專利名稱：一種多級多路Doherty放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于基站功率放大器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于多載波基站系統(tǒng)中的多級多路Doherty放大器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
射頻功率放大器是無線通信基站系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，基站系統(tǒng)的能耗大部分都由射頻功率放大器消耗，隨著人類對綠色環(huán)保的重視，無線通信領(lǐng)域?qū)ι漕l功率放大器的效率要求越來越高。Doherty放大器是在目前的無線通信系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種高效率技術(shù)，傳統(tǒng)Doherty放大器電路的原理如附圖I所示，由輸入功分器I、載波放大器3、峰值放大器 4.功率合成/阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路5組成，輸入功分器I與負(fù)載2連接。在小信號電平輸入時，峰值放大器4處于關(guān)閉狀態(tài)，載波放大器3的輸出被功率合成/阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路5牽引到了一定的負(fù)載，使得載波放大器3工作在高效率狀態(tài)，隨著輸入信號電平的提高，峰值放大器4由關(guān)閉狀態(tài)逐漸開啟，載波放大器3以及峰值放大器4的輸出負(fù)載隨著輸出功率的變化而變化，當(dāng)輸入信號電平達(dá)到最大值時，載波放大器3和峰值放大器4都達(dá)到了飽和狀態(tài)而工作在高效率狀態(tài)。目前傳統(tǒng)的單級Doherty放大器電路在信號峰均比為5 7dB的情況下可達(dá)到最好效率在50%左右，應(yīng)用到射頻功率放大器整機(jī)中后，效率最高也只能做到43%左右，很難進(jìn)一步提高，同時增益也只能做到20dB以內(nèi)，然而隨著無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，信號的帶寬要求越來越寬，信號峰均比也越來越高，要求功放效率也越來越高，對Doherty電路的增益要求也越來越高。因此如何進(jìn)一步有效提高Doherty放大器的效率及增益是射頻功率放大器領(lǐng)域的一個值得深入研究的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多級多路Doherty放大器，在高峰均比回退的情況下能夠提高效率并有較高的增益。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為一種多級多路Doherty放大器，其特征在于它包括多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路、I個載波放大器、至少2個峰值放大器、至少3個驅(qū)動放大器、以及輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路；每個載波放大器和峰值放大器前分別串聯(lián)I個驅(qū)動放大器，驅(qū)動放大器的輸入端分別與所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路連接，載波放大器和峰值放大器的輸出端分別與所述輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路連接。按上述方案，所述至少2個峰值放大器中，第一峰值放大器的功率是所述載波放大器的功率的O. 6 I. 4倍，其余峰值放大器的功率逐級翻倍，且翻倍系數(shù)為I. 5 2. 6， 定義所述載波放大器的功率為P。，所述峰值放大器的功率逐級為Ppl、Pp2. · · Pp (n_D、Ppn，則Ppl =(O. 6 I. 4)Pc,Pp2 = (I. 5 2. 6)Ppl,…、Ppn = (I. 5 2. 6)Pp (n_D，其中 η 為峰值放大器個數(shù)。所述至少3個驅(qū)動放大器中，與所述載波放大器相連接的驅(qū)動放大器的工作狀態(tài)為AB類，與所述峰值放大器相連接的驅(qū)動放大器的工作狀態(tài)為AB類、B類、BC類、C類中的一種。按上述方案，所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路由混合耦合器、微帶線功分器、帶狀線功分器、同軸電纜功分器中的一種或幾種元件構(gòu)成，用于將輸入信號分配成至少三路功率。按上述方案，所述功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路由分離式的耦合、微帶線、帶狀線、同軸電纜、微波電容中的一種或幾種構(gòu)成，用于將所有峰值放大器和載波放大器輸出的射頻信號進(jìn)行功率合成及阻抗變換后輸出。按上述方案，所述的每個載波放大器和峰值放大器前分別串聯(lián)一個延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路，用于引入群時延、插入相位和插入損耗，使得放大路徑在所述工作頻帶內(nèi)的群時延、插入相位、以及增益參數(shù)特征一致。