一种基于简易实频技术的宽带高效率Doherty功率放大器

本发明属于宽带高效率doherty功率放大器领域，涉及一种基于简易实频技术的宽带高效率功率放大器。

背景技术：

1、随着无线通信系统被广泛应用，收发信机的性能也面临着巨大的挑战。各种发射机设备都要求电池的使用时间长且重量更轻，功率放大器是发射机中耗能最大的模块，这就对功率放大器的效率提出了较高的要求。同时，由于“绿色能源”、“节能减排”等一系列国家政策要求，对于通信基站来说，高效率功率放大器的设计就变得更加关键。此外，随着通信系统的迅速发展，全球的频谱资源变得越来越紧缺，因此宽带和多频带功率放大器设计也成为了领域内的研究热点，它可以将频谱资源充分利用，进而节约成本。

2、doherty功率放大器由美国贝尔实验室的doherty w h首次提出，因其在一定的功率回退范围内依然可维持较高效率的优点，在通信系统中得到广泛应用，但doherty功率放大器的带宽仍受到1/4波长线的色散效应的限制，导致其带宽较窄。因此，设计满足当前移动通信系统的宽频带、高效率的doherty功率放大器已成为当前功率放大器领域亟待解决的重要技术问题之一。

3、鉴于此，本发明设计了一种基于简易实频技术的宽带高效率doherty功率放大器。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于简易实频技术的宽带高效率功率放大器。功率分配器采用威尔金森功分结构进行设计，能够满足功率放大器的宽带需求，将输入端信号等分并输入两功放支路；输入/输出匹配电路采用简易实频技术设计的宽带匹配网络进行阻抗匹配，能够有效拓展doherty功率放大器的带宽，后匹配结构采用切比雪夫滤波结构，能够去除doherty功率放大器的窄带因素，有一定的滤波和谐波抑制效果。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于简易实频技术的宽带高效率doherty功率放大器，包括：功率分配器、主、辅功放支路、相位补偿线、后匹配结构。其中：

4、功率分配网络：使用等分威尔金森功分结构，将输入信号以1：1的功分比分别输入主、辅功放支路。

5、主功放支路：栅极/漏极偏置网络、输入/输出匹配网络、晶体管、输出相位补偿线以及用于连接的微带线和耦合、隔直电容，主功放属于ab类。

6、辅功放支路：栅极/漏极偏置网络、输入/输出匹配网络、晶体管、输入/输出相位补偿线以及用于连接的微带线和耦合、隔直电容，辅功放属于c类。

7、相位补偿线：将其加入主、辅功放的输入、输出端，通过调节两支路输出电流的相位，便于两支路的输出信号进行合成。

8、后匹配结构：采用切比雪夫滤波结构替换λ/4微带线，将两路合成信号进行输出。

9、优选的，所述功率分配器采用等分威尔金森功分器结构。

10、优选的，所述功率分配器由两段对称的半圆弧结构微带线以及隔离电阻所构成，采用等分结构，端口阻抗为50ω。

11、优选的，所述栅极偏置网络和漏极偏置网络包括串联的隔直电容、微带线，以及并联的接地电容和耦合电容。

12、优选的，所述栅极偏置网络和漏极偏置网络中的微带线长度为λ/4。具体的，主、辅功放的栅极偏置网络的宽度设置为1.1mm，漏极偏置网络微带线的宽度设置为2.1mm。同时，在所有偏置网络上并联一个容值为7nf的耦合电容，避免交流信号通过，并且在直流电源供电端并联多个容值分别为pf、nf、μf数量级的接地电容，滤除电源中各种杂波，避免形成干扰。

13、优选的，主、辅功放结构相同，输入和输出匹配网络均采用简易实频技术设计的宽带匹配网络。该匹配网络改善了doherty功率放大器的带宽性能。

14、优选的，所述后匹配网络采用四阶切比雪夫结构，有滤波和谐波抑制效果，从而提升了doherty功率放大器的带宽和效率。

15、优选的，宽带高效率功率放大器选用基于第三代半导体材料gan的芯片，在工作频段3.3～4.2ghz内，带宽为900mhz，峰值漏极效率大于65％，峰值输出功率大于43dbm，当输出功率小于40dbm时，增益约为12db，在功率回退6db范围内，漏极效率仍大于40％。

16、本发明的有益效果在于：

17、1)doherty功率放大器由于其自身结构原因带宽较窄，本发明采用简易实频技术设计了宽带匹配网络，拓展了其工作带宽，并采用切比雪夫滤波网络作为后匹配结构，替换了传统结构中的λ/4微带线，在进一步保证宽带的同时，还有一定的滤波和谐波抑制效果，提升了功率放大器的效率。

18、2)本发明性能表现良好，所述功率放大器的峰值漏极效率为65.19％～71.59％，峰值输出功率大于43dbm，当输出功率小于40dbm时，增益约为12db，在功率回退6db范围内，漏极效率仍大于40％。

19、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于简易实频技术的宽带高效率doherty功率放大器，其中包括两功放支路结构、功率分配器、相位补偿线、后匹配结构；

2.根据权利要求1所述的宽带高效率doherty功率放大器，其特征在于，栅极/漏极偏置电路微带线长度为λ/4，宽度根据电流限制进行统一的设置。

3.根据权利要求1所述的宽带高效率doherty功率放大器，其特征在于，偏置电路和匹配网络中包括的串联微带、耦合电容以及隔直电容。

4.根据权利要求1所述的功率分配器，其特征在于，功率分配比为1:1，属于均等分配，各个端口阻抗值均为50ω，其由两段对称的半圆弧结构微带线以及隔离电阻所构成。

5.根据权利要求1所述的相位补偿线，其特征在于，通过调节其线长，使得两路功放输出电流相位一致，便于两路功放输出功率合成，从而提高整个功率放大器的输出功率和效率。

6.根据权利要求1所述的后匹配，其特征在于，采用切比雪夫滤波结构，在拓展功率放大器带宽的同时由滤波和抑制谐波的作用，从而提高整个功率放大器的带宽和效率。

技术总结
本发明涉及一种基于简易实频技术的宽带高效率Doherty功率放大器结构，属于宽带高效率功率放大器领域。结构包含并联的主、辅功放支路、功率分配器、相位补偿线以及后匹配结构。其中两路功放支路的匹配网络采用简易实频技术进行设计，其主要目的在于拓宽功率放大器的带宽；功率分配器采用威尔金森结构进行设计，其主要作用是将输入端信号等分输入两路功放支路；后匹配结构采用切比雪夫滤波器结构替换传统的λ/4微带线，在去除Doherty功率放大器窄带因素的同时有一定的滤波和谐波抑制的作用。本发明针对Doherty功率放大器带宽较窄的问题，设计宽带匹配网络及后匹配结构，从而优化功率放大器的效率、带宽、增益等性能。

技术研发人员：王斌,石金辉,郝宏刚,尹波
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13