CN106788484A - 一种功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率放大器，该功率放大器包括：发射电路及接收电路，发射电路包括依次连接的射频输入连接器、第一级放大器、预失真电路、第二级放大器、第三级放大器、第四级放大器、耦合器、环行器及射频输出连接器，预失真电路包括模拟预失真芯片，用于对通信数据进行模拟预失真处理，第四级放大器采用Doherty放大器，使用四分之一波长合成线输出至耦合器，用于对通信信号的功率进行放大。本发明采用模拟预失真芯片满足了邻信道抑制的要求，第四级放大器采用了Doherty的电路结构，满足效率的要求，满足了系统小型化的要求，这样就可以解决现有功率放大器体积较大和效率较低的问题。

Description

一种功率放大器
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种功率放大器。
背景技术
目前，一些通讯设备，如4G小型基站的功率放大器，由于邻信道抑制虽然不如公网要求高，但仅仅通过回退很难满足要求，而且功耗要做到很小，另外若采用回退技术，产品的体积也比较庞大，不适合现在的小型化要求。
发明内容
本发明提供了一种功率放大器，以解决现有功率放大器体积较大和效率较低的问题。
本发明提供了一种功率放大器，包括：发射电路及接收电路，发射电路包括依次连接的射频输入连接器、第一级放大器、预失真电路、第二级放大器、第三级放大器、第四级放大器、耦合器、环行器及射频输出连接器，预失真电路包括模拟预失真芯片，用于对通信数据进行模拟预失真处理，第四级放大器采用Doherty放大器，使用四分之一波长合成线输出至耦合器，用于对通信信号的功率进行放大。
进一步的，还包括第一微带线，第一微带线设置在射频输入连接器与第一级放大器之间。
进一步的，第一微带线为50欧姆微带线。
进一步的，还包括第二微带线，第二微带线设置在环行器与射频输出连接器之间。
进一步的，第二微带线为50欧姆微带线。
进一步的，接收电路包括依次连接的接收输出连接器、低噪声放大器及大功率开关，大功率开关连接环行器。
进一步的，还包括功分器，功分器设置在第三级放大器与第四级放大器之间，用于将第三级放大器的输出分为至少两个输出，并分别输入至Doherty放大器的输入端。
进一步的，Doherty放大器包括主放大器及至少一个辅助放大器、输入网络及输出网络，输入网络用于将Doherty放大器输入与主放大器的输入和至少一个辅助放大器的输入相连接、输出网络用于将主放大器的输出和至少一个辅助放大器的输出连接到Doherty放大器输出，输出网络包括至少一个在主放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第一串联移相元件、以及至少一个在辅助放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第二串联移相元件，辅助放大器和漏极放大器包括功率晶体管，其中向晶体管施加不同漏极偏置。
进一步的，模拟预失真芯片包括一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻；电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接；一路通过匹配电路接地，另一路依次通过匹配电路、隔直电容、及至少一个偏置电阻连接到控制电压；两个隔直电容两端分别通过至少一个二极管接地，二极管相对的两个隔直电容对称分布。
进一步的，还包括衰减器，衰减器设置在耦合器及模拟预失真芯片之间，用于对来自耦合器的信号进行衰减处理后，传输至模拟预失真芯片。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种新的功率放大器，其采用模拟预失真芯片满足了邻信道抑制的要求，并且有一定的富余量，而且提高功放线性度，临道抑制比(ACPR)指标很好，第四级放大器采用了Doherty的电路结构，满足效率的要求，使功率放大器效率高30％以上，即本发明采用模拟预失真芯片与Doherty电路结构相结合，满足了系统小型化的要求，这样就可以解决现有功率放大器体积较大和效率较低的问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的功率放大器的结构示意图；
图2为本发明第二实施例提供的功率放大器的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的模拟预失真芯片的电路连接图；
