一种基于Doherty高增益高末级效率的功率放大电路

一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路
技术领域
1.本实用新型涉及射频功率放大技术领域，具体而言，涉及一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路。


背景技术：

2.射频功率放大器是通信系统中的重要组成部分，尤其是在发射系统中，其重要性不言而喻。在发射机的前级电路中，调制器产生的射频信号功率非常小，所以需要经过放大器将射频小信号放大，获得足够的射频功率后，才能发送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。在调制器产生的射频信号，射频已调信号就用射频功率放大器将它放大到满足发射的功率，经过匹配网络，再由天线发射出去。
3.由于传统的饱和高效率功率放大器不能满足现在大多数发射系统的需求，适用doherty功率放大器能在一定的输出功率回退区内依然保持高效率。在现有技术中，doherty功率放大器的电路结构由两部分构成，分别为载波功率放大器和峰值功率放大器。当载波功率放大器达到饱和时，此时峰值功率放大器开启，最终两路功率放大器都达到饱和，可以通过仿真看到，在回退区依然能保持高的效率。当输入端的输入功率信号不能满足doherty功率放大器的输入功率时，doherty功率放大器就不能满足在回退区继续保持高效率。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路，以解决当输入功率不能满足doherty功率放大器输入功率时，在回退区不能保持高效率、增益的问题。
5.本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路，包括前级小信号放大电路、载波功率放大电路、峰值功率放大电路、功率分配器和合路器，所述前级小信号放大电路的输入端与信号输入端连接，所述前级小信号放大电路的输出端通过功率分配器分别与载波功率放大电路的输入端和峰值功率放大电路的输入端连接，所述载波功率放大电路的输出端和峰值功率放大电路的输出端通过合路器与信号输出端连接。
6.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：当输入功率不能满足doherty功率放大器的输入功率时，在功率分配器前加小信号功率放大器，既能保证输出效率满足要求，又能同时提高电路的整体增益；同时末级通过合路器将两个信号合并，最终输出在频带范围内的放大信号，使末级效率在回退区保持高效。
7.优选的，所述前级小信号放大电路包括第一输入匹配网络、第一场效应管q1和第一输出匹配网络，所述第一输入匹配网络一端与信号输入端连接，另一端与第一场效应管q1的栅极连接，所述第一场效应管q1的源极接地，所述第一场效应管q1的漏极与第一输出匹配网络的一端连接，所述第一输出匹配网络的另一端与功率分配器的输入端连接。这样，
通过第一输入匹配网络和第一输出匹配网络，保证输入信号的稳定，减少干扰。
8.优选的，所述载波功率放大电路包括第二输入匹配网络、第二场效应管q2和第二输出匹配网络，所述峰值功率放大电路包括第三输入匹配网络、第三场效应管q3和第三输出匹配网络；所述功率分配器的第一输出端通过第二输入匹配网络与第二场效应管q2的栅极连接，所述第二场效应管q2的源极接地，所述第二场效应管q2的漏极通过第二输出匹配网络与合路器的第一输入端连接；所述功率分配器的第二输出端通过第三输入匹配网络与第三场效应管q3的栅极连接，所述第三场效应管q3的源极接地，所述第三场效应管q3的漏极通过第三输出匹配网络与合路器的第二输入端连接。
9.优选的，所述载波功率放大电路还包括λ/4补偿线电路，所述第二输出匹配网络通过λ/4补偿线电路与合路器的第一输入端连接；所述峰值功率放大电路还包括第一相位补偿线电路，所述功率分配器的第二输出端通过第一相位补偿线电路与第三输入匹配网络连接。这样，通过λ/4补偿线电路和第一相位补偿线电路能够减少振荡带来的不良影响。
10.优选的，所述前级小信号放大电路还包括第一隔直电容c1和第一rc电路，所述第一输入匹配网络一端通过第一隔直电容c1与信号输入端连接，所述第一输入匹配网络另一端通过第一rc电路与第一场效应管q1的栅极连接。这样，通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号的传输；rc电路能够储存电路共振时振荡的能量。
