一种功率放大器的制作方法

本发明涉及无线通信技术领域，涉及一种功率放大器。

背景技术：

在无线通信系统中，射频功率放大器是基站设备中的核心。基站中功率放大器主要有传统功率放大器(如AB类功率放大器、A类功率放大器和B类功率放大器)和多尔蒂功率放大器等，如图1所示，传统功率放大器(单路)可包括一个放大模块10，连接于该放大模块10输入端的第零输入匹配网络11，连接于该放大模块10输出端的第零输出匹配网络12。

而效率和线性度是通信系统最重要的两项指标。为了解决效率问题，目前主要采用多尔蒂功率放大器。如图2所示，多尔蒂功率放大器是采用有源负载调制技术，由两路电路构成，一路电路可包括一个载波功率放大器20，连接于该载波功率放大器20输入端的第一输入匹配网络21，连接于该载波功率放大器20输出端的第一输出匹配网络22，其中，载波功率放大器20工作在AB类状态下；另一路电路可包括一个峰值功率放大器30，连接于该峰值功率放大器30输入端的第二输入匹配网络31，连接于该峰值功率放大器30输出端的第二输出匹配网络32，其中，峰值功率放大器30工作在C类状态下。两路电路分别承担不同的输入信号功率，尽可能地保证两个功率放大器都工作在各自的饱和区中，从而保证整个功率放大器在尽量大的输入信号功率范围内都保持有较高的效率。但是，由于峰值功率放大器30工作在C类状态下，造成多尔蒂功率放大器的线性度明显降低。

为了解决多尔蒂功率放大器存在的线性度恶化问题，目前采用了数字预失真(Digital Pre-Distortion，DPD)配合多尔蒂功率放大器的办法来提高线性度。DPD系统为了修正各种失真，要求采样回来的信号至少为原始信号的五倍。随着通信技术的发展，信号带宽越来越宽，目前已经发展到100MHz甚至200MHz。根据采样定理，为了有效的采集到信号，对A/D和D/A转换器的采样率提出了很高的要求。因此在现有条件下，对于如200MHz的超宽带信号，DPD采样回来的信号一般为原始信号的三倍，这样会造成DPD校正的效果不佳，同时功率放大器存在的记忆效应又会使DPD算法的实现变的困难。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种功率放大器，以在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既可保证功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又可提高功率放大器的线性度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种功率放大器，包括：

至少一个放大模块；

分别连接于所述至少一个放大模块输入端的输入匹配网络；

分别连接于所述至少一个放大模块输出端的输出匹配网络；

分别连接于各输入匹配网络中任一连接导线上的输入谐振网络，和/或分别连接于各输出匹配网络中任一连接导线上的输出谐振网络；

所述输入谐振网络的第一端连接对应的输入匹配网络，第二端接地；

所述输出谐振网络的第一端连接对应的输出匹配网络，第二端接地；

所述输入谐振网络和所述输出谐振网络的谐振频率与所述功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

进一步地，所述输入匹配网络中的连接导线包括所述输入匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及所述输入匹配网络与信号源和所述放大模块连接的导线；

所述输出匹配网络中的连接导线包括所述输出匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及所述输出匹配网络与负载和所述放大模块连接的导线。

进一步地，所述输入谐振网络包括串联的第一电感和第一电容。

进一步地，所述输出谐振网络包括串联的第二电感和第二电容。

进一步地，所述功率放大器包括多尔蒂功率放大器单元。

进一步地，所述多尔蒂功率放大器单元包括单级多尔蒂功率放大器或多级多尔蒂功率放大器。

进一步地，所述多尔蒂功率放大器单元包括两路多尔蒂功率放大器或多路多尔蒂功率放大器。

本发明的有益效果是：本发明提供的功率放大器，通过在功率放大器的各输入匹配网络和/或各输出匹配网络中设计谐振网络，谐振网络的一端接地，且使谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致，大大减少了功率放大器输入信号和/或输出信号中的包络信号，进而降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既保证了功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又提高了功率放大器的线性度。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是现有的传统功率放大器的电路示意图；

图2是现有的多尔蒂功率放大器的电路示意图；

图3a-图3e是本发明实施例一提供的功率放大器的电路示意图；

图4是本发明实施例二提供的单级两路多尔蒂功率放大器的电路示意图；

图5是本发明实施例三提供的多级多尔蒂功率放大器的电路示意图；

图6是本发明实施例四提供的多路多尔蒂功率放大器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

现有的功率放大器正常工作时，输入信号由输入端INPUT进入电路，通过输入匹配网络进入放大模块进行信号放大。由于输入信号由包络信号与载波信号组成，因此输入信号的频率也由包络信号的工作频率与载波信号的工作频率组成。对于无线通信信号，包络信号的工作频率一般为几十兆赫兹，而载波信号的工作频率为几百兆赫兹到几个吉赫兹。功率放大器的记忆效应产生的原因是功率放大器晶体管(放大模块)的输出阻抗随频率发生变化，而功率放大器晶体管的输出阻抗随着包络信号的工作频率变化较大。因此消除包络信号的工作频率是提高功率放大器线性度最直接的方法。

