本文的实施例涉及用于功率放大器的功率组合器。此外，实施例涉及包括功率组合器的功率放大器以及包括功率放大器的电子设备。
背景技术：
1、在无线通信系统中，发射机在传输之前采用功率放大器(pa)来增加射频(rf)信号功率。预期pa线性地放大输入信号并生成具有更大功率但具有与输入信号相同的特性的输出信号。
2、第五代(5g)新无线电(nr)在低于6ghz的频率或在24ghz至41ghz频率下操作。在6g无线通信网络中，预期亚太赫兹频段(例如，114ghz至300ghz)在特定场景中的蜂窝系统以及集成接入和回程网络中变得实用。
3、5g/6g nr通常期望大输出功率发射机。然而，另一方面，晶体管的增益和输出功率随着频率的增加而降低。因此，需要组合若干个功率单元的输出，以实现大输出功率。功率组合技术变得至关重要，其确定功率放大器的输出功率和频率带宽。
4、最常用的功率组合技术是电流组合和电压组合。
5、对于电流组合技术，树形结构功率组合器广泛应用于窄带设计，但当针对大带宽时不太适用。在后一种情况下，各种类型的分布式放大器具有明显的优点。分布式pa的基本架构在以下公开的错误！未找到参考源(a)中示出：g.nikandish、r.b.staszewski和a.zhu的“the revolution of distributed amplifier:from vacuum tubes to modern cmosand gan ics(分布式放大器的革新：从真空管到现代cmos和gan ic)”，ieee microwavemagazine，vol.19，no.4，pp.66-83，2018年6月以及c.f.campbell的“evolution of thenonuniform distributed power amplifier(非均匀分布式功率放大器的演变)”，ieeemicrowave magazine，vol.20，no.1，pp.18-27，2019年。晶体管的漏极与传输线(tl)连接，并且来自漏极的电流由这些tl组合。晶体管和tl的寄生电容形成所谓的具有ld和cd部分的人工传输线，如错误！未找到参考源(b)中所示，其中示出了分布式pa的基于集总元件人工传输线的等效电路。由于寄生电容在tl中同步，因此实现了宽带pa。晶体管的栅极也通过tl进行连接，在栅极tl的一个端子处施加输入信号。
6、为了避免输出功率在电阻器zod处耗散，并且为了均衡晶体管的负载，可以通过让传输线具有不同的宽度来移除电阻器zod，从而具有不同的特性阻抗。这种放大器被称为非均匀分布式功率放大器，如图2所示，在上面列出的相同文章中公开。
7、应当注意，如果晶体管具有相同的尺寸，则pa的负载阻抗等于其随着功率单元的数量n的增加而减小，其中，zod是第一tl的特性阻抗。
8、基于变压器的电流组合器(其中次级绕组并联连接)在图3中示出，在以下中公开：andrea bevilacqua的“fundamentals of integrated transformers:from principlesto applications(集成变压器的基础：从原理到应用)”，ieee solid-state circuitsmagazine，vol.12，no.4，2020年11月。来自每个变压器的电流在pa的负载rl处相加。
9、电压组合器可以由耦接传输线组成，如图4所示，在以下中公开：a.m.niknejad等人的“integrated circuit transmission-line transformer power combiner formillimetre-wave applications(用于毫米波应用的集成电路传输线变压器功率组合器)”，electronics letters，vol:43，no:5，2007年以及m.g.anderson等人的“ultralow-power radio frequency beamformer using transmission-line transformers andtunable passives(使用传输线变压器和可调谐无源器件的超低功率射频波束成形器)”，ieee microwave and wireless components letters，vol.29，no.2，2019年2月。如果晶体管的输出电流相等，则通过负载的电流与单个晶体管所提供的电流i0相同，而该负载处的电压是所有晶体管的电压摆幅的总和nv0。类似地，串联连接的变压器也可以形成电压功率组合器，如图5所示，在与图3相同的文章中公开。
10、应当指出，pa的负载阻抗(即，“电压组合器”的负载阻抗)是其随着功率单元的数量而增大。
11、如图6所示，在以下中提出了电流组合器/电压组合器的混合：h.wang等人的“mm-wave integration and combinations(mm波集成和组合)”ieee microw.mag.，vol.13，no.5，pp.49-57，2012年7月；jiang-an han等人的“a 26.8db gain 19.7dbm cmos poweramplifier using4-way hybrid coupling combiner(使用4路混合耦接组合器的26.8db增益19.7dbm cmos功率放大器)”，ieee microwave and wireless components letters，vol.25，no.1，2015年1月；以及domenico pepe等人的“1.29-w/mm2 23-dbm 66-ghz poweramplifier in 55-nm sige bicmos with in-line coplanar transformer powersplitters and combiner(采用55-nm sige bicmos的具有直插共面变压器功率分配器和组合器的1.29-w/mm2 23-dbm 66-ghz功率放大器)”，ieee microwave and wirelesscomponents letters，vol.27，no.12，2017年12月。如图6(a)所示，两个变压器t1和t2串联连接以进行电压组合，并且两个变压器t3和t4串联连接以进行电压组合，然后两个串联连接变压器t1/t2和t3/t4并联连接以进行电流组合。图6(b)示出了由差分螺旋电感器实现的电流/电压组合器的混合中的变压器。
