技术领域
[0001] 本
发明属于无线通信技术领域，特别是涉及用于5G-NR频段的射频功率放大装置和射频功率放大方法。
背景技术
[0002] 5G-NR(5th-Generation New Radio，5G新空口)是基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术
基础，5G技术将实现超低时延、高可靠性。5G网络的一个主要有点在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s，比当前的有线互联网要快，比先前的4G LTE(Long Term Evolution，长期演进)蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟(更快的响应时间)，低于1毫秒，而4G为
30-70毫秒。
[0003] 5G-NR采用了超宽的射频传输带宽，在N41频段可以达到100MHz是传统4G带宽的10倍。为了使射频功率
放大器在5G-NR应用中为了实现如此高带宽下有效传输
信号，必须进一步提高射频
功率放大器的线性功率。
[0004] 图1是
现有技术中射频功率放大装置的结构示意图。在图1中，射频功率放大装置包括射频输入端口P1,射频输出端口P2、第一级功率放大器PA1、第二级功率放大器PA2、第三级功率放大器PA3、第一级功率放大器PA1的电源SRC1、第二级功率放大器PA2的电源SRC2、第三级功率放大器PA3的电源SRC3、电感L1和L2以及电容器C1和C2,其中，电感L1和L2以及电容器C1和C2组成输出阻抗匹配网络，第一级功率放大器PA1、第二级功率放大器PA2和第三级功率放大器PA3可以是目前通用的放大器，例如，μA741、LM358、LM324等。
[0005] 目前，针对5G-NR系统的功率放大器是在常规的功率放大器
电路设计上，通过减小输出匹配阻抗点和提高功率放大器供电
电压来提高功率放大器的线性度以满足5G-NR的线性度要求。减小输出阻抗匹配点的会让功率放大器的输出带宽变窄无法满足整个带宽的线性度要求。提高功率放大器的供电电压一方面会增加整个功率放大器的功耗，另外一个方面会降低整个功率放大器的可靠性，在高电压下，功率放大器更加容易损坏。
[0006] 可见，现有技术中常规的减小输出匹配阻抗点和提高功率放大器供电电压的设计，提高线性功率十分有限，而且提高功率后因为发热加剧，可靠性有所下降，无法达到5G-NR系统的要求。所以，研发一种新的射频功率放大装置来提升线性功率已经迫在眉睫。
发明内容
[0007] 因此，我们提出一种用于5G-NR频段的射频功率放大装置和射频功率放大方法，对于射频功率放大装置的任一级放大电路采用两个
巴伦分别对
射频信号进行拆分和合并，无需输出阻抗匹配网络，且两个巴伦的尺寸量级为几百个微米，可以分别置于芯片以及
基板上，从而使得所形成的功率放大装置具有更高的集成度。
[0008] 根据本发明的第一个方面，提供一种用于5G-NR频段的射频功率放大装置，包括第一巴伦，第一组功率放大器、第二组功率放大器和第二巴伦，其中：
[0009] 所述第一巴伦包括第一电感线圈和第二电感线圈，所述第一电感线圈的第一端接电源，所述第一电感线圈的第二端接输入的射频信号；所述第二电感线圈的第一端和第二端分别连接所述第一组功率放大器和所述第二组功率放大器，所述第二电感线圈的中点接地；
[0010] 所述第二巴伦包括第三电感线圈和第四电感线圈，所述第三电感线圈的第一端连接所述第一组功率放大器，所述第三电感线圈的第二端连接所述第二组功率放大器，所述第三电感线圈的中点接电源；所述第四电感线圈的第一端接地，所述第四电感线圈的第二端输出经处理的射频信号。
[0011] 根据本发明的第二个方面，提供一种利用如第一方面所述的射频功率放大装置实施的射频功率放大的方法，包括：
[0012] 所述第一电感线圈的第二端接收输入的射频信号；
[0013] 所述第一巴伦将所述射频信号拆分为第一射频信号和第二射频信号；
[0014] 所述第一组功率放大器和所述第二组功率放大器分别对所述第一射频信号和所述第二射频信号进行放大，获得经放大的第一射频信号和经放大的第二射频信号；
[0015] 所述第三电感线圈的第一端和所述第三电感线圈的第二端分别接收所述经放大的第一射频信号和所述经放大的第二射频信号；
