专利名称：一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器及其调试方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，具体来说，涉及一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器及其调试方法。
背景技术：
随着绿色环保、节能减排理念在世界各国日益受到重视，通信运营商对于无线通信系统的功耗降低的要求也越来越高。作为发射机中的末级模块，功率放大器是整个无线通信系统中功耗最大的部件。在通信基站中，功率放大器系统能源耗费的比例中可达到60%甚至更高，由此带来的效率低下将导致整个无线通信系统效率大大降低。具体带来两个问题，首先，整个通信系统的网络覆盖范围非常广，低效率的功率放大器所浪费的电力资源将非常巨大；其次，为了应对低效功率放大器带来的热问题，通信运营商必须采用大量的散热装置，增加了运营成本，同时也增加了能源的消耗，最终增加了消费者和整个社会的负担。因此，高效率功率放大器的研究成为当今功率放大器领域的热点课题。多赫尔蒂(对应英文为:Doherty)功率放大器是目前通信基站中应用最为广泛的一种高效率功率放大器技术，传统多赫尔蒂功率放大器包括载波放大器，峰值放大器，其基本原理为:载波放大器工作在AB类,峰值放大器工作在C类,在输入信号相同的情况下,载波放大器先于峰值放大器导通，并在输出λ /4传输线阻抗变换作用下，提前达到饱和，实现高效率；随着输入信号进一步增大，峰值放大器开始工作，在有源负载调制的作用下，尽可能的使得载波和峰值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较高的效率。然而，发明人在研究中发现，如图1所示，传统的多赫尔蒂功率放大器虽然能够在保持载波放大器偏置在AB类，峰值功率放大器偏置在C类及阻抗变换关系不变的情况下，提高功率回退时功率放大器的效率，但是，这也导致功率放大器线性度下降。常见的线性化方法中，前馈法、数字基带预失真等方法实现较复杂或成本较高；而模拟预失真，如基于场效应管(对应英文为:FET)的预失真，反向并联管对的预失真等，则需要额外使用其他的非线性器件，调试较复杂。因此，如何在保证多赫尔蒂功率放大器在功率回退区间内效率的同时，通过简单易行的方法提高功率放大器线性度，降低三阶互调失真，对于提高基站系统性能及降低成本，仍然具有十分重要的意义。
发明内容
技术问题:本发明所要解决的技术问题是:提供一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，该多赫尔蒂功率放大器在保证其效率的同时，可使输出信号的三阶互调降为最小值，从而提高多赫尔蒂功率放大器的线性度。同时，本发明还提供该多赫尔蒂功率放大器的调试方法，使得多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降为最小值。技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，该功率放大器包括含有第一 λ/4阻抗变换线的功分器、用于调整三阶互调相位的相位调整器、含有载波放大器和第一补偿线的载波放大单元、含有峰值放大器和第二补偿线的峰值放大单元、载波栅极偏置电压调节器、峰值栅极偏置电压调节器、第二 λ/4阻抗变换线，以及含有第三λ/4阻抗变换线的合路器；其中，λ是多赫尔蒂功率放大器工作频率对应的波长，第一补偿线、第二补偿线、第一 λ /4阻抗变换线和第二 λ /4阻抗变换线的特性阻抗均为50欧姆，第三λ /4阻抗变换线的特性阻抗为35欧姆；功分器的第一信号输出端与相位调整器的信号输入端连接，相位调整器的信号输出端与载波放大器的信号输入端连接，载波栅极偏置电压调节器的输出端与载波放大器的栅极连接，载波放大器的信号输出端与第一补偿线的信号输入端连接，第一补偿线的信号输出端通过第二 λ/4阻抗变换线与合路器的第一信号输入端连接；功分器中的第一 λ/4阻抗变换线的输出端与功分器的第二信号输出端连接，功分器的第二信号输出端与峰值放大器的信号输入端连接，峰值栅极偏置电压调节器的输出端与峰值放大器的栅极连接，峰值放大器的信号输出端与第二补偿线的信号输入端连接，第二补偿线的信号输出端与合路器的第二信号输入端连接；合路器的第一信号输入端和第二信号输入端分别与合路器中的第三λ/4阻抗变换线的输入端连接，第三λ/4阻抗变换线的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端。