一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实现方法，该功率放大器包括威尔金森功分器、载波放大电路和峰值放大电路；其中，输入信号经威尔金森功分器输出端分别连接载波放大电路和峰值放大电路的输入端；所述载波放大电路由载波输入匹配电路、载波放大器、载波输出匹配电路、70.7Ω四分之一波长阻抗变换器依次串接组成；所述峰值放大电路由50Ω相位补偿线、峰值输入匹配电路、峰值放大器、峰值输出匹配电路和100Ω补偿线串接组成；70.7Ω四分之一波长阻抗变换器和100Ω补偿线并接作为输出端。本发明通过减少四分之一波长阻抗变换线的阻抗变换比，极大地增大了功率放大器的带宽，同时也减小了功率放大器整体尺寸。
【专利说明】
一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实现方法
技术领域
[0001] 本发明属于射频通信技术领域，具体涉及一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及 其实现方法。
【背景技术】
[0002] 现代科技的高速发展使得现代无线通信系统基站子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，而在无线通信系统基站子系统中影响其指标的关键部分是 射频功率放大器，所以提高射频功率放大器带宽、效率有着重要的意义。当前无线通信系 统，普遍采用、等高峰均比队的调制方式，所以为了满足线性要求，射频功率放大器必须工 作在回退状态。同时，一般来说功率放大器是工作在其压缩点附近，因为这样能有一个比较 高的效率，当功率放大器工作在回退状态，其效率必然会降低，于是在当前资源匾乏，提倡 节能减排的前提下，必须提高射频功率放大器回退状态时的效率。特别是现在的通信系统 组成中，基带以及收发都可以集成到一个板子上，但是由于射频功率放大器由于其自身集 成度难等特性，使得其现在的通信系统设计中其受到越来越多的重视，于是设计一款既满 足线性度指标又满足效率指标的射频功率放大器有着极其重要的意义。
[0003] 在频谱资源被瓜分殆尽的今天，现代和未来的无线通信系统采用越来越复杂的非 恒包络调制方式，提高频谱利用率，满足移动宽带和数据业务日益增长需求，这导致通信信 号功率峰均比越来越高。功率放大器是通信系统中发射机的重要组件，随着无线通信技术 的发展，对基站功率放大器工作带宽、体积、效率、线性度等提出了更高的要求。基于单管设 计的饱和类功率放大器最大效率是在功放工作在饱和状态时实现，针对非恒包络信号不能 发挥其高效率的优势，必须采用新型的功放技术或功放结构以提高功率放大器的平均效 率。其中高线性度的Doherty功率放大器被采用和推广。但是，带宽成为其发展的一个难题， 因此拓展Doherty功率放大器带宽成为了各通信公司和高校研究和开发的热点。
[0004] 针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决 现有技术中存在的缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实 现方法，通过减小载波功率放大器输出端四分之一波长阻抗变换线的阻抗变换比，减小了 四分之一波长阻抗变换器对Doherty功率放大器带宽的限制，从而增大了Doherty功率放大 器的带宽，同时消除了传统Doherty功率放大器中的一个35 Ω四分之一波长阻抗变换线，从 而减少Doherty功率放大器中四分之一波长阻抗变换线的数量，减小了 Doherty功率放大器 的整体尺寸，可应用于未来宽带无线通信系统。
[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] 一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实现方法，该方法具体包括以下步骤：
[0008] 步骤一：调试一个标准的AB类功率放大器作为载波功率放大器，分别做载波输入 匹配电路和载波输出匹配电路；
[0009]步骤二:在载波功率放大器输出端加入一段70.7 Ω的1/4波长的阻抗变换器；
[0010]步骤三:加入一个C类功率放大器作为峰值功率放大器，分别做峰值输入匹配电路 和峰值输出匹配电路；
[0011]步骤四：调节峰值功率放大器输出端的相位补偿线，使在低功率输入状态时峰值 功率放大器的输出阻抗为无穷大;在高功率输入状态时峰值功率放大器的输出阻抗为100 Ω ;
