CN107786169A - 功率放大器 - Google Patents

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Abstract

一种功率放大器，包括两个Doherty功放模块和合路模块，所述两个Doherty功放模块分别连接所述功率放大器的输入端，以及所述合路模块连接在所述两个Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间，所述合路模块包括隔离电路和两段1/4波长微带线，每个所述Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间均连接一段所述1/4波长微带线，所述隔离电路包括至少两段微带线，所述至少两段微带线串行连接在两个所述功率放大模块的输出端之间，每相邻的两段所述微带线之间均连接有一隔离电阻，所述隔离电阻的另一端接地。本发明中的功率放大器，通过设置所述合路模块，实现了阻抗变换和功率合成，提高了输出功率，同时所述隔离电阻接地，改善了散热效果。

Description

功率放大器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种功率放大器。
背景技术
目前，随着无线通讯市场竞争的日益激烈，基站产品的性能高低成为业内竞争的主要焦点。而功率放大器作为基站的重要组成部分，直接关系着基站发射信号的质量和通信效果。为了提高传输速率，更加有效地利用频谱资源，现阶段基站广泛采用正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM)、宽带码分多址技术(Wideband Code Division Multiple Access，简称WCDMA)及长期演进技术(Long TermEvolution，简称LTE)等高峰均比调制方式，因此要求功放在高峰均比的条件下正常工作，不但要满足线性指标要求，同时需要到达较高的工作效率，现阶段Doherty功放配合数字预失真技术(Digital Pre-Distortion，简称DPD)可以较好地满足上述要求，因此，Doherty功放成为目前基站应用的研究热点。
为了提高基站覆盖范围，满足基站不断增加的输出功率要求，目前主要采用多路Doherty功放，如3路Doherty、4路Doherty或采用多个双路Doherty进行功率合成的方法来增加功率放大器的输出功率。多路Doherty设计难度较大，且由于射频功率主要由主功放功率管输出，因此该射频功率管发热较为严重，对于功放的散热和可靠性有一定影响，同时4路Doherty电路由于设计难度和电路一致性的问题更加突出，实际应用的场景则较为少见，3路Doherty电路较为常用，但3路Doherty电路在某些场合同样存在输出功率不足和电路设计相对复杂的问题。两路Doherty功放通过3dB电桥或Wilkinson功分器组成的功率合路电路进行合路可以达到功率合成提高输出功率的目的。
目前使用的两路Doherty功放，功率合成网络为通用的3dB电桥或Wilkinson功分器，具有电路设计相对简单的优点，可以在一定程度上克服4路Doherty设计复杂和3路Doherty输出功率受限的问题，但由于在功放输出端增加了合路单元，不可避免地引入该电路的插入损耗从而在功放输出功率和工作效率方面有所损失。为降低电路损耗近期推出了改进型WILKINSON功分器进行合路方案，此方案巧妙地利用变阻WILKINSON功分器直接完成了原先需要分别设计的Doherty阻抗变换和功率合成2种电路功能，在简化了电路设计的同时降低了电路损耗。
现有技术中，目前使用改进型WILKINSON功分器进行功率合成时，由于改进型WILKINSON功分器的隔离电阻无法接地造成隔离电阻散热条件相对较差，导致整个功率放大器容易发烫，从而影响输出功率和功率放大器的使用寿命，同时隔离电阻的分布参数对隔离度和插入损耗影响较大，并且隔离电阻的取值范围也有一定要求，因此在微波高功率应用时有一定限制。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种输出功率高且散热效果好的功率放大器。
根据本发明实施例的一种功率放大器，包括两个Doherty功放模块和合路模块，所述两个Doherty功放模块分别连接所述功率放大器的输入端，以及所述合路模块连接在所述两个Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间，其中：
所述合路模块包括隔离电路和两段1/4波长微带线，每个所述Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间均连接一段所述1/4波长微带线，所述隔离电路包括至少两段微带线，所述至少两段微带线串行连接在两个所述Doherty功放模块的输出端之间，每相邻的两段所述微带线之间的连接点上均连接有一隔离电阻，所述隔离电阻的另一端接地。
另外，根据本发明上述实施例的一种功率放大器，还可以具有如下附加的技术特征：
所述至少两段微带线包括第一1/4波长微带线及3/4波长微带线，所述第一1/4波长微带线及所述3/4波长微带线之间的连接点上连接有第一隔离电阻。
所述第一1/4波长微带线的阻抗与所述3/4波长微带线的阻抗均为Z0，所述第一隔离电阻的阻值R满足：R＝Z02/50。
所述至少两段微带线包括两段第二1/4波长微带线及1/2波长微带线，所述1/2波长微带线连接在所述两段第二1/4波长微带线之间，每段所述第二1/4波长微带线与所述1/2波长微带线之间的连接点上均连接有第二隔离电阻，每个所述第二隔离电阻的另一端接地。
所述两个Doherty功放模块的输出功率相同，所述两段第二1/4波长微带线的阻抗相等，每个所述第二隔离电阻的阻值相等。
