CN103457540B

CN103457540B - 一种Doherty结构的微波功率放大器

Info

Publication number: CN103457540B
Application number: CN201310400859.7A
Authority: CN
Inventors: 龚利鸣; 詹劲松; 董士伟; 王晓龙; 管栋栋
Original assignee: Xidian University; Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xidian University; Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN103457540A

Abstract

发明涉及一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：至少包括：功率分配器、载波放大支路和峰值放大支路，其中，载波放大支路由载波放大支路输入补偿线、载波放大支路输入匹配网络、载波放大器、载波放大支路输出匹配网络和载波放大支路补偿线依次串联连接组成；峰值放大支路由峰值放大支路输入补偿线、峰值放大支路输入匹配网络、峰值放大器、峰值放大支路输出匹配网络和峰值放大支路输出补偿线依次串联连接组成，载波放大支路输出补偿线的信号输出端与峰值放大支路输出补偿线信号输出端与B端电连接。本发明在性能相当的前提下，减小Doherty功放的尺寸，降低生产成本。

Description

一种Doherty结构的微波功率放大器

技术领域

本发明涉及微波功率放大器，尤其涉及一种Doherty结构的微波功率放大器。

技术背景

由于Doherty微波功率放大器在效率、成本和批量生产能力方面的优势，Doherty功率放大器的应用越来越广泛。因此，在该功放当前技术的基础上进一步减小功放尺寸就显得十分重要。

Doherty技术的核心思想是通过有源负载牵引，随输入功率的大小自动调整载波放大器的负载阻抗，使载波放大器在较大功率输入范围内接近临界状态，从而提高整个放大器的效率。

传统的Doherty功放电路结构如图1所示。功率分配器101与A点之间存在两条支路，载波放大器106所在的支路称为载波放大支路；峰值放大器107所在的支路称为峰值放大支路。功率分配器101的作用是将输入能量等分或不等分地分配给载波放大支路和峰值放大支路。补偿线102和补偿线103的作用是调节相位差，使载波放大支路和峰值放大支路的输出电流在A点同相。输入匹配网络104和输入匹配网络105的作用是调整载波放大器106和峰值放大器107的源阻抗。阻抗变换线112和阻抗变换线113共同构成了阻抗变换网络，其作用是使阻抗Z12随输入功率做出一定的变化，具体变化规律见下文。输出匹配网络108和补偿线110的作用是将阻抗Z12变换到阻抗Z11，使阻抗Z11根据载波放大器106的特性，随输入功率的变化做出相应的变化，从而保证载波放大器106在较大的输入功率范围内保持较高的效率。补偿线111和输出匹配网络109的作用是使峰值放大器107工作在合适的状态，并使阻抗Z13尽可能大，以减小峰值放大支路对载波放大支路的影响。

在图1所示的传统结构中，当输入功率较小时，峰值放大器107不开启，此时阻抗Z12由阻抗变换线112和阻抗变换线113共同决定（最常见的是100欧姆）。当输入功率增大到一定程度，峰值放大器107开启，阻抗Z12随输入功率的增大而逐渐减小，直到输入功率达到最大。其所能达到的最小值由阻抗变换线112、阻抗变换线113和两个支路在输入功率最大时的输出电流共同决定。阻抗Z12经过输出匹配网络108和补偿线110的作用后转化为阻抗Z11。通过对输出匹配网络108和补偿线110的合理设计，可以使阻抗Z11随输入功率的变化发生适合载波放大器106的变化，使载波放大器106在较大功率输入范围内接近临界状态，从而提高整个Doherty功率放大器的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Doherty结构的微波功率放大器，以便在性能相当的前提下，减小Doherty功放的尺寸，降低生产成本。

本发明的目的是这样实现的，一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：至少包括：功率分配器、载波放大支路和峰值放大支路，其中，载波放大支路由载波放大支路输入补偿线、载波放大支路输入匹配网络、载波放大器、载波放大支路输出匹配网络和载波放大支路补偿线依次串联连接组成；峰值放大支路由峰值放大支路输入补偿线、峰值放大支路输入匹配网络、峰值放大器、峰值放大支路输出匹配网络和峰值放大支路输出补偿线依次串联连接组成，载波放大支路输出补偿线的信号输出端与峰值放大支路输出补偿线信号输出端与B端电连接。

