专利名称：Doherty功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种Doherty功率放大器。
背景技术：
现代通信技术为了提高有限频率带宽的利用率，采用高峰均比(peak average ratio ；简称PAR)复调制信号，PAR复调制信号带有幅度信息，需采用线性功率放大器，且 线性功率放大器要满足峰值功率不压缩的要求，需要回退(Back off)使用。常规AB类 (Class AB)功率放大器回退后效率降低，很难满足系统功耗、体积、散热的要求。与普通AB 类功率放大器相比，多赫蒂(Doherty)功率放大器特点是在回退功率下可以保持高效率， 适合高效率放大携带幅度信息的信号，是目前主流高效率功率放大器技术。新形态的基站 一般要求功率放大器能够在宽带工作，覆盖两个以上通信频段，且系统体积和成本低，但是 Doherty技术是窄带功率放大器技术，应用在高效率、宽带的功率放大器设计是一个挑战。图Ia为现有典型的Doherty功率放大器的结构示意图，如图Ia所示，该典型的 Doherty功率放大器可以包括分路器、功率放大电路、功率放大电路后的阻抗变换器即 入/4传输线Z1，其中功率放大电路由两个功率放大器组合而成，工作在AB类(Class AB) 模式的主功率放大器(也称载波功率放大器)，工作在C类(Class C)模式辅助功率放大器 (也称峰值功率放大器)A2，主功率放大器Al的输出端经过入/4传输线22(入表示波长) 后与辅助功率放大器A2的输出端相连，相连后通过另一段λ/4传输线Zl进行负载阻抗转 换；辅助功率放大器的输入端连接的λ /4传输线用于补偿由主功率放大器输出端连接 的λ /4传输线Ζ2引起的相移。Doherty功率放大器工作原理是有源负载牵引。Doherty功 率放大器的主功率放大器和辅助功率放大器的负载阻抗随输入功率的变化而变化，可以提 高功率回退(Back off)效率。Doherty功率放大器的主功率放大器连接的起阻抗变换作用 的λ/4传输线仅在中心频点的电长度是90°，偏离中心频点后λ/4传输线的电长度发生 变化，λ/4传输线的阻抗变换性能变差。因此，在不同频点上要求不同长度的阻抗变换器， 不同频段传输线电长度上的差异只能吸收到功率放大器匹配电路中，如果采用宽带阻抗变 换器，存在不同频点需要的参考面不同的问题，参考面的差异也要吸收到功率放大器匹配 电路中，给功率放大器设计带来很大困难，功率管的选择也会受到很大限制。图Ib为现有采用电桥合路的Doherty功率放大器的结构示意图，如图Ib所示，电 桥合路的Doherty功率放大器包括分路器11、功率放大器、合路电桥13，功率放大器可以 包括主功率放大器Al和辅助功率放大器Α2，主功率放大器Al和辅助功率放大器Α2的输 出端分别通过传输线Ll和L2连接到合路电桥13合路，通过调整合路电桥13的隔离端的 传输线L3的电长度，可以达到与经典Doherty同样的有源负载牵引效果。但是，如果功率放大器和合路电桥能够覆盖两个以上的工作频段，在每个工作频 段分别调节合路电桥的隔离端传输线长度，调出Doherty功率放大器的工作状态，在不 同工作频段达到最佳效果的传输线长度通常不一致，实现宽带困难。为了使电桥合路的 Doherty功率放大器适应不同频段，可以增加控制接口和控制元件，例如采用一个宽带工作的宽带主功率放大器和一个宽带辅助功率放大器，通过开关切换来选择不同长度的隔离 端传输线，实现分别在两个以上工作频段工作的电桥合路的Doherty功率放大器，但是这 种电桥合路的Doherty功率放大器在多个频段不能同时工作，因此，不能同时在多个频段 达到高效率工作状态。
发明内容
本发明提供一种Doherty功率放大器，用以解决现有技术中Doherty功率放大器 难以实现同时在多个频段达到高效率工作状态的问题，提出一种可以在多个频段同时满足 高效率工作状态的Doherty功率放大器。本发明实施例提供一种Doherty功率放大器，包括宽带分路器、宽带功率放大电 路、宽带合路电桥和非线性相位网络，所述宽带功率放大电路包括宽带主功率放大器和宽 带辅助功率放大器；所述宽带分路器分别连接所述宽带主功率放大器和所述宽带辅助功率放大器的 输入端，所述宽带主功率放大器和所述宽带辅助功率放大器的输出端分别连接所述宽带合 路电桥的输入端，所述宽带合路电桥的隔离端连接所述非线性相位网络，所述宽带合路电 桥的输出端用于连接负载；所述非线性相位网络用于调节所述宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率 放大器工作频段所需的反射相角，所述Doherty功率放大器的工作频段包括至少一个频 段。