CN110504924A - 一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法。本发明的多尔蒂功率放大器包括限幅控制单元、峰值放大器、载波放大器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路，其特征在于：还包括输入信号处理单元，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号处理单元的控制端接控制电路的输出端。本发明的输入信号处理方法能够有效提高多尔蒂功率放大器的饱和输出功率，改善多尔蒂功率放大器的线性度。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，特别是涉及一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法。
背景技术
多尔蒂功率放大器技术是目前提高功率放大器效率的一种常用技术。理想多尔蒂功率放大器的基本原理是利用一对放大器的并行组合来对信号进行放大，其中载波放大器工作于AB类，峰值放大器工作于C类，并且该C类放大器只有在峰值到来时才导通，两个放大器由输入功率分配器和输出合路器连接。
随着5G移动通信的到来，经典多尔蒂功率放大器在宽带信号，例如80-200MHz、高峰均比PAPR 7.5-12dB工作时，通常采取牺牲回退小信号效率以满足线性度等多项指标的要求。
多尔蒂功率放大器工作在大射频输入信号时，载波放大器和峰值放大器互相有源负载牵引至最大饱和功率输出，但实际应用时，峰值放大器由于工作在深C类而导致其饱和增益和饱和功率，相比载波放大器均有一定的差距，从而导致多尔蒂功率放大器功率合成时载波放大器已过饱和，但峰值放大器仍未饱和。
多尔蒂功率放大器实际应用时根据射频输入信号的大小以及载波放大器输入端状态而存在三类主要的工作区域：小信号区域，大信号区域和饱和区域。在不同工作区域下，载波放大器和峰值放大器的工作状态和特性也不一致，对于峰值放大器尤为明显。当多尔蒂功率放大器工作在小信号区域时，峰值放大器处于夹断状态，此时射频输入信号在功率分配器和峰值放大器之间来回反射，所形成的驻波进一步影响到功率分配器输入端，从而影响到多尔蒂功率放大器的性能。此外，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域或饱和状态时，射频输入信号在处于互相牵引状态下的载波放大器和峰值放大器之间的分配是动态变化的，尤其在饱和区域下，射频输入信号的分配需要根据载波放大器的工作状态而进行动态调整，以实现载波放大器和峰值放大器均达到饱和工作状态。
中国专利申请201110110311.X公开了“一种多合体功率放大器及其实现方法”，该方案采用射频开关电路控制峰值放大电路的导通，当峰值放大支路的输入信号增大至射频开关的导通电平时，射频开关导通，使得峰值放大器导通，当峰值放大支路的输入信号小于射频开关的导通电平时，射频开关关断，即峰值放大器支路被切断，因此避免了峰值放大器支路的功率反射。然而，该方案无法解决多尔蒂功率放大器工作在大信号区域时的载波放大器支路和峰值放大器支路都存在的功率反射问题。并且，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域和饱和区域时，该方案无法控制载波放大器支路和峰值放大器支路的射频输入信号的分配比例，尤其是在饱和区域时，无法通过调整射频输入信号的分配比例来实现载波放大器和峰值放大器均达到饱和工作状态。
中国专利申请201380076710.6公开了一种“射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备”，该方案采用功率反射器控制射频输入信号，当射频输入信号的功率小于预设输入功率时，功率反射器控制全部射频输入信号输入到载波放大器，避免了峰值放大器支路的功率反射。然而，当多尔蒂功率放大器工作在大信号区域和饱和区域时，峰值放大器根据功率反射器所反射的信号来实现开启，但是反射信号的功率存在或过大或过小的问题，这使得峰值放大器无法稳定工作在最佳状态。
此外，多尔蒂功率放大器还存在记忆效应，从而降低工作效率，不容忽视。由于时延、驻波等原因造成不同时刻的射频输入信号叠加，是记忆效应产生的重要因素。然而，现有技术中并未对记忆效应提出解决方案。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提出一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法，本发明能够在小信号工作区域下，减少射频输入信号在峰值放大器和功率分配器之间的来回反射，从而减少记忆效应；在大信号工作区域下，尤其是在饱和工作区域下，动态可控的实现载波放大器和峰值放大器之间的功率分配，提高多尔蒂功率放大器的饱和输出功率、改善多尔蒂功率放大器的线性度。
根据本发明提出的一种多尔蒂功率放大器，包括限幅控制单元、峰值放大器、载波放大器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路，其特征在于：还包括输入信号处理单元，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号处理单元的控制端接控制电路的输出端；其中：
射频输入信号经所述功率分配器输入到输入信号处理单元；
射频输入信号接所述第一环形器的第一端，所述第一环形器的第二端接所述第一限幅器的第一端，所述第一环形器的第三端经负载接地；
