CN110011621A - 一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器 - Google Patents

一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器。该功率放大器两个子路构成Outphasing功率放大器,并且同时作为Doherty主功率放大器,第三个子路构成Doherty辅助功率放大器。模式切换电路,通过利用两个正反向连接的二极管分别导通或截止来实现针对Outphasing和Doherty模式的切换功能,并提供相应的电抗成分。经过前端信号调理电路得到辅助功放信号和两路输入等幅异向Outphasing信号,实现了高回退功率放大的功能。该发明思路独特,设计结构简单,回退范围大,具有很好的推广前景。

Description

一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器
技术领域
本发明涉及射频微波通信领域,提出了一种能够集成Outphasing(异向)和Doherty(多尔蒂)结构优势,具有高回退范围的高效率射频功率放大器。
背景技术
随着无线通信技术的迅速发展,射频微波技术在人们的日常生活中越来越重要。为了在有限的频谱带宽内传输尽可能大的数据量,通信运营商通常需要对传输信号采用非常复杂的调制方式,而这会导致信号的峰值平均比(简称峰均比)变大,即信号包络会剧烈变化。传统的功率放大器形式如A类、AB类虽然能实现高保真放大,但是对于非恒包络信号的放大效率很低,尤其是在大功率回退的时候。因此,针对高峰均比信号应用,能同时兼顾高效率和高线性度的射频功率放大器成为学术和工业界的研究热点之一。众所周知,Outphasing和Doherty作为两种典型的负载调制型放大器,通过利用子放大器之间的相互电流调制效应,可以在高回退功率点仍然保持较高的效率。但是,传统的双支路Outphasing和Doherty结构虽然能在回退6dB左右保持较高效率,但是随着回退进一步的增加,效率会急剧下降。而随着信号调制复杂度的逐渐增加,当今及未来的信号峰均比可能达到10dB甚至更高,因而常规结构已无法胜任。
近年来,不少学者提出了许多有关提高射频功率放大器回退范围的方法。比较引人关注的是多路Doherty和Outphasing结构。对于Doherty结构来说,一些已经发表的文章通过增加子路来实现功率回退的拓展。就三路对称结构的Doherty来说,理论上可以将回退范围扩展至9.5dB。但是,这仍无法满足如正交频分复用(OFDM)信号10-13dB峰均比值的要求。其余的尝试如非对称三路结构虽然可以进一步提高功率回退范围但是会造成输出增益压缩。四路甚至更多路Doherty由于电路结构设计以及加工制造的复杂性较高,实用性不强。作为另一种典型的负载调制型放大器,Outphasing结构也能够在回退范围内保持高效率实现与Doherty相似的功能。但是值得注意的是,当回退范围较大时,容易造成子放大器提早饱和,会造成线性度的剧烈恶化,所以传统的双路Outphasing很难实现功率回退的进一步拓展。有学者利用对等幅异向的信号进行再一次Outphasing信号调制,从而生成四路Outphasing输入信号,该方法可以提高Outphasing输出功率的回退范围并且保持回退范围内高效率。但是由于Outphasing信号需要经过数字前端将信号处理为等幅异向的两路信号,那么四路信号就需要同时处理四种角度的变换,对数字设备前端的要求性高。为此有学者进一步提出采用全模拟电路的方法来实现Outphasing角度调制。此举虽然可以降低对数字端信号处理的要求,但是由于采用全模拟电路,射频信号相互之间的角度没有数字处理方法的精度高,会造成实际传输信号的效果不佳。因此目前对于结构简单并且功率回退范围高的功率放大器电路结构有很迫切的需求。并且随着通信技术的快速发展,信号峰值均值比(PSPR)会进一步增大。因此急需研制出高回退高效率功率放大器。高回退功率放大器也理所当然的成为了学术界和工业界研究的热点。