11.优选的，所述载波功率放大电路还包括第三隔直电容c3、第二rc电路和第四隔直电容c4，所述功率分配器的第一输出端通过第三隔直电容c3与第二输入匹配网络的一端连接，所述第二输入匹配网络的另一端通过第二rc电路与第二场效应管q2的栅极连接，所述第二输出匹配网络通过第四隔直电容c4与λ/4补偿线电路连接。这样，通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号的传输；rc电路能够使得功放管工作在稳定区。
12.优选的，所述峰值功率放大电路还包括第五隔直电容c5、第三rc电路、第六隔直电容c6和第二相位补偿线电路，所述第一相位补偿线电路通过第五隔直电容c5与第三输入匹配网络一端连接，所述第三输入匹配网络的另一端通过第三rc电路与第三场效应管q3的栅极连接，所述第三输出匹配网络通过串联第六隔直电容c6和第二相位补偿线电路与合路器的第二输入端连接。这样，通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号的传输；rc电路能够使得功放管工作在稳定区。
13.优选的，所述第一场效应管q1的栅极和漏极、第二场效应管q2的栅极和漏极、以及第三场效应管q3的栅极和漏极均分别与一偏置电路连接，所述偏置电路包括若干个电容和电阻，所述电阻与电源连接，所述电阻通过若干个电容接地。这样，通过偏置电路向各放大级提供合适的偏置电流,确定各级静态工作点。
14.优选的，所述合路器的输出端通过第四输出匹配网络与信号输出端连接。这样，通过第四输出匹配网络使得信号输出稳定，减少干扰。
15.优选的，所述第一输出匹配网络通过第二隔直电容c2与功率分配器的输入端连接。这样，通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号的传输。
附图说明
16.图1为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的系统框图；
17.图2为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的结构示意图；
18.图3为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的具体电路连接图；
19.图4为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的漏极效率随输入功率变化曲线；
20.图5为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的增益随频率变化曲线；
21.图6为本实用新型一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路的输入功率与增益分析图。
22.附图标记说明：11、第一输入匹配网络，12、第一输出匹配网络，21、第二输入匹配网络，22、第二输出匹配网络，23、λ/4补偿线电路，31、第三输入匹配网络，32、第三输出匹配网络，33、第一相位补偿线电路，34、第二相位补偿线电路，4、第四输出匹配网络。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
24.如图1-6所示，本实施例涉及一种基于doherty高增益高末级效率的功率放大电路，包括前级小信号放大电路、载波功率放大电路、峰值功率放大电路、功率分配器和合路器。
25.前级小信号放大电路的输入端与信号输入端连接，前级小信号放大电路的输出端通过功率分配器分别与载波功率放大电路的输入端和峰值功率放大电路的输入端连接，载波功率放大电路的输出端和峰值功率放大电路的输出端通过合路器与信号输出端连接。
26.即便输入很小的信号，通过加设前级小信号放大电路，能够将输入信号放大到合适的输入功率，提高整个电路的整体增益。
27.其中，前级小信号放大电路包括第一输入匹配网络11、第一场效应管q1和第一输出匹配网络12，第一输入匹配网络11一端与信号输入端连接，另一端与第一场效应管q1的栅极连接，第一场效应管q1的源极接地，第一场效应管q1的漏极与第一输出匹配网络12的一端连接，第一输出匹配网络12的另一端与功率分配器的输入端连接。
28.通过第一输入匹配网络11和第一输出匹配网络12，保证输入信号的稳定，减少干扰。
29.其中，载波功率放大电路包括第二输入匹配网络21、第二场效应管q2和第二输出匹配网络22，峰值功率放大电路包括第三输入匹配网络31、第三场效应管q3和第三输出匹配网络32；