射频输入信号接所述第二环形器的第一端，所述第二环形器的第二端接所述第二限幅器的第一端，所述第二环形器的第三端经负载接地；
所述第一限幅器的第二端接所述载波放大器的输入端，第二限幅器的第二端接所述峰值放大器的输入端；
所述控制电路的输出端同时接所述第一限幅器的控制端和所述第二限幅器的控制端。
本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的进一步优选方案是：
所述第一环形器为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器，所述第二环形器为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器。
所述第一环形器的负载端最大吸收功率PC1、载波放大器的最大输入功率PA1和第一限幅器的反射功率系数αL1之间的关系满足：PC1>2×(PA1×αL1)。
所述第二环形器的负载端最大吸收功率PC2、峰值放大器的最大输入功率PA2和第二限幅器的反射功率系数αL2之间的关系满足：PC2>2×(PA2×αL2)。
所述第一限幅器和第二限幅器采用压控变容二极管；其中：
所述第一限幅器的反射功率系数αL1、载波放大器的增益压缩特性函数fA1(Pin1)和输出饱和功率P’A1之间的关系满足：P′A1＝Pin1×(1-αL1)×fA1(Pin1)；
所述第二限幅器的反射功率系数αL2、峰值放大器的增益压缩特性函数fA2(Pin2)和输出饱和功率P’A2之间的关系满足：P′A2＝Pin2×(1-αL2)×fA2(Pin2)；
其中：fA1(Pin1)是时间Pin1的单调函数，fA2(Pin2)是时间Pin2的单调函数。
所述多尔蒂功率放大器的载波放大器与峰值放大器是相同或不相同的放大器。
所述检波电路是检波二极管。
根据本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：具体是用于包括输入信号处理单元、限幅控制单元、峰值放大器和载波放大器的多尔蒂功率放大器，所述输入信号处理单元包括功率分配器、第一环形器、第一限幅器、第二环形器、第二限幅器，所述限幅控制单元包括耦合器、检波电路、控制电路；所述输入信号处理单元的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元的第一输出端接载波放大器的输入端，所述输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器的输入端，所述输入信号处理单元的控制端接控制电路的输出端；所述输入信号处理方法的具体步骤如下：
步骤S1，输入信号检测：检波电路检测多尔蒂功率放大器的射频输入信号的功率电平大小，并将检测结果传递给控制电路；
步骤S2，小信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平小于第一门限电平，则控制电路控制输入信号处理装置工作在小信号区域；
输入信号处理装置工作在小信号区域，是指第一限幅器工作在非限幅状态，而第二限幅器的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S3，大信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第一门限电平、小于第二门限电平，则控制电路控制输入信号处理装置工作在大信号区域；
输入信号处理装置工作在大信号区域，是指第一限幅器和第二限幅器均工作在非限幅状态或第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S4，第一饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第二门限电平、小于第三门限电平，则控制电路控制输入信号处理装置工作在第一饱和信号区域；
输入信号处理装置工作在第一饱和信号区域，是指第一限幅器工作在第二限幅状态，而第二限幅器的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S5，第二饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第三门限电平，则控制电路控制输入信号处理装置工作在第二饱和信号区域；
本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法的进一步优选方案是：
步骤S2所述输入信号处理单元工作在小信号区域，是指第一限幅器工作在非限幅状态，而第二限幅器的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S3所述输入信号处理单元工作在大信号区域，是指第一限幅器和第二限幅器均工作在非限幅状态或第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S4所述输入信号处理单元工作在第一饱和信号区域，是指第一限幅器工作在第二限幅状态，而第二限幅器的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率；
步骤S5所述输入信号处理单元工作在第二饱和信号区域，是指第一限幅器和第二限幅器均工作在第二限幅状态；第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率。