故针对目前技术中存在的上述不足,实有必要进行研究,以提供一种方案,解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种整合Doherty和Outphasing结构优点,进而实现高回退范围的集成Doherty-outphasing功率放大器。
为了实现所述目的,本发明利用Doherty与Outphasing回退高效率的特点,采用集成两类功放的方法,提出一种三路高回退功率放大器。该功率放大器两个子路构成Outphasing功率放大器,并且同时作为Doherty主功率放大器,第三个子路构成Doherty辅助功率放大器。Outphasing放大器采用经典chireixoutphasing结构来设计。模式切换电路,通过利用两个正反向连接的二极管分别导通或截止来实现针对Outphasing和Doherty模式的切换,并提供相应的电抗成分。自适应偏置电路为辅助功率放大器提供一个动态电压使得辅助功率放大器实现低输入到高输入过程中实现偏置C类到AB类的转换。另外经过前端信号调理电路得到辅助功放信号和两路输入等幅异向Outphasing信号。实现了高回退功率放大的功能。
本发明集成Doherty-outphasing结构高回退功率放大器,包括前端信号调理电路、两路主功率放大器电路、第三路辅助功率放大器电路、模式切换电路;
所述的前端信号调理电路将两路相同的射频调制信号中的一路调整为等幅异向的两路信号,分别作为两路主功率放大器电路的输入信号;另一路则作为第三路辅助功率放大器电路的输入信号。
进一步地,前端信号调理电路包括三路依次串联的数模转换芯片、低通滤波器、正交混频器、自适应增益控制器,最终输出待输入功率放大器的射频调制信号。
其中,数模转换芯片将数字调制信号转换为模拟调制信号;低通滤波器用于消除基带信号的杂波成份;正交混频器用于将基带信号调制到载波频率上;自适应增益控制器用于将射频调制信号的幅度调整到合适的大小以待输入到后端放大器中。以上技术与器件均为公知技术。
所述的第三路辅助功率放大器电路包括自适应偏置电路、输入匹配电路、辅助功率放大器、输出匹配电路、补偿线电路;自适应偏置电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收射频调制信号;自适应偏置电路的输出端与辅助功率放大器栅极连接,为辅助功率放大器提供栅极电压;同时射频调制信号经输入匹配电路后经栅极输入到辅助功率放大器中;辅助功率放大器的漏极与输出匹配电路的输入端连接;输出匹配电路输出第三路辅助功率放大器电路处理后放大的调制信号,后期通过补偿线电路与两路主功率放大器电路处理后放大的射频调制信号合并处理;
自适应偏置电路根据前端信号调理电路输入的射频调制信号的功率变化,输出相匹配的偏置电压;根据偏置电压控制辅助功率放大器偏置由C类到AB类的转换,即低功率偏置在C类,高功率偏置在AB类。具体是待输入射频调制信号连接肖基特二极管,而后接低通LC滤波器,再通过一个基于运算放大器的减法电路来实现对偏置电压的动态控制。
补偿线电路用于当输入功率较低时,防止输出功率泄漏到辅助功率放大器中,当输入功率较高时与输出匹配电路共同使输出功率低损耗地传到输出端。
第一路主功率放大器电路包括第一输入匹配电路、第一主功率放大器、模式切换电路、功率组合电路;第一输入匹配电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收等幅异向的其中一路射频调制信号;第一输入匹配电路的输出端与第一主功率放大器栅极连接,为第一主功率放大器提供输入信号;第一主功率放大器的漏极与模式切换电路(相当于虚部补偿电路)的输入端、功率组合电路的输入端连接;