本发明实施例又提供一种Doherty功率放大器，包括第一宽带分路器、第二宽带 分路器、宽带功率放大电路、第一宽带合路电桥、第二宽带合路电桥、第一非线性相位网络 和第二非线性相位网络，所述宽带功率放大电路包括宽带主功率放大器、第一宽带辅助功 率放大器和第二宽带辅助功率放大器；所述第一宽带分路器分别连接所述宽带主功率放大器和所述第一宽带辅助功率 放大器的输入端；所述第二宽带分路器分别连接所述第一宽带分路器和所述第二宽带辅助 功率放大器的输入端；所述第一宽带辅助功率放大器和所述第二宽带辅助功率放大器的输出端分别连 接所述第二宽带合路电桥的输入端，所述第二宽带合路电桥的隔离端连接所述第二非线性 相位网络；所述宽带主功率放大器和所述第二宽带合路电桥的输出端分别连接所述第一宽 带合路电桥的输入端，所述第一宽带合路电桥的隔离端连接所述第一非线性相位网络；所述第一非线性相位网络和所述第二非线性相位网络分别用于调节所述第一宽 带合路电桥和所述第二宽带合路电桥的隔离端在一个以上所述Doherty功率放大器工作 频段所需的反射相角，所述Doherty功率放大器的工作频段包括至少一个频段。本发明实施例又提供一种功率放大方法，其特征在于，包括通过宽带分路器将输入信号分路后，分别输入宽带功率放大电路的宽带主功率放 大器和宽带辅助功率放大器的输入端；所述输入信号包括至少一个频段的信号；通过所述宽带主功率放大器和宽带辅助功率放大器对所述输入信号进行功率放 大后，通过宽带合路电桥输出至负载，所述宽带合路电桥的隔离端连接非线性相位网络，所述非线性相位网络用于调节所述宽带合路电桥的隔离端在所述输入信号的至少一个频段 所需的反射相角。本发明实施例又提供一种基站，包括本发明实施例所提供的任意一种Doherty功 率放大器。本发明提供的Doherty功率放大器，在Doherty功率放大器的宽带合路电桥的隔 离端连接非线性相位网络，可以使Doherty功率放大器在多个工作频段实现所需反射相 角，在多个工作频段达到最佳工作状态，非线性相位网络实现简单，从而可以较容易的实现 宽带高效率且可以跨频段同时工作Doherty功率放大器。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。图Ia为现有典型的Doherty功率放大器的结构示意图；图Ib为现有采用电桥合路的Doherty功率放大器的结构示意图；图加为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器的结构示意图；图2b为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络的一种示 意图；图2c为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络在不同谐 振频率下反射相角与工作频段关系示意图；图2d为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络在不同Q 值下反射相角与工作频段关系的示意图；图3a为Doherty功率放大器中采用一条传输线的反射相角与工作频段的关系示 意图；图北为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络在一个工 作频段的等效示意图；图3c为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络在另一个 工作频段的等效示意图；图3d为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中非线性相位网络实现两个 工作频段反射角的示意图；图!Be为本发明实施例一中LC并联谐振网络反射相角与等效的传输线反射相角的 对比示意图；图3f为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中移相后的非线性相位网络 的一种示意图；图3g为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中移相后的非线性相位网络 的另一种示意图；图池为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器中移相后的非线性相位网络 的相频关系示意图如为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中两条传输线开路的示意 图；图4b为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中两条传输线短路的示意 图；图如为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中传输线一条短路一条开路 的示意图；图fe为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中三条传输线网络的一种示 意图；图恥为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中三条传输线网络的另一种 