專利名稱：一種寬帶高效率Doherty功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及無線通信技術(shù)的發(fā)射裝置，尤其涉及一種寬帶高效率多赫蒂(Doherty)功率放大器的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
Doherty技術(shù)在1936年由Doherty提出。Doherty技術(shù)是目前提高功率放大器效率的一種常用技術(shù)，其傳統(tǒng)電路原理框圖如圖1所示，基帶信號(hào)輸入功率分配器10，功率分配器10利用功率分配技術(shù)將射頻輸入信號(hào)分解成兩路功率相等且相位相等的信；延時(shí)器 21和延時(shí)器22對(duì)兩路信號(hào)分別進(jìn)行延時(shí)處理以獲得不同的相位，得到射頻(RF)信號(hào)；主功率放大器(載波放大器)31和輔助功率放大器(峰值放大器)32分別對(duì)兩路射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大；寄生補(bǔ)償器41和寄生補(bǔ)償器42分別對(duì)兩路功率信號(hào)進(jìn)行寄生補(bǔ)償處理，以補(bǔ)償功放管自身存在的寄生電路，使得兩線性功率放大器實(shí)現(xiàn)合理的放大；信號(hào)合成器50將經(jīng)功率放大的兩路同相信號(hào)合成一個(gè)輸出信號(hào)。在無線通信領(lǐng)域中，現(xiàn)有的Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)是公知的，故在此不再對(duì)其結(jié)構(gòu)的各個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)描述。Doherty技術(shù)通過控制兩個(gè)功率放大器(主放大器和輔助放大器)在不同的功率級(jí)的導(dǎo)通與否來獲得較高的總效率，Doherty技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并且具有較好的寬帶特性，成為最通用的效率增強(qiáng)技術(shù)之一。Doherty放大器的線性特征完全由載波放大器決定，峰值放大器和載波放大器要采用適當(dāng)?shù)臇艠O偏置來產(chǎn)生諧波對(duì)消改善Doherty放大器的線性特性，只有合理設(shè)計(jì)峰值放大器才能消除載波放大器的諧波。功率回退是實(shí)現(xiàn)功放線性化的常用技術(shù)，即把功率放大器的輸入功率從IdB壓縮點(diǎn)(放大器有一個(gè)線性動(dòng)態(tài)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加。 隨著輸入功率的繼續(xù)增大，放大器漸漸進(jìn)入飽和區(qū)，功率增益開始下降，通常把增益下降到比線性增益低IdB時(shí)的輸出功率值定義為輸出功率的IdB壓縮點(diǎn))向后回退6-8個(gè)dB，工作在遠(yuǎn)小于IdB壓縮點(diǎn)的電平上，使功率放大器遠(yuǎn)離飽和區(qū)，進(jìn)入線性工作區(qū)。但由于載波放大器和峰值放大器偏置條件不同，因而不能同時(shí)將兩個(gè)放大器匹配到最優(yōu)負(fù)載，這就造成線性和功率的退化。另外由于放大器的記憶效應(yīng)，要是Doherty放大器工作在寬帶模式下并保持良好的線性特性會(huì)非常困難。在實(shí)際的使用中，Doherty功率放大器發(fā)射端的功率放大器之功率消耗占系統(tǒng)整體功率消耗的很大一部分。由于功率放大器的非線性特性，設(shè)計(jì)一個(gè)具有高功率效率的發(fā)射機(jī)成為很大的挑戰(zhàn)。隨著通信中信號(hào)峰值平均功率比(PAPR)的增加，以及現(xiàn)有的帶寬要求對(duì)發(fā)射機(jī)中的功率放大器提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在較寬的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)功率回退區(qū)達(dá)到高效率的Doherty功率放大器。