按上述方案，所述的延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路包括微帶線、帶狀線、表面安裝元件、 同軸電纜中的至少之一的元件。按上述方案，本放大器可以由獨(dú)立元件構(gòu)成，或采用半導(dǎo)體制作工藝將多顆放大管管芯及相應(yīng)的輔助元件集成在單芯片中構(gòu)成單芯片集成電路。按上述方案，所述的驅(qū)動放大器由一個放大管或多個放大管級聯(lián)組成。本發(fā)明的工作原理是射頻放大器電路的設(shè)計采用了多級多路的非對稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在輸入端輸入一個高峰均比的信號，在輸入信號為均值及均值以下信號時，峰值放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，載波放大器的輸出被功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路牽引到了一定的負(fù)載， 使得載波放大器工作在高效率狀態(tài)；隨著輸入信號電平的提高，峰值放大器由關(guān)閉狀態(tài)逐漸開啟，載波放大器以及峰值放大器的輸出負(fù)載隨著輸出功率的變化而變化；當(dāng)輸入信號電平達(dá)到最大峰值時，載波放大器峰值放大器都達(dá)到了飽和狀態(tài)而工作在高效率狀態(tài)，同時在載波放大器及峰值放大器的前面引入了驅(qū)動放大器，提高了 Doherty放大器的增益。本發(fā)明的有益效果為I、實(shí)驗(yàn)證明，采用本多級多路Doherty放大器實(shí)現(xiàn)的兩級三路Doherty放大器電路回退7dB時輸出7dB峰均比的GSM多載波信號情況下，效率可以達(dá)到52%以上，增益可以達(dá)到25dB以上。隨著峰值鏈路數(shù)的增加，則可以滿足更高的峰均比要求。2、本設(shè)計通過采用了多級多路的Doherty拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),在放大高峰均比信號情況下有更高的效率，配合外加的DPD(數(shù)字預(yù)失真)補(bǔ)償電路時能夠達(dá)到較好的線性；同時又能做到較低成本且工作可靠、穩(wěn)定。3、在每個放大路徑前分別引入一個簡單的延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路，來抵消不同放大路徑之間的群時延、插入相位、增益等參數(shù)差異，使得放大路徑在所述工作頻帶內(nèi)的群時延、插入相位、增益等參數(shù)特征一致，從而使輸出射頻信號的功率合成達(dá)到最大值，這樣即可以達(dá)到較高的效率，也可以滿足高峰均比的需求。


圖I為傳統(tǒng)Doherty放大器的電路原理框圖。圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的電路原理框圖。
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圖3為本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用的實(shí)例。圖4為本發(fā)明又一實(shí)施例的電路原理框圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、工作原理和優(yōu)點(diǎn)能夠更加清晰明白，下面會結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。實(shí)施例一圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的電路原理框圖，它包括多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路、I個載波放大器Cl、至少2個峰值放大器Pl-Pn、至少3個驅(qū)動放大器Dl_Dn+1、以及輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路；每個載波放大器和峰值放大器前都串聯(lián)I個驅(qū)動放大器，驅(qū)動放大器的輸入端分別與所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路連接，載波放大器和峰值放大器的輸出端分別與所述輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路連接。所述至少2個峰值放大器中，第一峰值放大器的功率是所述載波放大器的功率的