示意图；图5c为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中三条传输线网络的再一种 示意图；图6a为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中高阶传输线网络的一种示 意图；图6b为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中高阶传输线网络反射相角 与等效的传输线反射相角的对比示意图；图7a为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中电感电容谐振网络中电感 电容并联一种示意图；图7b为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中电感电容谐振网络中电感 电容并联的另一种示意图；图7c为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中电感电容谐振网络中电感 电容串联的一种示意图；图7d为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中电感电容谐振网络中电感 电容混联的一种示意图；图为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中分布参数网络和集总参数 网络并联的一种示意图；图8b为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中分布参数网络和集总参数 网络并联的另一种示意图；图8c为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中分布参数网络和集总参数 网络混联的一种示意图；图8d为本发明实施例二提供的Doherty功率放大器中分布参数网络和集总参数 网络混联的一种示意图。图9a为本发明实施例三提供的两路的Doherty功率放大器的示意图；图9b为本发明实施例三提供的多路的Doherty功率放大器的示意图；图10为本发明实施例四提供的功率放大方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。图加为本发明实施例一提供的Doherty功率放大器的结构示意图，如图加所示， 该Doherty功率放大器包括宽带分路器21、宽带功率放大电路23、宽带合路电桥25和非 线性相位网络27，所述宽带功率放大电路23包括宽带主功率放大器231和宽带辅助功率放 大器233，所述宽带主功率放大器231的工作模式为AB类或B类，所述宽带辅助功率放大 器233的工作模式为C类；本发明实施例中并不限定Doherty功率放大器中包括的宽带分 路器、宽带辅助功率放大器、宽带合路电桥的数量，如果为多级的Doherty功率放大器，则 宽带分路器、宽带辅助功率放大器、宽带合路电桥可以为多个。所述宽带分路器21分别连接所述宽带主功率放大器231和所述宽带辅助功率放 大器233的输入端，所述宽带主功率放大器231和所述宽带辅助功率放大器233的输出端 分别连接所述宽带合路电桥25的输入端，所述宽带合路电桥25的隔离端连接所述非线性 相位网络27，所述宽带合路电桥25的输出端用于连接负载；其中，宽带主功率放大器231 和所述宽带辅助功率放大器233可以分别通过传输线TL连接至对应的宽带合路电桥25的 输入端，具体的传输线的参数不做限制，具体应用时，也可以不通过传输线连接。所述非线性相位网络27用于调节所述宽带合路电桥25的隔离端在至少一个所述 Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角，所述Doherty功率放大器的工作频段包 括至少一个频段。进一步地，所述宽带合路电桥的隔离端在Doherty功率放大器的工作频段所需 的反射相角可以符合公式arg(r (ωη)) = θη，其中，θ η为所述宽带合路电桥的隔离端在 Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角；ω n = 2 π fn，fn为从所述Doherty功率放 大器的工作频段中选定的频点；Γ (ωη)为所述宽带合路电桥的隔离端在Doherty功率放 大器的工作频段所需的反射系数。其中，Doherty功率放大器的工作频段确定后，就可以确 定Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角，从而可以通过相应的非线性相位网络 达到Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角。再进一步地，所述宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率放大器的工作频段
所需的反射系数Γ (2 π fn)符合公式==式+瓦_/，其中，ZL为所述非线性