[0012]步骤五:调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的 相位一致。
[0013] 一种紧凑型宽带Doherty功率放大器，包括威尔金森功分器、载波放大电路和峰值 放大电路;其中，
[0014] 输入信号经威尔金森功分器输出端分别连接载波放大电路和峰值放大电路的输 入端;所述载波放大电路由载波输入匹配电路、载波放大器、载波输出匹配电路、70.7 Ω四 分之一波长阻抗变换器依次串接组成;所述峰值放大电路由50 Ω相位补偿线、峰值输入匹 配电路、峰值放大器、峰值输出匹配电路和1〇〇 Ω补偿线串接组成;70.7 Ω四分之一波长阻 抗变换器和1〇〇 Ω补偿线并接作为输出端；
[0015] 相对于现有技术，本发明的技术方案具有以下有益效果：
[00?6] (1)本发明增大了Doherty功率放大器的带宽。传统的Doherty功率放大器能够很 好的提高功率回退效率，但负载调制网络中的四分之一波长阻抗变换线对带宽有很大的抑 制作用，不适于应用于未来的宽带通信。本发明减小载波功率放大器输出端四分之一波长 阻抗变换线的阻抗变换比，减小了四分之一波长阻抗变换器对Doherty功率放大器带宽的 限制，从而增大了 Doherty功率放大器的带宽；
[0017] (2)本发明消除了35 Ω四分之一波长合路器，减少了占整体功放较大面积的四分 之一波长阻抗变换器的数量，从而减小了 Doherty功率放大器整体尺寸。
【附图说明】
[0018] 图1为传统Doherty功率放大器的结构示意图；
[0019]图2为本发明一种紧凑型宽带Doherty功率放大器结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述。 [0021 ]针对现有技术存在的缺陷，
【申请人】对现有技术中Doherty功率放大器的结构进行 了深入的研究，
【申请人】发现现有技术的Doherty结构中，四分之一波长阻抗变换线是限制带 宽的关键部分，为了拓展Doherty带宽，必须优化λ/4阻抗变换线。四分之一波长线工作带宽 的近似表达式为：
[0022]
[0023]其中Af/fo表示四分之一波长阻抗变换线的相对带宽；rm*最大能接受的反射系 数;Zo和ZL表示两个端口的阻抗值;为了增大Δ f/fQ的值，可通过减小Zo和ZL的比值(小失配 负载)。
[0024]为了克服现有技术的缺陷，本发明通过减少四分之一波长阻抗变换线的阻抗变换 比，极大地增大了Doherty功率放大器的带宽，同时也减小了Doherty功率放大器整体尺寸。 下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0025] 如图1所不，传统Doherty功率放大器的输入功率经由一个威尔金森功率分配器功 分后，分为两个支路。上面的支路称为主支路，该支路上的放大器称为载波放大器，也叫做 主放大器，是一个偏置在AB类的功率放大器;下面的支路称为辅助支路，该支路上的放大器 称为峰值放大器，也称为辅助放大器，是一个偏置在C类的功率放大器，栅极的偏置电压要 低于功放管的夹断电压。当有功率输入时，载波放大器就开始工作，对输入的信号进行放 大，而峰值放大器在输入功率较小时并不工作，只有在载波放大器接近饱和的时候才会开 始工作。在载波放大器的输出端有一段50 Ω四分之一波长的传输线，起阻抗变换的作用。在 峰值放大器的输入端有也有一段四分之一波长的传输线，它是用来补偿载波放大器输出延 时的。
[0026]传统Doherty功率放大器在低输入功率时，峰值放大器不工作，只有载波放大器工 作，所有的输入信号都被载波放大器放大，此时峰值放大器的输出阻抗为无穷大，而载波放 大器的负载阻抗为25 Ω，由于50 Ω四分之一波长微带线的阻抗变换作用，使得载波放大器 的输出阻抗为2R。』卩100 Ω，即阻抗变换从25 Ω到1〇〇 Ω，其低输入功率下50 Ω四分之一波 长微带线的阻抗变换比为4。
[0027]如图2所示，本发明是一种紧凑型宽带Doherty功率放大器及其实现方法，包括威 尔金森功分器、载波放大电路、峰值放大电路。所述载波放大电路由50 Ω相位补偿线、载波 输入匹配电路、载波放大器、载波输出匹配电路、70.7 Ω四分之一波长阻抗变换器依次串接 组成;所述峰值放大电路由50 Ω相位补偿线、峰值输入匹配电路、峰值放大器、峰值输出匹 配电路和100 Ω补偿线串接组成。