O.6 I. 4倍，其余峰值放大器的功率逐級翻倍，且翻倍系數(shù)為I. 5 2. 6，定義所述載波放大器的功率為P。，所述峰值放大器的功率逐級為Ppl、Pp2... Pp (n-D、Ppn，則Ppl = (O. 6 I. 4) Pc>Pp2 = (1·5 2·6)Ρρ1、…、Ppn= (I. 5 2.6)Pp (n_D，其中η為峰值放大器個數(shù)。當(dāng)然， 翻倍系數(shù)也可以在該范圍之外，只是達(dá)不到這么好的效果。所述至少3個驅(qū)動放大器中，與所述載波放大器相連接的驅(qū)動放大器的工作狀態(tài)為AB類，與所述峰值放大器相連接的驅(qū)動放大器的工作狀態(tài)為AB類、B類、BC類、C類中的一種。所述驅(qū)動放大器中的任意一個可以由一個放大管或多個放大管級聯(lián)組成。多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路將輸入信號進(jìn)行多路功率分配；功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路將所有放大器電路輸出的射頻信號進(jìn)行功率合成及阻抗變換后輸出。這種多級多路 Doherty放大器結(jié)構(gòu)采用了上述比例的峰值放大器，既可以滿足高信號峰均比的要求，又能達(dá)到很高的效率。其中根據(jù)翻倍系數(shù)來選擇合適的峰值放大器。其中，所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路可以由混合耦合器、微帶線功分器、帶狀線功分器、同軸電纜功分器中的一種或幾種元件構(gòu)成，其實(shí)現(xiàn)將輸入的信號分配成至少三路功率。其中，所述功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路可以由分離式的耦合、微帶線、帶狀線、 同軸電纜中、微波電容等元件中的一種或幾種構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對多路信號的合路。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例應(yīng)用的實(shí)例，本實(shí)施例選用2個峰值放大器Pl和P2。其中，多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路包括第一耦合器101、第二耦合器103、第一吸收負(fù)載102、第二吸收負(fù)載104。第一耦合器101的隔離端口通過微帶線連接所述第一吸收負(fù)載 102后接地；第一耦合器101的-90°端口通過微帶線連接第二耦合器103的輸入端；第二耦合器103的隔離端口通過微帶線連接第二吸收負(fù)載104后接地；第二耦合器103的-90° 輸出端口通過微帶線與載波放大鏈路的驅(qū)動放大器Dl的輸入端連接；第二耦合器103的 0°輸出端口通過微帶線與第一峰值放大鏈路的驅(qū)動放大器D2的輸入端連接；第一耦合器 101的0°輸出端口通過微帶線與第二峰值放大鏈路的驅(qū)動放大器D3的輸入端口連接。多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路的功能為進(jìn)行一路分三路的功率分配，第一耦合器101可選擇通用的 3dB耦合器或5dB耦合器，第二耦合器104可選擇通用的3dB耦合器或5dB耦合器。其中，所述載波放大器、所述第一峰值放大鏈路和所述第二峰值放大鏈路的位置不受限制，可以根據(jù)實(shí)際需要任意調(diào)換位置，只要保證功率比例即可。功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路與載波放大器Cl和峰值放大器P1、P2的輸出端耦合，將放大器電路的輸出信號在內(nèi)部進(jìn)行功率合成及阻抗變換后進(jìn)行輸出，載波放大器和峰值放大器工作在工作頻帶內(nèi)。所述功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路包括第一微帶線201、 第二微帶線202、第三微帶線203、第四微帶線204 ;第一峰值放大器的輸出端與第一微帶線 201相連；載波放大器的輸出端與第二微帶線202相連；第二峰值放大器的輸出端與第三微帶線203相連。第一微帶線201、第二微帶線202、第三微帶線203、第四微帶線204的特性阻抗為10Ω至200Ω之間的一個值，且第一、二、三、四微帶線的阻抗不一定是相同的，其電長度也不一定是相同的。在輸入端輸入一個高峰均比的信號，在輸入信號為均值及均值以下信號時，第一峰值放大器和第二峰值放大器處于關(guān)閉狀態(tài)，載波放大器的輸出被功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路中的第四微帶線204和第二微帶線202牽引到了一定的負(fù)載，使得載波放大器工作在高效率狀態(tài)；隨著輸入信號電平的提高，第一峰值放大器和第二峰值放大器由關(guān)閉狀態(tài)逐漸開啟，載波放大器以及峰值放大器的輸出負(fù)載隨著輸出功率的變化而變化；當(dāng)輸入信號電平達(dá)到最大峰值時，載波放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器都達(dá)到了飽和狀態(tài)而工作在高效率狀態(tài)。本放大器可以由各器件連接而成，也可為一塊采用半導(dǎo)體制作工藝制成的集成電路。實(shí)施例二 本實(shí)施例如圖4所示，結(jié)構(gòu)、原理與實(shí)施例一基本相同，其不同之處在于在每個驅(qū)動放大器前分別串聯(lián)一個延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路，用于引入群時延、插入相位和插入損耗，使得放大路徑在所述工作頻帶內(nèi)的群時延、插入相位、以及增益參數(shù)特征一致。延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路包括微帶線、帶狀線、表面安裝元件、同軸電纜中的至少之一的元件。