第二路主功率放大器电路包括第二输入匹配电路、第二主功率放大器、模式切换电路、功率组合电路;第二输入匹配电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收等幅异向的另一路调制信号;第二输入匹配电路的输出端与第二主功率放大器栅极连接,为第二主功率放大器提供输入信号;第二主功率放大器的漏极与模式切换电路(相当于虚部补偿电路)的输入端、功率组合电路的输入端连接;
第一输入匹配电路与第二输入匹配电路均将输入端阻抗匹配到主功率放大器的源阻抗(栅极看出去的阻抗),从而低损耗地将调制信号从输入端传送到主功率放大器。
上述模式切换电路、功率组合电路为两路主功率放大器电路共用组件;其中模式切换电路用于切换outphasing工作模式与Doherty工作模式;功率组合电路用于实现两路主功率放大器电路各自阻抗匹配以及将上述两路信号功率组合,为本领域技术人员所知的成熟技术。
模式切换电路包括两个正反向单向二极管、三段微带线、一个导通电阻;第一主功率放大器的漏极接第一微带线的一端连接,第一微带线的另一端与第二微带线的一端、第一单向二极管的阴极、导通电阻的一端连接,第二微带线的另一端与第二单向二极管的阳极、第三微带线的一端连接;第三微带线的另一端接第二主功率放大器的漏极;导通电阻的另一端接外部电压;
当输入射频调制信号的功率为0~T1时,第三路辅助功率放大器电路处于截止状态,两路主功率放大器电路处于线性工作模式,效率随着输入功率的增加而线性增加。此时,输入至第一、二主功率放大器的激励信号具有特定的相位差,同时幅度恒定。输入至辅助功率放大器的信号强度不足以开启辅助功率放大器,即处于截止状态。
当输入射频调制信号的功率为T1~T2时,第三路辅助功率放大器电路处于截止状态,两路主功率放大器电路处于outphasing工作模式;其中模式切换电路外部电压为负电压,第一单向二极管导通,第二单向二极管截止,从而形成电长度为(90°±θc)的并联短路虚部枝节,进而实现outphasing的虚部补偿。θc为第二微带线的电长度。此时,输入至第一、二主功率放大器的激励信号具有恒定的幅度,同时相位条件满足经典的outphasing模式要求。输入至辅助功率放大器的信号强度不足以开启辅助放大器,即处于截止状态。
当输入射频调制信号的功率≥T2时,第三路辅助功率放大器电路处于导通状态,同时与两路主功率放大器电路共同合并形成Doherty工作模式;其中模式切换电路外部电压为正电压,第一单向二极管截止,第二单向二极管导通,从而形成两段电长度为90度短路微带线。此时,输入至第一、二主功率放大器的激励信号具有严格同相,幅度动态可变。输入至辅助功率放大器的信号足够开启辅助放大器,三个子放大器输出合并形成整体输出。
本发明的有益效果是:
本发明创造性地将outphasing模式下电路作为Doherty模式下的主功率放大器,同时配合辅助功率放大器达到Doherty模式电路,从而将经典outphasing模式与Doherty模式进行结合,使得回退范围达到了12dB,并且降低了电路的复杂性。本发明的模式切换电路巧妙地利用二极管的单向导电性达到模式切换,同时自适应偏置电路使得辅助功率放大器偏置由C类逐渐到AB类,提高了饱和增益。
附图说明
图1是本发明信号调理电路结构示意图。
图2是本发明一个简化三路Doherty-Outphasing功率放大器配置的图。
图3是本发明中辅助功率放大器自适应偏置示意图。
图4是辅放大器偏置电压随着直流补偿电压与阻值R2而变化的仿真结果图。
图5是利用ADS软件模拟本发明的三路集成Doherty-outphasing功率放大器仿真结果Doherty模式示意图。
图6是利用ADS软件模拟本发明的三路集成Doherty-outphasing功率放大器仿真结果Outphasing模式示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的描述,但本发明并不限于这些实施例。
