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1、(10)申请公布号 CN 102158184 A (43)申请公布日 2011.08.17 CN 102158184 A *CN102158184A* (21)申请号 201110110892.7 (22)申请日 2011.04.29 H03F 3/20(2006.01) (71)申请人 中兴通讯股份有限公司 地址 518057 广东省深圳市南山区高新技术 产业园科技南路中兴通讯大厦法务部 (72)发明人 何钢 陈化璋 崔晓俊 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 李健 龙洪 (54) 发明名称 一种功率放大管以及功率放大方法 (57) 摘要 本发明公开。
2、了一种功率放大管以及功率放大 方法， 本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 管所在的同一封装 ； 所述功率放大管中峰值功放 器和主功放器中的一个或多个放大器用于采用高 压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件进行信号功率 放大， 其它放大器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT）器件进行信号功率放大。本发明应用于 Doherty 放大器， 采用突破性的全新功放管芯组 合方式设计功率管， 与现有的全部采用 LDMOS 的 功放管芯的 Doherty 放大器相比， 可在保证功率 放大管的小体积基础上实现高效率的功率放大。 (51)Int.Cl. (19。
3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102158189 A1/2 页 2 1. 一种功率放大管， 应用于多赫蒂功放装置， 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装 ； 所述功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一个或多个放大器用于采用高压异质 结双极晶体管 （HVHBT） 器件进行信号功率放大， 其它放大器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件进行信号功率放大。 2. 如权利要求 1 所述的功率放大管， 其特征在于， 所述功率放大管为双路结。
4、构放大管时， 峰值功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且主功放器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 峰值功放器 用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件并且主功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件。 3. 如权利要求 1 所述的功率放大管， 其特征在于， 所述功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器用于采用高压异质结双 极晶体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且峰值功放器 用于采。
5、用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功放器用 于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器用于采用高电子迁移率晶 体管 （HEMT） 器件。 4. 如权利要求 1、 2 或 3 所述的功率放大管， 其特征在于， 所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件是基于砷化镓 （GaAs） 的器件， 所述高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件是基于氮化镓 （GaN） 的器件。 5. 一种功率放大方法， 其特征在于， 将峰值功放器和主功放器集成功率放大管所在的同一封装 ； 所述功率放大管的峰值功 放器和主功放器中的一个或多个放大器采用高。
6、压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件进行信号 功率放大， 其它放大器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件进行信号功率放大。 6. 如权利要求 5 所述的方法， 其特征在于， 所述功率放大管为双路结构放大管时， 峰值功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且主功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 峰值功放器采用高 电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件并且主功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件。 7. 如权利要求 5 所述的方法， 其特征在于， 所述功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器采用高压异质结双极晶 体管 （HVH。