进一步，所述的载波栅极偏置电压调节器包括第一电源、第一电压变换单元组和第一电位器，第一电压变换单元组由η个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第一电源的电压输出端连接，第η个电压变换单元的输出端与第一电位器的第一端口连接，第一电位器的第二端口与载波放大器的栅极连接；η为大于等于I的整数。进一步，所述的峰值栅极偏置电压调节器包括第二电源、第二电压变换单元组和第二电位器，第二电压变换单元组由m个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第二电源的电压输出端连接，第m个电压变换单元的输出端与第二电位器的第一端口连接，第二电位器的第二端口与峰值放大器的栅极连接；m为大于等于I的整数。一种利用上述的多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，该调试方法包括以下步骤:步骤10)调试载波放大器和峰值放大器，使得载波放大器的功率和效率要求符合AB类，峰值放大器的功率和效率要求符合C类；对第一补偿线和第二补偿线的长度进行选取，分别使得载波放大器在功率回退时达到饱和效率，峰值放大器在未开启时输出端的阻抗高于500欧姆；步骤20)向多赫尔蒂功率放大器输入信号,该信号在功分器中被等功率分配为第一路信号和第二路信号，第一路信号输出至相位调整器，经过相位调整器调整相位后，第一路信号由载波放大器放大后，经过第一补偿线、第二 λ /4阻抗变换线输出至合路器的第一信号输入端；第二路信号经过第一 λ/4阻抗变换线移相后，输出至峰值放大器，第二路信号由峰值放大器放大后，经过第二补偿线输出至合路器的第二信号输入端；第一路信号和第二路信号经过合路器中的第三λ/4阻抗变换线后，由第三λ/4阻抗变换线的输出端输出多赫尔蒂功率放大器的输出信号；步骤30)对多赫尔蒂功率放大器进行初步调试，使得多赫尔蒂功率放大器的饱和输出功率达到载波放大器的额定饱和输出功率与峰值放大器的额定饱和输出功率之和，对应的多赫尔蒂功率放大器的效率达到饱和效率，且在多赫尔蒂功率放大器的输出功率回退6dB时，多赫尔蒂功率放大器的效率达到或者接近饱和效率；步骤40)使用频谱仪测量多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调，然后调整多赫尔蒂功率放大器,直至多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。进一步，所述的步骤40)中，调整多赫尔蒂功率放大器是指，同时调整偏置电压和相位的方法，实现多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。进一步，所述的调整相位的方法是指调整相位调整器的相位，改变第一路信号中的三阶互调的相位，直至第一路信号的三阶互调的相位与第二路信号的三阶互调的相位反相或接近反相。进一步，所述的调整偏置电压的方法是指调整载波放大器的偏置电压和峰值放大器的偏置电压:利用载波栅极偏置电压调节器对载波放大器偏置电压进行微调，改变第一路信号的三阶互调的幅度，同时，利用峰值栅极偏置电压调节器对峰值放大器偏置电压进行微调，改变第二路信号的三阶互调的幅度，直至第一路信号的三阶互调的幅度与第二路信号的三阶互调的幅度相等或接近相等，使得多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。