Doherty放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般涉及功率放大器技术，具体涉及在通信系统中(诸如在无线基站中)应用的Doherty放大器。
【背景技术】
[0002]众所周知，Doherty结构是基站中的当前功率放大器(PA)设计中的主流。高峰值功率和补偿功率级(back-off power level)中的高效率使Doherty放大器成为用于功率节省的理想方式。
[0003]当前关于PA设计的技术正在使用Doherty结构来满足线性和效率要求。如图1中所示，常规Doherty放大器包括两个放大器级，主放大器和峰值放大器。主放大器是主要放大输入信号的平均功率的放大器。峰值放大器是当主放大器饱和时继续放大输入信号的放大器。将主放大器通过阻抗转换器连接到输出，阻抗转换器通常是四分之一波长传输线或者等同的集总网络。为补偿四分之一波长传输线，将四分之一波长加到峰值放大器的输入。
[0004]Doherty放大器一般在两种条件下操作，小信号和高信号。在小信号期间，仅主放大器是活动的并且峰值放大器不工作。图1中的阻抗Zp理论上是无穷大的。两个微带线ZmT和ZcT使主放大器负载Zm远高于50欧姆，并且因此主放大器以高效率执行。在高信号期间，峰值放大器工作并且主放大器负载Zm通常变到50欧姆。两个放大器的峰值功率将组合。
[0005]虽然Doherty结构能够在补偿功率级上保持高效率，但是主放大器的补偿电压驻波比(VSWR)由诸如两个微带线ZmT和ZcT的特征阻抗等等之类的硬件确定。因此，在常规Doherty放大器结构中，具有最佳补偿效率的阻抗不是在主放大器的VSWR圆周上。
[0006]由于在50欧姆的高功率和在主晶体管的高阻抗负载的高效率之间的距离(VSWR)由晶体管自身定义，所以找到适合的峰值晶体管来固定该距离常常是困难的。因此，得到所要求的VSWR以达到主晶体管的高阻抗上的最大效率点是困难的。
【发明内容】
[0007]因此，本发明寻求单独地或以任意组合来优选地降低、减轻或消除上述缺点中的一个或多个。
[0008]为解决上述问题中的一个或多个，本公开提供具有增强的补偿功率级效率的新的Doherty放大器架构。根据本发明的一个方面，提供Doherty放大器，包括:主放大器和峰值放大器；在主放大器和峰值放大器之间连接的具有λ/4电长度的第一微带线；在峰值放大器和主放大器的输出的结点与输出端子之间连接的具有λ/4电长度的第二微带线；至少一个调谐器，所述调谐器用于调节主放大器的VSWR圆周的半径，并且基于输入信号功率在主放大器和峰值放大器之间与第一微带线串联连接。
[0009]至少一个调谐器包括与第一微带线串联连接的第三微带线，以及用于作为分路控制第三微带线的开关单元。
[0010]开关单元包括一端接地的至少一个开关和与至少一个开关连接的至少一个可调组件。
[0011]第三微带线具有从点ml处的高信号条件下的主放大器的负载阻抗和点m3处的补偿功率级上的最佳效率点之间的距离所确定的特征阻抗Zl和电长度Θ。
[0012]第三微带线的特征阻抗Zl不同于第一微带线的特征阻抗。
[0013]调谐器配置成调节主放大器的负载阻抗Zm以达到由点ml表示的高信号条件下的主放大器的负载阻抗和小信号条件下的由点m3表示的补偿功率级上的最佳效率点。
[0014]如果该距离大于主放大器的VSWR半径，ZmT*Zload/ZcT2，则第三微带线的特征阻抗Zl采用低于第一微带线的特征阻抗ZmT的值；如果该距离小于主放大器的VSWR半径，ZmT*Zload/ZcT2，则第三微带线的特征阻抗Zl采用大于第一微带线的特征阻抗ZmT的值。
[0015]在小信号条件下，开关断开并且第三微带线工作；并且在高信号条件下，开关闭合并且禁用第三微带线。
[0016]至少一个可调组件包括在全频带内针对不同频率信道来调谐的电容器、电感器、变容二极管或PIN 二极管中的至少一个。
[0017]根据本发明的另一个方面，提供了包含根据本发明的实施例的Doherty放大器的设备。
[0018]本公开提供创新的Doherty结构以提升补偿功率级效率。通过用具有调谐器的新的Doherty结构扩大VSWR半径来增加补偿功率级效率，并且可减小无线电单元物理尺寸和体积。并非Doherty友好的一些设备(诸如晶体管)也能够通过应用本发明来用作主晶体管。这将增加用于Doherty放大器的主放大器的晶体管候选者池。
【附图说明】
[0019]从参考附图所示的本发明的以下示范性实施例，本发明的特征和优点将更明显，所述附图中:
图1示出现有技术中Doherty放大器的一般结构图；
图2示出Doherty主放大器的负载阻抗的示意图；
图3示出根据本发明的一个实施例的提升效率的示范性Doherty放大器的示意结构图；
图4示出在根据本发明的一个实施例的Doherty放大器中应用的示范性调谐器的示意结构图；
图5示出根据本发明的一个实施例的小信号条件下的示范性调谐器的等效电路的示意图；
图6示出根据本发明的一个实施例的不同的VSWR等高线(contour)比较的示意图； 图7示出根据本发明的一个实施例的高信号条件下的示范性调谐器的等效电路的示意图；