30.功率分配器的第一输出端通过第二输入匹配网络21与第二场效应管q2的栅极连接，第二场效应管q2的源极接地，第二场效应管q2的漏极通过第二输出匹配网络22与合路
器的第一输入端连接；
31.功率分配器的第二输出端通过第三输入匹配网络31与第三场效应管q3的栅极连接，第三场效应管q3的源极接地，第三场效应管q3的漏极通过第三输出匹配网络32与合路器的第二输入端连接。
32.在本实施例中，信号输入端与第一输入信号连接，通过前级小信号放大电路将第一输入信号转化为第一输出信号，功率分配器再将第一输出信号分别通过第一输出端和第二输出端输出第二输入信号和第三输入信号。载波功率放大电路将第二输入信号转换为第二输出信号输出，峰值功率放大电路将第三输入信号转换为第三输出信号输出。合路器再将这两个信号合二为一，最后经过第四输出匹配网络4输出最终输出信号，最终输出信号与信号输出端连接。其中，第二输入信号和第三输入信号的功率可以相同，也可以不同。
33.其中，前级小信号放大电路工作在ab类，载波功率放大电路工作在ab类，峰值功率放大电路工作在c类。
34.在本实施例中，载波功率放大电路还包括λ/4补偿线电路23，第二输出匹配网络22通过λ/4补偿线电路23与合路器的第一输入端连接；
35.峰值功率放大电路还包括第一相位补偿线电路33，功率分配器的第二输出端通过第一相位补偿线电路33与第三输入匹配网络31连接。
36.通过λ/4补偿线电路和第一相位补偿线电路能够减少振荡带来的不良影响。
37.前级小信号放大电路还包括第一隔直电容c1和第一rc电路，第一输入匹配网络11一端通过第一隔直电容c1与信号输入端连接，第一输入匹配网络11另一端通过第一rc电路与第一场效应管q1的栅极连接。
38.载波功率放大电路还包括第三隔直电容c3、第二rc电路和第四隔直电容c4，功率分配器的第一输出端通过第三隔直电容c3与第二输入匹配网络21的一端连接，第二输入匹配网络21的另一端通过第二rc电路与第二场效应管q2的栅极连接，第二输出匹配网络22通过第四隔直电容c4与λ/4补偿线电路23连接。
39.峰值功率放大电路还包括第五隔直电容c5、第三rc电路、第六隔直电容c6和第二相位补偿线电路34，第一相位补偿线电路33通过第五隔直电容c5与第三输入匹配网络31一端连接，第三输入匹配网络31的另一端通过第三rc电路与第三场效应管q3的栅极连接，第三输出匹配网络32通过串联第六隔直电容c6和第二相位补偿线电路34与合路器的第二输入端连接。
40.通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号的传输；rc电路能够使得功放管工作在稳定区。
41.第一场效应管q1的栅极和漏极、第二场效应管q2的栅极和漏极、以及第三场效应管q3的栅极和漏极均分别与一偏置电路连接，偏置电路包括若干个电容和电阻，电阻与电源连接，电阻通过若干个电容接地。通过偏置电路向各放大级提供合适的偏置电流,确定各级静态工作点。
42.合路器的输出端通过第四输出匹配网络4与信号输出端连接。通过第四输出匹配网络使得信号输出稳定，减少干扰。
43.第一输出匹配网络12通过第二隔直电容c2与功率分配器的输入端连接。通过隔直电容将两个电路之间的隔离，同时又承担着传输信号的功能,而且容量大有利于低频信号
的传输。
44.本实施例是基于cree公司射频晶体管cgh40010设计的前级功率放大电路和doherty功率放大电路。依据给定的cgh40010管芯片的数据手册，选取前级功率放大电路的栅极电压为-2.8v，漏极电压端为28v作为静态工作点。doherty功率放大电路中，峰值功率放大器选取的栅极电压-4.5v，漏极电压端为33v，载波功率放大器选取的栅极电压为-2.8v，漏极电压端为28v。
45.如图4-6所示，前级功率放大器输入10dbm的功率，经过前级放大后第一输出功率为28dbm，28dbm的输入功率别功率分配器等分，分别将信号输入给主功率放大器和辅助功率放大器，通过合路器将两路信号合路输出，最终在频带范围内，总输出功率约为40dbm，电路整体增益约为30db，在回退区效率保持约为67％以上。
46.本实用新型的有益效果为：当输入功率不能满足doherty功率放大器的输入功率时，在功率分配器前加小信号功率放大器，既能保证输出效率满足要求，又能同时提高电路的整体增益；同时末级通过合路器将两个信号合并，最终输出在频带范围内的放大信号，使末级效率在回退区保持高效。
47.上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
48.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。