所述第一限幅器和第二限幅器的工作状态分别包括：非限幅状态、第一限幅状态、第二限幅状态；其中：工作状态为非限幅状态，对射频输入信号没有任何影响；工作状态为第一限幅状态，对载波放大器或峰值放大器的增益和相位进行优化调节；工作状态为第二限幅状态，其反射的功率信号随着射频输入信号的增大呈非线性快速增长。
所述第一环形器吸收第一限幅器和载波放大器输入端之间的反射功率，是指射频输入信号从载波放大器输入端反射回来后进入第一环形器的第二端口，并由第一环形器的第三端口所接的功率负载吸收；
所述第二环形器吸收第二限幅器和峰值放大器输入端之间的反射功率，是指射频输入信号从峰值放大器输入端反射回来后进入第二环形器的第二端口，并由第二环形器的第三端口所接的功率负载吸收。
所述控制电路预先设置有不同的门限电平，包括：第一门限电平、第二门限电平、第三门限电平；当检波电路检测到的射频输入信号的功率电平小于第一门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在小信号区域；当检波电路检测到的射频输入信号的功率电平大于第一门限电平、小于第二门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在大信号区域；当检波电路检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平时，载波放大器工作在饱和区域；当检波电路检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平、小于第三门限电平时，峰值放大器工作在大信号区域；当检波电路检测到的射频输入信号的功率电平大于第三门限电平时，峰值放大器工作在饱和区域。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
第一，本发明提出的一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法，改善了载波放大器、峰值放大器和功率分配器之间的匹配，减弱记忆效应，有效提高多尔蒂功率放大器的饱和输出功率，改善多尔蒂功率放大器的线性度。
第二，在载波放大器输入端达到饱和、峰值放大器尚未达到饱和的工作状态下，通过对第一限幅器和第二限幅器的同步控制，实现载波放大器和峰值放大器均达到饱和工作状态，相比传统多尔蒂功率放大器，输出效率显著提升。
第三，由于配置第二限幅器，使得多尔蒂功率放大器的载波放大器支路和峰值放大器支路的电路结构类似，有利于线性度校正。
第四，功率分配器可以按照一定比例分配载波放大器和峰值放大器的输入功率，再通过第一限幅器和第二限幅器实现输入功率电平大小的调整，避免出现功率电平不稳定的情况。
附图说明
图1是本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的电路结构示意图。
图2是本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法的流程示意图。
附图中的编号说明：耦合器1、功率分配器2、第一环形器3、第一限幅器4、第二环形器5、第二限幅器6、峰值放大器7、载波放大器8、检波电路9、控制电路10、功率合成电路11、输入信号处理单元100。
图3是本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线与理想多尔蒂功率放大器以及传统多尔蒂功率放大器效率特性曲线对比图。
图4是本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输出功率特性曲线与理想多尔蒂功率放大器以及传统多尔蒂功率放大器功率特性曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。
实施例1。本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理单元100如图1所示，输入信号处理单元100包括：功率分配器2、第一环形器3、第一限幅器4、第二环形器5、第二限幅器6。
输入信号处理单元100的输入端接射频输入信号，输入信号处理单元100的第一输出端接载波放大器8的输入端，输入信号处理单元的第二输出端接峰值放大器7的输入端，输入信号处理单元100的控制端接控制电路10的输出端。
其中，射频输入信号经功率分配器2输入到输入信号处理单元100；射频输入信号接第一环形器3的第一端，第一环形器3的第二端接第一限幅器4的第一端，第一环形器3的第三端经负载接地；射频输入信号接第二环形器5的第一端，第二环形器5的第二端接第二限幅器6的第一端，第二环形器5的第三端经负载接地；第一限幅器4的第二端接载波放大器8，第二限幅器6的第二端接峰值放大器7。
如图1所示，限幅控制单元200包括：耦合器1、检波电路9、控制电路10。控制电路10的输出端同时接第一限幅器4的控制端和第二限幅器6的控制端。
其中，射频输入信号经耦合器1耦合输入到检波电路9，检波电路9将检测结果输入到控制电路10，控制电路10的输出端同时接入第一限幅器4的控制端和第二限幅器6的控制端。
控制电路10预先设置有不同的门限电平，包括：第一门限电平、第二门限电平、第三门限电平。门限电平根据实际使用场合下，载波放大器和峰值放大器的吸收功率性能调试而确定。
