CN108599727A - 高效宽带Doherty功率放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效宽带Doherty功率放大器，其包括功分器、主功率放大器和至少一辅功率放大器，所述功分器用以将输入信号不等分分离后分别输入主功率放大器、辅功率放大器，所述主功率放大器的信号输出端与所述辅功率放大器的信号输出端通过二倍频带通滤波器以及移相器相连，同时，所述主功率放大器、辅功率放大器的信号输出端还分别经基频带通滤波器与合路单元连接。本发明提供的高效宽带Doherty功率放大器，结构简单、紧凑，便于实施，不仅保证了回退点的高效率、维持了饱和点的高功率，又提高了Doherty功率放大器的宽带性能。

Description

高效宽带Doherty功率放大器
技术领域
本发明特别涉及一种高效宽带Doherty功率放大器，属于射频功率放大器技术领域。
背景技术
Dohery功率放大器在1936年首次提出。该系统的主要目的是为了使含有AM信号的线性功率放大器在较大的输入电压范围内保持较高的效率。由于AM调制系数的平均值较低，一般为0.2～0.3，含有AM的线性功率放大器平均效率也非常低。WCDMA、CDMA2000和OFDM等现有的和新兴的无线系统都会产生高峰均比的信号，而Doherty架构的功率放大器对于峰均功率比(Peak to Average Power Ratio)在6～10dB之间的输入信号都有较高的效率。该系统可用于实现基站发射机的高效率。现有技术中Doherty功率放大器的结构如图1所示，它由一个主功率放大器和一个辅功率放大器组成。主功率放大器又叫做载波放大器(carrier管)，辅功率放大器又叫做峰值功率放大器(peaking管)，主功率放大器一般是B类(或AB类)功率放大器，而辅功率放大器通常是C类功率放大器；主功率放大器输出端连接有1/4波长传输线。为了补偿主功率放大器输出端传输线引起的90°相移，辅功率放大器的输入端同样连接一段1/4波长传输线，两个放大器中的晶体管都作为受控电流源工作；当输入功率较高时，主功率放大器饱和，电压增益降低，此时，辅功率放大器开启工作。
但是传统Doherty功率放大器由于辅功率放大器工作在C类状态，同一放大器工作在C类的功率相对于AB类有所下降，这就导致传统对称结构的Doherty放大器无法实现阻抗的充分牵引，所以导致了回退点的效率下降。其次，如负载调制网络中1/4波长传输线极大限制了Doherty功放的工作带宽，面对频谱资源的日益短缺，能同时覆盖多个工作频段并兼容多种协议制式的无线宽带通信系统已经成为无线技术的发展重点。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高效宽带Doherty功率放大器，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种高效宽带Doherty功率放大器，其包括功分器、主功率放大器和至少一辅功率放大器，所述功分器用以将输入信号不等分分离后分别输入主功率放大器、辅功率放大器，所述主功率放大器的信号输出端与所述辅功率放大器的信号输出端通过二倍频带通滤波器以及移相器相连，同时，所述主功率放大器、辅功率放大器的信号输出端还分别经基频带通滤波器与合路单元连接。
在一些较为具体的实施方案中，所述的高效宽带Doherty功率放大器包括并行连接的两个以上辅功率放大器，每一辅功率放大器的输入端分别与功分器连接，且每一辅功率放大器的信号输出端还均通过二倍频带通滤波器以及移相器与主功率放大器相连。
与现有技术相比，本发明提供的高效宽带Doherty功率放大器中每一晶体管(主功率放大器或辅功率放大器)所产生的二次谐波经二倍频带通滤波器和调节移相器后无反射的注入到其他晶体管(功率放大器)中，使得Doherty功率放大器处于二次谐波频率时，漏极短路，从而实现更高的效率，在合路位置，取消传统Doherty的1/4微带线阻抗变换的使用，通过提高主功放输出阻抗的阻抗变换比，极大的提高了Doherty功放带宽。
附图说明
图1是现有技术中Doherty功率放大器的结构示意图；
图2是本发明实施例1中一种高效宽带Doherty功率放大器的结构示意图；
图3是本发明实施例2中一种高效宽带Doherty功率放大器的结构示意图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例提供了一种高效宽带Doherty功率放大器，其包括功分器、主功率放大器和至少一辅功率放大器，所述功分器用以将输入信号不等分分离后分别输入主功率放大器、辅功率放大器，所述主功率放大器的信号输出端与所述辅功率放大器的信号输出端通过二倍频带通滤波器以及移相器相连，同时，所述主功率放大器、辅功率放大器的信号输出端还分别经基频带通滤波器与合路单元连接。