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:(I)线性度好。本发明的多赫尔蒂功率放大器中，第一路信号和第二路信号在经过载波放大器和峰值放大器被放大的同时，第一路信号和第二路信号中的三阶互调的幅度将受到载波栅极偏置电压调节器和峰值栅极偏置电压调节器的控制。通过合理调整偏置电压，可使得第一路信号和第二路信号中的三阶互调的幅度尽可能相等。同时，通过相位调整器调节第一路信号的相位，可以使得第一路信号和第二路信号中的三阶互调的相位相反。通过调整载波放大器和峰值放大器的栅极偏置电压，以及相位调整器的相位，使得第一路信号和第二路信号中的三阶互调的幅度相等和相位相反，实现第一路信号和第二路信号合路后的三阶互调的相互抵消，降低三阶互调失真，提高多赫尔蒂功率放大器的线性度，同时保持高效率，降低系统功耗。在相同输出功率时，传统多赫尔蒂功率放大器三阶互调失真约为-30dBc，而本发明的多赫尔蒂功率放大器后三阶互调失真可降低至-60dBc以下。(2)实现简单。相比其他使用复杂数字及射频电路来改善功率放大器线性度及三阶互调失真的技术，本发明无需额外器件，仅通过偏置电压及相位的调整就可以提高多赫尔蒂功率放大器的线性度，提高了功放的产品调试生产的效率。(3)低成本。相比其他使用复杂数字及射频电路来改善功率放大器线性度及三阶互调失真的技术，本发明不需要使用额外器件，从而大幅度降低了功放的产品成本和生产成本。(4)体积小。相比其他使用复杂数字及射频电路来改善功率放大器线性度及三阶互调失真的技术，本发明以多赫尔蒂功率放大器本身为基础，占用体积要小很多。(5)扩展电路功能。常规多赫尔蒂功率放大器中的栅极电压偏置电路仅起到将载波放大器和峰值放大器分别偏置在AB类和C类的作用；而在本发明中载波栅极偏置电压调节器和峰值栅极偏置电压调节器不仅可将载波放大器和峰值放大器分别偏置在AB类和C类，而且起到改变输出信号中三阶互调的幅度，提高功率放大器线性度的作用。
图1传统的多赫尔蒂功率放大器的结构框图。图2本发明的多赫尔蒂功率放大器的结构框图。图3是功放管gm3随Vgs变化关系线条图。图4本发明实施例中载波栅极偏置电压调节器的结构框图。图5本发明实施例中峰值栅极偏置电压调节器的结构框图。图6本发明实施例中相位调整器的结构框图。图7本发明实施例的多赫尔蒂功率放大器增益、效率与输出功率的关系图。图8本发明实施例提供的多赫尔蒂功率放大器三阶互调失真与输出功率的关系图。图9本发明实施例提供的多赫尔蒂功率放大器的三阶互调失真测试结果图。图中有:功分器10、第一 λ /4阻抗变换线101、相位调整器20、输出线201、输入线202、传输线203、载波放大单元30、载波放大器301、第一补偿线302、峰值放大单元40、峰值放大器401、第二补偿线402、载波栅极偏置电压调节器50、第一电源501、第一电压变换单元组502、第一电位器503、峰值栅极偏置电压调节器60、第二电源601、第二电压变换单元组602、第二电位器603、第二 λ/4阻抗变换线70、合路器80、第三λ/4阻抗变换线801。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。如图2所示，本发明的一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，包括含有第一 λ /4阻抗变换线101的功分器10、相位调整器20、含有载波放大器301和第一补偿线302的载波放大单元30、含有峰值放大器401和第二补偿线402的峰值放大单元40、载波栅极偏置电压调节器50、峰值栅极偏置电压调节器60、第二 λ /4阻抗变换线70，以及含有第三λ/4阻抗变换线801的合路器80。相位调整器20用于调整三阶互调相位。λ是多赫尔蒂功率放大器工作频率对应的波长。第一补偿线302、第二补偿线402、第一 λ/4阻抗变换线101和第二 λ /4阻抗变换线70的特性阻抗均为50欧姆，第三λ /4阻抗变换线801的特性阻抗为35欧姆。