数字电视发射机超宽带高效率功放的制作方法

本实用新型涉及一种数字电视发射机超宽带高效率功放。

背景技术：

随着数字电视调制技术的发展，数字传输信号对设备的要求更高，一个较高的峰均比，二是较宽的占用频宽。同时近年来，随着节约型理念的提出，数字电视发射系统对发射机的功耗和带宽提出了严格的要求，传统的AB类平衡结构的功率放大器效率都比较低，造成很大的资源浪费。当前业界提高放大器效率的技术主要有，包络分离和恢复技术，包络跟踪技术，LINC技术，Doherty技术。其中本实用新型涉及到的Doherty技术具有高效、实现方法简单、成本低的优点，同时配合数字电视激励器的DPD(数字预失真)功能提高线性，可以很好的满足数字电视发射机系统的要求，但传统Doherty结构受到载波放大器后四分之一波长阻抗变换器的影响，带宽受到限制。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供数字电视发射机超宽带高效率功放，以解决现有技术中存在的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

数字电视发射机超宽带高效率功放，前置预放大器(1)及与其连接的威尔金森二功分器(2)，所述威尔金森二功分器(2)将信号分成两路，一路进入辅助放大器(3)，另一路先经过一段相位补偿线(4)，再经过一个衰减电阻R5后，进入主放大器(5)；主放大器(5)信号放大后经过匹配网络1(61)，辅助放大器(3)信号放大后经过匹配网络2(62)和补偿网络(7)，两个信号合路后，经过2个四阶阻抗变换器(8)，然后经过一小段微带线(9)输出。

进一步的，所述主放大器(5)和辅助放大器(3)分别连接主馈电网络(51)和辅助馈电网络(31)，所述主馈电网络(51)和辅助馈电网络(31)均采用低阻线阻抗为Z3和高阻线阻抗为Z4组成的宽带馈电设计电路；

进一步的，主放大器(5)采用栅压偏置及温度补偿电路(52)进行温度补偿；

本实用新型的有益效果是：具有工作频带宽、高效率、增益电平高、带内驻波比小、长时间高低温工作稳定性高、放大器可靠性良好的性能，其中功放效率40％以上、全频段带内增益为14dB以上、带内频响为±0.5dB、驻波比小于1.4，放大器提供单电源供电，封装体积小、使用方便，可广泛用于电视发射机功放链路。

附图说明

图1为本实用新型原理示意图；

图2为宽带二阶威尔金森二功分器电路结构示意图；

图3为栅压偏置及温度补偿电路电路结构示意图；

图4为主馈电网络电路结构示意图；

图5为辅助馈电网络电路结构示意图；

附图标记如下：

1、前置预放大器，2、威尔金森二功分器，3、辅助放大器，4、相位补偿线，5、主放大器，61、匹配网络1，62、匹配网络2，7、补偿网络，8、四阶阻抗变换器，9、微带线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-5所示，数字电视信号先经过前置预放大后，输入信号先经过二阶的威尔金森二功分器分成两路，一路进入非对称IDPA的辅助放大器，另一路先经过一段阻抗Z0＝50Ω，长度为1/4波长的相位补偿线，再经过一个衰减电阻R5后，进入主放大器；主放大器信号放大后经过匹配网络(阻抗为Z3、长度为Lb)，辅助放大器信号放大先后经过匹配网络(阻抗为Z4、长度为Lc)和补偿网络(阻抗为Z5、长度为La)，两个信号在peak点合路后，经过2个四阶阻抗变换器，分别是Z6-Z9和Z10-Z13，然后经过一小段阻抗为Z0的微带线输出。主放大器和辅助放大器馈电网络都采用低阻线阻抗为Z3和高阻线阻抗为Z4组成的宽带馈电设计电路，其中主放大器采用三极管进行温度补偿偏置电压的模拟电路。

与现有技术不同的是1/4波长阻抗变换器(Z5、La)是加在辅助放大器的后面，主放大器前的1/4波长线(Z0、La)起到相位补偿的作用。

在小信号时，辅助放大器不工作，只有主放大器工作，如图1，此时从负载向辅助放大器看过去的阻抗Zb近似无穷大，经过1/4波长可知Zc近似为零，这样从主放大器泄漏到辅助放大器的功率就非常小。从主放大器的输出网络看过去的阻抗Za＝25Ω，这样通过匹配网络和补偿线在主放大器的漏极输出端阻抗变换为2倍的Z0，当主放大器的电流达到最大电流一半，主放大器进入电压饱和，辅助放大器开启工作，这是效率达到第一个峰值，输出功率为饱和功率的1/4，即同传统的Doherty放大器一样，在功率回退6dB时效率最大。