当检波电路9检测到的射频输入信号的功率电平小于第一门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在小信号区域；当检波电路9检测到的射频输入信号的功率电平大于第一门限电平、小于第二门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在大信号区域；当检波电路9检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平时，载波放大器8工作在饱和区域；当检波电路9检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平、小于第三门限电平时，峰值放大器7工作在大信号区域；当检波电路9检测到的射频输入信号的功率电平大于第三门限电平时，峰值放大器7工作在饱和区域。
第一限幅器4和第二限幅器6的工作状态包括：非限幅状态、第一限幅状态、第二限幅状态；工作在非限幅状态的第一限幅器4或第二限幅器6，对射频输入信号没有任何影响；工作在第一限幅状态的第一限幅器4或第二限幅器6，对载波放大器8或峰值放大器7的增益和相位进行优化调节，使得多尔蒂功率放大器的增益曲线或相位曲线更加理想；工作在第二限幅状态的第一限幅器4或第二限幅器6，其反射的功率信号随着射频输入信号的增大呈非线性快速增长。
本发明的功率分配器2采用3dB的LTCC集成电桥，载波放大器8和峰值放大器7均采用相同的GaN功率管，功率合成电路11采用微带线。
实施例2。本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法的流程如图2所示，下面做进一步的详细说明。
以峰值放大器7设置在C类放大器工作状态，载波放大器8设置在AB类放大器工作状态为例，本发明提出的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法的具体步骤如下：
步骤S1，输入信号检测：检波电路9检测经耦合器1耦合接入的射频输入信号的功率电平大小，并将检测结果传递给控制电路10。
步骤S2，小信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平小于第一门限电平，则控制电路10控制输入信号处理单元100工作在小信号区域；
输入信号处理单元100工作在小信号区域，是指第一限幅器4工作在非限幅状态，而第二限幅器6的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器3吸收第一限幅器4和载波放大器8输入端之间的反射功率，第二环形器5吸收第二限幅器6和峰值放大器7输入端之间的反射功率。
具体而言，射频输入信号的电平小于第一门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在小信号区域，此时第一限幅器4和第二限幅器6对多尔蒂功率放大器增益的影响有限，因此不会影响多尔蒂功率放大器的工作性能和工作状态；
进一步，当多尔蒂功率放大器工作在小信号区域时，峰值放大器7处于夹断状态，此时射频输入信号从峰值放大器7输入端被反射回来，该反射信号进入第二环形器5的第二端口，并由第三端口所接的功率负载吸收，从而避免功率来回反射，改善驻波，减少了峰值放大器7所在支路的记忆效应，从而提高了多尔蒂功率放大器的性能；
更进一步，第一环形器3也能减少载波放大器8所在支路的记忆效应，从而提高了多尔蒂功率放大器的性能。
步骤S3，大信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第一门限电平、小于第二门限电平，则控制电路10控制输入信号处理单元100工作在大信号区域；
输入信号处理单元100工作在大信号区域，是指第一限幅器4和第二限幅器6均工作在非限幅状态或第一限幅状态；第一环形器3吸收第一限幅器4和载波放大器8输入端之间的反射功率，第二环形器5吸收第二限幅器6和峰值放大器7输入端之间的反射功率；
具体而言，射频输入信号的电平大于第一门限电平、小于第二门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在大信号区域，控制电路10控制第一限幅器4和第二限幅器6保持同步一致的工作状态，使得载波放大器8和峰值放大器7的功率牵引达到较理想状态；
进一步，控制电路10对第一限幅器4和第二限幅器6的工作状态实现同步调整，使得多尔蒂功率放大器的功率合成增益和相位曲线更加符合实际使用场合的需要。
步骤S4，第一饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第二门限电平、小于第三门限电平，则控制电路10控制输入信号处理单元100工作在第一饱和信号区域。
输入信号处理单元100工作在第一饱和信号区域，是指第一限幅器4工作在第二限幅状态，而第二限幅器6的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器3吸收第一限幅器4和载波放大器8输入端之间的反射功率，第二环形器5吸收第二限幅器6和峰值放大器7输入端之间的反射功率。
具体而言，射频输入信号的电平大于第二门限电平、小于第三门限电平时，载波放大器8设置为AB类放大器而具有较高的增益，此时输入信号幅度将先使载波放大器8饱和状态，然而峰值放大器7尚未达到饱和状态，这使得载波放大器8的输出端也达不到饱和状态。此时，需要通过限制载波放大器8的射频输入信号的大小，以保护载波放大器8，因此控制电路10将根据射频输入信号先行控制第一限幅器4工作在第二限幅状态；
进一步，对于峰值放大器7而言，其射频输入信号不受载波放大器过饱和的限制，还将继续增大，因此控制电路10将根据使用场合的不同要求，控制第二限幅器6工作在非限幅状态或者第一限幅状态。最终峰值放大器7达到饱和状态，此时也使得载波放大器8的输出端达到饱和状态，最终实现多尔蒂功率放大器输出最大功率和效率。