因此，本发明提供了一种功率放大器，包括：至少一个放大模块；分别连接于至少一个放大模块输入端的输入匹配网络；分别连接于至少一个放大模块输出端的输出匹配网络；分别连接于各输入匹配网络中任一连接导线上的输入谐振网络，和/或分别连接于各输出匹配网络中任一连接导线上的输出谐振网络；输入谐振网络的第一端连接对应的输入匹配网络，第二端接地；输出谐振网络的第一端连接对应的输出匹配网络，第二端接地；输入谐振网络和输出谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。其中，输入匹配网络中的连接导线包括输入匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及输入匹配网络与信号源和放大模块连接的导线；输出匹配网络中的连接导线包括输出匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及输出匹配网络与负载和放大模块连接的导线。由此，通过输入谐振网络和/或输出谐振网络去除输入信号中的包络信号，降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。

本发明的实施例可在诸如GSM、CDMA、WCDMA、LTE和WIMAX等各种无线网络中应用。

实施例一

本实施例对图1中的传统功率放大器进行优化。本实施例可以只在第零输入匹配网络中任一连接导线上连接第零输入谐振网络，也可以只在第零输出匹配网络中任一连接导线上连接第零输出谐振网络，还可以同时在第零输入匹配网络中任一连接导线上，以及第零输出匹配网络中任一连接导线上，分别连接第零输入谐振网络和第零输出谐振网络。在输入信号经过第零输入谐振网络或第零输出谐振网络后，输入信号中的大部分包络信号可以被去除。

其中，第零输入匹配网络中的连接导线包括第零输入匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及第零输入匹配网络与信号源和放大模块连接的导线；第零输出匹配网络中的连接导线包括第零输出匹配网络中相邻连接的两元件之间的导线，以及第零输出匹配网络与负载和放大模块连接的导线。

示例性的，图3a-图3e是本发明实施例一提供的功率放大器的电路示意图。如图3a所示的功率放大器包括：一个放大模块10，连接于该放大模块10输入端的第零输入匹配网络11，连接于该放大模块10输出端的第零输出匹配网络12和连接于第零输入匹配网络11中相邻连接的两元件之间的导线上的第零输入谐振网络13。其中，第零输入谐振网络13的第一端连接第零输入匹配网络11，第二端接地，该第零输入谐振网络13的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

由此，输入信号经过第零输入谐振网络13时，包络信号被短路到地，滤除了将进入放大模块10的大部分包络信号，从而消除了放大模块10输入端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响；而对于输入信号中的载波信号，第零输入谐振网络13的阻抗接近于无穷大，故大部分载波信号可以进入到放大模块10中进行放大。

如图3b所示的功率放大器与图3a所示的功率放大器的不同之处在于：第零输入匹配网络11中任一连接导线上未连接第零输入谐振网络，而是第零输出匹配网络12中相邻连接的两元件之间的导线上连接有第零输出谐振网络14。其中，第零输出谐振网络14的第一端连接第零输出匹配网络12，第二端接地，该第零输出谐振网络14的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

由此，输入信号经过放大模块10放大后，经过第零输出谐振网络14时，包络信号被短路到地，滤除了大部分包络信号，从而消除了放大模块10输出端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。

如图3c所示的功率放大器与图3a所示的功率放大器的不同之处在于：连接于第零输出匹配网络12中相邻连接的两元件之间的导线上的第零输出谐振网络14。其中，第零输出谐振网络14的第一端连接第零输出匹配网络12，第二端接地，该第零输出谐振网络14的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

由此，该功率放大器正常工作时，输入信号由输入端INPUT进入功率放大器的电路，输入信号经过第零输入谐振网络13时，包络信号被短路到地，滤除了将进入放大模块10的大部分包络信号，从而消除了放大模块10输入端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响；输入信号经过放大模块10放大后，经过第零输出谐振网络14时，包络信号被短路到地，滤除了剩余的大部分包络信号，进一步消除了放大模块10输出端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。

