一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，該功率放大器包括威爾金森功分器、載波放大電路和峰值放大電路；其中，輸入信號經(jīng)威爾金森功分器輸出端分別連接載波放大電路和峰值放大電路的輸入端；所述載波放大電路由載波輸入匹配電路、載波放大器、載波輸出匹配電路、70.7Ω四分之一波長阻抗變換器依次串接組成；所述峰值放大電路由50Ω相位補(bǔ)償線、峰值輸入匹配電路、峰值放大器、峰值輸出匹配電路和100Ω補(bǔ)償線串接組成；70.7Ω四分之一波長阻抗變換器和100Ω補(bǔ)償線并接作為輸出端。本發(fā)明通過減少四分之一波長阻抗變換線的阻抗變換比，極大地增大了功率放大器的帶寬，同時也減小了功率放大器整體尺寸。
【專利說明】
一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及 其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代科技的高速發(fā)展使得現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)基站子系統(tǒng)朝著更高的帶寬、更快的 速率以及更高的效率方向發(fā)展，而在無線通信系統(tǒng)基站子系統(tǒng)中影響其指標(biāo)的關(guān)鍵部分是 射頻功率放大器，所以提高射頻功率放大器帶寬、效率有著重要的意義。當(dāng)前無線通信系 統(tǒng)，普遍采用、等高峰均比隊(duì)的調(diào)制方式，所以為了滿足線性要求，射頻功率放大器必須工 作在回退狀態(tài)。同時，一般來說功率放大器是工作在其壓縮點(diǎn)附近，因?yàn)檫@樣能有一個比較 高的效率，當(dāng)功率放大器工作在回退狀態(tài)，其效率必然會降低，于是在當(dāng)前資源匾乏，提倡 節(jié)能減排的前提下，必須提高射頻功率放大器回退狀態(tài)時的效率。特別是現(xiàn)在的通信系統(tǒng) 組成中，基帶以及收發(fā)都可以集成到一個板子上，但是由于射頻功率放大器由于其自身集 成度難等特性，使得其現(xiàn)在的通信系統(tǒng)設(shè)計中其受到越來越多的重視，于是設(shè)計一款既滿 足線性度指標(biāo)又滿足效率指標(biāo)的射頻功率放大器有著極其重要的意義。
[0003] 在頻譜資源被瓜分殆盡的今天，現(xiàn)代和未來的無線通信系統(tǒng)采用越來越復(fù)雜的非 恒包絡(luò)調(diào)制方式，提高頻譜利用率，滿足移動寬帶和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)日益增長需求，這導(dǎo)致通信信 號功率峰均比越來越高。功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)的重要組件，隨著無線通信技術(shù) 的發(fā)展，對基站功率放大器工作帶寬、體積、效率、線性度等提出了更高的要求。基于單管設(shè) 計的飽和類功率放大器最大效率是在功放工作在飽和狀態(tài)時實(shí)現(xiàn)，針對非恒包絡(luò)信號不能 發(fā)揮其高效率的優(yōu)勢，必須采用新型的功放技術(shù)或功放結(jié)構(gòu)以提高功率放大器的平均效 率。其中高線性度的Doherty功率放大器被采用和推廣。但是，帶寬成為其發(fā)展的一個難題， 因此拓展Doherty功率放大器帶寬成為了各通信公司和高校研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。
[0004] 針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決 現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí) 現(xiàn)方法，通過減小載波功率放大器輸出端四分之一波長阻抗變換線的阻抗變換比，減小了 四分之一波長阻抗變換器對Doherty功率放大器帶寬的限制，從而增大了Doherty功率放大 器的帶寬，同時消除了傳統(tǒng)Doherty功率放大器中的一個35 Ω四分之一波長阻抗變換線，從 而減少Doherty功率放大器中四分之一波長阻抗變換線的數(shù)量，減小了 Doherty功率放大器 的整體尺寸，可應(yīng)用于未來寬帶無線通信系統(tǒng)。
[0006] 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：
[0007] 一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，該方法具體包括以下步驟：
[0008] 步驟一：調(diào)試一個標(biāo)準(zhǔn)的AB類功率放大器作為載波功率放大器，分別做載波輸入 匹配電路和載波輸出匹配電路；
[0009]步驟二:在載波功率放大器輸出端加入一段70.7 Ω的1/4波長的阻抗變換器；
[0010]步驟三:加入一個C類功率放大器作為峰值功率放大器，分別做峰值輸入匹配電路 和峰值輸出匹配電路；
[0011]步驟四：調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸出端的相位補(bǔ)償線，使在低功率輸入狀態(tài)時峰值 功率放大器的輸出阻抗為無窮大;在高功率輸入狀態(tài)時峰值功率放大器的輸出阻抗為100 Ω ;