功分器10的第一信号输出端与相位调整器20的信号输入端连接，相位调整器20的信号输出端与载波放大器301的信号输入端连接，载波栅极偏置电压调节器50的输出端与载波放大器30的栅极连接,载波放大器301的信号输出端通过第一补偿线302、第二 λ/4阻抗变换线70与合路器80的第一信号输入端连接。功分器10中的第一入/4阻抗变换线101的输出端与功分器10的第二信号输出端连接,功分器10的第二信号输出端与峰值放大器401的信号输入端连接，峰值栅极偏置电压调节器60的输出端与峰值放大器401的栅极连接，峰值放大器401的信号输出端通过第二补偿线402与合路器80的第二信号输入端连接。合路器80的第一信号输入端和第二信号输入端分别与合路器80中的第三λ /4阻抗变换线801的输入端连接，第三λ /4阻抗变换线801的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端。在上述的多赫尔蒂功率放大器中，载波栅极偏置电压调节器50包括第一电源501、第一电压变换单元组502和第一电位器503。第一电压变换单元组502由η个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第一电源501的电压输出端连接，第η个电压变换单兀的输出端与第一电位器503的第一端口连接。第一电位器503的第二端口与载波放大器301的栅极连接。η为大于等于I的整数。峰值栅极偏置电压调节器60包括第二电源601、第二电压变换单元组602和第二电位器603。第二电压变换单元组602由m个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第二电源601的电压输出端连接,第m个电压变换单兀的输出端与第二电位器603的第一端口连接，第二电位器603的第二端口与峰值放大器401的栅极连接。m为大于等于I的整数。相位调整器20包括相互平行的输出线201和输入线202。在输出线201和输入线202之间布置a条相互平行的传输线203,传输线203与输出线201垂直。a为大于等于2的整数。通过不同的传输线203连接输出线201和输入线202，来实现相位调整器20的调整相位。在上述的多赫尔蒂功率放大器中，功分器10用于将多赫尔蒂功率放大器的输入信号等功率分配为两路信号，即第一路信号和第二路信号。第一路信号通过功分器10的第一信号输出端口输入至相位调整器20的信号输入端口，第二路信号经过90°移相后通过功分器10的第二信号输出端口输入至峰值放大器401中。相位调整器20用于调整第一路信号的相位，包括第一路信号中三阶互调的相位，并将第一路信号输出至载波放大器301的输入端。载波放大器301用于将第一路信号放大,然后通过第一补偿线302输出至第二λ /4阻抗变换线70的输入端。峰值放大器401用于将功分器10输出的第二路信号放大，然后通过第二补偿线402输出至合路器80的输入端。第一补偿线302用于补偿载波功放管内部寄生电感、电容等寄生参数以保证功率回退时达到饱和效率。第二补偿线402的作用为补偿辅助功放管内部寄生电感、电容等寄生参数以保证其在未开启时输出端的阻抗高于500欧姆。载波栅极偏置电压调节器50用于使载波放大器301偏置在A类和B类之间的某一状态，改变第一路信号中的三阶互调的幅度。峰值栅极偏置电压调节器60用于使峰值放大器401偏置在B类和C类之间的某一状态，改变第二路信号中的三阶互调的幅度。第二λ /4阻抗变换线70用于将其自身的负载阻抗通过阻抗变换与第一补偿线302输出阻抗进行匹配。合路器80用于将第二 λ/4阻抗变换线70输出的第一路信号与第二补偿线402输出的第二路信号合路，并通过阻抗变换将多赫尔蒂功率放大器的负载阻抗与合路后的阻抗进行匹配。第一电压变换单元组502和第二电压变换单元组602通过多级电压变换，减小每级电压的压差，提高电路稳定性。第一电位器503用于为载波放大器301提供偏置。第二电位器603用于为峰值放大器401提供偏置。本发明的工作原理是:多赫尔蒂功率放大器中，载波放大器301通常偏置在AB类，而峰值放大器401偏置在C类。