针对高回退功率放大器领域存在的不足,申请人对现有的高效结构进行深入的研究,申请人发现可以结合高效率Doherty和outphasing功率放大器结构从而提出一种新型的高回退高效率功率放大器。具体示意图参见图2。
参见图2,所示为本发明一种集成Doherty-Outphasing功率放大器的简化结构框图,包括信号调理电路、输入匹配电路、第一主功率放大器电路、第二主功率放大器电路、辅助功率放大器电路、模式切换电路、功率组合电路。
待输入调制信号由图1所示信号调理电路产生,主要包括依次串联的调制信号产生器、DAC(数模转换芯片)、低通滤波器、正交混频器、自适应增益控制器,所述的上述结构均为公知技术。两路相同的调制信号的信号一路调整为等幅异向的两路信号作为第一、二主功率放大器的输入信号,另一路则作为第三路辅助功率放大器的输入信号。具体实现流程为:三路调制信号由Matlab处理并保存到FPGA,而后FPGA通过接口连接数模转换芯片将数字信号转化为模拟信号而后通过低通滤波器加正交混频器得到射频信号,最后射频信号再通过自适应增益放大器来调节输入幅度的偏差,保持输入的准确性。所述的上述结构均为公知技术。
集成功率放大器随着输入射频调制信号功率的增加分为三个模式:线性模式、outphasing模式、Doherty模式。
定义线性模式与outphasing模式转化点为T1,outphasing模式与Doherty模式转化点T2。
所述的线性模式是当输入调制信号功率由0到T1期间,辅助功率放大器处于截至状态,第一、二主功率放大器处于线性状态,效率随着输入功率的增加而线性增加。此时,通过输入信号调理电路输入到第一、二主功率放大器的射频调制信号具有特定的相位差,同时幅度恒定。输入至辅助功率放大器的调制信号强度不足以开启辅助功率放大器,即处于截止状态。
所述的outphasing模式,当输入信号越过T1时进入该模式,该模式为经典ChireixOutphasing模式阶段。所述outphasing功率放大器在一种优选实施方式中,采用经典Chireix结构来实现。经典ChireixOutphasing功率放大器由输入匹配电路、输出匹配电路、虚部补偿电路、功率组合电路。输入匹配电路采用传统共轭匹配方法实现。为了简化电路我们将输出匹配电路集成到功率组合电路和模式切换电路(虚部补偿电路)中。
所述的功率组合电路参见图2,采用电长度为90度阻抗变换线来实现。该微带线作用首先将两路outphasing调制信号进行合并,另外对负载阻抗与最优输出阻抗进行匹配。由于两路outphasing信号有共同的负载以及相同的最优输出阻抗,也即拥有相同的阻抗变换线。
虚部补偿电路由所述的模式切换电路提供。参见图2,outphasing模式下,第一、二主功率放大器所需的补偿性电抗由不同长度的微带线并联实现。具体而言,此工作模式下,当Vbias为负电压时,第一单向二极管D1导通第二单向二极管D2截止从而形成(90°±θc)的并联短路虚部枝节来实现outphasing的虚部补偿。θc为第二微带线的电长度。具体实现流程为:
所述的虚部补偿电路是为了补偿由于采用无隔离功率组合电路引入的无功负载,由于两路调制信号是以等幅异向的形式输入进来的,因而从第一、二主功率放大器看出去的输出导纳如下所示:
Y1、Y2分别为第一、二主功率放大器漏级端看出去的输出导纳。θ为输入调制信号相位差。ZC为功率组合电路部分90度微带线特征阻抗。RL为负载阻抗。
也即对于第一、二功率放大器,由于等幅异相信号的激励,分别需要对输出导纳进行±j*B的电抗补偿。从上面式子可以发现,补偿值与异相角θ密切相关。根据outphasing功率放大器的特点,补偿角度和回退值的关系如下所示:
OBO=20·log(sinθ)
因此,对于不同的应用需求可能会有不同的回退要求,所需补偿电抗对应的异相角θ也不尽相同。
如图2所示,本实施例中,当确定所需回退范围后,虚部补偿电路采用并联短路或开路微带线的方式实现,
J1=j·ZS·tan(90+θC),J2=-j·ZS·cot(90-θC).
