一种Doherty功率放大器的制造方法

文档序号:9276545阅读:696来源:国知局
一种Doherty功率放大器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信技术领域,具体涉及一种采用新型峰值放大器输出匹配网络的Doherty功率放大器。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展,现代无线通信系统朝着更高的带宽、更快的速率以及更高的效率方向发展,第四代通信系统(4G)的普及和通信信息量的不断增大,对无线通信系统提出了高要求。现代通信系统中的调制信号具有更高峰均比,因此要求功率放大器工作在较高的功率回退点,以保证信号的线性度,但是会使功率放大器的效率明显降低。
[0003]为了适应调制信号的高峰均比,在功率放大器的设计中要求功率放大器在大功率回退时仍保持较高的效率,Doherty功率放大器能够在功率回退时有较高的效率,既保证了通讯信号的线性度,又能保持较高的工作效率。传统的Doherty功率放大器中载波放大器偏置在AB类,峰值放大器偏置在C类,在小信号时,峰值放大器不工作,通过调整峰值补偿线使输出端呈开路状态,减小载波放大器的功率泄漏,载波放大器通过输出端通过λ/4阻抗变换线呈最优阻抗的两倍,提前达到高效率的饱和状态。基于有源负载调制原理,当峰值放大器开始导通,载波放大器负载阻抗开始减小,输出功率进一步增大,两者输出电流相同时,载波放大器和峰值放大器同时达到饱和,输出功率达到最大值,使Doherty功率放大器在饱和功率及功率回退的范围内保持较高的效率。
[0004]通过研宄发现,传统的Doherty功率放大器中,峰值放大器通过峰值补偿线使输出阻抗在工作带宽内保持高阻抗,然而峰值补偿线越长,会使带宽内的输出阻抗分布越分散,而且偏离中心频率愈远,阻抗的变化愈剧烈,会造成载波放大器的功率泄漏,影响到Doherty功率放大器回退时的功率和效率。因此,如何减小峰值补偿线的长度,进而增大工作带宽并提高Doherty功率放大器的功率和效率,具有十分重要的意义。