如图3所示的功放管的跨导(对应英文为:gm)展开项的第三项(对应英文为:gm3)随栅极电压(对应英文为:Vgs)变化的关系，AB类与C类功率放大器产生的三阶互调分量是反相的。因此，若选择合适载波放大器301和峰值放大器401的偏置电压，调整两路放大器输出信号的相位，则可使两路放大器产生的三阶互调分量相互抵消，从而降低三阶互调失真，从而改善线性度。上述多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，包括以下步骤:步骤10)调试载波放大器301和峰值放大器401，使得载波放大器301的功率和效率要求符合AB类，峰值放大器401的功率和效率要求符合C类；对第一补偿线和第二补偿线的长度进行选取，分别使得载波放大器301在功率回退时达到饱和效率，峰值放大器401在未开启时输出端的阻抗高于500欧姆。文中，A类、B类、C类和AB类是指根据放大器的偏置状态对放大器的分类，为本技术领域的公知常识。具体可参见(美)格列别尼科夫(著)，张玉兴，赵宏飞(译)，射频与微波功率放大器设计，电子工业出版社，2006。对第一补偿线和第二补偿线的长度进行选取的方法参见申请号为:03152204.1的中国发明专利公开文献，该专利申请的名称为“使用DOHERTY放大器的信号放大器”。步骤20)向多赫尔蒂功率放大器输入信号，该信号在功分器10中被等功率分配为第一路信号和第二路信号，第一路信号输出至相位调整器20，经过相位调整器20调整相位后，第一路信号由载波放大器301放大后,经过第一补偿线302、第二 λ /4阻抗变换线70输出至合路器80的第一信号输入端；第二路信号经过第一 λ /4阻抗变换线101移相后，输出至峰值放大器401，第二路信号由峰值放大器401放大后，通过第二补偿线402输出至合路器80的第二信号输入端；第一路信号和第二路信号经过合路器中的第三λ/4阻抗变换线801后，由第三λ /4阻抗变换线801的输出端输出多赫尔蒂功率放大器的输出信号。步骤30)对多赫尔蒂功率放大器进行初步调试，使得多赫尔蒂功率放大器的饱和输出功率达到载波放大器301的额定饱和输出功率与峰值放大器401的额定饱和输出功率之和,对应的多赫尔蒂功率放大器的效率达到饱和效率,且在多赫尔蒂功率放大器的输出功率回退6dB时，多赫尔蒂功率放大器的效率达到或者接近饱和效率。对多赫尔蒂功率放大器进行初步调试的过程是:调整载波栅极电压调节器50，使载波放大器301在未加输入信号的情况下，输出功放管说明书中额定的静态电流。调整峰值栅极电压调节器60，使其输出电压将为最低值，使得峰值放大器401偏置在很深程度的C类，在未加输入信号的情况下，不输出静态电流。逐步增大输入信号，使输出功率增大至比载波放大器301额定输出功率低3dB的功率，此时，逐步增大峰值栅极电压调节器60的输出电压直至使峰值放大器开始输出静态电流。步骤40)使用频谱仪测量多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调，然后调整多赫尔蒂功率放大器,直至多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。在步骤40)中，调整多赫尔蒂功率放大器是指，同时调整偏置电压和相位的方法，实现多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。调整相位的方法是指调整相位调整器20的相位，改变第一路信号中的三阶互调的相位，直至第一路信号的三阶互调的相位与第二路信号的三阶互调的相位反相或接近反相。调整偏置电压的方法是指调整载波放大器301的偏置电压和峰值放大器401的偏置电压:利用载波栅极偏置电压调节器50对载波放大器301偏置电压进行微调，改变第一路信号的三阶互调的幅度，同时，利用峰值栅极偏置电压调节器60对峰值放大器401偏置电压进行微调，改变第二路信号的三阶互调的幅度，直至第一路信号的三阶互调的幅度与第二路信号的三阶互调的幅度相等或接近相等，使得多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。