CN102694508B - 一种多路Doherty放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及放大器技术领域，特别是一种多路Doherty放大器，该放大器包括一放大器输入端、一输入网络、一主放大器、有序排列的N-1个峰值放大器、一输出网络以及一放大器输出端，其中N为大于3的整数；所述输出网络的作用作为阻抗变换作用，将放大器的输出端阻抗通过输出网络变换为在各放大器的输出端口形成不同的阻抗，并实现各放大器之间的阻抗牵引作用。本发明电路具有简单，易而调试的特点，尤其是可以采用尺寸一致的放大器来做主放大器和峰值放大器。因此适用于规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及放大器技术领域，特别是一种多路Doherty放大器。
背景技术
传统Doherty放大器具有二个平行的相同功率放大级数，第一个称之为主放大器，它工作在AB类，第二个称之为峰值放大器其工作在C类。这二级放大器在输入与输出采用90°相移经网络将其隔开，输出90°相移线网络具有特性阻抗Z0。它必须等于主放大器的最佳负载阻抗R0。 输入信号被分路为两路信号推动其二级放大器，在两级放大器输出端，采用“阻抗变换器”或“Doherty合路器”，其作用为：1、合并两路放大器的输出信号。2、校正两路输出信号的相位差。3、提供阻抗变换作用。
传统Doherty放大器之所以称之为2路放大器因为其组成为一个主放大器与一个峰值放大器。一种多路（N—路）Doherty放大器的结构是一个主放大器与多个峰值放大器平行组合，其优点是将其峰值点从二路的最大输出功率点回退为6dB扩展为12dB但在峰值点与最大功率点之间则产生严重凹陷。结果是其效率的改善仅是在最大功率点回退12dB处。12dB最大功率回退目前是新一代通信系统与数字电视系统的要求。一种传统的3路 Doherty已提出，作为适应通信与数字电视的需要，其采用一路主放大器与二路峰值放大器组成。在每路放大器之间需要1/4波长线来连接。像这样系统的结构比较复杂，需要较大的空间，同时要实现大规模生产比较困难。
同时，无论其2路或3路Doherty放大器，由于主放大器工作在深度饱和状态，导致在放大器的线性指标上产生严重的恶化，一种解决方法是对各放大器采用不同的输入信号的强度，这样做会改善线性，但带来放大器的复杂程度使其无法实现大规模的生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种多路Doherty放大器，能有效提高放大器的效率，且适用于大规模生产。
本发明采用以下方案实现：一种多路Doherty放大器，其特征在于：包括一放大器输入端、一输入网络、一主放大器、有序排列的N-1个峰值放大器、一输出网络以及一放大器输出端，其中N为大于3的整数；
所述的输入网络将所述放大器输入端连接至所述主放大器以及所述峰值放大器的输入；所述主放大器和所述峰值放大器的输出经所述的输出网络与所述放大器输出端连接；
所述输入网络实现一第一阻抗在所述放大器输入端与所述主放大器之间具有(N-3)90°的第一相移；
所述N-1个峰值放大器各自对应有一第一附加阻抗，所述第一附加阻抗在所述放大器输入端与所述N-1个峰值放大器之间各自具有一第一附加相移，该第一附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的第一附加相移比排在其下一个的第一附加相移大90°，其中，第一个第一附加相移为0°；
所述输出网络实现一第二阻抗在所述主放大器与所述放大器输出端之间具有90°的第二相移；
所述N-1个峰值放大器各自对应有一第二附加阻抗，所述第二附加阻抗在所述N-1个峰值放大器与所述放大器输出端之间各自具有一第二附加相移，该第二附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的附加相移比排在其下一个的附加相移小90°，其中，第一个第二附加相移为90°的N-2倍。
在本发明一实施例中，所述的第一阻抗和第二阻抗是以四分之一波长传输线实现。
在本发明一实施例中，所述的N等于4。
在本发明一实施例中，所述的输出网络包括：
一第一电容，其一端接地，另一端接所述的主放大器的输出端；
一第一电感，其一端与所述主放大器的输出端连接，另一端与所述放大器输出端连接；
一第二电容，其一端接地，另一端接所述有序排列的第一峰值放大器的输出端；
一第二电感，其第一端与所述第一峰值放大器的输出端连接；
一第三电容，其一端接地，另一端接所述第二电感的第二端连接；以及
一第三电感，其第一端与所述第二电感的第二端连接，该第三电感的第二端与所述放大器输出端连接。
本发明可以扩张N-级Doherty放大器，其主体是一种新型的4级Doherty功率的放大器，基于现有的2路或3路Doherty放大器的差异于：
1.该发明的电路具有更大的功率回退点。其中一个功率峰值点；既放大器的第一个效率最大值点在放大器最大功率输出值回退12dB处，而2路的仅在6dB,3路仅在9.5dB处。
2.该发明的电路具有更多的效率峰值点，与2路仅有2个峰值点及3路有了3个峰值点比较；该发明具有4个效率峰值点分别在最大功率输出点回退12dB、6dB、2.5dB和0dB处。因此，它比2路或3路Doherty放大器具有更平滑的效率曲线。