【发明内容】

[0005]本发明的目的在于提供一种Doherty功率放大器,即峰值放大器输出匹配网络的设计方法,以有效减小峰值补偿线的长度,使峰值放大器在小信号时的输出端呈开路状态,减少载波放大器输出的功率泄漏,提高Doherty功率放大器的输出功率和回退效率。
[0006]为了解决以上技术问题,本发明采用的具体技术方案如下:
[0007]一种Doherty功率放大器,包括功率分配器(I)、载波放大电路(2)、峰值放大电路
[8]和合路器(13);其特征在于:所述功率分配器⑴输出端分别与载波放大电路(2)和峰值放大电路(8)输入端连接;所述载波放大电路(2)由载波相位补偿线(3)、载波IMN(4)、载波放大器(5)、载波OMN(6)和载波补偿线(7)依次串联连接组成;所述峰值放大电路(8)由峰值相位补偿线(9)、峰值MN(1)、峰值放大器(11)和峰值0MN(12)依次串联连接组成;所述合路器(13)包括特性阻抗为35欧姆λ /4阻抗变换线(14),连接到所述载波放大电路(2)和所述峰值放大电路(8)的信号输出端,其中,λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。
[0008]所述功率分配器(I)将信号平均输出至载波放大电路(2)和峰值放大电路(8)。
[0009]所述峰值放大电路(8)直接与合路器(13)中的35欧姆λ /4阻抗变换线(14)连接。
[0010]所述载波放大电路(2)通过载波补偿线(7)与合路器(13)中的35欧姆λ/4阻抗变换线(14)连接。
[0011]本发明具有有益效果。与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
[0012](I)本发明能减小载波放大器输出端的功率泄漏,提高输出功率和效率。传统的Doherty功率放大器中,峰值放大器输出端通过峰值补偿线与合路器连接,峰值补偿线的加入,增大了匹配网络的长度,带宽内的阻抗分布比较分散,越偏离中心频率,阻抗变化越剧烈,易造成载波放大器功率泄漏。本发明在保证省略峰值补偿线的同时,峰值放大器输出端呈高阻抗,有效地防止载波放大器功率泄漏,提高了放大器的输出功率和效率。
[0013](2)本发明增大了工作带宽。传统的Doherty功率放大器能够很好提高功率回退的效率,但是被限制在窄带宽内(一般小于10%的相对带宽),不适于宽带宽的应用场合。本发明通过新型的峰值放大器输出匹配网络,在整个带宽范围内输出阻抗呈高阻抗,减少小信号时峰值放大器对载波放大器输出功率的影响,增大了放大器的带宽。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构框图。
[0015]图2为本发明的增益、输出功率与输入功率的关系图。
[0016]图3为本发明的效率与输出功率的关系图。
[0017]图中功率分配器、2载波放大电路、3载波相位补偿线、4载波MN、5载波放大器、6载波0MN、7载波补偿线、8峰值放大电路、9峰值相位补偿线、10峰值MN、11峰值放大器、12峰值0MN、13合路器、1435欧姆λ/4阻抗变换线。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图,对本发明的技术方案进行详细说明。
[0019]如图1所示,本发明是一种采用新型峰值输出匹配网络的Doherty功率放大器,包括功率分配器1、载波放大电路2、峰值放大电路8和合路器13 ;所述载波放大电路2由载波相位补偿线3、载波ΜΝ4、载波放大器5、载波0ΜΝ6和载波补偿线7依次串联连接组成;所述峰值放大电路8由峰值相位补偿线9、峰值ΙΜΝ10、峰值放大器11和峰值0ΜΝ12依次串联连接组成;所述合路器13包括特性阻抗为35欧姆λ /4阻抗变换线14,连接到所述载波放大电路2和所述峰值放大电路8的信号输出端,其中,λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。载波相位补偿线3、峰值相位补偿线线9和载波补偿线7的特性阻抗均为50欧姆。
[0020]在上述的Doherty功率放大器中,所述峰值放大器11偏置在C类,通过仿真峰值放大器11接50欧姆传输线的输出阻抗,调整微带线的长度L,使中心频率的输出阻抗分布在史密斯圆图中的最右端(开路状态),按照阻抗匹配方法设计的输出匹配网络,通过控制总长度为L左右,对峰值0MN12的阻抗进行优化,在带宽内满足各频率对应的基波和各次谐波阻抗,有效减小了峰值补偿线的长度甚至在省略补偿线的情况下,峰值放大电路8的输出阻抗在带宽内仍保持在较高的范围内,提高了整个频带内的输出阻抗,减小载波放大电路2的功率泄漏。
[0021]所述载波补偿线7作用为补偿载波放大器5漏极电容和引线电感等寄生参数,并与合路器13共同作用使放大器功率回退时功率达到饱和。所述载波相位补偿线3与峰值相位补偿线9的作用是调整输入至两路的信号相位,使两路信号输出至合路器13的相位同相,保证最大输出功率。
[0022]本发明的工作原理是:通过功率分配器I将信号平均分配给载波放大电路2和峰值放大电路8,载波放大电路2通过载波补偿线7与合路器13中的35欧姆λ /4阻抗变换线14连接,缩短了输出端的传输线的长度,从而降低了输出端的损耗。小信号时,峰值放大器11不工作,通过峰值ΟΜΝ12省略了补偿线,减小了带宽内阻抗波动,峰值放大电路8输出端呈开路状态,有效减小了载波放大电路2的功率泄漏,提高了功率放大器的输出功率和回退效率。
[0023]结合本发明方法的Doherty功率放大器工作带宽为2.3-2.8GHz,载波放大电路2和峰值放大电路8的功放管采用CREE的HEMT功放管CGH40010,载波放大器5偏置在AB类,峰值放大器11偏置在C类。
[0024]图2是本发明的增益、输出功率与输入功率的关系图,从图中可以看出在相对带宽为20% (2.3-2.8GHz)的范围内饱和输出功率(Output Power)约为44dBm,增益(Gain)波动在2dB以内。图3是本发明的效率与输出功率的关系图,从图中可以看出,饱和输出功率(Output Power)和输出效率(Efficiency)约为 43.5-44.4dBm 和 66-71 %,当功率回退9dBm时,Doherty功率放大器的平均效率为42 %,带宽内的效率差异在10 %以内,实现了较宽的工作带宽和大功率回退时的高回退效率。
【主权项】
1.一种Doherty功率放大器,包括功率分配器(I)、载波放大电路(2)、峰值放大电路(8)和合路器(13);其特征在于:所述功率分配器⑴输出端分别与载波放大电路(2)和峰值放大电路(8)输入端连接;所述载波放大电路(2)由载波相位补偿线(3)、载波IMN(4)、载波放大器(5)、载波OMN(6)和载波补偿线(7)依次串联连接组成;所述峰值放大电路(8)由峰值相位补偿线(9)、峰值MN(1)、峰值放大器(11)和峰值0MN(12)依次串联连接组成;所述合路器(13)包括特性阻抗为35欧姆λ /4阻抗变换线(14),连接到所述载波放大电路(2)和所述峰值放大电路(8)的信号输出端,其中,λ是Doherty功率放大器工作频率对应的波长。2.根据权利要求1所述的一种Doherty功率放大器,其特征在于:所述功率分配器(I)将信号平均输出至载波放大电路(2)和峰值放大电路(8)。3.根据权利要求1所述的一种Doherty功率放大器,其特征在于:所述峰值放大电路(8)直接与合路器(13)中的35欧姆λ/4阻抗变换线(14)连接。4.根据权利要求1所述的一种Doherty功率放大器,其特征在于:所述载波放大电路(2)通过载波补偿线(7)与合路器(13)中的35欧姆λ/4阻抗变换线(14)连接。
【专利摘要】本发明公开了一种Doherty功率放大器,包括功率分配器、载波放大电路、峰值放大电路和合路器。载波放大电路包括载波相位延迟线、载波放大器和载波补偿线。峰值放大电路包括峰值相位延迟线和峰值放大器。功率分配器将输入信号平均输出至载波放大电路和峰值放大电路。该采用新型峰值放大器的Doherty功率放大器相对于传统Doherty功率放大器,通过对峰值放大器输出匹配网络的优化设计,在不用峰值补偿线的情况下,保证峰值放大器输出端在工作带宽内呈高阻抗,进而减少了载波放大电路造成的功率泄漏,实现更宽的带宽并提高了输出功率和回退效率,可应用于未来宽带无线通信系统。
【IPC分类】H03F1/07, H03F1/42, H03F3/20
【公开号】CN104993796
【申请号】CN201510357653
【发明人】杨利霞, 郭鹏良, 夏景, 孔娃
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年6月25日
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