所述的功率分配器用于将输入能量等分或不等分地分配给载波放大支路和峰值放大支路。

所述的载波放大支路输入补偿线和峰值放大支路输入补偿线分别用于调节各自支路信号相位差，使载波放大支路和峰值放大支路的输出电流在B点同相。

所述的载波放大支路输入匹配网络和峰值放大支路输入匹配网络用于调整载波放大器和峰值放大器的源阻抗。

所述的输出匹配网络和载波放大支路补偿线的用于将载波放大支路输出阻抗Z22的值变换到载波放大器的输出阻抗值Z21，使载波放大器的输出阻抗值Z21随输入功率的变化做出相应的变化；峰值放大支路输出补偿线和峰值放大支路输出匹配网络用于使峰值放大器工作在非饱和状态。

所述的功率分配器输入功率小于某一设定值时，峰值放大器不开启，此时载波放大支路输出阻抗Z22等于负载阻抗，50欧姆；所述设定值由功率分配器功分比和峰值放大器的工作状态共同决定；当输入功率增大到此设定值时，峰值放大器开启，载波放大支路输出阻抗Z22随输入功率的增大而逐渐增大，直到输入功率达到最大。

所述的载波放大器和峰值放大器采用MRF8P23080H场效应管，功率分配器采用Wilkinson功率分配器，Doherty功率放大器工作的中心频率为2.35GHz。

本发明的优点是：与传统Doherty功放电路相比，本发明提供的Doherty功放电路舍弃了两段阻抗变换线，在性能相当的前提下，减小Doherty功放的尺寸，降低生产成本。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1是传统Doherty功放电路；

图2是本发明实施例Doherty功放电路的原理图。

图中，101、201、功率分配器；102、103、110、111、补偿线；104、105、输入匹配网络；106、206、载波放大器；107、207、峰值放大器；108、109、输出匹配网络；112、113、阻抗变换线；202、载波放大支路输入补偿线；203、峰值放大支路输入补偿线；204、载波放大支路输入匹配网络；205、峰值放大支路输入匹配网络；208、载波放大支路输出匹配网络；209、峰值放大支路输出匹配网络；210、载波放大支路补偿线；211、峰值放大支路输出补偿线。

具体实施方式

如图2所示，一种Doherty结构的微波功率放大器，至少包括：功率分配器201、载波放大支路和峰值放大支路，其中，载波放大支路由载波放大支路输入补偿线202、载波放大支路输入匹配网络204、载波放大器206、载波放大支路输出匹配网络208和载波放大支路补偿线210依次串联连接组成；峰值放大支路由峰值放大支路输入补偿线203、峰值放大支路输入匹配网络205、峰值放大器207、峰值放大支路输出匹配网络209和峰值放大支路输出补偿线211依次串联连接组成，载波放大支路输出补偿线210的信号输出端与峰值放大支路输出补偿线211信号输出端与B端电连接。

在图2所示的原理框图中，功率分配器201用于将输入能量等分或不等分地分配给载波放大支路和峰值放大支路。

载波放大支路输入补偿线202和峰值放大支路输入补偿线203分别用于调节各自支路信号相位差，使载波放大支路和峰值放大支路的输出电流在B点同相。

载波放大支路输入匹配网络204和峰值放大支路输入匹配网络205用于调整载波放大器206和峰值放大器207的源阻抗。

本发明中载波放大支路输出阻抗Z22的值仍然会随输入功率的变化而变化。输出匹配网络208和载波放大支路补偿线210的用于将载波放大支路输出阻抗Z22的值变换到载波放大器206的输出阻抗值Z21，使载波放大器206的输出阻抗值Z21随输入功率的变化做出相应的变化，保证载波放大器206在峰值放大器207开启后保持较高的效率；峰值放大支路输出补偿线211和峰值放大支路输出匹配网络209用于使峰值放大器207工作在非饱和状态，并提高峰值放大支路输入阻抗Z23值，减小峰值放大支路对载波放大支路的影响。

