CN102427331A - 高效率线性功放技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效率线性功放的线路配置，其中，射频输入接电桥，电桥分别接匹配网络1和补偿线1，匹配网络1接主放大器，再接匹配网络2，匹配网络2另一端接补偿线2，补偿线2另一端接波长阻抗线，再接波长阻抗变换器。补偿线1另一端接匹配网络3，再接辅助放大器，辅助放大器另一端接匹配网络4，再接补偿线3，补偿线3另一端接波长阻抗变换器，再分别接波长阻抗线和射频输出。本发明能够显著提高放大器的效率和线性，在小信号时只有主放大器工作，当信号增大到额定值时辅助放大器开始工作，并和主放大器共同完成放大信号合路输出。同时，辅助放大器对主放大器的负载牵引可进一步提高效率，能够实现比传统的合路放大器提高效率20％以上。

Description

高效率线性功放技术
技术领域
本发明属于通信领域，具体涉及移动通信领域中GSM、WCDMA及第四代移动通信中的TD-LTE直放站放大模块的一种高效率线性功放技术。
背景技术
随着移动通信的快速发展，移动通信用户的高速增长及单用户话务量的提高，通信设备的高线性指标一直是运营商和设备研究厂家追求的目标。但目前通信设备的效率普遍较低，一般都在10%以下，如何提高移动通信设备的高线性指标一直是运营商和设备研究厂家长期困扰的问题。
射频功率放大器被广泛应用于各种无线通信发射设备中。信号覆盖的强弱取决于信号的大小，在以往的设计方案中即便线性达到了，功率却很难做大，电流也下不来。线性放大器在设备中的成本比例约占1/3，如何做到高效率、低成本地解决放大器的线性化问题就显得非常重要。高效率高线性度的放大器研究是一个热门课题，目前国内生产WCDMA功率放大器的厂家都还以小功率为主，因为WCDMA功率放大器对线性度的要求更高。而用普通的回退法生产的WCDMA功率放大器符合指标的只能做到几瓦，这个功率用在基站上是远远不够的，只能用在一般的小型直放站上。
特别是在第四代移动通信中，TD-LTE的数据量会比第三代的WCDMA更大，线性等技术指标要求会更高，传统技术根本没有办法解决效率和线性问题。因此，必须使用高效率高线性技术来完成。
传统的直放站用多个大功率管平衡式合路，即使输出功率能提高一些，整机效率仍然很低，线性问题也仍然得不到解决。使用多个大功率管和较大的散热器，增加了设备的成本和功耗，同时带来机箱电源也要提高一个等级，设备成本也进一步增加。设备长期工作在高温状态下，致使设备的稳定性又随之降低。
发明内容
为了克服以上现有技术的缺点，本发明的任务是提供一种高效率线性功放技术，它解决了传统的直放站采用多个大功率管平衡式合路输出功率小、整机效率低、线性差、体积大、成本高、设备长期在高温下工作稳定性差的问题。
本发明的技术解决方案如下：
一种高效率线性功放的线路配置，它包括射频输入（RFin）、电桥（X）、补偿线1（CL1）、补偿线2（CL2）、补偿线3（CL3）、匹配网络1（MN1）、匹配网络2（MN2）、匹配网络3（MN3）、匹配网络4（MN4）、主放大器（MA）、辅助放大器（AA）、波长阻抗线（WIL）、波长阻抗变换器（WIC）以及射频输出（RFout）；
其中，射频输入接电桥，电桥分别接匹配网络1和补偿线1，匹配网络1接主放大器，主放大器另一端接匹配网络2，匹配网络2另一端接补偿线2，补偿线2另一端接波长阻抗线，波长阻抗线另一端接波长阻抗变换器；
补偿线1另一端接匹配网络3，匹配网络3另一端接辅助放大器，辅助放大器另一端接匹配网络4，匹配网络4另一端接补偿线3，补偿线3另一端接波长阻抗变换器，波长阻抗变换器另一端分别接波长阻抗线和射频输出。
所述电桥为90°相移电桥。
所述波长阻抗线为1/4波长阻抗线。
所述波长阻抗变换器为1/4波长阻抗变换器。
采用本发明的高效率线性功放技术，能够显著提高放大器的效率和线性，在小信号时只有主放大器工作，当信号增大到额定值时辅助放大器开始工作，并和主放大器共同完成放大信号合路输出。同时，辅助放大器对主放大器的负载牵引可进一步提高效率，能够实现比传统的合路放大器提高效率20％以上。
辅助放大器是实现高效率线性的核心部分，根据实际需要的技术指标要求进行设计。辅助放大器的额定值是在精心计算后设计的，它满足了实现高效率高线性的技术要求，其主要设计特点如下：
1、辅助放大器的栅极偏置电压设计。该电压决定辅助放大器的开启门限，是理论上效率第一次达到最大的点。