其中J1、J2分别是并联短路和开路微带线的输入电抗;ZS是模式切换电路中微带线的特性阻抗。
需要说明的是,此时,通过输入信号调理电路输入到第一、二功率放大器的调制信号具有恒定的幅度,同时相位条件满足经典的outphasing功能要求。输入至辅助功率放大器的信号强度不足以开启辅助放大器,即处于截止状态。
所述的Doherty模式,当输入信号逐渐增加达到并超过T2时,即进入Doherty模式,此时第一、二主功率放大器共同形成Doherty的主功率放大器,与辅助功率放大器配合实现Doherty功能下调制信号的放大。具体实现参见图2。该模式下,通过信号调理电路输入到第一、二主功率放大器的调制信号具有严格同相,幅度动态可变。输入至辅放大器的信号强度足够开启辅助放大器,三路放大器输出端合并形成整体输出。
在outphasing模式作为虚部补偿的(90±θC)短路微带线经过Vbias由负电压变化为正电压后,第一单向二极管D1截止,第二单向二极管D2导通,形成两段电长度为90度短路微带线,因此等效的并联阻抗为无穷大,不会对Doherty主功率放大器负载有明显的影响。此时主功率放大器和辅助功率放大器的输出电流随着输入电压变化如下所示:
IM1=IM2=vin·IM max,0≤vin≤1
δ是主功率放大器和辅助功率放大器的饱和时候电流比。IM1、IM1、IAU分别为第一、二主功率放大器以及辅助功率放大器的工作电流;Vin为输入电压;ζ是经归一化输入电压后确定的辅助功率放大器导通点,该点也同时决定了Doherty模式的回退范围。饱和电流比δ与ζ关系为
δ2=(1-ξ)/ξ.
在最大输入功率点,三路功率放大器都充分驱动达到饱和,此时主功率放大器和辅助功率放大器输出端看出去的阻抗如下所示:
ZAU,h=ZT/ξ.
ZM1h、ZM1h、ZAUh分别为高功率时第一、二主功率放大器以及辅助功率放大器的输出阻抗;ZLD为合路端输出阻抗。
Doherty模式两个主功放均偏置在AB类,辅助功率放大器偏置在C类,这样会提高回退的效率,但是辅助功率放大器偏置在C类,会导致在高功率情况下增益会降低。所以对于辅助功率放大器的偏置电路如果能随着输入功率的增大偏置由C类到AB类,那么既可以保持低功率时候的高效率,在高功率时候也可以有高输出。
一种优选实施方式中,采用自适应偏置电路。具体实现电路参见图3。首先射频调制信号经过肖基特二极管可以检测射频信号输入功率并且可以产生整流电压Vrec而后经过LC低通滤波器去除掉高次谐波产生控制电压Vctr,集合直流补偿电压Vf后,经过反向运算放大器放大到合适的程度,假定反向运算放大器是理想的,那么有下列方程:
在一种优选实施方式中,所述集成三路功率放大器均采用晶体管实现。
最终应用于辅助PA栅极的偏置电压调节的输出电压VABN表达式为:
R1为直流补偿电压与运算放大器的连接电阻;R2为运算放大器负极与输出端的链接电阻。从上面表达式可以看出随着输入信号功率的逐渐增加,栅极偏置电压也在逐渐地增加。达到了设计地目的。元器件的选值参见下表,运算放大器采用AD829,肖基特二极管采用型号HSMS-282。当然,公知的元器件可以作为替换方案。
电容C<sub>1</sub> 22pf
电感L<sub>S</sub> 35nH
电容C<sub>2</sub> 8.8pf
电阻R<sub>1</sub> 510Ω
电阻R<sub>2</sub> 2100Ω
电阻R<sub>3</sub> 510Ω
电容C<sub>p</sub> 5pf
补偿电压V<sub>f</sub> 2.6V
按照上述方法,作为示例,得到如图4偏置电压在不同直流补偿电压和不同阻值R2的仿真结果图。实现了随着射频输入信号的增加偏置电压的增加,从而实现偏置从C类到AB类的转换。
本发明一种集成异向与多尔蒂结构配置的功率放大器,通过如下步骤实现:
步骤一:通过信号调理电路将待传输放大的射频调制信号进行处理,一路经过角度调制、数模转换、低通滤波器、正交混频器、自适应增益控制器得到两路等幅异向的待输入调制信号,一路则作为辅助功率放大器的输入调制信号。
步骤二:调试两个相同配置的AB类功率放大器作为第一、二主功率放大器,调试一个偏置在C类的功率放大器作为辅助功率放大器。
步骤三:调试功率组合电路实现功率组合和最优阻抗到负载阻抗的匹配。
步骤四:调试模式切换电路(虚部补偿电路)实现对两个主功放不同虚部的补偿。
步骤五:调试一个偏置在C类的辅助功率放大器,以及设计其功率自适应偏置电路。
步骤六:调试辅助功率放大器的输出匹配以及补偿线优化。
步骤六:将调试好的Outphasing中输入匹配电路、模式切换电路(虚部补偿电路)、功率组合电路结合以及辅助功率放大器来共同构成一种集成Outphasing与Doherty结构配置的功率放大器。
针对无线通信应用中对高回退功率放大器急切需求,本发明通过将经典Outphasing与Doherty组成一个具有三路结构的高回退功率放大器,实现了高回退高效率的功能。
