專利名稱：功率放大裝置及功放電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及通信領(lǐng)域的功率放大裝置及功放電路(包括末級和推動級)。
背景技術(shù)：
面對目前日益激烈的市場競爭，基站產(chǎn)品的效率高低已經(jīng)成為行業(yè)競爭的焦點， 基站中決定效率的主要部件——功放效率的提升也成了重中之重，業(yè)界都紛紛投入進行效率提升技術(shù)的研究，目前最為廣泛應(yīng)用的一種成熟技術(shù)就是Doherty技術(shù)，功放廠家都已開始批量生產(chǎn)應(yīng)用Doherty功放，如何在該技術(shù)上進一步提高效率也顯得尤為重要。Doherty技術(shù)是由W. H. Doherty于1936年發(fā)明的，最初應(yīng)用于行波管，為廣播提供大功率發(fā)射機，其架構(gòu)簡單易行，效率高。傳統(tǒng)的Doherty結(jié)構(gòu)由2個功放組成一個主功放，一個輔助功放，主功放工作在 B類或者AB類，輔助功放工作在C類。兩個功放不是輪流工作，而是主功放一直工作，輔助功放到設(shè)定的峰值才工作(這個功放也叫作Peakpower amplifier)。主功放后面的90° 四分之一波長線是阻抗變換，目的是在輔助功放工作時，起到將主功放的視在阻抗減小的作用，保證輔助功放工作的時候和后面的電路組成的有源負載阻抗變低，這樣主功放輸出電流就變大。由于主功放后面有了四分之一波長線，為了使兩個功放輸出同相，在輔助功放前面也需要90°相移，如圖1所示。主功放工作在B類，當(dāng)輸入信號比較小的時候，只有主功放處于工作狀態(tài)；當(dāng)管子的輸出電壓達到峰值飽和點時，理論上的效率能達到78. 5%。如果這時候?qū)⒓罴哟笠槐叮?那么，管子在達到峰值的一半時就出現(xiàn)飽和了，效率也達到最大的78. 5%，此時輔助功放也開始與主放大器一起工作。輔助功放的引入，使得從主功放的角度看，負載減小了，因為輔助功放對負載的作用相當(dāng)于串連了一個負阻抗，所以，即使主功放的輸出電壓飽和恒定，但輸出功率因為負載的減小卻持續(xù)增大(流過負載的電流變大了)。當(dāng)達到激勵的峰值時，輔助功放也達到了自己效率的最大點，這樣兩個功放合在一起的效率就遠遠高于單個B類功放的效率。單個B類功放的最大效率78. 5%出現(xiàn)在峰值處，現(xiàn)在78. 5%的效率在峰值的一半就出現(xiàn)了，所以這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能達到很高的效率(每個放大器均達到最大的輸出效率)。由于基站系統(tǒng)對機頂輸出功率的要求，射頻功放一般增益需求都在幾十dB，這樣一級放大是不夠的，一般都需要3-4級放大，即預(yù)推動、推動、末級。目前業(yè)界普遍采用的鏈路結(jié)構(gòu)為預(yù)推動采用射頻小信號放大器，工作模式為CLASS A ；推動和末級均采用同一類型射頻功放管(目前業(yè)界采用的是LDMOS器件)，推動的工作模式為CLASS AB，末級為 Doherty 結(jié)構(gòu)。隨著業(yè)界綠色環(huán)保理念的提出，運營商對通訊系統(tǒng)的效率要求近乎苛刻，即使采用了先進的Doherty技術(shù)，功放效率也仍然無法滿足其日益提高的要求，因此必須在 Doherty技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷改進，來實現(xiàn)效率的不斷提升。傳統(tǒng)的射頻功放中Doherty結(jié)構(gòu)只應(yīng)用于末級，而且推動級及末級均采用同一類型功放管，這樣的優(yōu)點是供電電壓及偏置方式相同，因此偏置電路設(shè)計簡單；由于功放管為同類型，其批量生產(chǎn)的離散也相對容易控制。但一個不容忽視的現(xiàn)狀是業(yè)界主流的 LDMOS器件已經(jīng)發(fā)展到第八代，其成本低廉，但性能的提升空間非常有限，已遠遠不能滿足綠色環(huán)保要求；另外，雖然功放的效率主要由末級確定，末級貢獻了 90%的工作電流，進一步提升效率意義重大，但推動級的10%也越發(fā)不可忽視，因此也需要在推動級進行電路改進。從目前通訊系統(tǒng)不同制式的信號功率譜分布來看，功放輸出的70% -80%的能量集中在平均功率附近，也就是說，采用Doherty技術(shù)的末級功放工作電流大部分由Carrier 放大器貢獻，因此，將末級的Carrier放大器的效率提高對整個功放的效率提升意義重大。 同時，在推動級部分也進一步提升效率，也能更好地實現(xiàn)整個功放的效率提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種功率放大裝置及功放電路，以解決功放效率無法滿足要求的問題。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率放大裝置，該裝置包括一個或多個串聯(lián)的推動級功放電路以及與最后一個推動級功放電路的輸出端連接的末級功放電路，所述推動級功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)。