图4为本发明第二实施例提供的Doherty放大器的电路连接图。
具体实施方式
现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做输出进一步的诠释说明。
第一实施例：
图1为本发明第一实施例提供的功率放大器的结构示意图，由图1可知，在本实施例中，本发明提供的功率放大器包括：发射电路及接收电路，发射电路包括依次连接的射频输入连接器11、第一级放大器12、预失真电路13、第二级放大器14、第三级放大器15、第四级放大器16、耦合器17、环行器18及射频输出连接器19，预失真电路包括模拟预失真芯片，用于对通信数据进行模拟预失真处理，第四级放大器采用Doherty放大器，使用四分之一波长合成线输出至耦合器，用于对通信信号的功率进行放大。
在一些实施例中，上述实施例还包括第一微带线，第一微带线设置在射频输入连接器与第一级放大器之间。
在一些实施例中，上述实施例中的第一微带线为50欧姆微带线。
在一些实施例中，上述实施例还包括第二微带线，第二微带线设置在环行器与射频输出连接器之间。
在一些实施例中，上述实施例中的第二微带线为50欧姆微带线。
在一些实施例中，上述实施例中的接收电路包括依次连接的接收输出连接器、低噪声放大器及大功率开关，大功率开关连接环行器。
在一些实施例中，上述实施例还包括功分器，功分器设置在第三级放大器与第四级放大器之间，用于将第三级放大器的输出分为至少两个输出，并分别输入至Doherty放大器的输入端。
在一些实施例中，如图4所示，上述实施例中的Doherty放大器包括主放大器及至少一个辅助放大器、输入网络及输出网络，输入网络用于将Doherty放大器输入与主放大器的输入和至少一个辅助放大器的输入相连接、输出网络用于将主放大器的输出和至少一个辅助放大器的输出连接到Doherty放大器输出，输出网络包括至少一个在主放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第一串联移相元件、以及至少一个在辅助放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第二串联移相元件，辅助放大器和漏极放大器包括功率晶体管，其中向晶体管施加不同漏极偏置。在实际应用中，辅助放大器可以是峰值放大器。
在一些实施例中，如图3所示，上述实施例中的模拟预失真芯片包括一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻；电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接；一路通过匹配电路接地，另一路依次通过匹配电路、隔直电容、及至少一个偏置电阻连接到控制电压；两个隔直电容两端分别通过至少一个二极管接地，二极管相对的两个隔直电容对称分布。
在一些实施例中，上述实施例还包括衰减器，衰减器设置在耦合器及模拟预失真芯片之间，用于对来自耦合器的信号进行衰减处理后，传输至模拟预失真芯片。
在一些实施例中，本发明还提供了一种设备，如基站等，其包括并使用本发明提供的功率放大器。
现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。
第二实施例：
4G小型基站的功率放大器，由于邻信道抑制虽然不如公网要求高，但仅仅通过回退很难满足要求，而且功耗要做到很小，另外若采用回退技术，产品的体积也比较庞大，不适合现在的小型化要求，因此对于功率放大器来说，采取适当的线性化技术，选取合适的各级放大管，将是一个具有挑战性的问题。但如果采用数字预失真会使整个系统变得复杂，成本也高，因此选择的功率放大器既要做到满足邻信道抑制的设计要求，又要做到低功耗的要求以及体积小型化的要求，选择合适的各级管子，采用合适的线性化技术，并且做好二者之间的有效配合将是一个艰难的设计开发工作过程。
本实施例提供一种功率放大器，尤其是一种用于4G TD-LTE基站系统中的功率放大器。如图2所示：发射部分包括：输入端采用通用的射频连接器，再通过微带线与第一级放大器连接，再与模拟预失真芯片连接，再与第二级放大器和第三级放大器连接后，然后与功分器相连接，与第四级放大器相连接，再与Doherty四分之一波长合成线相连接，与一个耦合器连接后，再与大功率环行器连接，与微带线连接，最后通过射频连接器接头输出；接收部分包括：输入端从发射部分射频输出连接器，通过大功率环行器用微带线与大功率开关相连接，再与低噪声放大器相连接，再与带通滤波器相连接，最后由射频连接器输出。