在一些较为具体的实施方案中，所述的高效宽带Doherty功率放大器包括并行连接的两个以上辅功率放大器，每一辅功率放大器的输入端分别与功分器连接，且每一辅功率放大器的信号输出端还均通过二倍频带通滤波器以及移相器与主功率放大器相连。
进一步的，其中至少一辅功率放大器的输出端还依次经基频带通滤波器、1/4波长阻抗变换器与合路单元连接。
更进一步的，其中至少一辅功率放大器的信号输出端还通过二倍频带通滤波器以及移相器与另一辅功率放大器相连。
较为优选的，所述移相器包括一段特征阻抗为50欧姆的微带线。
进一步的，所述主功率放大器的输出端依次经基频带通滤波器、1/4波长阻抗变换器与合路单元连接。
较为优选的，所述1/4波长阻抗变换器的特性阻抗为非50欧姆的1/4波长阻抗变换器。
更进一步，所述辅功率放大器的输入端经补偿线与功分器连接。。
较为优选的，所述补偿线为特性阻抗为50欧姆的1/4波长阻抗变换器。
优选的，所述主功率放大器和辅功率放大器为功率等级、尺寸完全相同的晶体管。
在一些较为具体的实施方案中，所述的高效宽带Doherty功率放大器包括两个以上1/4波长阻抗变换器，其中至少两个1/4波长阻抗变换器的特征阻抗不同。
如下将结合附图以及具体实施例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
实施例1
请参阅图2，一种高效宽带Doherty功率放大器包括：功分器1、补偿线(Offsetline)2、carrier晶体管(即主功率放大器)3、peaking晶体管(即辅功率放大器)4、二倍频带通滤波器5、移相器6、基频带通滤波器7、特征阻抗Z0的1/4波长阻抗变换器8；Carrier晶体管3的输入端首先与功分器1连接，Carrier晶体管3输出端依次与基频带通滤波器7、特征阻抗Z0的1/4波长阻抗变换器8连接；peaking晶体管4经补偿线2与功分器连接，peaking晶体管4的输出端与基频带通滤波器7连接；Carrier晶体管3还依次经二倍频带通滤波器5、移相器6、二倍频带通滤波器5与peaking晶体管4连接。
功分器1将输入信号进行分离成两路，分别不等分的输入到carrier晶体管3和peaking晶体管4，补偿线2用于调整peaking晶体管4放大后的信号的相位，以便于与carrier晶体管放3大后的信号进行合路。carrier晶体管3将功分器1输出的一路信号进行放大，并将放大后的信号输出到合路单元中，peaking晶体管4将功分器1输出的另一路信号进行放大，并将放大后的信号输出到合路单元中；二倍频带通滤波器5将carrier晶体管3以及peaking晶体管4放大的信号进行滤波，通过二倍频带通滤波器5只输出二次谐波信号，然后一个晶体管的二次谐波信号无反射的注入的另一晶体管中(即carrier晶体管3的放大信号经二倍频带通滤波器5输出二次谐波信号，之后经移相器6改变相位后注入peaking晶体管4，peaking晶体管4的放大信号经二倍频带通滤波器5输出二次谐波信号，之后经移相器改变相位后注入carrier晶体管3)。
特征阻抗为Z0的1/4波长阻抗变换器8为非50欧姆的微带传输线，其将carrier晶体管3输出阻抗通过新型负载调制网络从50欧姆调制至100欧姆，阻抗变换比为2:1，由于阻抗变换比的减小，新型负载调制网络将增大Doherty功放的带宽.同时该结构消去了整体Doherty合路输出端的35欧姆1/4波长传输线的使用，减小了负载调制网络的尺寸，使Doherty功放输出端更为紧凑。
移相器6为一段特征阻抗为50欧姆的微带线，通过调整微带线的长度，将二倍频带通滤波器5输出的二次谐波进行相位调整，使得carrier晶体管3以及peaking晶体管4在二次谐波频率时，漏极相对于输出阻抗网络短路，以提高Doherty功率放大器的效率。
请再次参照图2，具体的，输入信号通过功分器1进行不等分分离，一路信号输入到carrier晶体管3进行放大，然后经过基频带通滤波器7只有基频信号输出，最后通过1/4波长阻抗变换电路8进行阻抗翻转，最终输入到合路中；辅助功率放大器4分别与补偿线2、基频带通滤波器7连接；输入信号通过功分器1进行不等分分离，补偿线2将输入的一路信号进行相位延迟并将延迟后的信号输出到peaking晶体管4，然后peaking晶体管4对输入信号进行放大，然后经过基频带通滤波器7只有基频信号输出，最终输入到合路中补偿线2为特征阻抗50欧姆的1/4波长阻抗变换微带传输线。