7、BT） 器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器 件， 或者， 主功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且峰值功放器采用高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功放器采用高压异质结双极 晶体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件。 8. 如权利要求 5、 6 或 7 所述的方法， 其特征在于， 所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件是基于砷化镓 （GaAs） 的器件， 所述高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件是基于氮化镓 （GaN） 的器件。 9. 。
8、如权利要求 5、 6 或 7 所述的方法， 其特征在于， 权 利 要 求 书 CN 102158184 A CN 102158189 A2/2 页 3 根据功率放大管的功放参数选择所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件和所述高电 子迁移率晶体管 （HEMT） 器件。 权 利 要 求 书 CN 102158184 A CN 102158189 A1/4 页 4 一种功率放大管以及功率放大方法 技术领域 0001 本发明涉及射频功率放大器设计技术领域， 尤其涉及一种功率放大管以及功率放 大方法。 背景技术 0002 随着移动通讯业务的快速增长， 对相应器件的低耗、 高效、 小体积的性能要求。
9、也迅 速增加， 基站产品的效率高低、 体积大小已经成为行业竞争的焦点， 基站中对决定效率的主 要部件即功放器件的效率提升也成为了核心点， 射频功率放大器广泛用于各种无线发射设备中， 效率和线性是功率放大器两个最 重要的指标， 设计线性高效率的功率放大器， 是目前该领域研究的热点和难点。多赫蒂 （Doherty） 放大器技术是目前提高功率放大器效率中最有效和最广泛使用的技术。 0003 Doherty 技术最初应用于行波管， 为广播提供大功率发射机， 其架构简单易行， 效 率高。 0004 传统的 Doherty 结构由 2 个功放组成 ： 一个主功放 （Carrier 放大器） ， 一个辅助功。
10、 放， 主功放工作在 B 类或者 AB 类， 辅助功放工作在 C 类。两个功放不是轮流工作， 而是主 功放一直工作， 辅助功放到设定的峰值才工作 （所以辅助功放也称为峰值功放） 。主功放输 出端后的 90 度四分之一波长线起到阻抗变换的作用， 目的是在辅助功放工作时， 起到将主 功放的视在阻抗减小的作用， 保证辅助功放工作的时候和后续电路组成的有源负载阻抗变 低， 这样主功放输出电流就变大。 由于主功放输出端后的四分之一波长线， 为了使两个功放 输出同相， 在辅助功放前面也需要 90相移， 如图 1 所示。 0005 主功放工作在 B 类， 当总的输入信号比较小时， 只有主功放处于工作状态 ；。
11、 当主 功放管的输出电压达到峰值饱和点时， 理论上的功放效率能达到 78.5。如果这时将激 励加大一倍， 那么， 主功放管在达到峰值的一半时就出现饱和了， 功放效率也达到最大的 78.5， 此时辅助功放也开始与主功放一起工作。辅助功放的引入， 使得从主功放的角度 看， 负载减小了， 因为辅助功放对负载的作用相当于串连了一个负阻抗， 所以， 即使主功放 的输出电压饱和恒定， 但输出功率因为负载的减小却持续增大 ( 流过负载的电流变大了 )。 当达到激励的峰值时， 辅助功放也达到了本身效率的最大点， 这样两个功放合在一起的效 率就远远高于单个 B 类功放的效率。单个 B 类功放的最大效率 78.5。
12、出现在峰值处， 现在 78.5的效率在峰值的一半就出现了， 所以这种系统结构能达到很高的效率 （每个放大器 均达到最大的输出效率） 。 0006 传统的 Doherty 放大器由两只同一类型且独立封装的功放管来分别作为主放大 器和峰值放大器组合实现， 目前业界采用最多的是横向扩散金属氧化物半导体 （Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor， 简称 LDMOS） 功放管。采用同一类型的功放管， 其 供电电压及偏置方式相同， 因此偏置电路设计简单 ； 由于各功放管为同一类型， 其批量生产 的离散也相对容易控制。但两只独立封装的功放管设计布局面积较大，。
13、 已远远不能满足小 体积的要求。 说 明 书 CN 102158184 A CN 102158189 A2/4 页 5 0007 针对这一现状， 各功放管厂家都纷纷投入大量研究， 研发出了针对 Doherty 技术 的高效率、 小体积应用的功放管， 例如Freescale的双端器件， 如图2所示。 此类器件在一个 封装中集成了两个独立的功放管 （目前均为LDMOS功放管芯， 可分别作为Doherty放大器的 Carrier放大器和Peak放大器使用， 其内部结构如图3所示） ， 可灵活实现小体积的Doherty 放大器， 但由于采用的仍然是 LDMOS 功放管， 而 LDMOS 器件已经发展到。
14、第八代， 虽然其成本 低廉， 性能的提升空间却非常有限， 已远远不能满足绿色环保要求。 因此， 如何针对Doherty 应用来设计小体积且高效率的功放管是需要解决的技术问题。 发明内容 0008 本发明要解决的技术问题是提供一种功率放大管以及功率放大方法， 在保证功率 放大管的小体积基础上实现高效率的功率放大。 0009 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种功率放大管， 应用于多赫蒂功放装置， 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装 ； 所述功率放大管中峰值功放器和主功放器中的一个或多个放大器 用于采用高压异质结双极晶体管 （。