本实施例满足了4G TD-LTE的小型基站的技术条件要求，整个模块效率高达30％以上。它除了能够满足邻信道抑制比和功耗小的设计要求，其他技术指标也很好，同时体积小，易于整机设计。
具体的，本实施例的方案是：输入端通过50欧姆微带线与第一级放大器G1连接，再与模拟预失真芯片连接，再与第二级放大器G2连接，再第三级放大器G3连接，然后与功分器连接，与第四级放大器G4相连接，再与Doherty的四分之一波长合成线相连接，与一个耦合器连接后，再与大功率环行器连接，与50欧姆微带线连接，最后通过输出接头输出。
通过采用模拟预失真芯片满足了邻信道抑制的要求并且有一定的富余量，而且提高功放线性度，临道抑制比(ACPR)指标很好，ACPR值为：-50dBcc@±20MHz，-55dBc@±40MHz。第四级放大器G4采用了doherty的电路结构，满足效率的要求，使功率放大器效率高30％以上。采用模拟预失真芯片与doherty电路结构相结合，满足了系统小型化的要求。
在实际应用中，G1，G2，G3，G4的选择需要根据不同的功率、增益以及所需工作频率进行配置。通过此实施方式功率放大器在满足技术指标要求的前提下，频率范围可以做到225MHz～3800MHz。功率范围最大可以做到50W。
具体的，如图3所示，本发明提供的模拟预失真芯片包括：一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻。本实施例中的匹配电路采用微带线，也可以采用电阻匹配，电桥为3dB定向藕合电桥，二极管采用肖特基二极管。
3dB定向祸合电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接两条支路:一路通过匹配电路1(匹配电路2)接地，另一路依次通过匹配电路3(匹配电路4),隔直电容C1(隔直电容C2)、及偏置电阻R1(偏置电阻R2)连接到控制电压VCCo
另外隔直电容Cl,C2两端均通过至少一个二极管与地连接。二极管相对隔直电容C1.C2的分布应该是对称的。
如图3中所示，隔直电容C1的近电桥端连接二极管Dl,D3的正极，远电桥端连接二极管D2.D4的正极，且二极管Dl,D2,D3.D4的负极均接地。与此对称，隔直电容C2通过二极管D5,D6,D7.D8与地连接。
二极管的伏安特性曲线是一条类似于指数增长的曲线，随着输入电压的增大，输出电流会成指数上升，达到一定的值后，就进入饱和状态。模拟预失真器电路中，电源VCC提供二极管偏置电压，两个电阻R1,R2是偏置电阻，两个电容C1,C2起到隔直的作用。输入射频信号经过二极管后呈现了二极管的非线性特性，再输入到功率放大器，对放大器进行反失真，以达到线性化的目的。二极管可以等效地看作是电阻R与电容C并联。随着射频输入信号的加入，由于二极管具有检波特性，会产生检波电流，等效电阻将随着射频信号的增大而增大，Vd的值会随着检波电流的增大而减小，也就是随着射频输入信号的增大而减小。交流电阻R的值与Vd是成反比的。R增大会给预失真发生器带来幅度上的增益和相位上的提前。VCC是给二极管提供偏置电压的电压源，通过以上的理论分析可知，我们可以利用二极管的检波效应和VCC来改变R值的大小以改变射频输入信号的幅度和相位。
具体模拟预失真的方法如下:首先射频输入信号由输入端口进入电桥；根据射频输入信号自动调节模拟预失真电路的工作状态，利用功率放大器在不同射频信号下的线性状态，本发明的模拟预失真电路可以具有不同的工作状态来适应功率放大器。
当功率放大器在输入的射频信号为小信号时，其线性很好，几乎没有什么失真，此时模拟预失真电路可以在输入的射频信号为小信号时，处于线形工作状态，并经过判断不需要进行预失真处理，结束处理，输出射频输出信号。
当功率放大器在输入的射频信号为大信号时，会产生失真，此时模拟预失真电路可以在输入的射频信号为大信号时，处于非线性工作状态。
再通过调节控制电压vcC和匹配电路，调整模拟预失真电路的射频输出信号的幅度和相位，使幅度和相位都产生预失真，从而在输出的射频输出信号中预先产生一个与功率放大器输出非线性失真分量幅度相等、相位相反的预失真分量，以补偿功率放大器部分所产生的非线性失真。
预失真电路的输出功率电平可以随功率放大器的输出功率电平而调整，通过改善功率放大器的非线性可以提高功率放大器的性能指标，典型值是双音信号可以改善IM315-20dB,WCDMA信号可以改善ACPR 5---lOdB0电压偏置电路利用二极管的高低温特性及负温度系数电阻的补偿特性可以对温度进行补偿，使此预失真电路能够在40-80℃的环境温度范围内保证整机功率放大器的指标基本不变。