当大信号时，主、辅放大器都处于工作状态，在输出功率达到饱和时，Za＝Zb＝Zc＝50Ω。此时通过匹配网络和补偿线，主、辅放大器的漏极输出阻抗为Z0。IDPA结构中的辅助放大器输出端的1/4波长不仅起着相位补偿的作用，还有减小功率泄露的作用，而主放大器的匹配网络和补偿线组成的输出网络(阻抗Z3、长度Lb)，除了要实现阻抗匹配的作用外，还起到阻抗变换的作用，这是IDPA结构与传统Doherty放大器有着本质的不同，所以IDPA带宽可以更宽，效率更高。

因为Doherty放大器中的辅助放大器工作在C类，主放大器工作在AB类，故对于同样大小的输入信号，辅助放大器的输出电流必然小于放大器的输出电流。这就带来负载牵引不足的问题，从而降低Doherty放大器的整体效率。且DTMB信号的峰均比也比较高，为满足线性指标要求，放大器的工作功率需要有更多的回退，但传统Doherty放大器是在回退6dB的时候效率最高，为了解决这个缺陷，本设计采用了非对称结构的Doherty放大器，在主放大器之前增加衰减器R5，这种方案实现的电路简单可以更好的跟IDPA结构配合使用，通过调整R5的电阻值，可以在回退7-8dB的时候效率最高。

同时，合路后的阻抗变换网络由传统的1/4波长，改进为多阶阻抗变换，实现超宽带性能，因为总的有8阶阻抗变换，如果设计在同一个电路板上，会导致要么后面的4阶阻抗变器的微带线太细，影响大功率输出，或者前面4阶阻抗变换器的微带线太粗，会使布板尺寸太大，所以本文采用2种PCB板材，前面4阶阻抗变换器的阻抗比较小采用比较薄的板材，后面4阶阻抗变换器的阻抗比较大采用比较厚的板材。

下面对其中的宽带二阶威尔金森二功分器进行介绍，由于数字电视全频段的带宽较宽，必须使用多阶威尔金森结构才能满足指标要求，经过计算采用二阶结构即可满足带宽要求。根据相关理论，通过查表和相关计算，得出二阶功分器的隔离电阻R1＝1.96＊Z0，R2＝4.82＊Z0，考虑工程实际情况这里采用R1＝100Ω，R2＝250Ω。而二阶阻抗变换段分别为Z1＝83.35Ω和Z2＝60Ω，同时为了减小整体尺寸，1/4波长阻抗变换Z1、Z2采用蛇形线的走线方式，具体电路模型如图2。

馈电网络：如图3栅压偏置电路中，栅极电阻R2是放大器一个十分重要的参数，它可用公式R2＝400/P得出，式中P是放大器的饱和输出功率。

另外需要指出的是馈电偏置线都是用λ/4微带线，对匹配电路呈现出无穷大阻抗，偏置电路不参与电路匹配。L1在RF频率为大的电感或者λ/4微带线，C1、C2为去耦电容，R1用来提高电路的稳定性。

LDMOS管在一定的栅压下，当工作温度提升时，其静态电流Idq升高，反之降低。静态电流的变化会影响系统的增益、效率和线性等指标，其中又以线性的影响最大。因此，需要给工作在AB类的主放大器的栅压电路上加上三极管来做栅压温度补偿。

发射结正向压降Vb具有负的温度系数，在放大状态下，对于硅管为-2mV/℃，利用发射结的这个特性，Vb的倍增电路来实现温度补偿，如图3所示，当IR3越来越大时(计算时可取十倍关系)，

对于该电路有：Vd＝(1+R3/R4)＊Vb

当R3等于1.2K，R4等于2.2K时，Vd的电位为：

Vd＝(1+1.2/2.2)＊0.66＝1.02V

当温度变化1℃时，Vd的变化量为：

ΔVd＝(1+R3/R4)＊ΔVb＝(1+1.2/2.2)＊(-2mV/℃)＝-3mV/℃

约等于LDMOS管的温度变化系数，试验验证R3＝1.2KΩ，R4＝2.2KΩ时，可以得到稳定的静态工作电流，该案例已成功的用在实际电路设计中，并且有稳定的表现。

经实际测试，该放大器具有工作频带宽、高效率、增益电平高、带内驻波比小、长时间高低温工作稳定性高、放大器可靠性良好的性能，其中功放效率40％以上、全频段带内增益为14dB以上、带内频响为±0.5dB、驻波比小于1.4，放大器提供单电源供电，封装体积小、使用方便，可广泛用于电视发射机功放链路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。