進一步地，所述Doherty電路結(jié)構(gòu)包括功率分配子電路、與所述功率分配子電路輸出端連接的一個主放大器和至少一個輔助放大器，以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。進一步地，所述主放大器和輔助放大器均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)功放管，或，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，所述輔助放大器采用LDMOS功放管。進一步地，所述末級功放電路采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)主功放功能，采用LDMOS功放管實現(xiàn)輔助功放功能。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率放大裝置的推動級功放電路，所述推動級電路包括功率分配子電路；與所述功率分配子電路輸出端連接的一個主放大器和至少一個輔助放大器；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。進一步地，所述主放大器和輔助放大器均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)功放管，或，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，所述輔助放大器采用LDMOS功放管。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種功率放大裝置的功放電路，所述功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)，采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)Doherty電路結(jié)構(gòu)的主(Carrier)放大器，采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)實現(xiàn)輔助 (Peak)放大器。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了另一種功率放大裝置的功放電路，所述功放電路包括
功率分配子電路；與所述功率分配子電路輸出端連接的主放大器，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)；至少一個與所述功率分配子電路輸出端連接的輔助放大器，所述輔助放大器采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)功放管實現(xiàn)；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。本發(fā)明功率放大裝置及功放電路采用Doherty技術(shù)，并給出了 Carrier放大器和 Peak放大器的全新組合，相比于現(xiàn)有技術(shù)，提升了功率放大的效率。


圖1為傳統(tǒng)的Doherty功率放大器框圖；圖2為Doherty電路結(jié)構(gòu)的原理框圖；圖3為本發(fā)明實施例1的原理框圖；圖4為本發(fā)明實施例2的原理框圖；
圖5為本發(fā)明實施例3的原理框圖；圖6為本發(fā)明實施例4的原理框圖。
具體實施例方式本發(fā)明功率放大裝置在推動級功放電路采用高效率的Doherty電路結(jié)構(gòu)，從而提升功率放大裝置的效率。本發(fā)明功率放大裝置包括一個或多個串聯(lián)的推動級功放電路(DriverStage Power Amplifier)，以及與最后一個推動級功放電路的輸出端連接的末級功放電路(Final Stage Power Amplifier)，特別地，本發(fā)明中，該推動級功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)。具體地，如圖2所示，該Doherty電路結(jié)構(gòu)包括功率分配子電路10、與所述功率分配子電路10輸出端連接的一個主放大器20和至少一個輔助放大器30，以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路40。可理解地，主放大器20，也稱Carrier (載波)放大器，提供主要的功率放大的功能，如持續(xù)提供功放。輔助放大器也稱Carrier (載波)放大器，提供輔助的功率放大功能， 比如僅在特定條件下(如達到預(yù)設(shè)峰值)工作。如圖1所示，功率分配子電路10包括功率分配、90度四分之一波長線、相位補償線等一系列功能器件，功率合成子電路40包括90度四分之一波長線、相位補償線、阻抗變換等一系列功能器件，器件的具體類型、型號和連接關(guān)系根據(jù)具體的實現(xiàn)需求，進行設(shè)計、選擇及匹配，本發(fā)明對此不做限定。主放大器和輔助放大器可以采用多種類型的功放管實現(xiàn)，優(yōu)選地，均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS，Lateral double-diffusedmetal-oxide semiconductor)功放管，或主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，輔助放大器采用LDMOS功放管?，F(xiàn)有技術(shù)中，末級功放電路也采用如圖2所示的Doherty結(jié)構(gòu)電路實現(xiàn)，優(yōu)選地， 采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)主功放功能，采用LDMOS功放管實現(xiàn)輔助功放功能。
