CN102265506B - 陶赫蒂Doherty电路、多路陶赫蒂Doherty电路和基站设备 - Google Patents
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Abstract
一种陶赫蒂Doherty电路，所述Doherty电路包括：输入电桥的第一端口为输入端，第四端口通过隔离端负载接地；第二端口接均值功率放大支路的输入端；第三端口接峰值功率放大支路的输入端；所述均值功率放大支路包括均值功率放大器；所述峰值功率放大支路包括峰值功率放大器；所述均值功率放大支路和所述峰值功率放大支路相接后通过阻抗变换网络与第二负载相连；所述输入电桥的隔离端负载为非匹配负载。本发明实施例还提供一种多路陶赫蒂Doherty电路和基站设备。采用本发明实施例，能够简单的实现对Doherty电路的优化，提高Doherty电路的线性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种陶赫蒂Doherty电路、多路陶赫蒂Doherty电路和基站设备。
背景技术
在无线通信系统中，基站设备中的射频功率放大电路越来越多的采用Doherty放大电路，该电路大大提高了基站设备的功放效率，从而减小热耗、降低运营商的运营成本，提高基站设备的可靠性，同时也降低了整个基站设备的成本。
随着Doherty技术的逐步完善，Doherty电路的利用越来越广泛，对Doherty电路的效率和线性的要求也越来越高。因而，需要对优化Doherty电路进行优化。
现有技术中，一般通过优化Doherty电路输入端的微带功分器实现对Doherty电路的优化。但是，现有技术方案的优化过程较复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶赫蒂Doherty电路、多路陶赫蒂Doherty电路和基站设备，能够简单的实现对Doherty电路的优化，提高Doherty电路的线性和效率。
本发明一方面提供一种陶赫蒂Doherty电路，所述Doherty电路包括：输入电桥的第一端口为输入端，第四端口通过隔离端负载接地；第二端口接均值功率放大支路的输入端；第三端口接峰值功率放大支路的输入端；所述均值功率放大支路包括均值功率放大器；所述峰值功率放大支路包括峰值功率放大器；所述均值功率放大支路和所述峰值功率放大支路相接后通过阻抗变换网络与第二负载相连；所述输入电桥的隔离端负载为非匹配负载。
本发明另一方面提供一种多路陶赫蒂Doherty电路，所述电路包括至少两个所述的Doherty电路。
本发明另一方面还提供一种基站设备，所述基站设备包括所述的Doherty电路。
本发明实施例中，通过改进Doherty电路的输入电桥部分，利用工作在C类的峰值功率放大器在不同输入功率下回波不一样的特性和输入电桥在失配负载下功率分配不一样的特性，设置输入电桥的隔离端接非匹配负载，从而使得所述Doherty电路的均值功率放大器和峰值功率放大器的输入功率分配比随功率不同而发生变化，达到优化Doherty电路的效率和线性的目的。
附图说明
图1为本发明实施例一的Doherty电路原理图；
图2为本发明实施例二的Doherty电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例提供一种Doherty电路，能够简单的实现对Doherty电路的优化，提高Doherty电路的线性和效率。
参照图1，为本发明实施例一的Doherty电路原理图。所述Doherty电路包括：输入电桥1(图1中Doherty电桥)、均值功率放大支路2、峰值功率放大支路3、阻抗变换网络4、隔离端负载5、以及第二负载6。
所述输入电桥1的第一端口P1为输入端，第四端口P4通过隔离端负载5接地；第二端口P2接均值功率放大支路2的输入端；第三端口P3接峰值功率放大支路3的输入端。
所述均值功率放大支路2可以包括均值功率放大器。
所述峰值功率放大支路3可以包括峰值功率放大器。
所述均值功率放大支路2和所述峰值功率放大支路3相接后通过阻抗变换网络4与第二负载6相连。
所述输入电桥1的隔离端负载5为非匹配负载。