[0028]将传统Doherty功率放大器中载波放大器输出端的50 Ω四分之一波长阻抗变换器 更换为70.7 Ω四分之一阻抗变换器，峰值放大器输出端50 Ω补偿线改换成1〇〇 Ω补偿线。在 低输入功率时，峰值放大器不工作，只有载波放大器工作，所有的输入信号都被载波放大器 放大，此时峰值放大器的输出阻抗为无穷大，将载波放大器的输出匹配到100 Ω，经70.7 Ω 四分之一波长阻抗变换线变换后的阻抗为50 Ω，即阻抗变换从50 Ω到1〇〇 Ω，其低输入功率 下50 Ω四分之一波长微带线的阻抗变换比为2。因此，由上述四分之一波长线工作带宽的近 似表达式可知，这将增大相对带宽A f/fQ;在大功率输入时，载波放大器和峰值放大器都达 到饱和，将载波放大器的输出匹配到50 Ω，经70.7 Ω四分之一波长阻抗变换器变换以后的 阻抗表现为100 Ω，而此时将峰值放大器的输出匹配为100 Ω，则载波放大器和峰值放大器 并联以后的阻抗为50 Ω ;这种方法使得Doherty功率放大器无论是在低输入功率状态还是 在高输入功率状态下输出端口的结点阻抗都为50 Ω，因此，这种新型宽带Doherty功率放大 器增大了Doherty功率放大器的带宽，且不需要35 Ω四分之一波长合路器，减小了Doherty 功率放大器整体尺寸，可以克服现有技术的缺陷。
[0029] 本发明一种紧凑型宽带Doherty功率放大器，通过如下步骤实现：
[0030]步骤一：调试一个标准的AB类功率放大器作为载波功率放大器，分别做载波输入 匹配电路和载波输出匹配电路；
[0031]步骤二:在载波功率放大器输出端加入一段70.7 Ω的1/4波长的阻抗变换器；
[0032]步骤三:加入一个C类功率放大器作为峰值功率放大器，分别做峰值输入匹配电路 和峰值输出匹配电路；
[0033]步骤四：调节峰值功率放大器输出端的相位补偿线，使在低功率输入状态时峰值 功率放大器的输出阻抗为无穷大;在高功率输入状态时峰值功率放大器的输出阻抗为100 Ω ;
[0034]步骤五:调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的 相位一致。
【主权项】
1. 一种紧凑型宽带Doherty功率放大器的实现方法，其特征在于，该方法具体包括以下 步骤： 步骤一：调试一个标准的AB类功率放大器作为载波功率放大器，分别做载波输入匹配 电路和载波输出匹配电路； 步骤二:在载波功率放大器输出端加入一段70.7 Ω的1/4波长的阻抗变换器； 步骤三:加入一个C类功率放大器作为峰值功率放大器，分别做峰值输入匹配电路和峰 值输出匹配电路； 步骤四：调节峰值功率放大器输出端的相位补偿线，使在低功率输入状态时峰值功率 放大器的输出阻抗为无穷大;在高功率输入状态时峰值功率放大器的输出阻抗为100 Ω ; 步骤五：调节峰值功率放大器输入端的相位补偿线，保证载波功放与峰值功放的相位 一致。2. 根据权利要求1所述的一种紧凑型宽带Doherty功率放大器的实现方法，其特征在 于:所述Doherty功率放大器的负载阻抗为50欧。3. -种紧凑型宽带Doherty功率放大器，其特征在于，包括威尔金森功分器、载波放大 电路和峰值放大电路;其中， 输入信号经威尔金森功分器输出端分别连接载波放大电路和峰值放大电路的输入端； 所述载波放大电路由载波输入匹配电路、载波放大器、载波输出匹配电路、70.7 Ω四分之一 波长阻抗变换器依次串接组成;所述峰值放大电路由50 Ω相位补偿线、峰值输入匹配电路、 峰值放大器、峰值输出匹配电路和100 Ω补偿线串接组成;70.7 Ω四分之一波长阻抗变换器 和100 Ω补偿线并接作为输出端。4. 根据权利要3所述的一种紧凑型宽带Doherty功率放大器;其特征在于:所述的威尔 金森功分器与峰值功率放大器之间设有50 Ω相位补偿线。5. 根据权利要3所述的一种紧凑型宽带Doherty功率放大器;所述的载波功率放大器输 出端设有70.7 Ω四分之一波长阻抗变换器。6. 根据权利要3所述的一种紧凑型宽带Doherty功率放大器;所述的峰值功率放大器输 出端设有100 Ω相位补偿线。
【文档编号】H03F1/02GK105897179SQ201610305277
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】程知群, 张明, 李江舟, 董志华, 刘国华, 柯华杰, 周涛
【申请人】杭州电子科技大学