步骤S5，第二饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的电平大于第三门限电平，则控制电路10控制输入信号处理单元100工作在第二饱和信号区域。
输入信号处理单元100工作在第二饱和信号区域，是指第一限幅器4和第二限幅器6均工作在第二限幅状态；第一环形器3吸收第一限幅器4和载波放大器8输入端之间的反射功率，第二环形器5吸收第二限幅器6和峰值放大器7输入端之间的反射功率。
更进一步，峰值放大器7和载波放大器8处于互相牵引的动态工作状态，因此载波放大器8和峰值放大器7的输入端匹配状态也是一个动态工作状态，引入第一环形器3和第二环形器5，有效改善载波放大器8和功率分配器2、峰值放大器7和功率分配器2之间的匹配。
本发明中，第一环形器3为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器，第二环形器5为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器。
所述第一环形器3的负载端最大吸收功率PC1、载波放大器8的最大输入功率PA1和第一限幅器4的反射功率系数αL1之间的关系满足：PC1>2×(PA1×αL1)。
所述第二环形器5的负载端最大吸收功率PC2、峰值放大器7的最大输入功率PA2和第二限幅器6的反射功率系数αL2之间的关系满足：PC2>2×(PA2×αL2)。
第一限幅器4和第二限幅器6采用压控变容二极管。
第一限幅器4的反射功率系数αL1、载波放大器8的增益压缩特性函数fA1(Pin1)和输出饱和功率P’A1之间的关系满足：P′A1＝Pin1×(1-αL1)×fA1(Pin1)；
第二限幅器6的反射功率系数αL2、峰值放大器7的增益压缩特性函数fA2(Pin2)和输出饱和功率P’A2之间的关系满足：P′A2＝Pin2×(1-αL2)×fA2(Pin2)；
其中：fA1(Pin1)是时间Pin1的单调函数，fA2(Pin2)是时间Pin2的单调函数。
检波电路9采用检波二极管。
本发明所采用的多尔蒂功率放大器包括现有技术中所涉及的多尔蒂功率放大器的基本结构，多尔蒂功率放大器载波放大器支路和峰值放大器支路是对称结构或者非对称结构。
实施例3。采用本发明提出的输入信号处理方法的一种多尔蒂功率放大器，其输出效率特性曲线如图3中的实线所示，其输出功率特性曲线如图4中的实线所示。理想多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线如图3中的虚线所示，输出功率特性曲线如图4中的虚线所示。现有技术的多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线如图3中的点划线所示，输出功率特性曲线如图4中的点划线所示。
采用本发明提出的输入信号处理方法的多尔蒂功率放大器，输入功率从0增大到最大输入功率的一半时，其输出效率与现有技术的多尔蒂功率放大器的输出效率基本一致。当输入功率超过最大输入功率的一半时，其输出效率显著优于现有技术的多尔蒂功率放大器的输出效率，并且该输出效率特性曲线与理想多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线拟合度较好。当输入功率超过最大输入功率后，现有技术的多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线呈大幅度的线性下降趋势，下降率可达到理想多尔蒂功率放大器的输出效率的15％以上；本发明提出的多尔蒂功率放大器的输出效率特性曲线也呈线性下降，效率下降率约为理想多尔蒂功率放大器的输出效率的10％。
采用本发明提出的输入信号处理方法的多尔蒂功率放大器，输入功率从0增大到最大输入功率时，其输出功率曲线与现有技术的多尔蒂功率放大器、理想功率放大器基本一致，但是当输入功率超过最大输入功率后，现有技术的多尔蒂功率放大器的输出功率特性曲线呈大幅度的线性下降趋势，而本发明提出的多尔蒂功率放大器的输出功率特性曲线也呈水平状态，说明能够维持稳定的输出功率，约为理想多尔蒂功率放大器的输出功率的90％以上。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种多尔蒂功率放大器及其输入信号处理方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种多尔蒂功率放大器，包括限幅控制单元(200)、峰值放大器(7)、载波放大器(8)，所述限幅控制单元(200)包括耦合器(1)、检波电路(9)、控制电路(10)，其特征在于：还包括输入信号处理单元(100)，所述输入信号处理单元(100)包括功率分配器(2)、第一环形器(3)、第一限幅器(4)、第二环形器(5)、第二限幅器(6)；所述输入信号处理单元(100)的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元(100)的第一输出端接载波放大器(8)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的第二输出端接峰值放大器(7)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的控制端接控制电路(10)的输出端；其中：
射频输入信号经所述功率分配器(2)输入到输入信号处理单元(100)；
射频输入信号接所述第一环形器(3)的第一端，所述第一环形器(3)的第二端接所述第一限幅器(4)的第一端，所述第一环形器(3)的第三端经负载接地；