本发明实施例中，通过改进Doherty电路的输入电桥部分，利用工作在C类的峰值功率放大器在不同输入功率下回波不一样的特性和输入电桥在失配负载下功率分配不一样的特性，设置输入电桥的隔离端接非匹配负载，从而使得所述Doherty电路的均值功率放大器和峰值功率放大器的输入功率分配比随功率不同而发生变化，达到优化Doherty电路的效率和线性的目的。
参照图2，为本发明实施例二的Doherty电路原理图。所述Doherty电路包括：输入电桥10、均值功率放大支路、峰值功率放大支路、阻抗变换网络、隔离端负载70、以及第二负载80。
所述均值功率放大支路包括均值功率放大器20(即主功放)和第二波长线50。所述峰值功率放大支路包括峰值功率放大器30(即辅助功放)和第一波长线40。所述阻抗变换网络为第三波长线60。
其中，所述输入电桥10的第一端口P1为输入端，作为所述Doherty电路的输入端；所述输入电桥10的第四端口P4为隔离端，通过所述隔离端负载70接地；所述输入电桥10的第二端口P2为耦合端，接所述均值功率放大器20的输入端；所述输入电桥10的第三端口P3为直通端，接所述第一波长线40的一端。
所述第一波长线40的另一端接所述峰值功率放大器30的输入端。
所述均值功率放大器20的输出端接所述第二波长线50的一端。
所述峰值功率放大器30的输出端和所述第二波长线50的另一端短接，一同接所述第三波长线60的一端。
所述第三波长线60的另一端接所述第二负载80。
所述均值功率放大器20的电源端和所述峰值功率放大器30的电源端均接工作电源Vcc。
如图2所示，所述Doherty电路由两个功率放大器组成：均值功率放大器20和峰值功率放大器30。所述均值功率放大器20工作在B类或AB类，所述峰值功率放大器30工作在C类。该电路中，两个功率放大器不是轮流工作的，所述均值功率放大器20一直工作，而所述峰值功率放大器30需要到设定的峰值才工作。与所述均值功率放大器20相连的第二波长线50是阻抗变换网络，其目的是在所述峰值功率放大器30工作时，减小均值功率放大器20的视在阻抗，以保证所述峰值功率放大器30工作时与其后面的电路组成的有源负载的阻抗变低，这样均值功率放大器20输出的电流就变大了。由于在均值功率放大器20之后设置了第二波长线50，为了使两个功率放大器的输出同相，相应的，在所述峰值功率放大器30之前设置第一波长线40，使之产生90°相移，如图2所示。
需要说明的是，所述第一波长线40用于使所述均值功率放大器20和峰值功率放大器30的输出同相，因此，所述第一波长线40的规格可以根据实际需要任意设定。
所述第二波长线50和第三波长线60均是用作阻抗变换网络。优选的，所述第二波长线50和第三波长线60可以均采用四分之一波长线。
所述均值功率放大器20工作在B类，当输入信号比较小的时候，只有均值功率放大器20处于工作状态。当均值功率放大器20管子的输出电压达到峰值饱和点时，理论上的效率能够达到78.5％。如果此时将激励加大一倍，则管子在达到峰值的一半时就将出现饱和，其效率也达到最大的78.5％，所述峰值功率放大器30开始与所述均值功率放大器20一起工作。所述峰值功率放大器30工作在C类，其门限设置为激励信号电压的一半。所述峰值功率放大器30的引入，使得从均值功率放大器20的角度看，负载减小了，因为所述峰值功率放大器30对负载的作用相当于串联了一个负阻抗，所以，即使所述均值功率放大器20的输出电压饱和恒定，但输出功率因负载的减小却持续增大(即为流过负载的电流变大了)。当达到激励的峰值时，所述峰值功率放大器30也达到自身效率的最大点，这样两个功率放大器合在一起的效率就远远高于单个B类功率放大器的效率。单个功率放大器的最大效率78.5％出现在峰值处，而对于图2所示电路，78.5％的效率在峰值的一半就出现了。所以图2所示结构的Doherty电路中，每个功率放大器都能达到最大的输出功率，整个电路能够达到很高的效率。
设定，所述第一端口和第二端口为匹配端口，即为第一端口的反射系数Γ1和第二端口的反射系数Γ2均为0；而第三端口和第四端口所接负载分别呈现反射系数为Γ3和Γ4。
|S21|和|S31|分别为输入至所述均值功率放大器和峰值功率放大器的功率。
