感器件204。此外，短微带线与金属邦定线相比，短微带线在功率容量、散热、耦合等方面更具优势。需要说明的是，短微带线只有在第一电感元件203和第二电感元件204所需要的电感值较小的场景下，才可以用于取代金属邦定线作为第一电感元件203或第二电感元件204。
48.在一种可能的设计中，第一电感元件203和第二电感元件204所需要的电感值可能只有其中一个较小，也可能两者所需要的电感值都较小。如图6所示，当第一电感元件203所需要的电感值较小，第二电感元件204所需要的电感值较大时，可以选用一段短微带线m1作为第一电感元件203。或者，如图7所示，当第一电感元件203所需要的电感值较大，第二电感元件204所需要的电感值较小时，可以选用一段短微带线m2作为第二电感元件204。又或者，如图8所示，当第一电感元件203和第二电感元件204所需要的电感值均较小时，可以选用一段短微带线m1作为第一电感元件203，同时选用一段短微带线m2作为第二电感元件204。
49.进一步的，合路器20中第一电容元件、第二电容元件、第一电感元件和第二电感元件所组成的基本电路结构可以进行级联拓展，如图9所示。在这种拓扑结构中，合路器20的电容元件和电感元件的总量不限于第一电容元件、第二电容元件、第一电感元件和第二电感元件，可能包括第三电容元件、第四电容元件、第三电感元件、第四电感元件等等。一个电感元件和一个电容元件组成一级基本电路，每级基本电路中的电感元件和电容元件的电感值和电容值需要通过仿真实验来确定。通过这种拓扑电路结构，合路器20的反向频率色散效果可以得到增强，但是插损也会增大。
50.本申请实施例还提供一种芯片，该芯片集成有如上述任意实施例中描述的合路器。
51.可选的，上述芯片可以为集成有射频功率放大器的集成功放芯片，也可以为单独集成一个或多个如上述任意实施例中描述的合路器的合路器芯片。
52.本申请实施例还提供一种射频功率组件，该射频功率组件可以包括如上述任意实施例中描述的合路器。具体的，该射频功率组件可以是射频功率放大器。
53.最后应说明的是：本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请的技术方案进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。