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種寬帶高效率Doherty功率放大器，包括功率分配單元、延時(shí)單元、信號(hào)放大單元、寄生補(bǔ)償單元、功率合成單元，所述功率分配單元的輸入端接收輸入信號(hào)，功率分配單元的輸出端與延時(shí)單元相連，延時(shí)單元與信號(hào)放大單元相連，所述信號(hào)放大單元包括主功率放大器、輔助功率放大器，所述寄生補(bǔ)償單元包括第一寄生補(bǔ)償器、第二寄生補(bǔ)償器，所述功率合成單元包括阻抗逆置器 (Impedance hverter)、阻抗變換器；主功率放大器與第一寄生補(bǔ)償器相連，輔助功率放大器與第二寄生補(bǔ)償器相連，第一寄生補(bǔ)償器通過阻抗逆置器與阻抗變換器的輸入端相連， 第二寄生補(bǔ)償器與阻抗變換器的輸入端直接相連，阻抗變換器的輸出端輸出信號(hào)至終端設(shè)備，其特征在于，在輔助功率放大器未工作時(shí)，所述主功率放大器的負(fù)載阻抗為110至130 歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗?jié)M足阻抗逆置器的阻抗變換比為4。具體的，阻抗逆置器的特性阻抗為(ZM*RJ°_5，其中4為主功率放大器的負(fù)載阻抗， Rl取值為ZM/r，r為阻抗逆置器的阻抗變換比，r = 4。具體的，阻抗變換器的特性阻抗為( *終端設(shè)備的特性阻抗)5，Rl取值為ZM/r。具體的，輔助功率放大器的負(fù)載阻抗約為((IM+Ip)/Ip)*l^，Im為阻抗逆置器的輸出電流，Ip為輔助功率放大器的輸出電流，Rl取值為ZM/r。本發(fā)明的的核心思想是首先找到主功放回退時(shí)達(dá)到高效率的負(fù)載阻抗，由此得到阻抗逆置器的負(fù)載阻抗，并且通過增加阻抗逆置器的特性阻抗將阻抗變換比降低，以此獲得較寬帶寬，由此需要得到適當(dāng)?shù)碾娫凑{(diào)制，通過非對(duì)稱電壓、非對(duì)稱輸入或者非對(duì)稱器件的選擇與優(yōu)化以獲得最優(yōu)電源調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)寬帶高效率Doherty功率放大器。本發(fā)明增加主功率放大器的負(fù)載阻抗為110至130歐姆時(shí)，主功率放大器在回退3-4dB時(shí)(Doherty 功率放大器回退6-8dB，主功率放大器回退3-4dB)具有高效率。對(duì)于現(xiàn)有的特性阻抗為50 歐姆的阻抗逆置器而言，阻抗變換比大于5，阻抗變換比越大，帶寬越小，為了獲得滿足性能的帶寬，申請(qǐng)人增加阻抗逆置器特性阻抗，使得阻抗逆置器的阻抗變換比控制為4，從而得到滿足帶寬要求的高效率Doherty功率放大器。本發(fā)明的有益效果是，由于增加主功放的負(fù)載阻抗獲得在功率回退時(shí)具有高效率，而且通過增加阻抗逆置器特性阻抗，降低其阻抗變換比，從而延展了 Doherty功率放大器的高效率工作帶寬，使Doherty在較寬帶的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)功率回退區(qū)達(dá)到高效率并且能夠達(dá)到合理的負(fù)載調(diào)制，能夠?qū)拵ьl率內(nèi)達(dá)到線性與效率較優(yōu)組合，對(duì)無線通信信號(hào)實(shí)現(xiàn)高效率和較高線性的放大。


圖1是現(xiàn)有Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)原理框圖。圖2是本發(fā)明提供的寬帶高效率Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)框圖。圖3是本發(fā)明提供的寬帶高效率Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)框圖中功率合成單元的具體工作框圖。圖4是本實(shí)施例提供的Doherty功率放大器在寬帶頻點(diǎn)內(nèi)連續(xù)波測(cè)試效率和增益隨功率變化功率曲線圖。圖5是本實(shí)施例提供的Doherty功率放大器在寬帶內(nèi)效率和增益隨回退量的變化圖。圖6是本實(shí)施例提供的Doherty功率放大器的效率和線性及增益的寬帶調(diào)制信號(hào)測(cè)試圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施1本發(fā)明提供的寬帶高效率Doherty功率放大器，如圖2所示，包括功率分配單元100包括功率分配器101，功率分配器101將基帶輸入信號(hào)分解成兩路功率相等且相位相等的信號(hào)。該單元至少包括一個(gè)功率分配器101。