所述两个Doherty功放模块的输出功率不相同且输出功率比为K2：
所述两段1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z1满足另一段的阻抗Z2满足
所述两段第二1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z3满足另一段的阻抗Z4满足
所述1/2波长微带线的阻抗Z5满足
每个所述Doherty功放模块均包括3dB电桥及与所述3dB电桥的输出端连接的Doherty功率放大器，所述两个Doherty功放模块共用一个功率分配器，所述功率分配器与所述功率放大器的输入端连接，所述功率分配器的两个输出端分别与两个所述3dB电桥的输入端连接。
两个所述3dB电桥均为90°的3dB电桥。
所述功率分配器为3dB电桥或者微带分路器当中的一种。
每个所述Doherty功率放大器的输出端的阻抗为25欧姆，所述功率放大器的输出端的阻抗为50欧姆。
上述功率放大器，通过设置的所述合路模块，使得所述功率放大器在功率合成的位置上无需再单独设置合路器，使得所述功率放大器可以少插入一个合路器，由于在功率放大器上插入一个合路器将给整个功率放大器带来0.2～0.3dB插入损耗，因此所述功率放大器可以将功率输出提高0.2～0.3dB，对大功率而言功率输出提高0.2～0.3dB是相当可观的，可将功放效率提高约2到3个点。不仅如此，所述合理模块上设置的所述隔离电阻为接地的电阻，提高了所述隔离电阻的散热条件，提高了输出功率和功率放大器的使用寿命，同时所述隔离电阻的两端还连接有微带线，通过对所述隔离电阻和微带线的阻抗进行调节，可以达到提高输出功率的效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中功率放大器的电路结构示意图。
图2为本发明第二实施例中的功率放大器的电路结构示意图。
图3为本发明第三实施例中的功率放大器的电路结构示意图。
图4为本发明第四实施例中的功率放大器的电路结构示意图。
图5为本发明第五实施例中的功率放大器的电路结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，所示为本发明第一实施例中功率放大器的电路结构示意图，包括两个Doherty功放模块和合路模块，所述两个Doherty功放模块分别连接所述功率放大器的输入端，以及所述合路模块连接在所述两个Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间，其中：
所述合路模块包括隔离电路和两段1/4波长微带线，每个所述Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间均连接一段所述1/4波长微带线，所述隔离电路包括至少两段微带线，所述至少两段微带线串行连接在两个所述功率放大模块的输出端之间，每相邻的两段所述微带线之间的连接点上均连接有一隔离电阻，所述隔离电阻的另一端接地。
其中1/4波长微带线也称微带线。
上述功率放大器，通过设置的所述合路模块，使得所述功率放大器在功率合成的位置上无需再单独设置合路器，使得所述功率放大器可以少插入一个合路器，由于在功率放大器上插入一个合路器将给整个功率放大器带来0.2～0.3dB插入损耗，因此所述功率放大器可以将功率输出提高0.2～0.3dB，对大功率而言功率输出提高0.2～0.3dB是相当可观的，可将功放效率提高约2到3个点。不仅如此，所述合理模块上设置的所述隔离电阻为接地的电阻，提高了所述隔离电阻的散热条件，提高了输出功率和功率放大器的使用寿命，同时所述隔离电阻的两端还连接有微带线，通过对所述隔离电阻和微带线的阻抗进行调节，可以达到提高输出功率的效果。
请参阅图2，所示为本发明第二实施例中功率放大器的电路结构示意图，包括两个Doherty功放模块和合路模块，所述两个Doherty功放模块分别连接所述功率放大器的输入端，以及所述合路模块连接在所述两个Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间，其中：
所述两个Doherty功放模块的输出功率相等，每个所述Doherty功放模块均包括3dB电桥及与所述3dB电桥连接的Doherty功率放大器，所述两个Doherty功放模块共用一个功率分配器B，所述功率分配器B与所述功率放大器的输入端连接，所述功率分配器B的两个输出端分别与两个所述3dB电桥的输入端连接，每个所述3dB电桥均为90°的3dB电桥且均包括两个输出端，每个Doherty功率放大器均包括主功放P1、辅助功放P2和阻抗为50Ω的第三1/4波长微带线，每个所述Doherty功放器上的主功放P1和辅助功放P2的输入端分别与对应的所述3dB电桥上的两个输出端连接，使得所述主公放P1的输入功率的相位比所述辅佐功放P2的输入功率的相位超前90°，每个所述第三1/4波长微带线的两端分别与对应的所述主功放P1的输出端和对应的所述Doherty功放器的输出端连接，每个所述辅助功放P2的输出端与对应的所述Doherty功放器的输出端连接，所述Doherty功放器的输出端就是所述Doherty功放模块的输出端，每个所述Doherty功率放大器的输出端的阻抗均为25Ω。所述功率分配器B可以为3dB电桥或者微带分路器当中的一种；
所述合路模块包括隔离电路和阻抗均为50Ω的两段1/4波长微带线，每个所述Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间均连接一段所述1/4波长微带线，使得每个所述Doherty功放模块的输出端的阻抗由25Ω变换到100Ω后进行合路，所述隔离电路上包括阻抗均为Z0的第一1/4波长微带线及3/4波长微带线，所述第一1/4波长微带线及所述3/4波长微带线之间的连接点上连接有阻值为R的第一隔离电阻，所述第一隔离电阻的阻值R＝ZO2/50。例如本实施例中，所述1/4波长微带线和所述3/4波长微带线的阻抗Z0均为50Ω，所述第一隔离电阻的阻值R为50Ω。