从理论上而言，当输入电桥隔离端接匹配负载时，第四端口的反射系数Γ4＝0，当第三端口的反射系数Γ3≠0时，由第三端口失配带来的反射功率全部被第四端口负载吸收。即：|S21|和|S31|不随反射系数Γ3的变化而变化。
而当输入电桥隔离端接的是非匹配负载时，隔离端(即为第四端口)的反射系数Γ4≠0，从第三端口反射到隔离端的功率又被反射回电桥，使得|S21|和|S31|会随着反射系数Γ3和Γ4的变化而变化。
本发明实施例所述Doherty电路中，所述输入电桥10的隔离端接非匹配负载，也可以说是，所述输入电桥10隔离端的反射系数Γ4≠0。
一般而言，所述输入电桥10的第二负载80为50Ω，当所述隔离端负载70也为50Ω时，即为匹配负载，此时Γ4＝0。
因此，本发明实施例中，当第二负载80为50Ω时，所述隔离端负载70为非50Ω负载或者为非50Ω等效负载，使得所述隔离端为非匹配负载，隔离端的反射系数Γ4≠0。
由此使得，本发明实施例中，分别输入至所述均值功率放大器20和峰值功率放大器30的功率|S21|和|S31|的分配比随输入功率的变化而变化。
本发明实施例中，通过改进Doherty电路的输入电桥部分，利用工作在C类的峰值功率放大器30在不同输入功率下回波不一样的特性和输入电桥在失配负载下功率分配不一样的特性，设置输入电桥10的隔离端接非匹配负载，从而使得所述Doherty电路的均值功率放大器20和峰值功率放大器30的输入功率分配比随功率不同而发生变化，达到优化Doherty电路的效率和线性的目的。
下面通过对两个功率放大器的输入功率的分析，对本发明实施例中所述输入电桥10隔离端接非匹配负载从而对Doherty电路性能带来的影响，进行详细介绍。
当输入小功率时，所述峰值功率放大器30处于完全关闭状态，其输入阻抗回波，即所述输入电桥的哪个输出端不匹配，则在该不匹配的端口引起反射，反射信号进入到输入电桥的输入端和隔离端，其中，电桥的输入端接匹配负载，吸收反射功率。本发明实施例所述Doherty电路中，所述输入电桥10的隔离端接非匹配负载，则由输出端反射回的信号在隔离端无法被吸收，从而再次引起反射。该反射信号进入均值功率放大器20和峰值功率放大器30，而再次进入到峰值功率放大器30支路的信号将重复前面的反射，最终结果是进入峰值功率放大器30支路的信号将部分进入均值功率放大器20的支路(另一部分被电桥的输入端吸收)。这样一来，在小功率情况下，进入到峰值功率放大器30支路的功率将减小，使得所述峰值功率放大器30在小功率下开关特性更好，对均值功率放大器20而言，可提高其效率。另外，均值功率放大器20将得到更多的输入功率，提高Doherty电路的增益，从而降低了输入电桥10的输入端驱动级的输出功率，提高了整个Doherty电路的效率。
随着输入功率的增加，所述峰值功率放大器30慢慢开启，其输入端回波不断改善，输入电桥10的功率分配比将不断发生变化，进入到峰值功率放大器30支路的功率增加，从而使得峰值功率放大器30支路对均值功率放大器的负载牵引效果更好。由此，不仅可以提高Doherty电路的效率，还能有效改善电路的线性。
对于传统的Doherty电路，在输入端的电桥功分电路中，其电桥隔离端通常接50Ω匹配负载，使隔离端反射系数Γ4＝0，由此可以保证电桥的输出功率分配比不随输出端所接负载的变化而变化，这样传统的Doherty电路，其输入端在不同输入功率时其输入功率分配比保持不变。
而本发明实施例中，将传统Doherty电路中输入电桥的隔离端负载由匹配负载变为非匹配负载，使得隔离端的反射系数Γ4≠0。由此使得，本发明实施例所述输入电桥的输出功率分配比将随输出端所接负载的匹配程度的不同而不同。
本发明实施例所述Doherty电路，通过对其输入电桥的改进，使得整个电路的输入功率分配比更适合Doherty电路的理想特性，不仅可以提高电路的效率，而且还可以改善电路的部分线性。
需要说明的是，本发明实施例中，所述均值功率放大支路还可以包括功分器和至少两个均值功率放大器，所述输入电桥的第二端口通过功分器接至少两个均值功率放大器的输入端。
进一步的，所述峰值功率放大支路还包括功分器和至少两个峰值功率放大器，所述输入电桥的第三端口通过功分器接至少两个峰值功率放大器的输入端。