12、现有组合技术存在一些问题。例如，与“人工tl”组合器相比，树形结构组合器具有相对较窄的带宽。如图2所示，在非均匀分布式放大器中，传输线的宽度从左到右增加，例如，在例如60nm氮化镓(gan)半导体工艺中需要比300μm大的传输线宽度。这种宽传输线占用较大的芯片面积，并且难以折叠。尽管宽tl可以被替换为具有并联电容器的相对较窄的tl，但与没有并联电容器的tl相比，等效tl将具有更窄的频率带宽和高损耗。
13、此外，需要阻抗变换网络(itn)来进行阻抗匹配，并且阻抗变换比是功率组合器的负载阻抗rl比功率放大器的50ω负载。在高功率应用中，其中rl＝zod/n<<50ω，必须使用多条级联tl，这会导致较大的面积和损耗。
技术实现思路
1、因此，本文实施例的目的是提供一种具有改进性能的功率组合器。
2、根据本文实施例的一个方面，该目的通过一种用于组合来自被包括在功率放大器中的多个功率单元的输出功率的功率组合器来实现。功率组合器包括：电流组合器，被配置为组合来自功率放大器中包括的至少两个功率单元的输出电流；电压组合器，被配置为组合来自功率放大器中包括的至少两个功率单元的输出电压。电压组合器和电流组合器级联连接。
3、根据本文的一些实施例，电压组合器的输入端子可以连接到电流组合器的输出，并且电压组合器的输出端子可以连接到功率放大器的负载rl；或者，电流组合器的输入端子可以连接到电压组合器的输出，并且电流组合器的输出端子可以连接到功率放大器的负载。
4、根据本文的一些实施例，电流组合器可以包括串联连接的一个或多个传输线，并且用于电流组合的至少两个功率单元的输出端子连接到传输线。
5、根据本文的一些实施例，电压组合器可以包括一个或多个变压器或耦接传输线，并且每个变压器或耦接传输线包括具有第一输入端子和第一输出端子的初级传输线以及具有第二输入端子和第二输出端子的次级传输线。
6、根据本文实施例的一个方面，该目的通过一种包括上述功率组合器的功率放大器以及包括该功率放大器的电子设备来实现。电子设备可以是用于通信系统的发射机、收发机、基站、移动设备、用户设备、雷达、无线通信设备。
7、根据本文实施例的功率组合器包括电流组合器和电压组合器，并且可以解决分布式功率放大器的问题。即，功率单元的数量可能受到实现具有超低特性阻抗的传输线的难度的限制。而电压组合器不需要具有低特性阻抗的tl。
8、电流组合器和电压组合器级联连接。即，电压组合器的一个端子可以连接到电流组合器，并且另一端子可以连接到功率放大器的负载。以这种方式，电压组合器充当向上阻抗变换器，并且将电流组合器的输出阻抗进行上变换，因此如果电压组合器的输出阻抗达到50ω，则可以移除itn。
9、当电压组合器的输出阻抗未达到50ω时，仍然需要itn。然而，电压组合器具有提高输出阻抗的益处，因此与50ω的阻抗变换比降低。因此，减少了用于构建itn的tl的数量，从而可以减少itn的损耗。
10、根据本文实施例的功率组合器具有电流组合器和电压组合器两者的优点，例如最小化的组合器损耗、宽带宽等。
11、因此，本文实施例提供了具有改进性能的功率组合器。
1.一种功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，用于组合来自功率放大器(800、900、1000、1100、1200)中包括的多个功率单元(a1、a2、a3、a4、a5、a6)的输出功率，其中，所述功率组合器(810、910、1010、1110、1210)包括：
2.根据权利要求1所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，
3.根据权利要求1至2中任一项所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，所述电流组合器(911、1011、1111、1211)包括串联连接的一个或多个传输线(tl1、tl2)，并且用于电流组合的所述至少两个功率单元(a1、a2、a3)的输出端子连接到所述传输线(tl1、tl2)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，所述电压组合器(912、1012、1112、1212)包括一个或多个变压器或耦接传输线(tl3/tl33、tl4/tl44、tl5/tl55、tl6/tl66)，并且其中，每个变压器或耦接传输线包括具有第一输入端子(in1)和第一输出端子(out1)的初级传输线(tl3、tl4、tl5、tl6)以及具有第二输入端子(in2)和第二输出端子(out2)的次级传输线(tl33、tl44、tl55、tl66)。
5.根据权利要求4所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，所述电压组合器(912、1012、1112、1212)包括串联连接的两个或更多个变压器或耦接传输线(tl3/tl33、tl4/tl44、tl5/tl55、tl6/tl66)，使得前一变压器或耦接传输线中的初级传输线的第一输出端子(out1)连接到下一变压器或耦接传输线中的初级传输线的第一输入端子(in1)；并且其中，
6.根据权利要求4所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，所述电压组合器(912、1012、1112、1212)包括级联连接的两个或更多个变压器或耦接传输线(tl3/tl33、tl4/tl44、tl5/tl55)，使得前一变压器或耦接传输线中的次级传输线的第二输出端子(out2)连接到下一变压器或耦接传输线中的初级传输线的第一输入端子(in1)；并且其中，
7.根据权利要求4所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)，其中，所述电压组合器(912、1012、1112、1212)包括两个或更多个变压器或耦接传输线(tl3/tl33、tl4/tl44、tl5/tl55、tl6/tl66)，并且其中，
8.一种功率放大器(800、900、1000、1100、1200)，包括根据权利要求1至7中任一项所述的功率组合器(810、910、1010、1110、1210)。
9.一种电子设备(1400)，包括根据权利要求8所述的功率放大器(900、1000、1100、1200)。
10.根据权利要求9所述的电子设备(1400)是用于通信系统的发射机、收发机、基站、移动设备、用户设备、雷达、无线通信设备中的任何一种。