另外，如图3d所示，第零输入谐振网络13可连接于第零输入匹配网络11与放大模块10连接的导线上，即第零输入谐振网络13设置在第零输入匹配网络11的输出端；同时，第零输出谐振网络14可连接于第零输出匹配网络12与放大模块10连接的导线上，即第零输出谐振网络14设置在第零输出匹配网络12的输入端。进一步，如图3e所示，第零输入谐振网络13还可连接于第零输入匹配网络11与信号源连接的导线上，即第零输入谐振网络13设置在第零输入匹配网络11的输入端；同时，第零输出谐振网络14还可连接于第零输出匹配网络12与负载连接的导线上，即第零输出谐振网络14设置在第零输出匹配网络12的输出端。

进一步的，上述方案中，输入谐振网络可包括串联的第一电感和第一电容；输出谐振网络可包括串联的第二电感和第二电容。示例性的，参考图3c，第零输入谐振网络13包括串联的电感L01和电容C01，第零输出谐振网络14包括串联的电感L02和电容C02。

需要说明的是，本实施例中的第零输入匹配网络和第零输出匹配网络为现有的放大模块的任意一种输入匹配网络和输出匹配网络。例如，第零输入匹配网络可以为滤波器型匹配网络，可包括L型、T型和π型匹配网络；第零输出匹配网络可以为并联谐振回路型匹配网络，可包括简单并联谐振回路型和耦合谐振回路型匹配网络。第零输入谐振网络可设置于第零输入匹配网络中，第零输出谐振网络可设置于第零输出匹配网络中。

本发明实施例一提供的功率放大器，通过在功率放大器(单路)的输入匹配网络和/或输出匹配网络中设计谐振网络，谐振网络的一端接地，且使谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致，大大减少了功率放大器输入信号和/或输出信号中的包络信号，进而降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既保证了功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又提高了功率放大器的线性度。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的单级两路多尔蒂功率放大器的电路示意图。本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中的功率放大器可包括多尔蒂功率放大器单元，本实施例中的多尔蒂功率放大器单元包括单级两路多尔蒂功率放大器，相应的，放大模块包括第一载波功率放大器和第一峰值功率放大器。如图4所示，该多尔蒂功率放大器包括两路电路结构，其中第一路电路包括第一载波功率放大器20，连接于该第一载波功率放大器20输入端的第一输入匹配网络21，连接于该第一载波功率放大器20输出端的第一输出匹配网络22，以及连接于第一输入匹配网络21中任一连接导线上的第一输入谐振网络23，和连接于第一输出匹配网络22中任一连接导线上的第一输出谐振网络24；第二路电路包括第一峰值功率放大器30，连接于该第一峰值功率放大器30输入端的第二输入匹配网络31，连接于该第一峰值功率放大器30输出端的第二输出匹配网络32，以及连接于第二输入匹配网络31中任一连接导线上的第二输入谐振网络33，和连接于第二输出匹配网络32中任一连接导线上的第二输出谐振网络34。第一输入匹配网络21和第二输入匹配网络31连接至信号输入端，第一输出匹配网络22和第二输出匹配网络32的输出端连接至负载的输入端。

其中，上述各输入谐振网络的第一端连接对应的输入匹配网络，第二端接地；上述各输出谐振网络的第一端连接对应的输出匹配网络，第二端接地；各输入谐振网络和各输出谐振网络的谐振频率与多尔蒂功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

进一步的，参考图4，第一输入谐振网络23包括串联的电感L11和电容C11，第一输出谐振网络24包括串联的电感L12和电容C12，第二输入谐振网络33包括串联的电感L21和电容C21，第二输出谐振网络34包括串联的电感L22和电容C22。

本实施例中，多尔蒂功率放大器正常工作时，输入信号由输入端INPUT进入多尔蒂功率放大器的第一路电路，通过第一输入匹配网络21进入第一载波功率放大器20进行信号放大。第一输入谐振网络23中的电感L11和电容C11串联后的谐振频率与包络信号的工作频率一致，包络信号被短路到地，从而降低了第一载波功率放大器20输入端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。第一输入谐振网络23对于载波频率而言其阻抗值接近于无穷大，故大部分载波信号可以进入到第一载波功率放大器20中进行放大。

输入信号由输入端INPUT进入多尔蒂功率放大器的第二路电路，通过第二输入匹配网络31进入第一峰值功率放大器30进行信号放大。第二输入谐振网络33中的电感L21和电容C21串联后的谐振频率与包络信号的工作频率一致，包络信号被短路到地，从而降低了第一峰值功率放大器30输入端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。第二输入谐振网络33对于载波频率而言其阻抗值接近于无穷大，故大部分载波信号可以进入到第一峰值功率放大器30中进行放大。