ZL + Zo
相位网络的阻抗，Zo为系统阻抗，An为所述反射系数的实部，Bn为所述反射系数的虚部，则 有 arg(rK)) = atan(|) =氏。
An具体地，调整Doherty功率放大器的合路电桥的隔离端外接的非线性相位网络的 反射相角可以达到最佳有源负载牵引状态，从而达到最佳效率。其中，非线性相位网络的反 射系数符合如下公式(1-1)
ncon) = ^f^ = An+BJ(1-1)
ZL + Zo 在公式(1-1)中，ωη = 2 π fn，fn为所述Doherty功率放大器的工作频段的选定 频点；Zo为系统阻抗，系统阻抗一般为约定值，例如在通信系统中约定为50 Ω，在有线电视系统中约定为75 Ω，当然也可以为其他值；Αη为Doherty功率放大器在工作频段fn的反 射系数的实部，Bn为Doherty功率放大器在工作频段fn的反射系数的虚部；ZL为所述非 线性相位网络的阻抗，根据公式(1-1)可以得到非线性相位网络的反射相角符合如下公式 (1-2)
权利要求
1.一种多赫蒂(Doherty)功率放大器，其特征在于，包括宽带分路器、宽带功率放大 电路、宽带合路电桥和非线性相位网络，所述宽带功率放大电路包括宽带主功率放大器和 宽带辅助功率放大器；所述宽带分路器分别连接所述宽带主功率放大器和所述宽带辅助功率放大器的输入 端，所述宽带主功率放大器和所述宽带辅助功率放大器的输出端分别连接所述宽带合路电 桥的输入端，所述宽带合路电桥的隔离端连接所述非线性相位网络，所述宽带合路电桥的 输出端用于连接负载；所述非线性相位网络用于调节所述宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率放大 器的工作频段所需的反射相角，所述Doherty功率放大器的工作频段包括至少一个频段。
2.根据权利要求1所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述宽带合路电桥的隔离 端在所述Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角基于公式arg( Γ (ωη)) = θ J寻 到，其中，θ 为所述宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率放大器的工作频段所需的 反射相角；ωη = 2π ·η，4为从所述Doherty功率放大器的工作频段中选定的频点；Γ (ωη) 为所述宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率放大器的工作频段所需的反射系数。
3.根据权利要求2所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述宽带合路电桥 的隔离端在所述Doherty功率放大器的工作频段所需的反射系数Γ(ωη)基于公式==成+凡/得到，其中，ZL为所述非线性相位网络的阻抗，h为系统阻抗，ZL+ ZoAn为所述反射系数的实部，Bn为所述反射系数的虚部。
4.根据权利要求1-3任一所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述非线性相位网 络由分布参数网络组成。
5.根据权利要求4所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述分布参数网络包括传 输线网络。
6.根据权利要求5所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述传输线网络包括至少 两条传输线，所述至少两条传输线并联的一端连接所述宽带合路电桥的隔离端，所述至少 两条传输线的另一端开路或短路；或者所述传输线网络包括第一传输线、第二传输线和第三传输线，所述第二传输线和第三 传输线并联的一端通过所述第一传输线连接所述宽带合路电桥的隔离端，所述第二传输线 和第三传输线开路或短路；或者所述传输线网络包括第一传输线、第二传输线、第三传输线、第四传输线和第五传输 线，所述第一传输线的一端连接所述宽带合路电桥的隔离端，所述第一传输线的另一端连 接所述第二传输线，所述第一传输线与所述第二传输线和第三传输线串联，所述第三传输 线开路或短路，所述第一传输线与所述第二传输线的连接节点与所述第四传输线的一端连 接，所述第四传输线的另一端开路或短路，所述第二传输线与所述第三传输线的连接节点 与所述第五传输线的一端连接，所述第五传输线的另一端开路或短路。
7.根据权利要求1-3任一所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述非线性相位网 络由集总参数网络组成。
8.根据权利要求7所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述集总参数网络包括电 感电容谐振网络。