请参阅图3，所示为本发明第三实施例中功率放大器的电路结构示意图，本实施例中的功率放大器与第二实施例中的功率放大器基本相同，不同之处在于，本实施例中的功率放大器在第二实施例的基础上，所述隔离电路上包括两段第二1/4波长微带线及1/2波长微带线，所述1/2波长微带线连接在两段所述1/4波长微带线之间，每段所述第二1/4波长微带线与所述1/2波长微带线之间的连接点上均连接有第二隔离电阻，每个所述第二隔离电阻的另一端接地。所述两段第二1/4波长微带线的阻抗相等，每个所述第二隔离电阻的阻值相等，确保所述功率放大器的上下两端功率放大电路对称。例如本实施例中所述两段第二1/4波长微带线的阻抗均为35Ω，两个所述第二隔离电阻的阻值均为50Ω，所述1/2波长微带线的阻抗为35Ω，可以理解的所述1/2波长微带线的阻抗可以为其他值，其可根据所述功率放大器的实际情况进行选值。
请参阅图4，所示为本发明第四实施例中功率放大器的电路结构示意图，本实施例中的功率放大器与第三实施例当中的功率放大器基本相同，不同之处在于，根据所述功率放大器的输出功率和其连接的负载大小，本实施例中的功率放大器在第三实施例的基础上，所述两段第二1/4波长微带线、所述1/2波长微带线及两个所述第二隔离电阻的阻值均为25Ω。
请参阅图5，所示为本发明第五实施例中功率放大器的电路结构示意图，本实施例中的功率放大器与第三实施例当中的功率放大器基本相同，不同之处在于，本实施例中的功率放大器在第三实施例的基础上，所述两个Doherty功放模块的输出功率不相同且输出功率比为K2：
所述两段1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z1满足另一段的阻抗Z2满足
所述两段第二1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z3满足另一段的阻抗Z4满足
所述1/2波长微带线的阻抗Z5满足
两个所述第二隔离电阻的阻值均为25Ω，所述功率放大器的输出端还串接一个35Ω的保护电阻。
可以理解的，两个所述第二隔离电阻的阻值可以根据电路的需要进行调整。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种功率放大器，其特征在于，包括两个Doherty功放模块和合路模块，所述两个Doherty功放模块分别连接所述功率放大器的输入端，以及所述合路模块连接在所述两个Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间，其中：
所述合路模块包括隔离电路和两段1/4波长微带线，每个所述Doherty功放模块的输出端及所述功率放大器的输出端之间均连接一段所述1/4波长微带线，所述隔离电路包括至少两段微带线，所述至少两段微带线串行连接在两个所述Doherty功放模块的输出端之间，每相邻的两段所述微带线之间的连接点上均连接有一隔离电阻，所述隔离电阻的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述至少两段微带线包括第一1/4波长微带线及3/4波长微带线，所述第一1/4波长微带线及所述3/4波长微带线之间的连接点上连接有第一隔离电阻。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其特征在于，所述第一1/4波长微带线的阻抗与所述3/4波长微带线的阻抗均为Z0，所述第一隔离电阻的阻值R满足：R＝Z02/50。
4.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述至少两段微带线包括两段第二1/4波长微带线及1/2波长微带线，所述1/2波长微带线连接在所述两段第二1/4波长微带线之间，每段所述第二1/4波长微带线与所述1/2波长微带线之间的连接点上均连接有第二隔离电阻，每个所述第二隔离电阻的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述两个Doherty功放模块的输出功率相同，所述两段第二1/4波长微带线的阻抗相等，每个所述第二隔离电阻的阻值相等。
6.根据权利要求4所述的功率放大器，其特征在于，所述两个Doherty功放模块的输出功率不相同且输出功率比为K2：
所述两段1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z1满足另一段的阻抗Z2满足
所述两段第二1/4波长微带线当中的一段的阻抗Z3满足另一段的阻抗Z4满足
所述1/2波长微带线的阻抗Z5满足
7.根据权利要求1所述的功率放大器，其特征在于，每个所述Doherty功放模块均包括3dB电桥及与所述3dB电桥的输出端连接的Doherty功率放大器，所述两个Doherty功放模块共用一个功率分配器，所述功率分配器与所述功率放大器的输入端连接，所述功率分配器的两个输出端分别与两个所述3dB电桥的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于：两个所述3dB电桥均为90°的3dB电桥。
9.根据权利要求7所述的功率放大器，其特征在于：所述功率分配器为3dB电桥或者微带分路器当中的一种。
10.根据权利要求1-9任一所述的功率放大器，其特征在于：每个所述Doherty功率放大器的输出端的阻抗为25欧姆，所述功率放大器的输出端的阻抗为50欧姆。
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