下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。實施例1功率放大裝置實施例1如圖3所示，在該實施例1中，推動級采用兩路的Doherty 結(jié)構(gòu)電路，且采用LDMOS功放管實現(xiàn)主功放功能及輔助功放功能，末級采用兩路的Doherty 結(jié)構(gòu)電路，且采用HVHBT功放管實現(xiàn)主功放功能，采用LDMOS功放管實現(xiàn)輔助功放功能。具體地，推動級放大部分采用Doherty電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其Carrier放大器和Peak 放大器均使用 LDMO S (Lateral double-diffused metal-oxidesemiconductor，橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，基于Si)功放管。在推動級采用Doherty電路的同時在末級也采用全新組合的兩路Doherty電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。對于末級的兩路結(jié)構(gòu)的Doherty (含傳統(tǒng)的兩路對稱Doherty、非對稱Doherty 等)以及在此基礎(chǔ)上演變的一個Carrier放大器加一個Peak放大器的架構(gòu)，通過采用 HVHBT (High Voltage Heterojunction Bipolar Transistor，高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，基于 GaAs)功放管來作為Carrier放大器，用LDMOS功放管來作為Peak放大器以實現(xiàn)效率提升。實施例2功率放大裝置的實施例2如圖4所示，在該實施例2中，推動級采用兩路的 Doherty結(jié)構(gòu)電路，且采用LDMOS功放管實現(xiàn)主功放功能及輔助功放功能，末級采用多路的 Doherty結(jié)構(gòu)電路，且采用HVHBT功放管實現(xiàn)主功放功能，采用LDMOS功放管實現(xiàn)輔助功放功能。具體地，推動級放大部分采用Doherty電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其Carrier放大器和Peak 放大器均使用 LDMOS (Lateral double-diffused metal-oxidesemiconductor，橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，基于Si)功放管。在推動級采用Doherty電路的同時在末級也采用全新組合的多路Doherty電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。對于末級的多路結(jié)構(gòu)的Doherty以及在此基礎(chǔ)上演變的一個Carrier加多個Peak 的架構(gòu)，通過采用HVHBT功放管來作為Carrier放大器，用LDMOS功放管來作為多個Peak 放大器以實現(xiàn)效率提升。實施例3 功率放大裝置的實施例3如圖5所示，在該實施例3與實施例1的電路結(jié)構(gòu)相同， 不同之處在于，推動級采用 HVHBT(High Voltage HeterojunctionBipolar Transistor，高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，基于GaAs)功放管來作為Carrier放大器，采用LDMOS功放管來作為 Peak放大器。實施例4功率放大裝置的實施例3如圖6所示，在該實施例4與實施例2的電路結(jié)構(gòu)相同， 不同之處在于，推動級采用 HVHBT(High Voltage HeterojunctionBipolar Transistor，高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，基于GaAs)功放管來作為Carrier放大器，采用LDMOS功放管來作為 Peak放大器。該發(fā)明的關(guān)鍵點為推動級采用了高效率的Doherty電路結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)推動級效率的提升；同時推動級或末級也采用了突破性的全新組合方式，充分利用HVHBT功放管效率高的優(yōu)勢，將其作為Carrier放大器來提高效率，實現(xiàn)性能最優(yōu)；并利用LDMOS功放管技術(shù)成熟度高、成本低廉、器件種類齊全的優(yōu)勢，將其作為Peak放大器來實現(xiàn)成本最優(yōu)，最終實現(xiàn)性能與成本的完美結(jié)合。