CN103178785B - 一种新型道尔蒂功率放大器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种功率放大器。该功率放大器包括驱动器；两条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器；阻抗变换网络。与现有技术相比，本发明通过改变经典道尔蒂功率放大器中的阻抗变换网络，从而简化了该经典道尔蒂功率放大器的架构，形成了一种新型道尔蒂功率放大器，进一步地，改善了该阻抗变换网络的色散特性，提高了功率放大器的工作频宽。

Description

一种新型道尔蒂功率放大器

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种新型道尔蒂功率放大器。

背景技术

与工作在AB类的普通功率放大器相比，经典的道尔蒂放大器(DohertyPowerAmplifier，DPA)在功率回退为6dB的情况下，具有较高的性能。因此，该经典道尔蒂放大器被广泛应用于现有的通信系统中。由于阻抗变换网络具有色散特性，因此，该经典道尔蒂放大器的频带宽度由于阻抗变换网络的存在而受到限制。在此，色散是指阻抗随着频率的变换而变化，但通常很难消除。

现有技术通常有三种方式来解决上述问题：

1)采用工作在不同频率上的DPA，这些DPA保持同样的性能，然后将这些DPA集成在同一个系统中，根据系统工作频率，选择合适的DPA进行工作。然而，这将导致射频(radiofrequency，RF)系统复杂，结构体积扩大，成本明显提升。

2)采用氮化钾(GaN)功率晶体管。由于该功率晶体管的带宽远高于现有的LDMOS技术，因此，很适合用于带宽功率放大器中。然而，GaN功率晶体管的产量较低且工艺复杂，导致该GaN功率晶体管的价格比LDMOS昂贵至少4倍，因此，商业价值较低。

3)采用电源调制技术。但由于受现有的电源技术的限制，无法根据输入射频信号的包络来实时动态调整晶体管的工作电压。

图1示出现有技术中一种经典道尔蒂功率放大器的结构示意图。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型道尔蒂功率放大器。

根据本发明的一个方面，提供了一种新型道尔蒂功率放大器，其中，该功率放大器包括：

-驱动器；

-两条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器；

-阻抗变换网络。

作为本发明的优选实施例之一，所述两条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个移相器。

作为本发明的优选实施例之一，当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述移相器时，所述放大器以及所述移相器依信号传输方向的排布顺序为移相器、放大器。

作为本发明的优选实施例之一，所述两条功率放大路径中的其中一条包括载波放大器，另一条包括峰值放大器。

作为本发明的优选实施例之一，所述阻抗变换网络在负载和所述阻抗变换网络的节点间包括偶数个阻抗变换器。

作为本发明的优选实施例之一，所述载波放大器所在的功率放大路径上包括至少一个阻抗变换器。

作为本发明的优选实施例之一，所述阻抗变换器包括四分之一波长阻抗变换器。

作为本发明的优选实施例之一，所述峰值放大器所在的功率放大路径上包括至少一个相位补偿器。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种终端设备，包括如上述的功率放大器。

与现有技术相比，本发明通过改变经典道尔蒂功率放大器中的阻抗变换网络，从而简化了该经典道尔蒂功率放大器的架构，形成了一种新型道尔蒂功率放大器，进一步地，改善了该阻抗变换网络的色散特性，提高了该功率放大器的工作频宽。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出现有技术中一种经典道尔蒂功率放大器的结构示意图；

图2示出根据本发明一个方面的新型道尔蒂功率放大器的结构示意图；

图3示出根据本发明一个优选实施例的新型道尔蒂功率放大器的结构示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图2示出根据本发明一个方面的新型道尔蒂功率放大器的结构示意图；该功率放大器包括驱动器、两条功率放大路径和阻抗变换网络。

该功率放大器包括驱动器。具体地，该驱动器根据经由外部器件输入的信号，将其按照控制目标的要求，转换为加在控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。

两条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器。信号经由外部器件输入该两条功率放大路径，并经由该两条功率放大路径上的放大器放大并输出给其他外部器件，以使其他外部器件能够将该两条功率放大路径输出的功率合成以获得较高的输出功率。其中，放大器包括但不限于诸如载波放大器、峰值放大器、射频放大器、集成放大模块等多种功率放大器件。