相应的，输入信号经过由第一载波功率放大器20和第一峰值功率放大器30放大后，再分别经过第一输出谐振网络24和第二输出谐振网络34滤除剩余的大部分的包络信号，从而消除了第一载波功率放大器20和第一峰值功率放大器30输出端因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响。第一输出谐振网络24和第二输出谐振网络34对于载波频率而言其阻抗值接近于无穷大，故载波信号可以绝大部分传输到负载。

本发明实施例二提供的功率放大器，通过在单级两路多尔蒂功率放大器的各输入匹配网络和各输出匹配网络中设计谐振网络，谐振网络的一端接地，且使谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致，大大减少了功率放大器输入信号和输出信号中的包络信号，进而降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既保证了功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又提高了功率放大器的线性度。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的多级多尔蒂功率放大器的电路示意图。本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中的多尔蒂功率放大器单元包括多级多尔蒂功率放大器，本实施例以两级多尔蒂功率放大器为例进行说明，如图5所示，基于图4，本实施例的功率放大器还包括：第二载波功率放大器40，连接于该第二载波功率放大器40输入端的第三输入匹配网络41，连接于该第二载波功率放大器40输出端的第三输出匹配网络42，以及连接于第三输入匹配网络41中任一连接导线上的第三输入谐振网络43，和连接于第三输出匹配网络42中任一连接导线上的第三输出谐振网络44，第三输入匹配网络41的输入端连接第一输出匹配网络22的输出端；第二峰值功率放大器50，连接于该第二峰值功率放大器50输入端的第四输入匹配网络51，连接于该第二峰值功率放大器50输出端的第四输出匹配网络52，以及连接于第四输入匹配网络51中任一连接导线上的第四输入谐振网络53，和连接于第四输出匹配网络52中任一连接导线上的第四输出谐振网络54，第四输入匹配网络51的输入端连接第二输出匹配网络32的输出端，第三输出匹配网络42和第四输出匹配网络52的输出端连接至负载的输入端。

其中，上述各输入谐振网络的第一端连接对应的输入匹配网络，第二端接地；上述各输出谐振网络的第一端连接对应的输出匹配网络，第二端接地；各输入谐振网络和各输出谐振网络的谐振频率与多尔蒂功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

进一步的，参考图5，第三输入谐振网络43包括串联的电感L31和电容C31，第三输出谐振网络44包括串联的电感L32和电容C32，第四输入谐振网络53包括串联的电感L41和电容C41，第四输出谐振网络54包括串联的电感L42和电容C42。

本实施例中多尔蒂功率放大器的工作原理与实施例二中的相同，此处不再赘述。

本发明实施例三提供的功率放大器，通过在多级多尔蒂功率放大器的各输入匹配网络和各输出匹配网络中设计谐振网络，谐振网络的一端接地，且使谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致，大大减少了功率放大器输入信号和输出信号中的包络信号，进而降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既保证了功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又提高了功率放大器的线性度。

实施例四

图6是本发明实施例四提供的多路多尔蒂功率放大器的电路示意图。本实施例与实施例二的不同之处在于，本实施例中的多尔蒂功率放大器单元包括多路多尔蒂功率放大器，本实施例以三路多尔蒂功率放大器为例进行说明，如图5所示，基于图4，本实施例的功率放大器还包括第三路多尔蒂结构的电路，具体可包括：第二峰值功率放大器60，连接于该第二峰值功率放大器60输入端的第五输入匹配网络61，连接于该第二峰值功率放大器60输出端的第五输出匹配网络62，以及连接于第五输入匹配网络61中任一连接导线上的第五输入谐振网络63，和连接于第五输出匹配网络62中任一连接导线上的第五输出谐振网络64。第五输出匹配网络62的输出端连接至负载的输入端。

其中，上述各输入谐振网络的第一端连接对应的输入匹配网络，第二端接地；上述各输出谐振网络的第一端连接对应的输出匹配网络，第二端接地；各输入谐振网络和各输出谐振网络的谐振频率与多尔蒂功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致。

进一步的，参考图6，第五输入谐振网络63包括串联的电感L51和电容C51，第五输出谐振网络64包括串联的电感L52和电容C52。

本实施例中多尔蒂功率放大器的工作原理与实施例二中的相同，此处不再赘述。

本发明实施例四提供的功率放大器，通过在多路多尔蒂功率放大器的各输入匹配网络和各输出匹配网络中设计谐振网络，谐振网络的一端接地，且使谐振网络的谐振频率与功率放大器输入信号中包络信号的工作频率一致，大大减少了功率放大器输入信号和输出信号中的包络信号，进而降低了因包络信号产生的记忆效应对功率放大器线性度的影响，在不增加功率放大电路直流功耗和电路设计复杂度的情况下，既保证了功率放大器在不同输出功率下获得较高效率，又提高了功率放大器的线性度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。