射頻輸入信號(hào)S (t) = a (t) cos (ω + θ )輸入功率分配器101進(jìn)行功率分配處理， 功率分配器101基于功率分配處理技術(shù)對(duì)射頻輸入信號(hào)S(t)進(jìn)行同相分離，其具體分離方法與傳統(tǒng)威爾金森功率分配方法一致，屬公知技術(shù)，故在此不進(jìn)行詳細(xì)闡述。功率分配器 101應(yīng)包威爾金森功率分配器，分離后的兩路射頻信號(hào)分別為信號(hào)S1 (t)和&(0。S1 (t)和 S2(t)即為兩路同相信號(hào)S1 (t) = (A/2)cos(cot+θ ) = S2 (t)其中，θ為兩路信號(hào)的相位；A為輸入信號(hào)S(t)的幅度。延時(shí)單元200，將功率分配單元輸出的兩路同相信號(hào)分別進(jìn)行不同的延時(shí)。該單元至少包括第一延時(shí)器201和第二延時(shí)器202。第一延時(shí)器201和第二延時(shí)器202分別對(duì)信號(hào)S1 (t)和& (t)進(jìn)行延時(shí)，得到射頻信號(hào) X1W ^P X2 (t)Xjt) = (A/2)cos(cot+θ+φ》；X2 (t) = (A/2) cos (cot+θ+φ2)；其中，Φ 2 為延時(shí)相位。信號(hào)放大單元300，至少包括兩個(gè)功率放大器(可以選用B，AB，C類功率放大器) 主功放301和輔助功放302。其中主功率放大器由于偏置在AB，B的狀態(tài)則在有輸入功率時(shí)便開啟工作，本實(shí)施例通過控制主功放301和輔助功放302(輔助功率放大器，偏置于C 類)的柵極電壓，則能夠確定輔助功放的開啟時(shí)間。主功放301和輔助功放302對(duì)兩路經(jīng)過演示后的信號(hào)進(jìn)行功率放大，分別得到信號(hào)Y1 (t)和\ (t) Y1 (t) = G^ (A/2) gcos ( ω t+ θ + φ ^ α》；Y2 (t) = G2g (Α/2) gcos ( ω t+ θ + φ 2+ α 2)；其中GpG分別是主功放301、輔助功放302的增益。寄生補(bǔ)償單元400，該單元至少包括第一寄生補(bǔ)償器401和第二寄生補(bǔ)償器402。 第一寄生補(bǔ)償器401和第二寄生補(bǔ)償器402，分別加在主功放301和輔助功放302之后，均為了實(shí)現(xiàn)Doherty功率放大器特性而起補(bǔ)償寄生參數(shù)之作用。第一寄生補(bǔ)償器401主要為將補(bǔ)償器件內(nèi)部寄生參數(shù)從而保證功率回退時(shí)達(dá)到高效率。第二寄生補(bǔ)償器402則是為了補(bǔ)償輔助功率放大器的寄生參數(shù)，使其在未開啟時(shí)輸出端呈現(xiàn)高阻抗，從而實(shí)現(xiàn)主功放的功率完全的輸出到負(fù)載。信號(hào)合成單元500對(duì)信號(hào)和&(0進(jìn)行功率合成，得到信號(hào) C(t) :C(t) = Z1 (t)+Z2(t)。功率合成單元500，該單元由阻抗逆置器501和阻抗變換器502組成。阻抗逆置器 501具有將其兩端阻抗進(jìn)行逆置變換的功能，對(duì)于輔助功放302未開啟時(shí)，將負(fù)載阻抗從低阻變換到高阻，且呈現(xiàn)到主功放301的延時(shí)器401之后。使主功放301在低功率時(shí)由于高負(fù)載能夠獲得高效率。而在主功放301和輔助功放302均工作并且功率飽和時(shí)，阻抗逆置器501則將此時(shí)經(jīng)過有源調(diào)制的阻抗進(jìn)行變換。阻抗變換器502是將固定的Doherty功率放大器負(fù)載轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)的負(fù)載為50歐姆的終端設(shè)備(如天線)從而將射頻功率信號(hào)發(fā)射到空域，此單元一般帶寬較寬。圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的寬帶高效率Doherty功率放大器結(jié)構(gòu)框圖中功率合成單元500的具體工作框圖。所述功率合成單元500由阻抗逆置器501和阻抗變換器502組成。這里分析時(shí)考慮功率合成單元的負(fù)載阻抗(主功放+阻抗逆置器的負(fù)載阻抗)為&， 即阻抗變器502將&變換到50歐姆(圖3未標(biāo)出)。圖3中4為主功放的端口阻抗，Zp 為輔助功放的端口阻抗，而為阻抗逆置器501的端口阻抗。Im為阻抗逆置器501輸出電流，Ip為峰值功放輸出電流。\為Doherty功率放大器的負(fù)載&兩端電壓依據(jù)Doherty 功率放大器的基本原理可得如下公式
權(quán)利要求