如图4所示，本发明提供的Doherty放大器包括：对称的主放大器和辅助放大器(即，相同功率)，但是向主级和峰化级的功率晶体管施加不同的漏极电压。阻抗变换器(输出网络)包括:至少一个第一串联移相元件，在主放大器的输出和Doherty放大器输出之间；以及至少一个第二串联移相元件，在辅助放大器的输出和Doherty放大器输出之间。这提供了一种宽带组合器。这种宽带组合器和不同漏极驱动电平的组合提供了一种提高的效率和带宽的组合。
综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果：
本发明提供了一种新的功率放大器，其采用模拟预失真芯片满足了邻信道抑制的要求，并且有一定的富余量，而且提高功放线性度，临道抑制比(ACPR)指标很好，第四级放大器采用了Doherty的电路结构，满足效率的要求，使功率放大器效率高30％以上，即本发明采用模拟预失真芯片与Doherty电路结构相结合，满足了系统小型化的要求，这样就可以解决现有功率放大器体积较大的问题。
以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括：发射电路及接收电路，所述发射电路包括依次连接的射频输入连接器、第一级放大器、预失真电路、第二级放大器、第三级放大器、第四级放大器、耦合器、环行器及射频输出连接器，所述预失真电路包括模拟预失真芯片，用于对通信数据进行模拟预失真处理，所述第四级放大器采用Doherty放大器，使用四分之一波长合成线输出至所述耦合器，用于对所述通信信号的功率进行放大。
2.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括第一微带线，所述第一微带线设置在所述射频输入连接器与所述第一级放大器之间。
3.如权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一微带线为50欧姆微带线。
4.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括第二微带线，所述第二微带线设置在所述环行器与所述射频输出连接器之间。
5.如权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述第二微带线为50欧姆微带线。
6.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述接收电路包括依次连接的接收输出连接器、低噪声放大器及大功率开关，所述大功率开关连接所述环行器。
7.如权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，还包括功分器，所述功分器设置在所述第三级放大器与第四级放大器之间，用于将所述第三级放大器的输出分为至少两个输出，并分别输入至所述Doherty放大器的输入端。
8.如权利要求7所述的功率放大器，其特征在于，所述Doherty放大器包括主放大器及至少一个辅助放大器、输入网络及输出网络，所述输入网络用于将Doherty放大器输入与主放大器的输入和至少一个辅助放大器的输入相连接、所述输出网络用于将主放大器的输出和至少一个辅助放大器的输出连接到Doherty放大器输出，所述输出网络包括至少一个在主放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第一串联移相元件、以及至少一个在辅助放大器的输出和Doherty放大器输出之间的第二串联移相元件，所述辅助放大器和漏极放大器包括功率晶体管，其中向所述晶体管施加不同漏极偏置。
9.如权利要求1至8任一项所述的功率放大器，其特征在于，所述模拟预失真芯片包括一个电桥，多个二极管、多个匹配电路、一个控制电压、两个隔直电容、及多个偏置电阻；所述电桥一端为射频输入信号输入接口，一端为射频输出信号输出端口，另外两端口电路对称连接；一路通过所述匹配电路接地，另一路依次通过所述匹配电路、所述隔直电容、及至少一个所述偏置电阻连接到所述控制电压；所述两个隔直电容两端分别通过至少一个所述二极管接地，所述二极管相对所述的两个隔直电容对称分布。
10.如权利要求9所述的功率放大器，其特征在于，还包括衰减器，所述衰减器设置在所述耦合器及所述模拟预失真芯片之间，用于对来自所述耦合器的信号进行衰减处理后，传输至所述模拟预失真芯片。
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