一种高集成度宽带高效率功率放大器的制作方法

本发明涉及射频前端，具体地说，涉及一种高集成度宽带高效率功率放大器。

背景技术：

1、现代移动通讯系统中，为了提高频谱资源的利用率，复杂的调制方式使得信号的峰均比越来越高，高峰均比信号的传输使功率放大器需要工作在功率回退状态以应对大动态范围信号的传输，避免强非线性失真情况的出现。而工作在输出功率回退状态下的功率放大器效率会急剧恶化，功率放大器效率低下，严重地影响了无线移动通信系统的整体性能，加重通信系统在耗能、散热等方面的负担。

2、提高放大器在回退时的效率的方法有负载调制技术、供电调制技术以及非线性元件的线性放大技术等，有源负载调制放大器能够调整饱和与回退区间的匹配阻抗位置，实现大动态范围信号传输与多功率模式应用的髙效率工作，从而在无线通信系统中得到广泛应用。

3、doherty功率放大器是典型采用负载调制技术的功率放大器，doherty结构的关键是峰值放大器对载波放大器的负载牵引。随着驱动功率信号的增加，峰值放大器从夹断状态遂渐打开，同时载波放大器的电压保持恒定、输出电流逐渐増大。在功放输出功率增加的区间内，载波放大器的等效负载在smith圆图上呈现从高阻趋向低阻的过程。

4、传统doherty功率放大器电路主要包含载波放大器、峰值放大器以及阻抗逆变换网络。载波放大器输出视在阻抗、辅功放输出视在阻抗以及整体电路输出端口都是以50ω负载进行阻抗匹配的。为实现有源负载调制，载波放大器与峰值放大器之间需要引入50ω的四分之一波长线（阻抗逆变换网络），同时载波放大器与峰值放大器的连接点也接入一段四分之一波长线，实现输出端口负载的阻抗变换。通过控制峰值放大器的开启状态与输出功率，达到在功率回退区间牵引载波放大器负载阻抗的目的。此外，为了保证载波放大器与峰值放大器合成相位的一致性，还需在峰值放大器输入端添加四分之一波长的相位补偿线或者相位补偿网络。

5、如图1所示，传统doherty功率放大器利用传输线实现阻抗变换，由于四分之一波长传输线只能在较窄的频率范围内具有阻抗逆变的作用，传输线也只在窄带内具备设定的移相特性，所以当工作频率偏离设计频点时不仅相位会发生偏移，相应的阻抗也发生偏移。因此传输线的存在，必然导致传统doherty功率放大器无法适用于大带宽工作条件。

技术实现思路

1、本发明针对现有doherty功率放大器设置的传输线只在窄带内具备设定的移相特性，当工作频率偏离设计频点时不仅相位会发生偏移，相应的阻抗也发生偏移，无法适用于大带宽工作条件的问题，提出一种高集成度宽带高效率功率放大器；通过设置功率合成网络1b和功率匹配与正交输出网络1b；将峰值放大器进行阻抗匹配并转换输出两路幅度相等的电流信号；采用功率合成网络1b，控制载波放大器输出信号幅度和相位，通过负载牵引形式动态调整峰值放大器负载阻抗值，摆脱了1/4波长传输线固有的窄带特性对功率放大器的束缚，实现了在宽频带、大动态条件下高效率工作。

2、本发明具体实现内容如下：

3、一种高集成度宽带高效率功率放大器，包括不均衡功分器1b、输入匹配网络1b、峰值放大器1b、输出匹配网络1b、输入匹配网络2b、载波放大器2b、输出匹配网络2b；所述不均衡功分器1b的输入端输入射频信号，输出端与所述输入匹配网络1b、所述输入匹配网络2b连接；所述峰值放大器1b的输入端与所述输入匹配网络1b的输出端连接，所述峰值放大器1b的输出端与所述输出匹配网络1b的输入端连接；所述载波放大器2b的输入端与所述输入匹配网络2b的输出端连接；所述高集成度宽带高效率功率放大器还包括功率合成网络1b、功率匹配与正交输出网络1b；

4、所述功率匹配与正交输出网络1b的输入端与所述载波放大器2b的输出端连接，所述功率匹配与正交输出网络1b的第一输出端与所述功率合成网络1b的第一输入端连接，所述功率匹配与正交输出网络1b的第二输出端与所述功率合成网络1b的第二输入端连接；

5、所述功率合成网络1b的第三输入端与所述输出匹配网络1b的输出端连接；

6、所述功率匹配与正交输出网络1b，用于根据放大后的所述射频信号生成幅度相等的第二电流信号和第四电流信号；

7、所述功率合成网络1b，用于根据从所述输出匹配网络1b获取的第三电流信号、所述第二电流信号和所述第四电流信号，生成第一电流信号，并根据所述第一电流信号获取所述载波放大器2b与所述峰值放大器1b的功率比，获取所述第三电流信号和所述第二电流信号的相位差；调整所述相位差和所述功率比，将所述峰值放大器1b的负载阻抗牵引至设定位置。

8、为了更好地实现本发明，进一步地，所述高集成度宽带高效率功率放大器还包括宽带移相网络1b，所述宽带移相网络1b搭接在所述不均衡功分器1b的输出端与所述输入匹配网络1b的输入端之间；