[0012]步驟五:調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸入端的相位補(bǔ)償線，保證載波功放與峰值功放的 相位一致。
[0013] 一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器，包括威爾金森功分器、載波放大電路和峰值 放大電路;其中，
[0014] 輸入信號經(jīng)威爾金森功分器輸出端分別連接載波放大電路和峰值放大電路的輸 入端;所述載波放大電路由載波輸入匹配電路、載波放大器、載波輸出匹配電路、70.7 Ω四 分之一波長阻抗變換器依次串接組成;所述峰值放大電路由50 Ω相位補(bǔ)償線、峰值輸入匹 配電路、峰值放大器、峰值輸出匹配電路和1〇〇 Ω補(bǔ)償線串接組成;70.7 Ω四分之一波長阻 抗變換器和1〇〇 Ω補(bǔ)償線并接作為輸出端；
[0015] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[00?6] (1)本發(fā)明增大了Doherty功率放大器的帶寬。傳統(tǒng)的Doherty功率放大器能夠很 好的提高功率回退效率，但負(fù)載調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中的四分之一波長阻抗變換線對帶寬有很大的抑 制作用，不適于應(yīng)用于未來的寬帶通信。本發(fā)明減小載波功率放大器輸出端四分之一波長 阻抗變換線的阻抗變換比，減小了四分之一波長阻抗變換器對Doherty功率放大器帶寬的 限制，從而增大了 Doherty功率放大器的帶寬；
[0017] (2)本發(fā)明消除了35 Ω四分之一波長合路器，減少了占整體功放較大面積的四分 之一波長阻抗變換器的數(shù)量，從而減小了 Doherty功率放大器整體尺寸。
【附圖說明】
[0018] 圖1為傳統(tǒng)Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。 [0021 ]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，
【申請人】對現(xiàn)有技術(shù)中Doherty功率放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 了深入的研究，
【申請人】發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的Doherty結(jié)構(gòu)中，四分之一波長阻抗變換線是限制帶 寬的關(guān)鍵部分，為了拓展Doherty帶寬，必須優(yōu)化λ/4阻抗變換線。四分之一波長線工作帶寬 的近似表達(dá)式為：
[0022]
[0023]其中Af/fo表示四分之一波長阻抗變換線的相對帶寬；rm*最大能接受的反射系 數(shù);Zo和ZL表示兩個端口的阻抗值;為了增大Δ f/fQ的值，可通過減小Zo和ZL的比值(小失配 負(fù)載)。
[0024]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明通過減少四分之一波長阻抗變換線的阻抗變換 比，極大地增大了Doherty功率放大器的帶寬，同時也減小了Doherty功率放大器整體尺寸。 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025] 如圖1所不，傳統(tǒng)Doherty功率放大器的輸入功率經(jīng)由一個威爾金森功率分配器功 分后，分為兩個支路。上面的支路稱為主支路，該支路上的放大器稱為載波放大器，也叫做 主放大器，是一個偏置在AB類的功率放大器;下面的支路稱為輔助支路，該支路上的放大器 稱為峰值放大器，也稱為輔助放大器，是一個偏置在C類的功率放大器，柵極的偏置電壓要 低于功放管的夾斷電壓。當(dāng)有功率輸入時，載波放大器就開始工作，對輸入的信號進(jìn)行放 大，而峰值放大器在輸入功率較小時并不工作，只有在載波放大器接近飽和的時候才會開 始工作。在載波放大器的輸出端有一段50 Ω四分之一波長的傳輸線，起阻抗變換的作用。在 峰值放大器的輸入端有也有一段四分之一波長的傳輸線，它是用來補(bǔ)償載波放大器輸出延 時的。
[0026]傳統(tǒng)Doherty功率放大器在低輸入功率時，峰值放大器不工作，只有載波放大器工 作，所有的輸入信號都被載波放大器放大，此時峰值放大器的輸出阻抗為無窮大，而載波放 大器的負(fù)載阻抗為25 Ω，由于50 Ω四分之一波長微帶線的阻抗變換作用，使得載波放大器 的輸出阻抗為2R。』卩100 Ω，即阻抗變換從25 Ω到1〇〇 Ω，其低輸入功率下50 Ω四分之一波 長微帶線的阻抗變換比為4。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明是一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，包括威 爾金森功分器、載波放大電路、峰值放大電路。所述載波放大電路由50 Ω相位補(bǔ)償線、載波 輸入匹配電路、載波放大器、載波輸出匹配電路、70.7 Ω四分之一波長阻抗變換器依次串接 組成;所述峰值放大電路由50 Ω相位補(bǔ)償線、峰值輸入匹配電路、峰值放大器、峰值輸出匹 配電路和100 Ω補(bǔ)償線串接組成。
