一种新型混合射频功率放大器及通讯设备的制作方法

本发明涉及功率放大器，尤其涉及一种新型混合射频功率放大器及通讯设备。

背景技术：

1、射频功率放大器(rf pa)位于无线通信系统发射链的末端，用于将发射信号放大到一定功率水平，驱动天线将信号不失真地辐射到足够远的距离，以能够被接收设备正确检测出来。设计射频功率放大器常采用的工艺有cmos工艺，低成本是cmos(complementarymetal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺的最大优势。在保证性能的基础上尽量降低产品的成本是产品保持竞争力的关键，尽最大可能采用cmos工艺设计电路，甚至实现基带、存储和射频的全集成电路一直是设计师追求的目标。然而，单个cmos放大器的输出功率较低，为了提高输出功率，需要将多路cmos放大器的输出功率进行功率合成。cmos功率放大器常用的功率合成方式如图1所示，采用基于磁耦合变压器的功率合成网络tf将多路差分输出信号进行功率合成。

2、然而，cmos器件的线性度较差，衬底是半绝缘的，损耗大，而且磁耦合变压器的功率合成网络tf不仅尺寸大，损耗也大，从而导致cmos功率放大器在线性度、输出功率、效率等方面的性能较差。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种新型混合射频功率放大器，能够提高射频功率放大器的线性度、输出功率和效率等方面的性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种新型混合射频功率放大器，包括cmos驱动放大器、gaas功率放大器以及输出巴伦；

3、所述cmos驱动放大器包括用于输入单端射频信号的第一输入匹配网络、与所述第一输入匹配网络的输出端连接的第一级放大器、与所述第一级放大器的输出端连接的级间巴伦、分别与所述级间巴伦的第一输出端和第二输出端连接的第二级放大器一和第二级放大器二、与所述第二级放大器一的输出端和第二级放大器二的输出端连接的功率合成网络，其中所述功率合成网络采用自耦合变压器实现，所述第一级放大器、所述第二级放大器一和第二级放大器二均采用cmos器件实现；

4、所述gaas功率放大器包括分别与所述功率合成网络的第一输出端和第二输出端连接的第二输入匹配网络一和第二输入匹配网络二、与所述第二输入匹配网络一的输出端连接的第三级放大器一、与所述第二输入匹配网络二的输出端连接的第三级放大器二，其中所述第三级放大器一和第三级放大器二均采用gaas hbt器件实现；

5、所述输出巴伦的第一输入端和第二输入端分别连接所第三级放大器一的输出端和第三级放大器二的输出端连接，所述输出巴伦用于将所述第三级放大器一和第三级放大器二输出的信号合成为一路信号输出。

6、进一步地，所述第一输入匹配网络包括第一电容c1、第二电容c2、第一电感l1以及第一电阻r1；

7、所述第一电容c1的第一端输入单端射频信号，所述第一电容c1的第二端与所述第二电容c2的第一端、所述第一电感l1的第一端以及第一电阻r1的第一端连接，所述第二电容c2的第二端接地，所述第一电阻r1的第二端用于输入第一偏置电压vg1，所述第一电感l1的第二端对应为所述第一输入匹配网络的输出端，与所述第一级放大器连接。

8、进一步地，所述第一级放大器包括第一nmos管m1、第二nmos管m2、第三电容c3以及第二电阻r2；

9、所述第一nmos管m1的栅极连接所述第一输入匹配网络的输出端，所述第一nmos管m1的源极接地，所述第一nmos管m1的漏极连接所述第二nmos管m2的源极，所述第二nmos管m2的栅极通过所述第三电容c3接地，所述第二nmos管m2的漏极作为所述第一级放大器的输出端，与级间巴伦的第一输入端连接，所述第二电阻r2的第一端连接所述第二nmos管m2的栅极，所述第二电阻r2的第二端用于输入第二偏置电压vg2。

10、进一步地，所述级间巴伦包括第一变压器t1、第四电容c4以及第五电容c5，所述驱动放大器还包括第三电阻r3；

11、所述第一变压器t1的第一输入端与所述第四电容c4的第一端、所述第二nmos管m2的漏极连接，所述第一变压器t1的第二输入端与所述第四电容c4的第二端连接，且第一变压器t1的第二输入端还用于输入第一供电电压vdd，所述第一变压器t1的第一输出端与所述第五电容c5的第一端、第二级放大器一连接，所述第二变压器t1的第二输出端与所述第五电容c5的第二端、第二级放大器二连接；所述第三电阻r3的第一端连接所述第一变压器t1的次级线圈的中间抽头，所述第三电阻r3的第二端用于输入第一偏置电压vg1。

12、进一步地，所述第二级放大器一包括第三nmos管m3和第四nmos管m4，所述第二级放大器二包括第五nmos管m5和第六nmos管m6，所述驱动放大器还包括第四电阻r4；