9、所述宽带移相网络1b，用于调节所述第三电流信号和所述第二电流信号的相位差。

10、为了更好地实现本发明，进一步地，所述功率匹配与正交输出网络1b包括谐振单元、转换单元；所述谐振单元的输入端与所述载波放大器2b的输出端连接，所述谐振单元的输出端与所述转换单元的输入端连接；所述转换单元的输出端与所述功率合成网络1b的第一输入端和所述功率合成网络1b的第二输入端连接；

11、所述谐振单元，用于调整所述载波放大器2b的输出阻抗，生成第一放大信号；

12、所述转换单元，用于将所述第一放大信号转换为幅度相等的第二电流信号和第四电流信号。

13、为了更好地实现本发明，进一步地，所述谐振单元包括变压器t1d、电容c1d、电容c2d；

14、所述变压器t1d的初级线圈的正极与所述载波放大器2b的输出端连接，所述变压器t1d的初级线圈的负极与接地的所述电容c1d连接；

15、所述变压器t1d的次级线圈的正极与所述转换单元的输入端连接，所述变压器t1d的次级线圈的负极接地的所述电容c2d连接。

16、为了更好地实现本发明，进一步地，所述转换单元包括变压器t2d、变压器t3d、电阻r1d；

17、所述变压器t2d的初级线圈的正极与所述变压器t1d的次级线圈的正极连接，所述变压器t2d的初级线圈的负极与所述变压器t3d的初级线圈的正极连接；

18、所述变压器t2d的次级线圈的正极与接地的所述电阻r1d连接，所述变压器t2d的次级线圈的负极与所述变压器t3d的次级线圈的正极连接；

19、所述变压器t3d的初级线圈的负极与所述功率合成网络1b的第一输入端连接，所述变压器t3d的次级线圈的负极与所述功率合成网络1b的第二输入端连接。

20、为了更好地实现本发明，进一步地，所述功率匹配与正交输出网络1b还包括第一调整单元；所述第一调整单元，用于调整所述变压器t2d和所述变压器t3d的不平衡性；

21、所述第一调整单元包括电容c3d；

22、所述电容c3d一端搭接在所述变压器t2d的初级线圈的负极与所述变压器t3d的初级线圈的正极之间，另一端搭接在所述变压器t2d的次级线圈的负极与所述变压器t3d的次级线圈的正极之间。

23、为了更好地实现本发明，进一步地，所述功率合成网络1b包括合成单元；所述合成单元包括变压器t1c、变压器t2c；

24、所述变压器t1c的初级线圈的正极与所述变压器t3d的初级线圈的负极连接，所述变压器t1c的初级线圈的负极与变压器t2c的初级线圈的正极连接；

25、所述变压器t1c的次级线圈的正极与所述变压器t3d的次级线圈的负极连接，所述变压器t1c的次级线圈的负极与变压器t2c的次级线圈的正极连接；

26、所述变压器t2c的次级线圈的负极与所述输出匹配网络1b的输出端连接。

27、为了更好地实现本发明，进一步地，所述功率合成网络1b还包括第二调节单元；所述第二调节单元包括电容c1c；

28、所述电容c1c的输入端搭接在所述变压器t1c的初级线圈的负极与所述变压器t2c的初级线圈的正极之间，另一端搭接在所述变压器t1c的次级线圈的负极与所述变压器t2c的次级线圈的正极之间。

29、为了更好地实现本发明，进一步地，所述功率合成网络1b还包括第三调节单元；所述第三调节单元包括电容c2c和电容c3c；

30、所述电容c2c一端搭接在所述电容c1c和所述变压器t2c的初级线圈的正极之间，另一端与地端连接；

31、所述电容c3c一端搭接在所述电容c1c和所述变压器t2c的次级线圈的正极之间，另一端与地端连接。

32、本发明具有以下有益效果：

33、（1）本发明通过控制载波放大器输出信号幅度和相位，通过负载牵引形式动态调整峰值放大器负载阻抗值，控制峰值放大器的输出功率，摆脱了1/4波长传输线固有的窄带特性对功率放大器的束缚，实现了高集成度宽带高效率功率放大器具备在宽频带、大动态条件下高效率工作的能力。

34、（2）本发明设置的功率匹配与正交输出网络单元采用变压器形式进行阻抗变化，变压器t1d初级线圈与高集成度宽带高效率功率放大器峰值放大器输出阻抗、初级线圈负极串联接地电容形成第一谐振腔，变压器t1d次级线圈、次级线圈负极串联接地电容和负载阻抗形成第二谐振腔，适当调节第一、第二谐振腔之间的位置，实现了在宽频带内将负载阻抗变换到峰值放大器所需要的负载阻抗。峰值放大器的输出信号经过阻抗变化后，再通过功分结构将信号分为两路幅度相等的正交的信号。

35、（3）本发明设置的功率合成网络单元不仅将载波放大器和峰值放大器的输出信号进行合成后输出，同时载波放大器的输出信号加载在输出端上，载波放大器与峰值放大器输出信号幅度比和相位差，实现动态调整负载阻抗值，在需要的输出功率点实现了效率最优化的负载阻抗值。

36、（4）本发明采用的不均衡功分器、宽带移相网络、匹配网络、功率匹配与正交输出网络、功率合成网络均可通过电容、电感、变压器等构成，未采用物理尺寸巨大的1/4波长传输线，有利于功率放大器的集成和小型化，实现了高集成度器件封装。