[0028]將傳統(tǒng)Doherty功率放大器中載波放大器輸出端的50 Ω四分之一波長阻抗變換器 更換為70.7 Ω四分之一阻抗變換器，峰值放大器輸出端50 Ω補(bǔ)償線改換成1〇〇 Ω補(bǔ)償線。在 低輸入功率時，峰值放大器不工作，只有載波放大器工作，所有的輸入信號都被載波放大器 放大，此時峰值放大器的輸出阻抗為無窮大，將載波放大器的輸出匹配到100 Ω，經(jīng)70.7 Ω 四分之一波長阻抗變換線變換后的阻抗為50 Ω，即阻抗變換從50 Ω到1〇〇 Ω，其低輸入功率 下50 Ω四分之一波長微帶線的阻抗變換比為2。因此，由上述四分之一波長線工作帶寬的近 似表達(dá)式可知，這將增大相對帶寬A f/fQ;在大功率輸入時，載波放大器和峰值放大器都達(dá) 到飽和，將載波放大器的輸出匹配到50 Ω，經(jīng)70.7 Ω四分之一波長阻抗變換器變換以后的 阻抗表現(xiàn)為100 Ω，而此時將峰值放大器的輸出匹配為100 Ω，則載波放大器和峰值放大器 并聯(lián)以后的阻抗為50 Ω ;這種方法使得Doherty功率放大器無論是在低輸入功率狀態(tài)還是 在高輸入功率狀態(tài)下輸出端口的結(jié)點(diǎn)阻抗都為50 Ω，因此，這種新型寬帶Doherty功率放大 器增大了Doherty功率放大器的帶寬，且不需要35 Ω四分之一波長合路器，減小了Doherty 功率放大器整體尺寸，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0029] 本發(fā)明一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0030]步驟一：調(diào)試一個標(biāo)準(zhǔn)的AB類功率放大器作為載波功率放大器，分別做載波輸入 匹配電路和載波輸出匹配電路；
[0031]步驟二:在載波功率放大器輸出端加入一段70.7 Ω的1/4波長的阻抗變換器；
[0032]步驟三:加入一個C類功率放大器作為峰值功率放大器，分別做峰值輸入匹配電路 和峰值輸出匹配電路；
[0033]步驟四：調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸出端的相位補(bǔ)償線，使在低功率輸入狀態(tài)時峰值 功率放大器的輸出阻抗為無窮大;在高功率輸入狀態(tài)時峰值功率放大器的輸出阻抗為100 Ω ;
[0034]步驟五:調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸入端的相位補(bǔ)償線，保證載波功放與峰值功放的 相位一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，該方法具體包括以下 步驟： 步驟一：調(diào)試一個標(biāo)準(zhǔn)的AB類功率放大器作為載波功率放大器，分別做載波輸入匹配 電路和載波輸出匹配電路； 步驟二:在載波功率放大器輸出端加入一段70.7 Ω的1/4波長的阻抗變換器； 步驟三:加入一個C類功率放大器作為峰值功率放大器，分別做峰值輸入匹配電路和峰 值輸出匹配電路； 步驟四：調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸出端的相位補(bǔ)償線，使在低功率輸入狀態(tài)時峰值功率 放大器的輸出阻抗為無窮大;在高功率輸入狀態(tài)時峰值功率放大器的輸出阻抗為100 Ω ; 步驟五：調(diào)節(jié)峰值功率放大器輸入端的相位補(bǔ)償線，保證載波功放與峰值功放的相位 一致。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于:所述Doherty功率放大器的負(fù)載阻抗為50歐。3. -種緊湊型寬帶Doherty功率放大器，其特征在于，包括威爾金森功分器、載波放大 電路和峰值放大電路;其中， 輸入信號經(jīng)威爾金森功分器輸出端分別連接載波放大電路和峰值放大電路的輸入端； 所述載波放大電路由載波輸入匹配電路、載波放大器、載波輸出匹配電路、70.7 Ω四分之一 波長阻抗變換器依次串接組成;所述峰值放大電路由50 Ω相位補(bǔ)償線、峰值輸入匹配電路、 峰值放大器、峰值輸出匹配電路和100 Ω補(bǔ)償線串接組成;70.7 Ω四分之一波長阻抗變換器 和100 Ω補(bǔ)償線并接作為輸出端。4. 根據(jù)權(quán)利要3所述的一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器;其特征在于:所述的威爾 金森功分器與峰值功率放大器之間設(shè)有50 Ω相位補(bǔ)償線。5. 根據(jù)權(quán)利要3所述的一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器;所述的載波功率放大器輸 出端設(shè)有70.7 Ω四分之一波長阻抗變換器。6. 根據(jù)權(quán)利要3所述的一種緊湊型寬帶Doherty功率放大器;所述的峰值功率放大器輸 出端設(shè)有100 Ω相位補(bǔ)償線。
【文檔編號】H03F1/02GK105897179SQ201610305277
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】程知群, 張明, 李江舟, 董志華, 劉國華, 柯華杰, 周濤
【申請人】杭州電子科技大學(xué)