图5、6为利用ADS软件在2.6GHz频率下,基于本发明的方法模拟的仿真数据图,由模拟结果可知,在2.6GHz频率下饱和效率分别可以达到69%以上。回退6dB效率为64%。回退12dB效率为63.5%。结果说明实现了集成Outphasing与Doherty高回退高效率放大器的功能。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的,本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本申请所示的这些实施例,而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器,其特征在于包括前端信号调理电路、两路主功率放大器电路、第三路辅助功率放大器电路、模式切换电路;
所述的前端信号调理电路将两路相同的射频调制信号中的一路调整为等幅异向的两路信号,分别作为两路主功率放大器电路的输入信号;另一路则作为第三路辅助功率放大器电路的输入信号;
第三路辅助功率放大器电路包括自适应偏置电路、辅助功率放大器、匹配电路;自适应偏置电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收射频调制信号;自适应偏置电路的输出端与辅助功率放大器栅极连接,为辅助功率放大器提供栅极电压;辅助功率放大器的漏极与匹配电路的输入端连接;匹配电路输出第三路辅助功率放大器电路处理后放大的调制信号,后期与两路主功率放大器电路处理后放大的射频调制信号合并处理;
自适应偏置电路根据前端信号调理电路输入的射频调制信号的功率变化,输出相匹配的偏置电压;根据偏置电压控制辅助功率放大器偏置由C类到AB类的转换,即低功率偏置在C类,高功率偏置在AB类;
第一路主功率放大器电路包括第一输入匹配电路、第一主功率放大器、模式切换电路、功率组合电路;输入匹配电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收等幅异向的其中一路调制信号;输入匹配电路的输出端与第一主功率放大器栅极连接,为第一主功率放大器提供输入信号;第一主功率放大器的漏极与模式切换电路的输入端、功率组合电路的输入端连接;
第二路主功率放大器电路包括第二输入匹配电路、第二主功率放大器、模式切换电路、功率组合电路;输入匹配电路的输入端与前端信号调理电路的输出端连接,用于接收等幅异向的其中一路调制信号;输入匹配电路的输出端与第一主功率放大器栅极连接,为第一主功率放大器提供输入信号;第一主功率放大器的漏极与模式切换电路的输入端、功率组合电路的输入端连接;
上述模式切换电路、功率组合电路为两路主功率放大器电路共用组件;其中模式切换电路用于切换outphasing模式与Doherty模式;功率组合电路用于实现两路主功率放大器电路各自阻抗匹配以及将上述两路信号功率组合;
当输入信号的功率0~T1时,第三路辅助功率放大器电路处于截止状态,两路主功率放大器电路处于线性状态,效率随着输入功率的增加而线性增加;此时,通过输入信号调理电路输入到两个子放大器的激励信号具有特定的相位差,同时幅度恒定;输入至辅放大器的信号强度不足以开启辅助放大器,即处于截止状态;
当信号输入功率=T1~T2,第三路辅助功率放大器电路处于截止状态,两路主功率放大器电路处于outphasing阶段;其中模式切换电路外部电压为负电压,第一单向二极管导通,第二单向二极管截止,从而形成(90度±θc)的并联短路虚部枝节来实现outphasing的虚部补偿;其中θc为第二微带线的电长度;
当信号输入功率≥T2,第三路辅助功率放大器电路处于导通状态,同时与两路主功率放大器电路共同合并形成Doherty模式;其中模式切换电路外部电压为正电压,第一单向二极管截止,第二单向二极管导通,从而形成两段90度短路微带线。
2.如权利要求1所述的一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器,其特征在于前端信号调理电路包括三路依次串联的数模转换芯片、低通滤波器、正交混频器、自适应增益控制器,最终输出待输入的功率放大器射频调制信号。
3.如权利要求2所述的一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器,其特征在于数模转换芯片将数字调制信号转换为模拟调制信号;低通滤波器用于消除基带信号的杂波成份;正交混频器用于将基带信号调制到载波频率上;自适应增益控制器用于将射频调制信号的幅度调整到合适的大小以待输入到后端放大器中。
4.如权利要求1所述的一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器,其特征在于第三路辅助功率放大器中自适应偏置电路是待输入射频信号连接肖基特二极管,而后接低通LC滤波器,再通过一个基于运算放大器的减法电路来实现对偏置电压的动态控制。
