一种应用于5G通信的28GHz线性功率放大器的制作方法

本发明涉及功率放大器领域，具体涉及一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器。

背景技术：

1、毫米波(mm-wave)第五代(5g)无线通信网络由于广阔的频谱和低延迟而变得有吸引力。24.25-29.5和37-43.5ghz频段已被第三代合作伙伴项目(3gpp)分配为5g新无线电(nr)的fr2频段。其中28ghz频段刚开始应用，相应的研究较少。

2、在毫米波5g通信网络中，采用频谱高效的调制方案(例如64、256正交幅度调制(qam))来提高数据流量。然而由此产生的较大的峰均功率比(papr)以及对幅度和相位失真的敏感度，对由功率放大器(pa)主导的发射机的线性度提出了挑战。

3、功率放大器是5g通信发射机射频前端的最后一个有源模块，其性能对整体收发机输出功率、线性度和信号保真度等指标有着关键影响。由于cmos工艺的电源电压较低，功率放大器一般采用共源共栅结构来提高输出电压摆幅。但受级间寄生电容影响，共源共栅结构pa的s22较差，可能造成pa不稳定。为提高功率附加效率(pae)和1db压缩点输出功率(p1db)，大多数毫米波线性pa工作在ab类状态，而ab类偏置会导致额外的幅相(am-pm)失真，影响pa线性度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，该功率放大器可以在保证输出功率水平的前提下，有效改善输出匹配以及am-pm失真，提高功率放大器线性度。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，包括依次连接的输入匹配网络、驱动级放大器、级间匹配网络、功率级放大器和输出匹配网络；所述驱动级放大器采用共源放大器结构，所述功率级放大器采用带有匹配网络的共源共栅放大器结构，以改善输出匹配及am-pm失真；所述驱动级放大器的静态偏置在a类状态，所述功率级放大器的静态偏置在ab类状态，利用预失真进一步改善am-pm失真；所述驱动级放大器和功率级放大器均采用中和电容实现差模稳定。

3、进一步地，所述输入匹配网络和输出匹配网络采用变压器巴伦匹配，以实现差分电路的阻抗匹配，同时实现单端-差分、差分-单端信号变换。

4、进一步地，所述驱动级放大器采用由晶体管构成的差分共源结构，静态偏置在a类状态，以提高增益；驱动级放大器的晶体管总尺寸为功率级放大器的一半，以保证给功率级放大器提供足够的线性输出功率。

5、进一步地，所述级间匹配网络采用弱耦合变压器，以实现阻抗匹配；所述驱动级放大器的输入阻抗实部较小，弱耦合变压器以一定的损耗实现较大的阻抗变换，同时保证差分放大器的共模稳定性。

6、进一步地，所述功率级放大器采用由晶体管构成的差分共源共栅结构，静态偏置在ab类状态，功率级放大器的晶体管尺寸根据负载线理论计算得出，以保证输出功率与效率。

7、进一步地，所述功率级放大器的差分共源共栅结构的共源管与共栅管之间串联电感lm，以优化共源共栅功率放大器的输出阻抗，解决共源共栅功率放大器在射频微波频率下最佳负载阻抗与实际输出阻抗难以匹配的问题；同时，共源管与共栅管之间并联电容cm，与电感lm构成lc匹配网络，以减小共源管与共栅管之间的失配，优化共源共栅功率放大器的增益和am-pm失真。