15、HVHBT） 器件进行信号功率放大， 其它放大器用于采用高 电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件进行信号功率放大。 0010 进一步地， 上述功率放大管还可以具有以下特点 ： 所述功率放大管为双路结构放大管时， 峰值功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且主功放器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 峰值功放器 用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件并且主功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件。 0011 进一步地， 上述功率放大管还可以具有以下特点 ： 所述功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器用于采用高压异质结。
16、双 极晶体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器用于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且峰值功放器 用于采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功放器用 于采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器用于采用高电子迁移率晶 体管 （HEMT） 器件。 0012 进一步地， 上述功率放大管还可以具有以下特点 ： 所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件是基于砷化镓 （GaAs） 的器件， 所述高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件是基。
17、于氮化镓 （GaN） 的器件。 0013 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种功率放大方法， 包括 ： 将峰值功放器和 主功放器集成功率放大管所在的同一封装 ； 所述功率放大管的峰值功放器和主功放器中的 一个或多个放大器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件进行信号功率放大， 其它放大 器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件进行信号功率放大。 0014 进一步地， 上述方法还可以具有以下特点 ： 所述功率放大管为双路结构放大管时， 峰值功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且主功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 峰值功放器采用高 电子迁。
18、移率晶体管 （HEMT） 器件并且主功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件。 说 明 书 CN 102158184 A CN 102158189 A3/4 页 6 0015 进一步地， 上述方法还可以具有以下特点 ： 所述功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器采用高压异质结双极晶 体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器 件， 或者， 主功放器采用高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件并且峰值功放器采用高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功放器采用高压异质结双极 晶。
19、体管 （HVHBT） 器件并且其它峰值功放器采用高电子迁移率晶体管 （HEMT） 器件。 0016 进一步地， 上述方法还可以具有以下特点 ： 所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件是基于砷化镓 （GaAs） 的器件， 所述高电子迁 移率晶体管 （HEMT） 器件是基于氮化镓 （GaN） 的器件。 0017 进一步地， 上述方法还可以具有以下特点 ： 根据功率放大管的功放参数选择所述高压异质结双极晶体管 （HVHBT） 器件和所述高电 子迁移率晶体管 （HEMT） 器件。 0018 本发明应用于 Doherty 放大器， 采用突破性的全新功放管芯组合方式设计功率 管， 与现有的全部采用。
20、LDMOS的功放管芯的Doherty放大器相比， 可在保证功率放大管的小 体积基础上实现高效率的功率放大。 附图说明 0019 图 1 为传统的 Doherty 功率放大器结构图 ； 图 2 为现有技术中独立封装的双路功放管外形图 ； 图 3 为现有技术中双路结构的功率放大管的结构示意图 ； 图 4 为本实施例中双路结构的功率放大管的结构示意图。 具体实施方式 0020 本发明中的功率放大管， 应用于多赫蒂功放装置， 此功率放大管包括峰值功放器 和主功放器。 0021 峰值功放器和主功放器均集成功率放大管所在的同一封装 ； 功率放大管中峰值功 放器和主功放器中的一个或多个放大器用于采用高压异质。