所述射频输入信号接所述第二环形器(5)的第一端，所述第二环形器(5)的第二端接所述第二限幅器(6)的第一端，所述第二环形器(5)的第三端经负载接地；
所述第一限幅器(4)的第二端接所述载波放大器(8)的输入端，所述第二限幅器(6)的第二端接所述峰值放大器(7)的输入端；
所述控制电路(10)的输出端同时接所述第一限幅器(4)的控制端和所述第二限幅器(6)的控制端。
2.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述第一环形器(3)为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器；所述第二环形器(5)为第一端向第二端单向传输功率、第二端向第三端单向传输功率、第三端与第一端之间无功率传输的环形器；
所述第一环形器(3)的负载端最大吸收功率PC1、载波放大器(8)的最大输入功率PA1和第一限幅器(4)的反射功率系数αL1之间的关系满足：PC1>2×(PA1×αL1)；
所述第二环形器(5)的负载端最大吸收功率PC2、峰值放大器(7)的最大输入功率PA2和第二限幅器(6)的反射功率系数αL2之间的关系满足：PC2>2×(PA2×αL2)。
3.根据权利要求2所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：第一限幅器(4)和第二限幅器(6)均为压控变容二极管；其中：
所述第一限幅器(4)的反射功率系数αL1、载波放大器(8)的增益压缩特性函数fA1(Pin1)和输出饱和功率P’A1之间的关系满足：P′A1＝Pin1×(1-αL1)×fA1(Pin1)；
所述第二限幅器(6)的反射功率系数αL2、峰值放大器(7)的增益压缩特性函数fA2(Pin2)和输出饱和功率P’A2之间的关系满足：P′A2＝Pin2×(1-αL2)×fA2(Pin2)；
其中：fA1(Pin1)是时间Pin1的单调函数，fA2(Pin2)是时间Pin2的单调函数。
4.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：所述多尔蒂功率放大器的载波放大器(8)与峰值放大器(7)是相同或不相同的放大器。
5.根据权利要求1所述的一种多尔蒂功率放大器，其特征在于：检波电路(9)是检波二极管。
6.一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：具体是用于包括输入信号处理单元(100)、限幅控制单元(200)、峰值放大器(7)和载波放大器(8)的多尔蒂功率放大器，所述输入信号处理单元(100)包括功率分配器(2)、第一环形器(3)、第一限幅器(4)、第二环形器(5)、第二限幅器(6)，所述限幅控制单元(200)包括耦合器(1)、检波电路(9)、控制电路(10)；所述输入信号处理单元(100)的输入端接射频输入信号，所述输入信号处理单元(100)的第一输出端接载波放大器(8)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的第二输出端接峰值放大器(7)的输入端，所述输入信号处理单元(100)的控制端接控制电路(10)的输出端；所述输入信号处理方法的具体步骤如下：
步骤S1，输入信号检测：检波电路(9)检测多尔蒂功率放大器的射频输入信号的功率电平大小，并将检测结果传递给控制电路(10)；
步骤S2，小信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平小于第一门限电平，则控制电路(10)控制输入信号处理单元(100)工作在小信号区域；
步骤S3，大信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平大于第一门限电平、小于第二门限电平，则控制电路(10)控制输入信号处理单元(100)工作在大信号区域；
步骤S4，第一饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平大于第二门限电平、小于第三门限电平，则控制电路(10)控制输入信号处理单元(100)工作在第一饱和信号区域；
步骤S5，第二饱和信号区域的判别与控制：若射频输入信号的功率电平大于第三门限电平，则控制电路(10)控制输入信号处理单元(100)工作在第二饱和信号区域。
7.根据权利要求6所述的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：
步骤S2所述输入信号处理单元(100)工作在小信号区域，是指第一限幅器(4)工作在非限幅状态，而第二限幅器(6)的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器(3)吸收第一限幅器(4)和载波放大器(8)输入端之间的反射功率，第二环形器(5)吸收第二限幅器(6)和峰值放大器(7)输入端之间的反射功率；
步骤S3所述输入信号处理单元(100)工作在大信号区域，是指第一限幅器(4)和第二限幅器(6)均工作在非限幅状态或第一限幅状态；第一环形器(3)吸收第一限幅器(4)和载波放大器(8)输入端之间的反射功率，第二环形器(5)吸收第二限幅器(6)和峰值放大器(7)输入端之间的反射功率；
步骤S4所述输入信号处理单元(100)工作在第一饱和信号区域，是指第一限幅器(4)工作在第二限幅状态，而第二限幅器(6)的工作状态不受控制，可以根据使用场合的不同要求，工作在非限幅状态或者第一限幅状态；第一环形器(3)吸收第一限幅器(4)和载波放大器(8)输入端之间的反射功率，第二环形器(5)吸收第二限幅器(6)和峰值放大器(7)输入端之间的反射功率；