阻抗变换网络。该阻抗变换网络通过共轭匹配，实现该功率放大器的最大功率传输，改善噪声系数，保证该功率放大器的性能。

作为本发明的优选实施例之一，所述两条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个移相器。其中，移相器可通过多种方式实现，例如，通过微带线(microstrip)、耦合微带线(coupledmicrostrip)、集总电感(lumpedinductor)、电容和电阻和混合耦合器、芯片等实现，并且，数字或模拟移相器均包含在本发明所述移相器范围内。

优选地，所述移相器可以是可调移相器，该可调移相器能够调节功率放大路径输出的相位，以降低因诸如PCB生产工艺、集总元件容差以及放大器本身等原因产生的两路功率放大路径的相位偏差。具体地，采用可调移相器来调整功率放大路径上的相位偏差的方式包括但不限于：1)人工调整可调移相器，以调节功率放大路径输出的相位，从而减少该两条功率放大路径上的相位偏差；2)由外部调整设备监控功率放大器的输出功率，并当输出功率不符合预定输出功率标准，如低于预定输出功率阈值时，调整可调移相器直至输出功率符合预定输出功率标准。例如，当输出功率不符合预定输出功率标准时，外部调整设备在两个相反的调整方向上微调可调移相器，并检测分别往该两个调整方向调整时，输出功率的变化情况；接着，外部调整设备选择调整时功率输出变大的调整方向进一步调整可调移相器，直至输出功率符合预定输出功率标准。

作为本发明的优选实施例之一，当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述移相器时，所述放大器以及所述移相器依信号传输方向的排布顺序为移相器、放大器。

需要说明的是，尽管当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述移相器时，放大器以及移相器依信号传输方向的排布顺序以移相器、放大器为佳，但移相器在功率放大器中的位置并未以上述实施例为限，移相器可为放大器的后置器件，或者，集成在放大器中；例如，当一条功率放大路径上包括放大器1、放大器2以及移相器3时，三者依信号传输方向的排布顺序可为放大器1、移相器3以及放大器2，或者，为放大器1、放大器2以及移相器3。

作为本发明的优选实施例之一，所述两条功率放大路径中的其中一条包括载波放大器，另一条包括峰值放大器。在此，载波放大器用于放大提供给该载波放大器输入端的载波放大器输入信号，以产生在载波放大器输出端上提供的载波放大器输出信号。峰值放大器用于对提供给该峰值放大器输入端的峰值放大器输入信号进行放大，以产生在峰值放大器输出端上提供的峰值放大器输出信号。在此，载波放大器输入信号、峰值放大器输入信号可以是电压信号或电流信号。载波放大器输出信号、峰值放大器输出信号可以是电压信号或电流信号。载波放大器、峰值放大器可以具有不同的传递函数，传递函数描述了提供给放大器的相应输入端的输入信号与提供给该放大器的相应输出端的输出信号之间的函数关系。因此，载波放大器、峰值放大器的线性度可以取决于相应的传递函数。

作为本发明的优选实施例之一，所述阻抗变换网络在负载和所述阻抗变换网络的节点间包括偶数个阻抗变换器。在此，通过在负载和所述阻抗变换网络的节点间的阻抗变换网络中级联偶数个阻抗变换器，以改进该阻抗变换网络的色散特性，进一步地，提高该功率放大器的工作频宽。

作为本发明的优选实施例之一，所述载波放大器所在的功率放大路径上包括至少一个阻抗变换器。阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态，它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。当电路实现阻抗匹配时，将获得最大的功率传输。反之，当电路阻抗失配时，不但得不到最大的功率传输，还可能对电路产生损害。在此，通过在该载波放大器所在的功率放大路径上增加至少一个阻抗变换器，实现该功率放大电路的阻抗匹配。该载波放大器所在的功率放大路径上的载波放大器、移相器和阻抗变换器依信号传输方向的排布顺序为移相器、载波放大器和阻抗变换器。

作为本发明的优选实施例之一，所述阻抗变换器包括四分之一波长阻抗变换器。该四分之一波长阻抗变换器通常由一段长度为λ/4的传输线构成。优选地，对于单一频率或窄频带的阻抗匹配而言，可使用单节λ/4阻抗变换器提供的带宽；对宽带内的阻抗匹配而言，可采用双节、三节或多节λ/4阻抗变换器。