carrier晶体管3依次经二倍频带通滤波器5、移相器6、二倍频带通滤波器5与peaking晶体管4连接，二倍频带通滤波器5只允许二次谐波信号通过；carrier晶体管3放大后的信号通过二倍频带通滤波器5输出二次谐波信号，输出的二次谐波信号通过移相器6改变二次谐波信号的相位，最终注入到peaking晶体管4中；同样的，peaking晶体管4放大后的信号通过二倍频带通滤波器5，输出的二次谐波信号经过移相器6改变一定相位后，注入到carrier晶体管3中；移相器6是一段特征阻抗为50欧姆的微带传输线。
实施例2
请参阅图3，实施例2中Doherty功率放大器与实施例1中的Doherty功率放大器结构基本相同，不同之处在于，实施例2中的Doherty功率放大器为多级Doherty放大器，其包括N个并行连接的辅功率放大支路，以及N个不同特征阻抗(Z0,1，Z0,2,……Z0,N)的1/4波长阻抗变换器8；其中，N为大于1的整数，N个并行连接的peaking晶体管4与carrier晶体管3组成一个N+1级Doherty放大器；相邻两辅功率放大支路的两个peaking晶体管4依次经二倍频带通滤波器5和移相器6连接，任意两个peaking晶体管4之间的二次谐波信号的传输方向相反(所述的传输方向相反是指一个相对位于上行的carrier管的二次谐波通过二倍频带通滤波器向下传输，而相对位于下行的peaking管的二次谐波通过二倍频带通滤波器向上传输，通过移相器调节相位，使二次谐波抵消，进而使Doherty管漏极在二次谐波频率时看上去短路)。
N个不同特征阻抗(Z0,1，Z0,2,……Z0,N)的1/4波长阻抗变换器8，主要起负载调制作用，确保每一个晶体管(peaking晶体管4与carrier晶体管3)都达到合适的有源负载调制点，对各个晶体管放大后的信号进行合路起到关键的作用。
本发明实施例提供的多级Doherty结构不仅保证了回退点的高效率、维持了饱和点的高功率，又提高了Doherty宽带性能，其结构紧凑，便于实施。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于包括功分器、主功率放大器和至少一辅功率放大器，所述功分器用以将输入信号不等分分离后分别输入主功率放大器、辅功率放大器，所述主功率放大器的信号输出端与所述辅功率放大器的信号输出端通过二倍频带通滤波器以及移相器相连，同时，所述主功率放大器、辅功率放大器的信号输出端还分别经基频带通滤波器与合路单元连接。
2.根据权利要求1所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于包括：并行连接的两个以上辅功率放大器，每一辅功率放大器的输入端分别与功分器连接，且每一辅功率放大器的信号输出端还均通过二倍频带通滤波器以及移相器与主功率放大器相连。
3.根据权利要求1或2所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：其中至少一辅功率放大器的输出端还依次经基频带通滤波器、1/4波长阻抗变换器与合路单元连接。
4.根据权利要求2所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：其中至少一辅功率放大器的信号输出端还通过二倍频带通滤波器以及移相器与另一辅功率放大器相连。
5.根据权利要求1-2中任一项所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述移相器包括特征阻抗为50欧姆的微带线。
6.根据权利要求1所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述主功率放大器的输出端依次经基频带通滤波器、1/4波长阻抗变换器与合路单元连接。
7.根据权利要求1、2或6所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述1/4波长阻抗变换器的特性阻抗为非50欧姆的1/4波长阻抗变换器。
8.根据权利要求1-2中任一项所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述辅功率放大器的输入端经补偿线与功分器连接。
9.根据权利要求8所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述补偿线为特征阻抗为50欧姆的1/4波长阻抗变换器。
10.根据权利要求1所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于：所述主功率放大器和辅功率放大器为功率等级、尺寸完全相同的晶体管。
11.根据权利要求3所述高效宽带Doherty功率放大器，其特征在于包括两个以上1/4波长阻抗变换器，其中至少两个1/4波长阻抗变换器的特征阻抗不同。
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