9.根据权利要求8所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述电感电容谐振网络包 括至少一个电感和至少一个电容，所述电感和电容的连接关系为并联、串联或混联。
10.根据权利要求1-3任一所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述非线性相位 网络由分布参数网络和集总参数网络组成。
11.根据权利要求10所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述分布参数网络包括 至少一条传输线，所述集总参数网络包括至少一个电感和/或至少一个电容。
12.根据权利要求11所述的Doherty功率放大器，其特征在于，所述分布参数网络包括 一条传输线，所述集总参数网络包括一个电感或电容，所述传输线与电容或电感并联的一 端连接所述宽带合路电桥的隔离端，所述传输线的另一端开路或短路，所述电容或电感的 另一端接地；或者，所述分布参数网络包括第一传输线和第二传输线，所述集总参数网络包 括一个电感或电容，所述第二传输线与电容或电感并联的一端通过所述第一传输线连接所 述宽带合路电桥的隔离端，所述第二传输线的另一端开路或短路，所述电容或电感的另一 端接地。
13.—种Doherty功率放大器，其特征在于，包括第一宽带分路器、第二宽带分路器、 宽带功率放大电路、第一宽带合路电桥、第二宽带合路电桥、第一非线性相位网络和第二非 线性相位网络，所述宽带功率放大电路包括宽带主功率放大器、第一宽带辅助功率放大器 和第二宽带辅助功率放大器；所述第一宽带分路器分别连接所述宽带主功率放大器和所述第一宽带辅助功率放大 器的输入端；所述第二宽带分路器分别连接所述第一宽带分路器和所述第二宽带辅助功率 放大器的输入端；所述第一宽带辅助功率放大器和所述第二宽带辅助功率放大器的输出端分别连接所 述第二宽带合路电桥的输入端，所述第二宽带合路电桥的隔离端连接所述第二非线性相位 网络；所述宽带主功率放大器和所述第二宽带合路电桥的输出端分别连接所述第一宽带合 路电桥的输入端，所述第一宽带合路电桥的隔离端连接所述第一非线性相位网络，所述第 一宽带合路电桥的输出端连接负载；所述第一非线性相位网络和所述第二非线性相位网络分别用于调节所述第一宽带合 路电桥和所述第二宽带合路电桥的隔离端在所述Doherty功率放大器的工作频段所需的 反射相角，所述Doherty功率放大器的工作频段包括至少一个频段。
14.一种功率放大方法，其特征在于，包括通过宽带分路器将输入信号分路后，分别输入宽带功率放大电路的宽带主功率放大器 和宽带辅助功率放大器的输入端；所述输入信号包括至少一个频段的信号；通过所述宽带主功率放大器和宽带辅助功率放大器对所述输入信号进行功率放大后， 通过宽带合路电桥输出至负载，所述宽带合路电桥的隔离端连接非线性相位网络，所述非 线性相位网络用于调节所述宽带合路电桥的隔离端在所述输入信号的至少一个频段所需 的反射相角。
15.根据权利要求14所述的功率放大方法，其特征在于，所述宽带合路电桥的隔离端 在所述输入信号的至少一个频段所需的反射相角基于公式arg(r (ωη)) = θ n得到，其中， θη为所述宽带合路电桥的隔离端在所述输入信号的至少一个频段所需的反射相角；ωη =4为从所述输入信号的至少一个频段中选定的频点；Γ (ωη)为所述宽带合路电桥 的隔离端在所述输入信号的至少一个频段所需的反射系数。
16.根据权利要求15所述的功率放大方法，其特征在于，所述宽带合路电桥的隔 离端在所述输入信号的至少一个频段的工作频段所需的反射系数Γ (ωη)基于公式『(礼！二^^二成+凡/得到，其中，ZL为所述非线性相位网络的阻抗，h为系统阻抗， An为所述反射系数的实部，Bn为所述反射系数的虚部。
17.根据权利要求14-16任一所述的功率放大方法，其特征在于，所述非线性相位网络 由分布参数网络和/或集总参数网络组成。
18.一种基站，其特征在于，包括权利要求1-13任一所述的Doherty功率放大器。
全文摘要
本发明公开了一种Doherty功率放大器，包括宽带分路器、宽带功率放大电路、宽带合路电桥和非线性相位网络，宽带功率放大电路包括宽带主功率放大器和宽带辅助功率放大器；宽带分路器分别连接宽带主功率放大器和宽带辅助功率放大器的输入端，宽带主功率放大器和宽带辅助功率放大器的输出端分别连接宽带合路电桥的输入端，宽带合路电桥的隔离端连接非线性相位网络，宽带合路电桥的输出端用于连接负载；非线性相位网络用于调节所述宽带合路电桥的隔离端在一个以上Doherty功率放大器的工作频段所需的反射相角。本发明Doherty功率放大器可以在多个工作频段达到最佳工作状态，宽带效率高。
文档编号H03F1/07GK102142812SQ20101060527
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者张顺忠, 杨磊, 焦留彦, 王来清, 苏永革 申请人:华为技术有限公司