CN107493081B - 使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器，包括宽带型复合左/右手传输线，所述宽带型复合左/右手传输线包括四分之一波长传输线TL3、四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1；其中主功率放大器的输出端通过四分之一波长传输线TL3与辅助功率放大器的输出端连接，主功率放大器的输出端依次通过四分之一波长传输线TL4、电容C1、电容C2、四分之一波长传输线TL5与辅助功率放大器的输出端连接；电容C3、电感L1的一端与电容C1、电容C2连接，电容C3、电感L1的另一端接地。

Description

使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放 大器
技术领域
本发明涉及通信系统技术领域，更具体地，涉及一种使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器。
背景技术
随着移动通信技术的快速发展，特别是5G通信系统的建设，对系统的数据传输速率要求越来越高。原来2G通信系统的传输速率为32Kbps，4G通信系统的最高传输速率为100Mbps，而即将投入使用的5G通信系统将会有更高的传输速率，将达到Gbps级别的速率，因此其信号带宽也增加到了100MHz。再者，不同的运营商使用的带宽制式和传输协议也不尽相同。所以现代通信系统的设备需要具有更高的带宽。传统的射频功率放大器的带宽通常受到限制，在带宽外工作效率降低较快。
通信系统中的功率放大器是主要的耗能器件，其能耗可以达到整个系统的30%以上，且通信系统要求工作在线性区，所以一般通信系统的功率放大器需要工作在功率回退到线性区的地方，这就要求功率放大器在高回退功率处需要有较高的效率以降低功率放大器的能耗。
介于以上原因，研究适用于宽带调制信号的高效率宽带功率放大器对未来的通信系统具有重要的意义。
发明内容
本发明为解决以上现有技术提供的Doherty功率放大器存在的放大效率不高、带宽窄的技术缺陷，提供了一种使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、四分之一波长传输线TL1、四分之一波长传输线TL2；其中功分器的输出端与主功率放大器的输入端、四分之一波长传输线TL1的一端连接，四分之一波长传输线TL1的另一端与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与四分之一波长传输线TL2 一端连接，所述Doherty功率放大器还包括有宽带型复合左/右手传输线，所述宽带型复合左/右手传输线包括四分之一波长传输线TL3、四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1；其中主功率放大器的输出端通过四分之一波长传输线TL3与辅助功率放大器的输出端连接，主功率放大器的输出端依次通过四分之一波长传输线TL4、电容C1、电容C2、四分之一波长传输线TL5与辅助功率放大器的输出端连接；电容C3、电感L1的一端与电容C1、电容C2连接，电容C3、电感L1的另一端接地。
上述方案中，功分器按设计需求将输入功率分配到主功率放大器和辅助功率放大器。在低功率输入情况下，辅助功率放大器处于关闭状态，且输出阻抗大于3Z0（此专利中表现为大于150Ω），主路功率放大器处于开启状态，且输出阻抗为100Ω，主功率放大器将输入功率放大，并通过四分之一波长传输线TL2输出到负载，四分之一波长传输线TL2起到阻抗变换的作用，称之为阻抗变换器，此时在输出功率回退6dB处的效率曲线向上凸起；在中等功率输入情况下，辅助功率放大器开启，主功率放大器和辅助功率放大器输出阻抗逐渐下降，主功率放大器处于饱和工作状态，此时两路功率放大器同时工作，将输入信号放大，并通过阻抗变换器将两路功率功率放大器的输出功率合路之后输出到负载；在高功率输入情况下，主功率放大器和辅助功率放大器均处于饱和工作状态，此时两路输出阻抗均下降至50Ω，两路功率放大器将信号放大，并通过阻抗变换器将两路功率放大器的输出功率合路并输出到负载，此时效率达到最大。
上述方案中，宽带型复合左/右手传输线包括有两路，其中一路为四分之一波长传输线TL3，另一路由四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1构成。其中包括有四分之一波长传输线TL3的一路提供正的相位色散特性，其相位滞后；而另一路提供正的相位色散特性，其相位超前。正的相位色散特性会影响带宽，宽带型复合左/右手传输线的两路并联电路的合路输出相位差在所需频点的斜率改变量减小，从而提升带宽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明在900MHz带宽内具有良好的饱和输出功率的漏极效率。
2）本发明的饱和输出功率的漏极效率在高频处与传统结构的效率相似，而低频处效率则有明显提升，从而展宽功率放大器的工作带宽。
3）本发明电路结构简单，方便设计与实现。
附图说明
图1为本发明提供的Doherty功率放大器的结构示意图。
图2为宽带型复合左/右手传输线的结构示意图。
图3为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的输入回拨损耗对比图。
图4为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的正向传输系数对比图。