3.该发明的电路具有简单，易而调试的特点，尤其是可以采用尺寸一致的放大器来做主放大器和峰值放大器。因此适用于规模生产。
附图说明
图1是本发明实施例N路Doherty放大器结构示意图。
图2是本发明实施例四路Doherty放大器结构示意图。
图3是本发明实施例以集总元件实现的四路Doherty放大器结构示意图。
其中：
101为放大器输入端；102为输入网络；103功分器；106为第一阻抗；104，105，112，113，114为附加阻抗；107为第三峰值放大器；108为第二峰值放大器；109为第一峰值放大器；110为主放大器；111为输出网络；115为放大器输出端；116为负载；117为第二电感；118为第二电容；119为第三电感；120为第三电容；121为第一电容；122为第一电感。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供一种多路Doherty放大器，其包括一放大器输入端101、一输入网络102、一主放大器110、有序排列的N-1个峰值放大器、一输出网络111以及一放大器输出端115，其中N为大于3的整数；所述的输入网络将所述放大器输入端连接至所述主放大器以及所述峰值放大器的输入；所述主放大器和所述峰值放大器的输出经所述的输出网络与所述放大器输出端连接；所述输入网络实现一第一阻抗在所述放大器输入端与所述主放大器之间具有(N-3)90°的第一相移；所述N-1个峰值放大器各自对应有一第一附加阻抗，所述第一附加阻抗在所述放大器输入端与所述N-1个峰值放大器之间各自具有一第一附加相移，该第一附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的第一附加相移比排在其下一个的第一附加相移大90°，其中，第一个第一附加相移为0°；所述输出网络实现一第二阻抗在所述主放大器与所述放大器输出端之间具有90°的第二相移；所述N-1个峰值放大器各自对应有一第二附加阻抗，所述第二附加阻抗在所述N-1个峰值放大器与所述放大器输出端之间各自具有一第二附加相移，该第二附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的附加相移比排在其下一个的附加相移小90°，其中，第一个第二附加相移为90°的N-2倍。
具体的，请继续参照图1，本发明采用N路信号分路器将信号分为N路分别送至N个放大器，在这里，N个放大器中，只有一个放大器是主放大器其余的N-1个放大器均为峰值放大器，数字N为大于三的整数，放大器有一个输入网络连接放大器的输入端与各放大器的和输入端和相对应的N-1峰值放大器输入端，同时有一个输出网络，在输出端口，连接放大器的输出端口与主放大器的输出端和相对应的N-1峰值放大器输出端。同时，输出网络作为放大器的阻抗变换，并具有90°的相移。输出端口又作为N-1个峰值放大器的阻抗变换，并相应进行各对应的峰值放大器的相移，其相移关系为（N-1-R）·90°这里R=0，1，.....N-1。本实施例中，所述输出网络是由（N-1）1/4波长传输线组合而成，它形成主放大器与峰值放大器，峰值放大器与峰值放大器之间的阻抗牵引作用。输入网络由N功率分路器与（N-1）1/4波长传输线组成。1/4波长传输线实现各放大器之间的相位补偿，使各放大器的输出信号在放大器的输出端口实现相位一致。
较佳的，本发明所述的N值为4，请参照图2，可以说本发明的主体是一种四级Doherty放大器，其由四个放大器组成，其中一个放大器是主放大器，其它三个作为峰值放大器，其输入网络将输入信号分为四路，然后通过相位调整后，分别送到四个放大器的输入端，在这里，送至主放大器输入端的信号经过90°的移相送至峰值放大器一的信号不需要移相，直接通过。送至峰值放大器二的信号移相90°后送至第二峰值放大器输入端，第四路信号经过移相180°后送至第三峰值放大器的输入端。输出网络的作用作为阻抗变换作用，将放大器的输出端阻抗通过输出网络变换为在各放大器的输出端口形成不同的阻抗，并实现各放大器之间的阻抗牵引作用。输出网络的另一个作用是将各放大器的输出信号经过输出网络的移相，使之达到放大器输出的端口的四路信号相位一致。放大器的负载被认定为电阻，即实部负载。并认定输出网络的阻抗变换是电阻的变换，即变换函数中不存在虚部部分仅为实数，如果负载或阻抗变换函数为负数，具有虚部分量，那么Doherty放大器的效率会下降，在实际应用中，可以通过补偿电路来抵消虚部的影响，达到Doherty放大器的效率。