2、输出端补偿线设计。辅助放大器在截止时，其输出端应该表现为开路，但实际上由主放大器通路看进去的阻抗为一个低阻抗，这就导致主放大器的输出功率有一部分会泄漏到辅助放大器的支路上，这样就会极大地恶化增益和效率。因此，需要在辅助放大器的输出匹配电路后面加一段特征阻抗的补偿线。该补偿线的作用是将辅助放大器在截止时的输出阻抗变换为一个高阻抗，以阻止主放大器的输出功率泄漏到该支路上。
3、放大器的效率和线性设计。主放大器后面的90°四分之一波长线是阻抗变换，目的是在辅助放大器工作时，起到主放大器阻抗减小的作用，保证辅助放大器工作的时候和后面的电路组成的有源负载阻抗变低，这样，主放大器输出电流就变大。由于主放大器后面有了四分之一波长线，为了使两个放大器输出同相，在辅助放大器前面设计90°相移。高效率高线性技术是AB类与C类放大技术的结合，在提高效率的同时也保证了线性。
附图说明
图1是本发明的一种高效率线性功放的线路配置图。
附图及文中标记：
X为电桥（Xinger），CL为补偿线（Compensate Line），MN为匹配网络（Matching Network），MA为主放大器（Main Amplifier），AA为辅助放大器（Assistant Amplefier），WIL为波长阻抗线（Wavelengh Impedance Line），WIC为波长阻抗变换器（Wavelengh Impedance Convertor），RFin为射频输入，RFout为射频输出。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
参看图1，本发明提供了一种高效率线性功放的线路配置，它主要由射频输入RFin、电桥X、补偿线1 CL1、补偿线2 CL2、补偿线3 CL3、匹配网络1 MN1、匹配网络2 MN2、匹配网络3 MN3、匹配网络4 MN4、主放大器MA、辅助放大器AA、波长阻抗线WIL、波长阻抗变换器WIC以及射频输出RFout组成。
射频输入接电桥，电桥为90°相移电桥，90°电桥分别接匹配网络1和补偿线1。其中一路信号经匹配网络1接主放大器，主放大器另一端接匹配网络2，匹配网络2另一端接补偿线2，补偿线2另一端接波长阻抗线，波长阻抗线另一端接波长阻抗变换器。该波长阻抗线为1/4波长阻抗线。该波长阻抗变换器为1/4波长阻抗变换器。
其中另一路信号经补偿线1另一端接匹配网络3，匹配网络3另一端接辅助放大器，辅助放大器另一端接匹配网络4，匹配网络4另一端接补偿线3，补偿线3另一端接1/4波长阻抗变换器，1/4波长阻抗变换器另一端分别接1/4波长阻抗线和射频输出。
本发明的高效率线性功放的线路配置的工作原理如下：
输入射频信号通过电桥将信号分为两路，一路信号送到匹配网络，将匹配后的信号送到主放大器，经主放大器放大后的信号送到匹配网络，匹配后的信号送到补偿线，经补偿后的信号送到波长阻抗线；另一路信号送到补偿线，补偿后的信号送到匹配网络，经匹配后的信号送到辅助放大器，放大后的信号送到匹配网络，匹配后的信号送到补偿线，补偿后的信号送到波长阻抗变换器输出射频信号。
综上所述，采用本发明的高效率线性功放线路配置，能够显著提高放大器的效率和线性，在小信号时只有主放大器工作，当信号增大到额定值时辅助放大器开始工作，并和主放大器共同完成放大信号合路输出。同时，辅助放大器对主放大器的负载牵引可进一步提高效率，能够实现比传统的合路放大器提高效率20％以上。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种高效率线性功放的线路配置，其特征在于：它包括射频输入（RFin）、电桥（X）、补偿线1（CL1）、补偿线2（CL2）、补偿线3（CL3）、匹配网络1（MN1）、匹配网络2（MN2）、匹配网络3（MN3）、匹配网络4（MN4）、主放大器（MA）、辅助放大器（AA）、波长阻抗线（WIL）、波长阻抗变换器（WIC）以及射频输出（RFout）；
其中，射频输入接电桥，电桥分别接匹配网络1和补偿线1，匹配网络1接主放大器，主放大器另一端接匹配网络2，匹配网络2另一端接补偿线2，补偿线2另一端接波长阻抗线，波长阻抗线另一端接波长阻抗变换器；
补偿线1另一端接匹配网络3，匹配网络3另一端接辅助放大器，辅助放大器另一端接匹配网络4，匹配网络4另一端接补偿线3，补偿线3另一端接波长阻抗变换器，波长阻抗变换器另一端分别接波长阻抗线和射频输出。
2.根据权利要求1所述的高效率线性功放的线路配置，所述电桥为90°相移电桥。
3.根据权利要求1所述的高效率线性功放的线路配置，所述波长阻抗线为1/4波长阻抗线。
4.根据权利要求1所述的高效率线性功放的线路配置，所述波长阻抗变换器为1/4波长阻抗变换器。
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