采用本發(fā)明所述方法和裝置，與現(xiàn)有的推動級采用CLASS AB模式，末級Carrier、 Peak放大器均采用LDMOS的Doherty功放相比，整個功放效率可大幅提升；LDMOS器件發(fā)展非常成熟，其中功率器件種類齊全，成本低廉。推動采用LDMOS器件+Doherty結(jié)構(gòu)，既提升了效率，又保證了成本；由于目前GaAs的HVHBT功放管較Si的LDMOS成本高2_3倍，因此本發(fā)明所述方法和裝置中的末級功放部分與Carrier、Peak放大器均采用HVHBT的末級Doherty功放相比，在性能提升的同時成本也會下降；另外，由于目前HVHBT的產(chǎn)品種類單一(只有1_2款)，無法實現(xiàn)基站產(chǎn)品多樣化的功率等級需求；而LDMOS發(fā)展非常成熟，各廠家產(chǎn)品較為齊全，不同功率等級的產(chǎn)品種類眾多，應(yīng)用時可根據(jù)不同功率等級采用不同型號LDMOS產(chǎn)品來作為Peak放大器，與采用 HVHBT功放管的Carrier放大器靈活組合，并根據(jù)需要采用不同Doherty結(jié)構(gòu)(對稱、非對稱、多路等)來實現(xiàn)，這樣既兼顧了成本、性能，又保證了使用的便利性、靈活性。實現(xiàn)本發(fā)明功率放大裝置的具體實施步驟包括1、根據(jù)不同的實現(xiàn)需求，先確定末級Carrier放大器所用的HVHBT功放管型號；2、根據(jù)不同的實現(xiàn)需求，對比分析確定采用的Doherty結(jié)構(gòu)；3、根據(jù)不同的實現(xiàn)需求，確定出末級Peak放大器所用的LDMOS功放管型號；4、根據(jù)末級增益，確定出推動級Carrier放大器所用的HVHBT功放管或LDMOS功放管型號、推動級Peak放大器所用LDMOS功放管的型號；5、完成末級、推動級放大管的匹配設(shè)計以及框圖中的功率分配、功率合成部分的設(shè)計；6、完成本發(fā)明所述裝置的其余部分設(shè)計。具體示例如下針對2. IGHz UMTS系統(tǒng)應(yīng)用(PAR :6dB)的55W Doherty功放設(shè)計，需要用到兩只功放管合計至少200W以上的飽和功率來進行末級設(shè)計。結(jié)合功放管廠家現(xiàn)有器件，可采用兩個120W的LDMOS功放管通過對稱Doherty結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，按照業(yè)界目前的器件水平，其單末級功放效率約52%左右；而采用基于本發(fā)明的方法實現(xiàn)(Carrier放大器用120W的HVHBT功放管，Peak放大器用120W的LDMOS功放管)，其單末級功放效率約57%左右，提高近10%; 而采用兩個HVHBT功放管實現(xiàn)的話，單末級功放效率也是約57%左右，但成本至少要比基于本發(fā)明的方法實現(xiàn)高3倍左右。對于Doherty推動設(shè)計，由于末級至少要采用200W以上的飽和功率，目前2. IGHz 的末級功放Doherty增益在16dB左右，因此，推動級可采用兩個IOW的LDMOS功放管來實現(xiàn)Doherty推動級放大部分設(shè)計，這樣，比原來的CLASS AB設(shè)計，推動級效率還能提升20% 左右(如采用CLASS AB設(shè)計推動級的效率在15%，采用Doherty設(shè)計則可達到18% )。因此，采用本發(fā)明所述的方法及裝置，在保證成本的前提下，效率將大幅提升。綜上所述，本發(fā)明的實現(xiàn)簡單，設(shè)計及調(diào)試方便、靈活且成本低廉。在Doherty功放的工作頻帶范圍內(nèi)可使其效率指標顯著提升，本裝置可廣泛的應(yīng)用于各種Doherty功率放大器的設(shè)計中。相應(yīng)地，該功率放大裝置的推動級功放電路，還可描述為所述推動級功放電路包括功率分配子電路10;與所述功率分配子電路輸出端連接的一個主放大器20和至少一個輔助放大器 30 ；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路40。如前所述，優(yōu)選地，該推動級功放電路的主放大器和輔助放大器均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDM0Q功放管，或，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，所述輔助放大器采用LDMOS功放管。本發(fā)明還提供了一種功率放大裝置的功放電路，所述功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)，采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)Doherty電路結(jié)構(gòu)的主(Carrier) 放大器，采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)實現(xiàn)輔助(Peak)放大器。