下面例举一实施例。本实施例中的多赫尔蒂功率放大器工作频率为940MHz，载波放大器301和峰值放大器401的功放管均采用飞思卡尔(对应英文为:Freescale)的横向扩散金属氧化物半导体(对应英文为:LDM0S)功放管MW6S010N (MW6S010N为功放管型号)。如图4所示，本实施例采用的载波栅极偏置电压调节器50包括:第一电源501、第一电压变换单兀组502和第一电位器503。其中，第一电源501的输出电压为28V。第一电压变换单元组502由三个电压变换单元组成，每个电压变换单元由78L系列三端稳压器构成。第一电压变换单元组502用于将电源电压28V分3级变换至5V，通过多级电压变换，减小每级电压的压差，提高电路稳定性。第一电位器503用于产生(Γ3.5V输出电压,为载波放大器301提供偏置。如图5所示，本实施例采用的峰值栅极偏置电压调节器60包括:第二电源601、第二电压变换单元组602、第二电位器603。其中，第二电源601的输出电压为28V。第二电压变换单元组602由三个电压变换单元组成，每个电压变换单元由78L系列三端稳压器构成。第二电压变换单元组602用于将电源电压28V分3级变换至5V，通过多级电压变换，减小每级电压的压差，提高电路稳定性。第二电位器603用于产生(Γ3.5V输出电压，为峰值放大器401提供偏置。如图6所示，本实施例采用的相位调整器20基于微带传输线实现，预设五种不同长度的传输线，调试过程中，通过选取不同的传输线长度，实现-10°至10°相位变化，相位调节步进为5°。图7是本实施例的多赫尔蒂功率放大器与常规多赫尔蒂功率放大器的增益(对应英文为:Gain)、效率(对应英文为:PAE)与输出功率(对应英文为:Pout)的对比图。其中，带有空心方形的线条表示常规多赫尔蒂功率放大器的增益与输出功率的关系线条，带有空心圆圈的线条表示常规多赫尔蒂功率放大器的效率与输出功率的关系线条，带有实心方形的线条表示本实施例的多赫尔蒂功率放大器的增益与输出功率的关系线条，带有实心圆圈的线条表示本实施例的多赫尔蒂功率放大器的效率与输出功率的关系线条。常规多赫尔蒂功率放大器为步骤30)调试的结果，对应相位调整器相位为0°，载波放大器301的栅极偏置电压为2.7V，峰值放大器401的栅极偏置电压为0.8V ;本实施例的多赫尔蒂功率放大器为经过步骤40)的调整后的结果，对应相位调整器相位为-5°，载波放大器301的栅极偏置电压为2.67V，峰值放大器401的栅极偏置电压为0.85V。从图7可知，常规多赫尔蒂功率放大器的饱和输出功率为44dBm，饱和效率为63%。当功率回退6dBm时，常规多赫尔蒂功率放大器的效率为50%。本实施例的多赫尔蒂功率放大器的饱和输出功率为43.9dBm，饱和效率为60%。当功率回退6dBm时，本实施例的多赫尔蒂功率放大器的效率为48%。与常规多赫尔蒂功率放大器相比，本发明实施例的多赫尔蒂功率放大器在增益和效率等指标上的性能相当，同样能够实现高效率工作。同时也说明，利用本发明提供的方法对多赫尔蒂功率放大器进行调整后不影响其功率、效率等性能指标。图8为本实施例的多赫尔蒂功率放大器三阶互调失真(对应英文为:MD3)与输出功率(对应英文为:Pout)的关系。其中，带有空心圆圈的线条表示常规多赫尔蒂功率放大器IMD3与输出功率的关系，带有实心圆圈的线条表示本实施例的多赫尔蒂功率放大器IMD3与输出功率的关系。从图8可知,与常规多赫尔蒂功率放大器相比,本发明实施例的多赫尔蒂功率放大器在输出功率在37dBm至42dBm范围内的MD3均有降低，其中输出功率为40dBm时降低最多。此时，常规多赫尔蒂功率放大器的MD3约为-30dBc，而本发明实施例的 MD3 约为-64dBc。图9所示为本实施例的多赫尔蒂功率放大器的三阶互调失真测试图。从图9可以看出，输出总功率40dBm时， 三阶互调失真最低值为-64dBc，由此表明，本发明实施例的多赫尔蒂功率放大器线性度得到极大的改善。