5.如权利要求1所述的一种集成异向与多尔蒂结构的高回退范围射频功率放大器,其特征在于模式切换电路包括两个正反向单向二极管、三段微带线、一个导通电阻;第一主功率放大器的漏极接第一微带线的一端连接,第一微带线的另一端与第二微带线的一端、第一单向二极管的阴极、导通电阻的一端连接,第二微带线的另一端与第二单向二极管的阳极、第三微带线的一端连接;第三微带线的另一端接第二主功率放大器的漏极;导通电阻的另一端接外部电压。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110595541A (zh) * 2019-09-22 2019-12-20 江苏传艺科技股份有限公司 一种用于5g通信低噪声功率放大器的自动检测系统
CN110708029A (zh) * 2019-08-22 2020-01-17 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于非等长传输线的双频带异向功率放大器及其设计方法
WO2021227902A1 (zh) * 2020-05-09 2021-11-18 华为技术有限公司 基于多相位的多合体功率放大器控制方法和装置
WO2021244556A1 (zh) * 2020-06-03 2021-12-09 中兴通讯股份有限公司 一种功放发射机

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1529935A (zh) * 2000-12-29 2004-09-15 �������ɭ 用于高效率的信号发射机的三重E类Doherty放大器拓扑
CN1714500A (zh) * 2002-12-19 2005-12-28 艾利森电话股份有限公司 复合放大器结构
US20060103466A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Shah Tushar R High efficiency doherty amplifier with a segmented main amplifier
US20070139106A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Harris Corporation Modified Doherty amplifier
US20080036533A1 (en) * 2006-08-11 2008-02-14 Lg-Nortel Co., Ltd. Multi-path doherty amplifier and control method of a multi-path doherty amplifier
CN102237852A (zh) * 2010-04-23 2011-11-09 Nxp股份有限公司 功率放大器
US20130241639A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Infineon Technologies North America Corp. Impedance spreading wideband doherty amplifier circuit with peaking impedance absorption
CN104054260A (zh) * 2011-12-15 2014-09-17 爱立信(中国)通信有限公司 Doherty功率放大设备和方法
CN105493399A (zh) * 2013-06-27 2016-04-13 宏动有限公司 使用复合功率放大方法的线性复合发射机
US20160218681A1 (en) * 2014-05-08 2016-07-28 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Amplifier circuit and method
CN106452370A (zh) * 2016-10-12 2017-02-22 杭州电子科技大学 一种基于非对称结构的高回退Doherty功率放大器及其实现方法
CN106470015A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 中兴通讯股份有限公司 对称多赫蒂Doherty功放电路装置及功率放大器
CN107547056A (zh) * 2016-06-28 2018-01-05 英飞凌科技股份有限公司 放大射频信号的方法和doherty‑chireix 组合放大器

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1529935A (zh) * 2000-12-29 2004-09-15 �������ɭ 用于高效率的信号发射机的三重E类Doherty放大器拓扑