具体的，请继续参照图2，主放大器工作在AB类状态，其他三个峰值放大器工作在C类，该电路也允许主放大器与峰值放大器工作在其它状态，但对整个放大器的效率与线性会有影响。主放大器与峰值放大器的输出通过由三个1/4波长传输线组成的输出网络合并四路输出信号后送至负载。放大器采用峰值放大器,107与一个三级的Doherty放大器（由主放大器110，峰值放大器109和峰值放大器108组成）形成一级新的Doherty放大器。峰值放大器109先对主放大器110负载调制，然后在中功率状态下，峰值放大器108开始对峰值放大器109作负载调制，最后峰值放大器107对主放大器110，峰值放大器109、108组合作负载调制。因此各放大器依循主放大器110，峰值放大器109，峰值放大器108和峰值放大器107顺序依次导道。其工作原理可以分为三个区域分析：1、低功率区，此时输入信号较小，只有主放大器110处于工作状态，其它峰值放大器均处于截止状态，随着输入信号的增加主放大器110达到最大功率输出，此时Doherty 放大器达到第一个效率峰值点。2、中功率区，随着输入信号的增加，峰值放大器1导通开始输出电流，由于输出网络的作用，使得主放大器110的负载阻抗受到牵引，由于峰值放大器108的存在，使得该调制作用增强，因此在只要适当增加输入信号下能使峰值放大器109达到最大输出功率状态，避免了主放大器110的深入饱和。3、高功率区，此时峰值放大器107导通，整个放大器达到第3个效率峰值点。
值得一提的是，请参照图3，本发明中所述的输出网络包括：一第一电容122，其一端接地，另一端接所述的主放大器110的输出端；一第一电感121，其一端与所述主放大器110的输出端连接，另一端与所述放大器输出端115连接；一第二电容118，其一端接地，另一端接所述有序排列的第一峰值放大器109的输出端；一第二电感117，其第一端与所述第一峰值放大器109的输出端连接；一第三电容120，其一端接地，另一端接所述第二电感117的第二端连接；以及一第三电感119，其第一端与所述第二电感117的第二端连接，该第三电感119的第二端与所述放大器输出端连接。本发明中该输出网络采用1/4传输线在本发明中是为90°的相移考虑，对于90°的奇数倍相移线是可以考虑，如270°，但会导致功率损耗的增加和工作频率带宽的减少。另外，在该发明电路，设定相移线的相移值为0°、90°和180°。这些数值仅是在分析时所设定以便于易于理解。在实际应用中，由于工艺或是原材料的差异或误差使之实际值并不能做到精确为0°、90°和180°，而有所偏差，但并不影响该发明在实际上的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种多路Doherty放大器，其特征在于：包括一放大器输入端、一输入网络、一主放大器、有序排列的N-1个峰值放大器、一输出网络以及一放大器输出端；
所述的输入网络将所述放大器输入端连接至所述主放大器以及所述峰值放大器的输入；所述主放大器和所述峰值放大器的输出经所述的输出网络与所述放大器输出端连接；
所述输入网络实现一第一阻抗在所述放大器输入端与所述主放大器之间具有（N-3）90°的第一相移；
所述N-1个峰值放大器各自对应有一第一附加阻抗，所述第一附加阻抗在所述放大器输入端与所述N-1个峰值放大器之间各自具有一第一附加相移，该第一附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的第一附加相移比排在其下一个的第一附加相移大90°，其中，第一个第一附加相移为0°；
所述输出网络实现一第二阻抗在所述主放大器与所述放大器输出端之间具有90°的第二相移；
所述N-1个峰值放大器各自对应有一第二附加阻抗，所述第二附加阻抗在所述N-1个峰值放大器与所述放大器输出端之间各自具有一第二附加相移，该第二附加相移的数值规律是：在所述有序排列中，排在前一个的附加相移比排在其下一个的附加相移小90°，其中，第一个第二附加相移为90°的N-2倍；所述的第一阻抗和第二阻抗是以四分之一波长传输线实现；所述的N等于4；其中，第一峰值放大器（109）先对主放大器（110）负载调制，然后在中功率状态下，第二峰值放大器（108）开始对第一峰值放大器（109）作负载调制，最后第三峰值放大器（107）对主放大器（110），第一峰值放大器（109）、第二峰值放大器（108）组合作负载调制；各放大器依循主放大器（110），第一峰值放大器（109），第二峰值放大器（108）和第三峰值放大器（107）顺序依次导道；其工作模式分为三个模式：1、低功率模式，此时输入信号较小，只有主放大器（110）处于工作状态，其它峰值放大器均处于截止状态，随着输入信号的增加主放大器（110）达到最大功率输出，此时该Doherty 放大器达到第一个效率峰值点；2、中功率模式，随着输入信号的增加，第一峰值放大器（109）导通开始输出电流，由于输出网络的作用，使得主放大器110的负载阻抗受到牵引，由于第二峰值放大器（108）的存在，使得该调制作用增强，因此在只要适当增加输入信号下能使第一峰值放大器（109）达到最大输出功率状态，避免了主放大器（110）的深入饱和；3、高功率模式，此时第三峰值放大器（107）导通，整个Doherty放大器达到第3个效率峰值点。
2.根据权利要求1所述的多路Doherty放大器，其特征在于，所述的输出网络包括：
一第一电容，其一端接地，另一端接所述的主放大器的输出端；
一第一电感，其一端与所述主放大器的输出端连接，另一端与所述放大器输出端连接；
一第二电容，其一端接地，另一端接所述有序排列的第一峰值放大器的输出端；
一第二电感，其第一端与所述第一峰值放大器的输出端连接；
一第三电容，其一端接地，另一端接所述第二电感的第二端连接；以及
一第三电感，其第一端与所述第二电感的第二端连接，该第三电感的第二端与所述放大器输出端连接。
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