在图2所示的Doherty电路中，当功率分配器201输入功率小于某一设定值时，峰值放大器207不开启，此时载波放大支路输出阻抗Z22等于负载阻抗，50欧姆。所述设定值由功率分配器201的功分比和峰值放大器207的工作状态共同决定。当输入功率增大到此设定值时，峰值放大器207开启，载波放大支路输出阻抗Z22随输入功率的增大而逐渐增大，直到输入功率达到最大，其所能达到的最大值由载波放大支路和峰值放大支路在输入功率最大时的输出电流共同决定。与传统结构相比，载波放大支路输出阻抗Z22的初值一般不等于传统结构（图1中）的阻抗Z12的初值，且载波放大支路输出阻抗Z22的变化趋势和图1中的阻抗Z12相反。但必须指出，载波放大支路输出阻抗Z22的值对阻抗Z21的值并没有决定性影响，通过对载波放大支路输出匹配网络208和载波放大支路补偿线210的调整设计，仍可以使载波放大器206的输出阻抗值Z21随输入功率的变化发生适合载波放大器206的变化，使载波放大器206在较大功率输入范围内接近临界状态，从而提高整个功率放大器的效率。

载波放大器206和峰值放大器207采用MRF8P23080H场效应管，功率分配器采用Wilkinson功率分配器，Doherty功率放大器工作的中心频率为2.35GHz。

具体的调试步骤如下：

1、在B点处断开峰值放大支路到负载的连接，保留载波放大支路同负载的连接。调节输出匹配网络208，使载波放大器206工作在合适的状态，一般是增益较大，-1dB压缩点较小的状态。

2、在B点处断开载波放大支路到负载的连接，保留峰值放大支路同负载的连接。调节峰值放大支路输出匹配网络209，使峰值放大器207工作在合适的状态，一般是-1dB压缩点较大的状态。

3、调节峰值放大支路输出补偿线211的长度，使阻抗Z21尽量大。

4、调节载波放大支路输入补偿线202和峰值放大支路输入补偿线203的长度，使载波放大支路和峰值放大支路的输出电流在B点同相。

5、将载波放大支路和峰值放大支路都连接到负载，调节载波放大支路补偿线210的长度，使整个Doherty功放工作在最佳状态。

经过上述调试，本发明所提供的Doherty电路可以获得与传统Doherty电路相当的性能，从而减小了Doherty电路的尺寸，节约了成本。

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调试步骤；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（比如功分器和放大器的选择）。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

本实施例没有详细叙述的部分和英文缩写属本行业的公知常识，这里不一一叙述。

Claims

1.一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：包括：功率分配器（201）、载波放大支路和峰值放大支路，其中，载波放大支路由载波放大支路输入补偿线（202）、载波放大支路输入匹配网络（204）、载波放大器（206）、载波放大支路输出匹配网络(208)和载波放大支路补偿线(210)依次串联连接组成；峰值放大支路由峰值放大支路输入补偿线(203)、峰值放大支路输入匹配网络(205)、峰值放大器(207)、峰值放大支路输出匹配网络(209)和峰值放大支路输出补偿线(211)依次串联连接组成，载波放大支路输出补偿线(210)的信号输出端与峰值放大支路输出补偿线(211)信号输出端与B端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的功率分配器（201）用于将输入能量等分或不等分地分配给载波放大支路和峰值放大支路。

3.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的载波放大支路输入补偿线（202）和峰值放大支路输入补偿线（203）分别用于调节各自支路信号相位差，使载波放大支路和峰值放大支路的输出电流在B点同相。

4.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的载波放大支路输入匹配网络(204)和峰值放大支路输入匹配网络(205)用于调整载波放大器(206)和峰值放大器(207)的源阻抗。

5.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的载波放大支路输出匹配网络（208）和载波放大支路补偿线（210）的用于将载波放大支路输出阻抗Z22的值变换到载波放大器（206）的输出阻抗值Z21，使载波放大器（206）的输出阻抗值Z21随输入功率的变化做出相应的变化；峰值放大支路输出补偿线（211）和峰值放大支路输出匹配网络（209）用于使峰值放大器（207）工作在非饱和状态。

6.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的功率分配器（201）输入功率小于某一设定值时，峰值放大器（207）不开启，此时载波放大支路输出阻抗Z22等于负载阻抗，50欧姆；所述设定值由功率分配器（201）功分比和峰值放大器（207）的工作状态共同决定；当输入功率增大到此设定值时，峰值放大器（207）开启，载波放大支路输出阻抗Z22随输入功率的增大而逐渐增大，直到输入功率达到最大。

7.根据权利要求1所述的一种Doherty结构的微波功率放大器，其特征是：所述的载波放大器（206）和峰值放大器（207）采用MRF8P23080H场效应管，功率分配器采用Wilkinson功率分配器，Doherty功率放大器工作的中心频率为2.35GHz。