CN1714500A (zh) * 2002-12-19 2005-12-28 艾利森电话股份有限公司 复合放大器结构
US20060103466A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-18 Shah Tushar R High efficiency doherty amplifier with a segmented main amplifier
US20070139106A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Harris Corporation Modified Doherty amplifier
US20080036533A1 (en) * 2006-08-11 2008-02-14 Lg-Nortel Co., Ltd. Multi-path doherty amplifier and control method of a multi-path doherty amplifier
CN102237852A (zh) * 2010-04-23 2011-11-09 Nxp股份有限公司 功率放大器
CN104054260A (zh) * 2011-12-15 2014-09-17 爱立信(中国)通信有限公司 Doherty功率放大设备和方法
US20130241639A1 (en) * 2012-03-16 2013-09-19 Infineon Technologies North America Corp. Impedance spreading wideband doherty amplifier circuit with peaking impedance absorption
CN105493399A (zh) * 2013-06-27 2016-04-13 宏动有限公司 使用复合功率放大方法的线性复合发射机
US20160218681A1 (en) * 2014-05-08 2016-07-28 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) Amplifier circuit and method
CN106470015A (zh) * 2015-08-20 2017-03-01 中兴通讯股份有限公司 对称多赫蒂Doherty功放电路装置及功率放大器
CN107547056A (zh) * 2016-06-28 2018-01-05 英飞凌科技股份有限公司 放大射频信号的方法和doherty‑chireix 组合放大器
CN106452370A (zh) * 2016-10-12 2017-02-22 杭州电子科技大学 一种基于非对称结构的高回退Doherty功率放大器及其实现方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. JANG ET AL.: "RF-Input Self-Outphasing Doherty–Chireix Combined Amplifier", IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, vol. 64, pages 4518 - 4534 *
胡哲彬: "无线通信发射机效率提升技术研究", 电子科技大学博士论文 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110708029A (zh) * 2019-08-22 2020-01-17 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于非等长传输线的双频带异向功率放大器及其设计方法
CN110708029B (zh) * 2019-08-22 2023-05-02 杭州电子科技大学温州研究院有限公司 基于非等长传输线的双频带异向功率放大器及其设计方法
CN110595541A (zh) * 2019-09-22 2019-12-20 江苏传艺科技股份有限公司 一种用于5g通信低噪声功率放大器的自动检测系统
CN110595541B (zh) * 2019-09-22 2021-04-13 江苏传艺科技股份有限公司 一种用于5g通信低噪声功率放大器的自动检测系统
WO2021227902A1 (zh) * 2020-05-09 2021-11-18 华为技术有限公司 基于多相位的多合体功率放大器控制方法和装置
WO2021244556A1 (zh) * 2020-06-03 2021-12-09 中兴通讯股份有限公司 一种功放发射机

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