图5为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的饱和输出功率的漏级效率对比图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2所示，使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、四分之一波长传输线TL1、四分之一波长传输线TL2；其中功分器的输出端与主功率放大器的输入端、四分之一波长传输线TL1的一端连接，主功率放大器的输出端通过宽带型复合左/右手传输线与四分之一波长传输线TL2的一端连接，四分之一波长传输线TL1的另一端与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与四分之一波长传输线TL2 一端连接，四分之一波长传输线TL2的另一端接负载。
在具体的实施过程中，所述宽带型复合左/右手传输线包括四分之一波长传输线TL3、四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1；其中主功率放大器的输出端通过四分之一波长传输线TL3与辅助功率放大器的输出端连接，主功率放大器的输出端依次通过四分之一波长传输线TL4、电容C1、电容C2、四分之一波长传输线TL5与辅助功率放大器的输出端连接；电容C3、电感L1的一端与电容C1、电容C2连接，电容C3、电感L1的另一端接地。
上述方案中，宽带型复合左/右手传输线包括有两路，其中一路为四分之一波长传输线TL3，另一路由四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1构成。其中包括有四分之一波长传输线TL3的一路提供正的相位色散特性，其相位滞后；而另一路提供正的相位色散特性，其相位超前。正的相位色散特性会影响带宽，宽带型复合左/右手传输线的两路并联电路的合路输出相位差在所需频点的斜率改变量减小，从而提升带宽。
图3为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的输入回拨损耗对比图，本次实施例的中心频率为2.5GHz。由图可知，传统Doherty功率放大器1：4阻抗变换器在2.5GHz处-10dB带宽约为1GHz，-15dB带宽约为0.54GHz，而本发明提供的功率放大器结构1：4阻抗变换器在2.5GHz处-10dB带宽约为1.85GHz，-15dB带宽约为1.34GHz，带宽得到了明显提升。
图4为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的正向传输系数对比图，由图可知，在1.5GHz到3.2GHz频段内本发明提供的功率放大器结构1：4阻抗变换器的S21参数均小于1，与传统结构1：4阻抗变换器的S21相似。
图5为传统结构与本发明提供的功率放大器结构的饱和输出功率的漏级效率对比图，由图可知，在2.2到3GHz频段内，传统结构和本发明提供的功率放大器结构的饱和输出功率的漏极效率的变化趋势相似，但在1.8到2.2GHz的频段内，传统结构的饱和输出功率的漏极效率明显下降，而本发明提供的功率放大器结构的饱和输出功率的漏极效率依然保持较高的效率，保持在50%以上。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器，包括功分器、主功率放大器、辅助功率放大器、四分之一波长传输线TL1、四分之一波长传输线TL2；其中功分器的输出端与主功率放大器的输入端、四分之一波长传输线TL1的一端连接，四分之一波长传输线TL1的另一端与辅助功率放大器的输入端连接，辅助功率放大器的输出端与四分之一波长传输线TL2一端连接，其特征在于：所述Doherty功率放大器还包括有宽带型复合左/右手传输线，所述宽带型复合左/右手传输线包括四分之一波长传输线TL3、四分之一波长传输线TL4、四分之一波长传输线TL5、电容C1、电容C2、电容C3和电感L1；其中主功率放大器的输出端通过四分之一波长传输线TL3与辅助功率放大器的输出端连接，主功率放大器的输出端依次通过四分之一波长传输线TL4、电容C1、电容C2、四分之一波长传输线TL5与辅助功率放大器的输出端连接；电容C3、电感L1的一端与电容C1、电容C2连接，电容C3、电感L1的另一端接地；
在低功率输入情况下，辅助功率放大器处于关闭状态，且输出阻抗大于150Ω，主路功率放大器处于开启状态，且输出阻抗为100Ω，主功率放大器将输入功率放大，并通过四分之一波长传输线TL2输出到负载；在中等功率输入情况下，辅助功率放大器开启，主功率放大器和辅助功率放大器输出阻抗逐渐下降，主功率放大器处于饱和工作状态，此时两路功率放大器同时工作，将输入信号放大，并通过阻抗变换器将两路功率功率放大器的输出功率合路之后输出到负载；在高功率输入情况下，主功率放大器和辅助功率放大器均处于饱和工作状态，此时两路输出阻抗均下降至50Ω，两路功率放大器将信号放大，并通过阻抗变换器将两路功率放大器的输出功率合路并输出到负载，此时效率达到最大。
2.根据权利要求1所述的使用宽带型复合左/右手传输线提升带宽的Doherty功率放大器，其特征在于：所述四分之一波长传输线TL1的阻抗为50欧；四分之一波长传输线TL2的阻抗为35.35欧姆。
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