13、所述第三nmos管m3的栅极连接所述第一变压器t1的第一输出端，所述第五nmos管m5的栅极连接所述第一变压器t1的第二输出端，第三nmos管m3的源极和第五nmos管m5的源极均接地，所述第三nmos管m3的漏极连接所述第四nmos管m4的源极，所述第五nmos管m5的漏极连接所述第六nmos管m6的源极，所述第四nmos管m4的栅极与所述第六nmos管m6的栅极、所述第四电阻r4的第一端连接，所述第四nmos管m4的漏极与所述功率合成网络的第一输入端连接，所述第六nmos管m6的漏极与所述功率合成网络的第二输入端连接，所述第四电阻r4的第二端用于输入第二偏置电压vg2。

14、进一步地，所述功率合成网络包括自耦合变压器t2、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8以及第九电容c9；

15、所述自耦合变压器t2包括初级线圈la1、第一次级线圈lb1、第二次级线圈lb2以及第三次级线圈lb3，所述第二次级线圈lb2具有中间抽头；

16、所述第六电容c6的第一端、初级线圈la1的第一端、第一次级线圈lb1的第二端、第二次级线圈lb2的第一端均连接至所述第二级放大器一的输出端，所述第六电容c6的第二端、初级线圈la1的第二端、第二次级线圈lb2的第二端、第三次级线圈lb3的第一端均连接至所述第二级放大器二的输出端，所述第二次级线圈lb2的中间抽头用于输入第一供电电压vdd，所述第一次级线圈lb1的第一端与所述第七电容c7的第一端、第八电容c8的第一端连接，所述第三次级线圈lb3的第二端与第七电容c7的第二端、第九电容c9的第一端连接；

17、所述第八电容c8的第二端作为所述功率合成网络的第一输出端，与所述第二输入匹配网络一连接，所述第九电容c9的第二端作为所述功率合成网络的第二输出端，与所述第二输入匹配网络二连接。

18、进一步地，所述第二输入匹配网络一包括第二电感l2和第十电容c10，所述第二输入匹配网络二包括第三电感l3和第十一电容c11，所述第三级放大器一包括第一三极管q1，所述第三级放大器二包括第二三极管q2；

19、所述第二电感l2的第一端与所述第八电容c8的第二端、第十电容c10的第一端连接，所述第二电感l2的第二端接地，所述第十电容c10的第二端连接所述第一三极管q1的基极；所述第三电感l3的第一端与所述第九电容c9的第二端、第十一电容c11的第一端连接，所述第三电感l3的第二端接地，所述第十一电容c11的第二端连接所述第二三极管q2的基极；

20、所述第一三极管q1的发射极和所述第二三极管q2的发射极均接地，所述第一三极管q1的集电极与输出巴伦的第一输入端连接，所述第二三极管q2的集电极与所述输出巴伦的第二输入端连接。

21、进一步地，所述gaas功率放大器还包括偏置电路，所述偏置电路包括第三三极管q3、第四三极管q4、第五三极管q5、第十二电容c12以及第五电阻r5；

22、所述第三三极管q3的发射极与所述第一三极管q1的基极、第二三极管q2的基极连接，所述第三三极管q3的集电极用于输入第二供电电压vcc，所述第三三极管q3的基极与所述第十二电容c12的第一端、第五电阻r5的第一端、第四三极管q4的基极和集电极连接，所述第五电阻r5的第二端用于输入第三偏置电压vreg，所述第四三极管q4的发射极与所述第五三极管q5的基极和集电极连接，所述第五三极管q5的发射极接地。

23、进一步地，所述输出巴伦包括第三变压器t3、第十三电容c13以及第十四电容c14；

24、所述第三变压器t3的初级线圈具有中间抽头，所述第三变压器t3的第一输入端与所述第一三极管q1的集电极、第十三电容c13的第一端连接，第三变压器t3的第二输入端与第二三极管q2的集电极、第十三电容c13的第二端连接，第三变压器t3的第一输出端和第十四电容c14的第一端连接且连接节点用于输出合成得到的一路信号，所述第三变压器t3的第二输出端和第十四电容c14的第二端均接地，所述第三变压器t3的初级线圈的中间抽头用于输入第二供电电压vcc。

25、本发明了另一方面还提供一种通讯设备，包括上述任一项所述的新型混合射频功率放大器。

26、有益效果：本发明的新型混合射频功率放大器中，包括依次连接的cmos驱动放大器、gaas功率放大器以及输出巴伦；其中所述cmos驱动放大器包括功率合成网络、第一级放大器、第二级放大器一和第二级放大器二，所述第一级放大器、所述第二级放大器一和第二级放大器二均采用cmos器件实现，功率合成网络采用自耦合变压器实现；所述gaas功率放大器包括第三级放大器一和第三级放大器二，所述第三级放大器一和第三级放大器二均采用gaas hbt器件实现；所述输出巴伦用于将所述第三级放大器一和第三级放大器二输出的信号合成为一路信号输出，其中，cmos驱动放大器由于采用cmos器件实现，具有成本低的优势，且可以提供足够大的驱动功率；而gaas功率放大器采用gaas hbt器件实现，其击穿电压高、线性度好、效率高，用作功率放大器末级，保证了整个射频功率放大器的性能；另外，cmos驱动放大器和gaas功率放大器之间采用低插损的两端口自耦变压器功率合成网络实现阻抗匹配，有利于降低损耗，且有利于减小功率合成网络的面积。