图8示出在根据本发明的一个实施例的Doherty放大器中应用的另一个示范性调谐器的示意图。
【具体实施方式】
[0020]下文将参照附图全面描述本发明的实施例。但是，本领域的技术人员将清楚本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为受限于本文陈述的实施例和具体细节。说明书通篇同样的标号表示同样的元件。
[0021]在本公开中，虽然已使用具体的术语来示范本发明，但是这不应被视作将本发明的范围仅限于诸如无线基站之类的前述通信系统。随着通信中的快速发展，当然还将存在可用以实施本发明的未来类型的技术和系统。
[0022]在本公开中，调谐器适合用于控制Doherty放大器的主放大器的VSWR圆周的半径。当增加VSWR时，主放大器的负载阻抗可达到当峰值放大器不工作时的补偿功率级上的最佳效率点和当峰值放大器工作时的高输出功率下的50欧姆条件下的最高效率。
[0023]图2示出Doherty主放大器的负载阻抗Zm的示意图。以正方形符号表示的图2中的圆周m2是以点ml为圆心的主放大器的VSWR圆周。圆周上的每个点是以一定步长扫过从O到180度的电长度Θ的主放大器的负载阻抗Zm。
[0024]在高信号条件期间，可期待主放大器的负载阻抗Zm在点ml (图2中以三角形符号表示)处匹配以满足峰值功率要求。点ml表示在高信号条件下满足峰值功率要求的主放大器的最佳负载阻抗Zm。而在小信号条件期间，可期待主放大器的负载阻抗Zm用两个微带线ZmT和ZcT从点ml改变到点m3以满足高效率要求。点m3是在小信号条件期间达到补偿输出功率级上的最佳漏极效率的主放大器的最佳负载阻抗Zm。
[0025]由于图2中的圆周半径是如图1中所示的特征阻抗ZmT、ZcT和Zload的函数，所以当确定了主放大器和峰值放大器的峰值功率比时，特征阻抗ZmT、ZcT和Πoad将被固定，并且因此VSWR圆周的半径将被固定。
[0026]在小信号条件下，如果主放大器的负载阻抗移动到其最大点，则整个Doherty PA能够提供最佳效率。但实际上，ml和m3的距离没有与峰值功率比对应。如图2中所示，通常，点m3和点ml之间的距离比圆周半径更远，主放大器不能够达到如点m3表示的最佳效率，但是仅能够达到如m2表示的圆周上的点。换言之，通常，VSWR圆周的半径可能达不到补偿输出功率级上的由点m3表示的最佳漏极效率。
[0027]图3示出根据本发明的一个实施例的提升效率的示范性Doherty放大器300的示意结构图。
[0028]在该实施例中，示范性Doherty放大器300包括双路的Doherty架构:主放大器301、峰值放大器302、在主放大器和峰值放大器之间连接的具有λ/4电长度的第一微带线303 ;在峰值放大器和主放大器的输出的结点与输出端子306之间连接的具有λ/4电长度的第二微带线304 ;以及调谐器305，所述调谐器305用于调节主放大器的输出负载阻抗，并且在主放大器301和峰值放大器302之间与第一微带线303串联连接。具体来说，输入信号可被相等地分为两个信号。主放大器301可接收两个输入信号之一，并且放大该输入信号。峰值放大器302可接收另一个输入信号，并且将其放大。如图3中所示，主放大器301和峰值放大器302的输出信号经由λ/4传输线(也称作微带线ZmT 303)在结点处被组合。λ/4传输线(也称作微带线ZmT 303)用作阻抗变换器，其中λ是输入信号的波长。另一个λ /4传输线(也称作微带线ZcT 304)被称作Doherty组合器，其在组合点将阻抗转变为负载阻抗(通常50欧姆)。由Doherty组合器输出的信号经由微带线ZcT 304输出到输出端子306。一般地，λ/4相位线(为了简短，在图3中未示出)可作为位于峰值放大器302前端的相位补偿器来工作。调谐器被串联连接在微带线ZmT和主放大器301之间以用于调节主放大器的负载阻抗，并且因此增大或减小主放大器的VSWR圆周的半径。
[0029]在一个实施例中，调谐器305包括开关单元402和具有特征阻抗Zl和电长度Θ的微带线Tl 401。微带线Tl 401的特征阻抗Zl可不同于微带线ZmT 303的特征阻抗。而且，可根据点ml和点m3之间的距离来确定微带线Tl 401的特征阻抗Zl和电长度Θ。为补偿附加的电长度Θ，具有相同电长度的微带线还应该被加到峰值放大器的输入。
[0030]在一个实施例中，可采用由输入功率信号控制的开关单元402来启用或禁用微带线Tl 305的操作。作为示例，如根据本发明的一个实施例示出Doherty放大器中应用的示范性调谐器305的图4中所示，开关单元402可包括开关404和可调组件403。可调组件403可以是电容器、电感器或其它可调组件。
[0031]图5示出根据本发明的一个实施例的小信号条件下的示范性调谐器305的等效电路的不意图。
[0032]在小信号条件下，开关将断开并且微带线Tl将工作。可根据如图2中所示的点ml和点m3之间的距离来设计微带线Tl的特征阻抗Z1。具体来说，可调节Zl的值以使点m3基本上位于以点ml为圆心并且VSWR的半径等于ZmT2*Zload/ZcT2/Zl的VSWR圆周