[0016] 所述第二巴伦将所述经放大的第一射频信号和所述经放大的第二射频信号合并为经处理的射频信号，并通过所述第四电感线圈的第二端输出。
[0017] 通过本发明的用于5G-NR频段的射频功率放大装置和射频功率放大方法，能够以更高的集成度实现对射频功率的放大，并且实验显示，根据该装置和方法可以有效提高射频功率放大器的线性功率2.5dB，从而达到5G-NR的系统要求。
附图说明
[0018] 为进一步清楚解释本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
[0019] 在下面的附图中：
[0020] 图1是现有技术中射频功率放大装置的结构示意图。
[0021] 图2是根据本发明
实施例的射频功率放大装置的结构示意图。
[0022] 图3是根据本发明另一个实施例的射频功率放大装置的结构示意图。
具体实施方式
[0023] 以下通过特定的具体实施例来说明本发明所公开的实施方式，本领域技术人员可由本
说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种
修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
[0024] 根据本发明的一个方面，提出一种用于5G-NR频段的射频功率放大装置，对于射频功率放大装置的任一级放大电路采用两个巴伦分别对射频信号进行拆分和合并，无需输出阻抗匹配网络，且两个巴伦的尺寸量级为几百个微米，可以分别置于芯片以及基板上，从而使得所形成的功率放大装置具有更高的集成度。
[0025] 图2是根据本发明实施例的射频功率放大装置的结构示意图。如图2所示，射频功率放大装置包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、电源Vcc以及信号放大组件1。
[0026] 如图2所示，信号放大组件1包括第一巴伦11，第一组功率放大器1-1、第二组功率放大器1-2和第二巴伦12，其中：其中，巴伦是平衡-
不平衡转换器。所述第一巴伦11包括第一电感线圈111和第二电感线圈112，所述第一电感线圈111的第一端111-1接电源Vcc，所述第一电感线圈111的第二端111-2接输入的射频信号；所述第二电感线圈112的第一端112-1和第二端112-2分别连接所述第一组功率放大器1-1和所述第二组功率放大器1-2，所述第二电感线圈112中间的点接地；所述第二巴伦12包括第三电感线圈121和第四电感线圈122，所述第三电感线圈121的第一端121-1连接所述第一组功率放大器1-1，所述第三电感线圈121的第二端121-2连接所述第二组功率放大器1-2，所述第三电感线圈121中间的点接电源Vcc；所述第四电感线圈122的第一端122-1接地，所述第四电感线圈122的第二端122-2输出经处理的射频信号。需要说明的是，第二电感线圈112和第三电感线圈121中间的点可以是第二电感线圈112和第三电感线圈121的中点，也可以是第二电感线圈112和第三电感线圈
121中的任意一点。
[0027] 在一个可选的实施例中，第一组功率放大器1-1和第二组功率放大器1-2可以分别是一个功率放大器，也可以是多个
串联的功率放大器。所述功率放大器目前通用的放大器，例如，μA741、LM358、LM324等。
[0028] 在优选的实施例中，所述第一巴伦11置于芯片上，而所述第二巴伦12置于所述芯片和周围电路之间的基板上。由于巴伦的尺寸非常小，通常是几十或几百微米的量级，所以可以很容易地集成在芯片或基板上，从而得到高集成度。
[0029] 在另一个可选的实施例中，为了获得更大的放大增益，射频功率放大装置还可以包括更多级的信号放大组件。图3是根据本发明另一个实施例的射频功率放大装置的结构示意图。如图3所示，射频功率放大装置包括射频信号输入端RFin、射频信号输出端RFout、电源Vcc以及三级信号放大组件。三级放大组件包括第一级信号放大组件10、第二级信号放大组件20和第三级信号放大组件30，其中，第三级信号放大组件30与图2所述的信号放大组件1的结构相同。