延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路引入延時、插入相位、插入損耗或增益等參數(shù)特征，與所述驅(qū)動放大器、載波放大器和峰值放大器組合進(jìn)行工作，再配合所述功率分配網(wǎng)絡(luò)電路、功率合成及阻抗變化網(wǎng)絡(luò)電路，使得多個放大路徑在所述工作頻帶內(nèi)的時延、插入相位、插入損耗或增益等參數(shù)特征一致，從而使多路信號的功率合成達(dá)到最大值。這樣即可以達(dá)到較高的效率，也可以滿足高峰均比的需求。上述僅為本發(fā)明較佳的具體的實(shí)現(xiàn)方式的舉例，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這里所描述的實(shí)施例，任何熟悉本領(lǐng)域的基本技術(shù)人員基于本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的替換或修改，都應(yīng)包含在所附權(quán)利要求書所限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多級多路Doherty放大器，其特征在于它包括多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路、I個載波放大器、至少2個峰值放大器、至少3個驅(qū)動放大器、以及輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路；每個載波放大器和峰值放大器前分別串聯(lián)I個驅(qū)動放大器，驅(qū)動放大器的輸入端分別與所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路連接，載波放大器和峰值放大器的輸出端分別與所述輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述至少2個峰值放大器中，第一峰值放大器的功率是所述載波放大器的功率的O. 6 I. 4倍，其余峰值放大器的功率逐級翻倍，且翻倍系數(shù)為I. 5 2. 6，定義所述載波放大器的功率為P。，所述峰值放大器的功率逐級為 Ppl、Pp2…Pp O^mPpn，則 Ppl= (0.6 1.4) Pc、Pp2= (I. 5 2. 6) Ppl、…、 Ppn= (I. 5 2. 6) Pp (n_n，其中η為峰值放大器個數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路由混合耦合器、微帶線功分器、帶狀線功分器、同軸電纜功分器中的一種或幾種元件構(gòu)成，用于將輸入信號分配成至少三路功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路由分離式的耦合、微帶線、帶狀線、同軸電纜、微波電容中的一種或幾種構(gòu)成，用于將所有峰值放大器和載波放大器輸出的射頻信號進(jìn)行功率合成及阻抗變換后輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述的每個載波放大器和峰值放大器前分別串聯(lián)一個延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路，用于引入群時延、插入相位和插入損耗，使得放大路徑在所述工作頻帶內(nèi)的群時延、插入相位、以及增益參數(shù)特征一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述的延時移相調(diào)幅網(wǎng)絡(luò)電路包括微帶線、帶狀線、表面安裝元件、同軸電纜中的至少之一的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于本放大器可以由獨(dú)立元件構(gòu)成，或采用半導(dǎo)體制作工藝將多顆放大管管芯及相應(yīng)的輔助元件集成在單芯片中構(gòu)成單芯片集成電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)所述的多級多路Doherty放大器，其特征在于所述的驅(qū)動放大器由一個放大管或多個放大管級聯(lián)組成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多級多路Doherty放大器，包括多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路、載波放大器、至少2個峰值放大器、輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路，每個載波放大器和峰值放大器前分別串聯(lián)一個驅(qū)動放大器；驅(qū)動放大器的輸入端分別與多路功率分配網(wǎng)絡(luò)電路連接，載波放大器和峰值放大器的輸出端分別與輸出功率合成及阻抗變換網(wǎng)絡(luò)電路連接；至少2個峰值放大器中，第一峰值放大器的功率是載波放大器的功率的0.6～1.4倍，其余峰值放大器的功率逐級翻倍，且翻倍系數(shù)為1.5～2.6。采用本放大器的放大器電路不僅在高峰均比信號下有較高的效率，還能實(shí)現(xiàn)較高的增益。
文檔編號H03F1/07GK102594266SQ20121005792
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者孟慶南 申請人:武漢正維電子技術(shù)有限公司