21、结双极晶体管 （High Voltage Heterojunction Bipolar Transistor， HVHBT） 器件进行信号功率放大， 其它放大器用于采 用高电子迁移率晶体管 （High Electron Mobility Transistor， 简称 HEMT） 器件进行信号 功率放大。 0022 实施例一中， 如图 4 所示， 功率放大管为双路结构放大管时， 峰值功放器用于采用 HVHBT 器件并且主功放器用于采用 HEMT 器件， 或者， 峰值功放器用于采用 HEMT 器件并且主 功放器用于采用 HVHBT 器件。将两路功放管芯集成到功率放大管的同一封装中， 保证功率 放大。
22、管体积小同时提高功放的高效率。 0023 实施例二中， 功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器用于采用 HVHBT 器件并且其它峰值功放器以及主功放器用于采用 HEMT 器件， 或者， 主功放器用于采 用 HVHBT 器件并且峰值功放器用于采用 HEMT 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功 放器用于采用 HVHBT 器件并且其它峰值功放器用于采用 HEMT 器件。将多路功放管芯均集 成到功率放大管的同一封装中， 保证功率放大管体积小同时提高功放的高效率。 说 明 书 CN 102158184 A CN 102158189 A4/4 页 7 0024 HVHBT 器件是基。
23、于砷化镓 （GaAs） 的器件， HEMT 器件是基于氮化镓 （GaN） 的器件。 0025 本发明中功率放大方法包括 ： 将峰值功放器和主功放器集成功率放大管所在的同 一封装 ； 功率放大管的峰值功放器和主功放器中的一个或多个放大器采用 HVHBT 器件进行 信号功率放大， 其它放大器采用 HEMT 器件进行信号功率放大。 0026 实施例一中， 如图 4 所示， 功率放大管为双路结构放大管时， 峰值功放器采用 HVHBT 器件并且主功放器采用 HEMT 器件， 或者， 峰值功放器采用 HEMT 器件并且主功放器采 用 HVHBT 器件。将两路功放管芯集成到功率放大管的同一封装中， 保证功率。
24、放大管体积小 同时提高功放的高效率。 0027 实施例二中， 功率放大管为多路结构放大管时， 一个或多个峰值功放器采用 HVHBT 器件并且其它峰值功放器以及主功放器采用 HEMT 器件， 或者， 主功放器采用 HVHBT 器件并 且峰值功放器采用 HEMT 器件， 或者， 主功放器以及一个或多个峰值功放器采用 HVHBT 器件 并且其它峰值功放器采用 HEMT 器件。将多路功放管芯均集成到功率放大管的同一封装中， 保证功率放大管体积小同时提高功放的高效率。 0028 HVHBT 器件是基于砷化镓 （GaAs） 的器件， HEMT 器件是基于氮化镓 （GaN） 的器件。 0029 本方法中， 。
25、根据功率放大管的功放参数选择 HVHBT 器件和 HEMT 器件。 0030 在进行Doherty功放设计时， 根据所需的功放参数， 确定所用的HVHBT功放管芯型 号和 HEMT 的功放管芯型号 ； 确定 Doherty 功放结构 （两路还是多路结构） ， 将两种管芯集到 同一封装结构中并完成内匹配设计及管壳专封装， 使用本 Doherty 功放进行信号放大。 0031 具体实施例 ： 针对 2.1GHz UMTS 系统应用的功率为 55W 峰均比为 6dB Doherty 功放设计， 需要用到 两只独立封装的功放管合计至少 200W 以上的饱和功率。结合功放管厂家现有器件， 可采用 两个 。
26、120W 的 LDMOS 功放管通过对称 Doherty 结构实现， 按照业界目前的器件水平， 其单末 级功放效率约 52% 左右 ； 而采用基于本发明的装置实现， 其单末级功放效率约 58% 左右， 提 高近 12%， 但 PCB 设计布局面积可减少近一倍。 0032 本发明采用突破性的全新功放管芯组合方式， 将 HVHBT 管芯和 LDMOS 管芯集成到 同一个封装中来实现小体积同时提高放大效率。具体应用时可充分利用 HVHBT 功放管芯 效率高的优势， 将 HVHBT 管芯作为 Doherty 放大器的主放大器来实现性能最优。同时利用 LDMOS 功放管芯技术成熟度高、 成本低廉的优势，。
27、 实现成本最优， 最终实现性能、 成本、 体积 的完美结合。本发明可广泛应用于各种 Doherty 放大器的设计中， 使其效率指标显著提升。 0033 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互任意组合。 0034 当然， 本发明还可有其他多种实施例， 在不背离本发明精神及其实质的情况下， 熟 悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变形 都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 0035 本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令 相关硬件完成， 所述程序可以存储于计算机可读存储介质中， 如只读存储器、 磁盘或光盘 等。可选地， 上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应 地， 上述实施例中的各模块 / 单元可以采用硬件的形式实现， 也可以采用软件功能模块的 形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。 说 明 书 CN 102158184 A CN 102158189 A1/1 页 8 图 1 图 2 图 3图 4 说 明 书 附 图 CN 102158184 A 。