具體地，所述功放電路是所述功率放大裝置的推動級或末級，具體包括功率分配子電路10;與所述功率分配子電路輸出端連接的主放大器20，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)；至少一個與所述功率分配子電路輸出端連接的輔助放大器30，所述輔助放大器采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)功放管實現(xiàn)；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路40。以上采用高效率的Doherty技術(shù)實現(xiàn)推動級功放電路，可以從整體上提高功放裝置的功放效率，另外采用Doherty技術(shù)的推動級或末級功放中對Carrier放大器和Peak放大器進行全新組合，采用新的組合架構(gòu)來提升推動級或末級的Carrier放大器的效率；進而從兩個方面來實現(xiàn)整個Doherty功放效率的大幅提升。
權(quán)利要求
1.一種功率放大裝置，該裝置包括一個或多個串聯(lián)的推動級功放電路以及與最后一個推動級功放電路的輸出端連接的末級功放電路，其特征在于所述推動級功放電路采用 Doherty電路結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的功率放大裝置，其特征在于所述Doherty電路結(jié)構(gòu)包括功率分配子電路、與所述功率分配子電路輸出端連接的一個主放大器和至少一個輔助放大器， 以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。
3.如權(quán)利要求2所述的功率放大裝置，其特征在于所述主放大器和輔助放大器均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDM0Q功放管，或，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，所述輔助放大器采用LDMOS功放管。
4.如權(quán)利要求1所述的功率放大裝置，其特征在于所述末級功放電路采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)主功放功能，采用LDMOS功放管實現(xiàn)輔助功放功能。
5.一種功率放大裝置的推動級功放電路，其特征在于，所述推動級電路包括功率分配子電路；與所述功率分配子電路輸出端連接的一個主放大器和至少一個輔助放大器；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。
6.如權(quán)利要求5所述的推動級功放電路，其特征在于所述主放大器和輔助放大器均采用橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDM0Q功放管，或，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管，所述輔助放大器采用LDMOS功放管。
7.—種功率放大裝置的功放電路，其特征在于所述功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)， 采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)Doherty電路結(jié)構(gòu)的主(Carrier)放大器，采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDM0Q實現(xiàn)輔助(Peak)放大器。
8.如權(quán)利要求7所述的功放電路，其特征在于所述功放電路是所述功率放大裝置的推動級或末級。
9.一種功率放大裝置的功放電路，其特征在于，所述功放電路包括功率分配子電路；與所述功率分配子電路輸出端連接的主放大器，所述主放大器采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)；至少一個與所述功率分配子電路輸出端連接的輔助放大器，所述輔助放大器采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)功放管實現(xiàn)；以及與所述主放大器、輔助放大器的輸出端連接的功率合成子電路。
10.如權(quán)利要求9所述的功放電路，其特征在于所述功放電路是所述功率放大裝置的推動級或末級。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率放大裝置及功放電路，所述功放電路采用Doherty電路結(jié)構(gòu)，采用高壓異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HVHBT)功放管實現(xiàn)Doherty電路結(jié)構(gòu)的主(Carrier)放大器，采用擴散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)實現(xiàn)輔助(Peak)放大器。本發(fā)明功率放大裝置及功放電路提高了功率放大的效率。
文檔編號H03F1/07GK102170271SQ201110111760
公開日2011年8月31日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者劉建利, 安晉元, 崔曉俊, 陳化璋 申請人:中興通訊股份有限公司