以上仅为本发明的实施案例而已，并不用于限制本发明，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，其特征在于，该功率放大器包括含有第一 λ/4阻抗变换线(101)的功分器(10)、用于调整三阶互调相位的相位调整器(20)、含有载波放大器(301)和第一补偿线(302)的载波放大单元(30)、含有峰值放大器(401)和第二补偿线(402)的峰值放大单元(40)、载波栅极偏置电压调节器(50)、峰值栅极偏置电压调节器(60)、第二 λ/4阻抗变换线(70)，以及含有第三λ/4阻抗变换线(801)的合路器(80);其中，λ是多赫尔蒂功率放大器工作频率对应的波长，第一补偿线(302)、第二补偿线(402)、第一 λ /4阻抗变换线(101)和第二 λ /4阻抗变换线(70)的特性阻抗均为50欧姆，第三λ /4阻抗变换线(801)的特性阻抗为35欧姆； 功分器(10)的第一信号输出端与相位调整器(20)的信号输入端连接，相位调整器(20)的信号输出端与载波放大器(301)的信号输入端连接，载波栅极偏置电压调节器(50)的输出端与载波放大器(301)的栅极连接,载波放大器(301)的信号输出端与第一补偿线(302)的信号输入端连接，第一补偿线(302)的信号输出端通过第二 λ /4阻抗变换线(70)与合路器(80)的第一信号输入端连接； 功分器(10)中的第一 λ /4阻抗变换线(101)的输出端与功分器(10)的第二信号输出端连接，功分器(10)的第二信号输出端与峰值放大器(401)的信号输入端连接，峰值栅极偏置电压调节器(60)的输出端与峰值放大器(401)的栅极连接，峰值放大器(401)的信号输出端与第二补偿线(402)的信号输入端连接，第二补偿线(402)的信号输出端与合路器(80)的第二信号输入端连接； 合路器(80)的第一信号输入端和第二信号输入端分别与合路器(80)中的第三λ/4阻抗变换线(801)的输入端连接，第三λ /4阻抗变换线(801)的输出端为多赫尔蒂功率放大器的输出端。
2.按照权利要求1所述的可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，其特征在于，所述的载波栅极偏置电压调节器(50)包括第一电源(501)、第一电压变换单元组(502)和第一电位器(503)，第一电压变换单元组(502)由η个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第一电源(501)的电压输出端连接，第η个电压变换单元的输出端与第一电位器(503)的第一端口连接,第一电位器(503)的第二端口与载波放大器(301)的栅极连接；η为大于等于I的整数。
3.按照权利要求1所述的可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，其特征在于，所述的峰值栅极偏置电压调节器(60)包括第二电源(601)、第二电压变换单元组(602)和第二电位器(603)，第二电压变换单元组(602)由m个依次串接的电压变换单元组成，其中，第I个电压变换单元的输入端与第二电源(601)的电压输出端连接，第m个电压变换单元的输出端与第二电位器(603)的第一端口连接,第二电位器(603)的第二端口与峰值放大器(401)的栅极连接；m为大于等于I的整数。
4.按照权利要求1所述的可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，其特征在于，所述的相位调整器(20)包括相互平行的输出线(201)和输入线(202)，在输出线(201)和输入线(202)之间布置a条相互平行的传输线(203), 传输线(203)与输出线(201)垂直；a为大于等于2的整数。