第三级信号放大组件30包括第一巴伦31，第一组功率放大器30-1、第二组功率放大器30-2和第二巴伦32，其中：所述第一巴伦31包括第一电感线圈311和第二电感线圈312，所述第一电感线圈311的第一端311-1接电源Vcc，所述第一电感线圈311的第二端311-2接输入的射频信号；所述第二电感线圈312的第一端312-1和第二端312-2分别连接所述第一组功率放大器30-1和所述第二组功率放大器30-2，所述第二电感线圈312中间的点接地；所述第二巴伦32包括第三电感线圈321和第四电感线圈322，所述第三电感线圈321的第一端321-1连接所述第一组功率放大器30-1，所述第三电感线圈321的第二端321-2连接所述第二组功率放大器30-2，所述第三电感线圈321中间的点接电源Vcc；所述第四电感线圈322的第一端322-1接地，所述第四电感线圈322的第二端322-2输出经处理的射频信号。
需要说明的是，第二电感线圈312和第三电感线圈321中间的点可以是第二电感线圈312和第三电感线圈321的中点，也可以是第二电感线圈312和第三电感线圈321中的任意一点。
[0030] 在图3中，第一级信号放大组件10和第二级信号放大组件20分别是一个功率放大器。根据一个可选的实施例，第一级信号放大组件10和第二级信号放大组件20可以分别包括多个串联的功率放大器，所以，可以将第一级信号放大组件10和第二级信号放大组件20共同将定义为第三组功率放大器。第一级信号放大组件10和第二级信号放大组件20与第一电感线圈311的第二端311-2连接，第一级信号放大组件10和第二级信号放大组件20对输入的射频信号进行放大处理后，发送到第一电感线圈311的第二端311-2。
[0031] 在图3所示的射频功率放大装置的结构示意图中，信号放大组件(即第三组功率放大器)是置于第三级信号放大组件30之前的，在一个可选的实施例中，信号放大组件也可以置于第三级信号放大组件30之后。这样，可选的，射频功率放大装置还包括第四组功率放大器，第四组功率放大器与第四电感线圈322的第二端322-2连接，用于对所述第四电感线圈322的第二端322-2输出经处理的射频信号进行放大。另外，可选的，所述第四组功率放大器包括一个功率放大器或多个串联的功率放大器。
[0032] 在另一个可选的实施例中，信号放大组件可以置于第三级信号放大组件30之前以及第三级信号放大组件30之后。
[0033] 根据本发明的另一个方面，提出一种用于5G-NR频段的射频功率放大方法，对于射频功率放大装置的任一级放大电路采用两个巴伦分别对射频信号进行拆分和合并，无需输出阻抗匹配网络，且两个巴伦的尺寸量级为几百个微米，可以分别置于芯片以及基板上，从而使得所形成的功率放大装置具有更高的集成度。
[0034] 根据一个具体实施例，按照图2所述的射频功率放大装置实施射频功率放大方法，包括如下步骤：
[0035] 所述第一电感线圈111的第二端111-2接收输入的射频信号；
[0036] 所述第一巴伦11将所述射频信号拆分为第一射频信号和第二射频信号；
[0037] 第一组功率放大器1-1和第二组功率放大器1-2分别对所述第一射频信号和所述第二射频信号进行放大，获得经放大的第一射频信号和经放大的第二射频信号；
[0038] 所述第三电感线121圈的第一端121-1和所述第三电感线圈121的第二端121-2分别接收所述经放大的第一射频信号和所述经放大的第二射频信号；
[0039] 所述第二巴伦12将所述经放大的第一射频信号和所述经放大的第二射频信号合并为经处理的射频信号，通过所述第四电感线圈122的第二端122-2输出。
[0040] 根据本发明提出的射频功率放大装置以及射频功率放大方法，以5G-NR的两个N40和N41频段为例，电源VCC＝3.4V下进行仿真，得到的仿真结果如表1所示：
[0041]
[0042] 表1
[0043] 通过表1可以看出，采用本发明提出的射频功率放大装置以及射频功率放大方法，可以达到33.5-35dBm的1db压缩点功率，超过传统射频功率放大装置架构大约2.5dB。
[0044] 通过本发明的用于5G-NR频段的射频功率放大装置和射频功率放大方法，能够以更高的集成度实现对射频功率的放大，并且实验显示，根据该装置和方法可以有效提高射频功率放大器的线性功率2.5dB，从而达到5G-NR的系统要求。
[0045] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