作为本发明的优选实施例之一，所述峰值放大器所在的功率放大路径上包括至少一个相位补偿器。该峰值放大器所在的功率放大路径上的峰值放大器、移相器和相位补偿器依信号传输方向的排布顺序为相位补偿器、移相器和峰值放大器。该相位补偿器用于补偿该峰值放大器所在功率放大路径的相位延迟(phasedelay)，使得该功率放大器的输出功率满足饱和功率，如饱和功率为100W(50dBm)。

图3示出根据本发明一个优选实施例的新型道尔蒂功率放大器的结构示意图。

该功率放大器包括驱动器、两条功率放大路径和阻抗变换网络。其中，每条功率放大路径上包括一个移相器；其中一条包括载波放大器，另一条包括峰值放大器；所述放大器以及所述移相器依信号传输方向的排布顺序为移相器、放大器。其中，所述阻抗变换网络在负载和所述阻抗变换网络的节点间包括两个阻抗变换器。其中，所述载波放大器所在的功率放大路径上包括至少一个阻抗变换器；所述峰值放大器所在的功率放大路径上包括至少一个相位补偿器。其中，所述阻抗变换器包括四分之一波长阻抗变换器。

该优选实施例通过在该功率放大器的阻抗变换网络中增加一个波长为λ/4的阻抗，以改进该阻抗变换网络的色散特性，进一步地，提高该功率放大器的工作频宽。

以下给出实验数据来验证该优选实施例中功率放大器的性能的提高：

假设晶体管的功率容量为50W(47dBm)，工作频率是1800MHz～2200MHz，在AB类工作状态下，在功率回退(PAR)为6dB时，典型的效率是32％。通常，在窄带工作频率下(1850MHz～1950MHz)，经典的道尔蒂功率放大器(CDPA)的性能为功率容量是100W(50dBm)，在功率回退(PAR)为6dB时，典型的效率是43.7％。在宽带工作频率下(1800MHz～2200MHz)，直接采用这种CDPA将导致在满足同样的功率容量的情况下，性能较差，效率的波动范围从43.7％至29％。

然而，该优选实施例中，在窄带工作频率下，在满足100W(50dBm)饱和功率的情况下，与CDPA相比，效率降低了大概1％，为42.6％。但在宽带工作频率的情况下，在同样的功率容量下，效率的波动范围从42.6％到36.6％。因此，从实验结果可以看出，在宽频(1800MHz～2200MHz)情况下，该优选实施例中的功率放大器与CDPA相比，具有更平滑的效率性能，性能改进了近8％。

本发明还包括一种终端设备，该终端设备包括前述的功率放大器。该功率放大器包括驱动器、两条功率放大路径和阻抗变换网络。其中，每条功率放大路径上包括至少一个移相器；其中一条包括载波放大器，另一条包括峰值放大器；所述放大器以及所述移相器依信号传输方向的排布顺序为移相器、放大器。其中，所述阻抗变换网络在负载和所述阻抗变换网络的节点间包括偶数个阻抗变换器。其中，所述载波放大器所在的功率放大路径上包括至少一个阻抗变换器；所述峰值放大器所在的功率放大路径上包括至少一个相位补偿器。其中，所述阻抗变换器包括四分之一波长阻抗变换器。

该终端设备的输入信号经过该终端设备所包括的放大器放大之后输出，实现了对信号功率的放大。该终端设备在窄带工作频率和宽带工作频率下，都具有较高的性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (8)

1.一种新型道尔蒂功率放大器，其中，该功率放大器包括：

-驱动器；

-两条功率放大路径，其中，每条功率放大路径上包括至少一个放大器；

-阻抗变换网络，其中，所述阻抗变换网络在负载和所述阻抗变换网络的节点间包括偶数个阻抗变换器。

2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述两条功率放大路径中的每条功率放大路径上均包括至少一个移相器。

3.根据权利要求1或2所述的功率放大器，其中，当一条功率放大路径上包括所述放大器以及所述移相器时，所述放大器以及所述移相器依信号传输方向的排布顺序为移相器、放大器。

4.根据权利要求1或2所述的功率放大器，其中，所述两条功率放大路径中的其中一条包括载波放大器，另一条包括峰值放大器。

5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述载波放大器所在的功率放大路径上包括至少一个阻抗变换器。

6.根据权利要求5所述的功率放大器，其中，所述阻抗变换器包括四分之一波长阻抗变换器。

7.根据权利要求4所述的功率放大器，其中，所述峰值放大器所在的功率放大路径上包括至少一个相位补偿器。

8.一种终端设备，包括如权利要求1至7中任一项所述的功率放大器。