5.一种利用权利要求1所述的多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，其特征在于，该调试方法包括以下步骤:步骤IO )调试载波放大器(301)和峰值放大器(401)，使得载波放大器(301)的功率和效率要求符合AB类，峰值放大器(401)的功率和效率要求符合C类；对第一补偿线(302)的长度进行选取，使得载波放大器(301)在功率回退时达到饱和效率；对第二补偿线(402)的长度进行选取，使得峰值放大器(401)在未开启时输出端的阻抗高于500欧姆； 步骤20)向多赫尔蒂功率放大器输入信号，该信号在功分器(10)中被等功率分配为第一路信号和第二路信号，第一路信号输出至相位调整器(20)，经过相位调整器(20)调整相位后，第一路信号由载波放大器(301)放大后，经过第一补偿线(302)和第二 λ/4阻抗变换线(70)输出至合路器(80)的第一信号输入端；第二路信号经过第一 λ /4阻抗变换线(101)移相后，输出至峰值放大器(401)，第二路信号由峰值放大器(401)放大后，经过第二补偿线(402)输出至合路器(80)的第二信号输入端；第一路信号和第二路信号经过合路器中的第三λ/4阻抗变换线(801)后，由第三λ/4阻抗变换线(801)的输出端输出多赫尔蒂功率放大器的输出信号； 步骤30)对多赫尔蒂功率放大器进行初步调试，使得多赫尔蒂功率放大器的饱和输出功率达到载波放大器(301)的额定饱和输出功率与峰值放大器(401)的额定饱和输出功率之和,对应的多赫尔蒂功率放大器的效率达到饱和效率，且在多赫尔蒂功率放大器的输出功率回退6dB时，多赫尔蒂功率放大器的效率达到或者接近饱和效率； 步骤40)使用频谱仪测量多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调，然后调整多赫尔蒂功率放大器,直至多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。
6.按照权利要求5所述的多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，其特征在于，所述的步骤40)中，调整多赫尔蒂功率放大器是指，同时调整偏置电压和相位的方法，实现多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。
7.按照权利要求6所述的多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，其特征在于，所述的调整相位的方法是`指调整相位调整器(20)的相位，改变第一路信号中的三阶互调的相位，直至第一路信号的三阶互调的相位与第二路信号的三阶互调的相位反相或接近反相。
8.按照权利要求6所述的多赫尔蒂功率放大器降低信号三阶互调的调试方法，其特征在于，所述的调整偏置电压的方法是指调整载波放大器(301)的偏置电压和峰值放大器(401)的偏置电压:利用载波栅极偏置电压调节器(50)对载波放大器(301)偏置电压进行微调，改变第一路信号的三阶互调的幅度，同时，利用峰值栅极偏置电压调节器(60 )对峰值放大器(401)偏置电压进行微调，改变第二路信号的三阶互调的幅度，直至第一路信号的三阶互调的幅度与第二路信号的三阶互调的幅度相等或接近相等，使得多赫尔蒂功率放大器输出信号的三阶互调降至最小值。
全文摘要
本发明公开了一种可降低三阶互调的多赫尔蒂功率放大器，包括功分器、相位调整器、载波放大单元、峰值放大单元、载波栅极偏置电压调节器、峰值栅极偏置电压调节器、第二λ/4阻抗变换线、合路器；功分器的第一信号输出端与相位调整器的信号输入端连接，相位调整器的信号输出端与载波放大单元的信号输入端连接，载波放大单元的信号输出端与合路器的第一信号输入端连接；功分器的第二信号输出端与峰值放大单元的信号输入端连接，峰值放大单元的信号输出端与合路器的第二信号输入端连接。该多赫尔蒂功率放大器在保证其效率的同时，使输出信号三阶互调降为最小值。本发明还公开该多赫尔蒂功率放大器的调试方法，使其输出信号的三阶互调降为最小值。
文档编号H03F1/07GK103107778SQ20121059336
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者朱晓维, 夏景, 张雷, 田玲, 翟建锋, 孙引进 申请人:东南大学