步骤S5所述输入信号处理单元(100)工作在第二饱和信号区域，是指第一限幅器(4)和第二限幅器(6)均工作在第二限幅状态；第一环形器(3)吸收第一限幅器(4)和载波放大器(8)输入端之间的反射功率，第二环形器(5)吸收第二限幅器(6)和峰值放大器(7)输入端之间的反射功率。
8.根据权利要求7所述的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：
所述第一限幅器(4)和第二限幅器(6)的工作状态分别包括：非限幅状态、第一限幅状态、第二限幅状态；其中：
工作状态为非限幅状态，对射频输入信号没有任何影响；
工作状态为第一限幅状态，对载波放大器(8)或峰值放大器(7)的增益和相位进行优化调节；
工作状态为第二限幅状态，其反射的功率信号随着射频输入信号的增大呈非线性快速增长。
9.根据权利要求8所述的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：
所述第一环形器(3)吸收第一限幅器(4)和载波放大器(8)输入端之间的反射功率，是指射频输入信号从载波放大器(8)输入端反射回来后进入第一环形器(3)的第二端口，并由第一环形器(3)的第三端口所接的功率负载吸收；
所述第二环形器(5)吸收第二限幅器(6)和峰值放大器(7)输入端之间的反射功率，是指射频输入信号从峰值放大器(7)输入端反射回来后进入第二环形器(5)的第二端口，并由第二环形器(5)的第三端口所接的功率负载吸收。
10.根据权利要求6所述的一种多尔蒂功率放大器的输入信号处理方法，其特征在于：
所述控制电路(10)预先设置有不同的门限电平，包括：第一门限电平、第二门限电平、第三门限电平；
当检波电路(9)检测到的射频输入信号的功率电平小于第一门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在小信号区域；当检波电路(9)检测到的射频输入信号的功率电平大于第一门限电平、小于第二门限电平时，多尔蒂功率放大器工作在大信号区域；
当检波电路(9)检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平时，载波放大器(8)工作在饱和区域；当检波电路(9)检测到的射频输入信号的功率电平大于第二门限电平、小于第三门限电平时，峰值放大器(7)工作在大信号区域；当检波电路(9)检测到的射频输入信号的功率电平大于第三门限电平时，峰值放大器(7)工作在饱和区域。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| CN102270966A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | Nxp股份有限公司 | 两级多尔蒂放大器 |
| CN102761310A (zh) * | 2011-04-29 | 2012-10-31 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种多合体功率放大器及其实现方法 |
| CN102801392A (zh) * | 2012-09-13 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | 一种射频功率放大装置 |
| WO2015035643A1 (zh) * | 2013-09-16 | 2015-03-19 | 华为技术有限公司 | 射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备 |
| US20170230006A1 (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-10 | Mediatek Inc. | Wideband adaptive bias circuits for power amplifiers |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102270966A (zh) * | 2010-06-02 | 2011-12-07 | Nxp股份有限公司 | 两级多尔蒂放大器 |
| CN102761310A (zh) * | 2011-04-29 | 2012-10-31 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种多合体功率放大器及其实现方法 |
| CN102801392A (zh) * | 2012-09-13 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | 一种射频功率放大装置 |
| WO2015035643A1 (zh) * | 2013-09-16 | 2015-03-19 | 华为技术有限公司 | 射频功放处理方法、Doherty功率放大器与无线收发设备 |
| US20170230006A1 (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-10 | Mediatek Inc. | Wideband adaptive bias circuits for power amplifiers |
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