1.一種寬帶高效率Doherty功率放大器，包括功率分配單元、延時(shí)單元、信號(hào)放大單元、寄生補(bǔ)償單元、功率合成單元，所述功率分配單元的輸入端接收輸入信號(hào)，功率分配單元的輸出端與延時(shí)單元相連，延時(shí)單元與信號(hào)放大單元相連，所述信號(hào)放大單元包括主功率放大器、輔助功率放大器，所述寄生補(bǔ)償單元包括第一寄生補(bǔ)償器、第二寄生補(bǔ)償器，所述功率合成單元包括阻抗逆置器、阻抗變換器；主功率放大器與第一寄生補(bǔ)償器相連，輔助功率放大器與第二寄生補(bǔ)償器相連，第一寄生補(bǔ)償器通過阻抗逆置器與阻抗變換器的輸入端相連，第二寄生補(bǔ)償器與阻抗變換器的輸入端直接相連，阻抗變換器的輸出端輸出信號(hào)至終端設(shè)備，其特征在于，在輔助功率放大器未工作時(shí)，所述主功率放大器的負(fù)載阻抗為 110至130歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗?jié)M足阻抗逆置器的阻抗變換比為4。
2.如權(quán)利要求1所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，阻抗逆置器的特性阻抗為(ZM*&) 5，其中4為主功率放大器的負(fù)載阻抗，Rl取值為ZM/r，r為阻抗逆置器的阻抗變換比，r = 4。
3.如權(quán)利要求1所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，阻抗變換器的特性阻抗為( *終端設(shè)備的特性阻抗)°_5，其中&取值為ZM/r，終端設(shè)備的特性阻抗為50 歐姆。
4.如權(quán)利要求1所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，輔助功率放大器的負(fù)載阻抗為(αΜ+ιΡ)/ιΡ)*&，其中Im為阻抗逆置器的輸出電流，Ip為輔助功率放大器的輸出電流，&取值為ZM/r。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，主功率放大器的負(fù)載阻抗為120歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗為60歐姆，阻抗變換器的特性阻抗為38. 7歐姆，輔助功率放大器的負(fù)載阻抗為51. 5歐姆。
6.如權(quán)利要求2、3或4所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，主功率放大器的負(fù)載阻抗為110歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗為55歐姆，阻抗變換器的特性阻抗為37. 1歐姆，輔助功率放大器的負(fù)載阻抗為50. 4歐姆。
7.如權(quán)利要求2、3或4所述一種寬帶高效率Doherty功率放大器，其特征在于，主功率放大器的負(fù)載阻抗為130歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗為65歐姆，阻抗變換器的特性阻抗為40. 3歐姆，輔助功率放大器的負(fù)載阻抗為52. 8歐姆。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在較寬的頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)高效率的Doherty功率放大器。Doherty功率放大器包括功率分配單元、延時(shí)單元、信號(hào)放大單元、寄生補(bǔ)償單元、功率合成單元所述信號(hào)放大單元包括主功率放大器、輔助功率放大器，功率合成單元包括阻抗逆置器、阻抗變換器；在輔助功率放大器未工作時(shí)，所述主功率放大器的負(fù)載阻抗為110至130歐姆，阻抗逆置器的特性阻抗?jié)M足阻抗逆置器的阻抗變換比為4。本發(fā)明增加主功率放大器的負(fù)載阻抗為110至130歐姆時(shí)，主功率放大器在回退3-4dB時(shí)具有高效率。增加阻抗逆置器特性阻抗，使得阻抗逆置器的阻抗變換比控制為4，從而得到滿足帶寬要求的高效率Doherty功率放大器。
文檔編號(hào)H03F3/20GK102332875SQ20111022950
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者何松柏, 劉家鵬, 游飛, 董磊, 雷奇 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)