需要说明的是，本发明实施例所述Doherty电路可以为对称Doherty电路(传统Doherty电路)、或者A-Doherty(非对称Doherty)电路等。
所述传统Doherty电路与非对称Doherty电路的电路结构相同(如图2所示)，区别在于所述峰值功率放大器和峰值功率放大器的功率是否相同。传统输入电路的峰值功率放大器和峰值功率放大器的功率相同；而非对称Doherty电路的峰值功率放大器和峰值功率放大器的功率不同。
本发明实施例还提供一种多级Doherty电路，该多级Doherty电路在上述的对称或非对称Doherty电路的基础上，均值功率放大支路包括功分器和至少两个均值功率放大器，输入电桥的第二端口通过功分器与两个或两个以上均值功放相连，和/或，峰值功率放大支路包括功分器和至少两个峰值功率放大器，输入电桥的第三端口通过功分器与两个或两个以上的峰值功放相连。
可以理解的是，本发明实施例中，具体的均值功率放大支路或峰值功率放大支路中阻抗变换网络或调相网络与功率放大器的连接结构并不影响本发明实施例的实施及效果，在本发明实施例中可以不予限定。
本发明实施例还提供一种N-Way Doherty(多路Doherty)电路，所述电路包括至少两个本发明前述实施例所述的Doherty电路或多级Doherty电路。所述Doherty电路可以为传统Doherty电路和/或非对称Doherty电路等。
本发明实施例还提供一种基站设备，所述基站设备的射频功率放大电路采用本发明前述实施例所述的Doherty电路来实现。
本发明实施例提供的射频功率放大电路(Doherty电路)也可以应用于其他通信领域，例如雷达、卫星通信等。
以上对本发明所提供的一种Doherty电路和基站设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述Doherty电路包括：
输入电桥的第一端口为输入端，第四端口通过隔离端负载接地；第二端口接均值功率放大支路的输入端；第三端口接峰值功率放大支路的输入端；
所述均值功率放大支路包括均值功率放大器；
所述峰值功率放大支路包括峰值功率放大器；
所述均值功率放大支路和所述峰值功率放大支路相接后通过阻抗变换网络与第二负载相连；
所述输入电桥的隔离端负载为非匹配负载。
2.根据权利要求1所述的陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述均值功率放大支路包括均值功率放大器和第二波长线，所述输入电桥的第二端口接所述均值功率放大器的输入端，所述均值功率放大器的输出端接第二波长线的一端，所述第二波长线的另一端与所述峰值功率放大支路相接。
3.根据权利要求1所述的陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述峰值功率放大支路包括第一波长线和峰值功率放大器，所述输入电桥的第三端口通过第一波长线接所述峰值功率放大器的输入端，所述峰值功率放大器的输出端与所述均值功率放大支路相接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述第二负载为50欧姆负载或50欧姆等效负载，所述输入电桥的隔离端负载为非50欧姆负载或非50欧姆等效负载。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述Doherty电路为对称Doherty电路、或者非对称Doherty电路。
6.根据权利要求1所述的陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述均值功率放大支路包括功分器和至少两个均值功率放大器，所述第二端口通过功分器接至少两个均值功率放大器的输入端；和/或，
所述峰值功率放大支路包括功分器和至少两个峰值功率放大器，所述第三端口通过功分器接至少两个峰值功率放大器的输入端。
7.一种多路陶赫蒂Doherty电路，其特征在于，所述电路包括至少两个权利要求1至6任一项所述的Doherty电路。
8.一种基站设备，其特征在于，所述基站设备包括如权利要求1至7任一项所述的Doherty电路。
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