8、进一步地，所述驱动级放大器与功率级放大器具有相反的am-pm变化特性，通过预失真技术改善am-pm失真。

9、进一步地，所述驱动级放大器与功率级放大器均采用交叉耦合的中和电容，通过引入补偿电流来抵消晶体管寄生电容cgd引起的不必要的负反馈，提高放大器增益和反向隔离度，实现良好的差模稳定。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，该功率放大器包括输入匹配网络、驱动级放大器、级间匹配网络、功率级放大器和输出匹配网络，所述功率级放大器采用带有匹配网络的共源共栅放大器结构，其中级间电感lm能优化共源共栅放大器的输出阻抗，解决共源共栅功率放大器在射频微波频率下最佳负载阻抗zopt与实际输出阻抗zout之间难以匹配的问题；由电感lm与电容cm构成的匹配网络能够改善共源管与共栅管的级间失配问题，优化共源共栅放大器的增益与am-pm失真；驱动级采用差分共源放大器结构，驱动级静态偏置在a类工作状态，功率级采用带有级间电感的差分共源共栅放大器结构来提高线性度，功率级偏置在ab类工作状态提高效率；驱动级与功率级的am-pm变化趋势相反，通过预失真技术进一步改善放大器的线性度；驱动级与功率级均采用交叉耦合的中和电容来抵消晶体管的寄生电容cgd，实现良好的差模稳定性。

技术特征：

1.一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，包括依次连接的输入匹配网络、驱动级放大器、级间匹配网络、功率级放大器和输出匹配网络；所述驱动级放大器采用共源放大器结构，所述功率级放大器采用带有匹配网络的共源共栅放大器结构，以改善输出匹配及am-pm失真；所述驱动级放大器的静态偏置在a类状态，所述功率级放大器的静态偏置在ab类状态，利用预失真进一步改善am-pm失真；所述驱动级放大器和功率级放大器均采用中和电容实现差模稳定。

2.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述输入匹配网络和输出匹配网络采用变压器巴伦匹配，以实现差分电路的阻抗匹配，同时实现单端-差分、差分-单端信号变换。

3.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大器采用由晶体管构成的差分共源结构，静态偏置在a类状态，以提高增益；驱动级放大器的晶体管总尺寸为功率级放大器的一半，以保证给功率级放大器提供足够的线性输出功率。

4.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述级间匹配网络采用弱耦合变压器，以实现阻抗匹配；所述驱动级放大器的输入阻抗实部小，弱耦合变压器以一定的损耗实现大阻抗变换，同时保证差分放大器的共模稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述功率级放大器采用由晶体管构成的差分共源共栅结构，静态偏置在ab类状态，功率级放大器的晶体管尺寸根据负载线理论计算得出，以保证输出功率与效率。

6.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述功率级放大器的差分共源共栅结构的共源管与共栅管之间串联电感lm，以优化共源共栅功率放大器的输出阻抗，解决共源共栅功率放大器在射频微波频率下最佳负载阻抗与实际输出阻抗难以匹配的问题；同时，共源管与共栅管之间并联电容cm，与电感lm构成lc匹配网络，以减小共源管与共栅管之间的失配，优化共源共栅功率放大器的增益和am-pm失真。

7.根据权利要求1所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大器与功率级放大器具有相反的am-pm变化特性，通过预失真技术改善am-pm失真。

8.根据权利要求3或5所述的一种应用于5g通信的28ghz线性功率放大器，其特征在于，所述驱动级放大器与功率级放大器均采用交叉耦合的中和电容，通过引入补偿电流来抵消晶体管寄生电容cgd引起的不必要的负反馈，提高放大器增益和反向隔离度，实现良好的差模稳定。

技术总结
本发明涉及一种应用于5G通信的28GHz线性功率放大器，包括依次连接的输入匹配网络、驱动级放大器、级间匹配网络、功率级放大器和输出匹配网络；所述驱动级放大器采用共源放大器结构，所述功率级放大器采用带有匹配网络的共源共栅放大器结构，以改善输出匹配及AM‑PM失真；所述驱动级放大器的静态偏置在A类状态，所述功率级放大器的静态偏置在AB类状态，利用预失真进一步改善AM‑PM失真；所述驱动级放大器和功率级放大器均采用中和电容实现差模稳定。该功率放大器可以在保证输出功率水平的前提下，有效改善输出匹配以及AM‑PM失真，提高功率放大器线性度。

技术研发人员：黄继伟,林剑斌,钟林
受保护的技术使用者：晋江三伍微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17